WO2024089090A1 - Verfahren zur herstellung einer windschutzscheibe - Google Patents

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WO2024089090A1
WO2024089090A1 PCT/EP2023/079762 EP2023079762W WO2024089090A1 WO 2024089090 A1 WO2024089090 A1 WO 2024089090A1 EP 2023079762 W EP2023079762 W EP 2023079762W WO 2024089090 A1 WO2024089090 A1 WO 2024089090A1
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pane
outer pane
inner pane
windshield
functional agent
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PCT/EP2023/079762
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Emmanuel WALCH
Bernard Nghiem
René Gy
Jeremie Teisseire
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Saint-Gobain Glass France
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    • B32B2605/08—Cars

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a windshield, such a windshield 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 fields, 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 application, particularly with regard to the desired mechanical load-bearing capacity of the finished glazing, taking into account the boundary conditions set by the frame and any attachments.
  • US 3,437552 A discloses laminated panes comprising two glass panes and an intermediate polyvinyl butyral (PVB) layer.
  • PVB polyvinyl butyral
  • 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.
  • WO2019245819A1 discloses a method for producing a windshield which has a lower risk of head injuries when the head hits the windshield. This lower risk is due in particular to mechanically generated defects in the windshield.
  • the intermediate layer in the windshield of JP2008133141A has a tensile stiffness of less than 3 MPa, which results in improved fracture behavior of the window in the event of an impact.
  • DE1951616A1 discloses a windshield with a number of small fragments or fractions of a glass color in order to reduce the glare effect of the windshield in road traffic.
  • the invention is therefore based on the object of providing an improved method for producing a windshield which has a higher impact protection, in particular in the case of accidents involving pedestrians.
  • the method should be cost-effective and efficient to carry out.
  • the object of the present invention is also to provide a windshield with improved impact protection and the use thereof.
  • the object of the present invention is achieved by a method for producing a windshield according to independent claim 1.
  • the object is further achieved by independent claims 12 and 15. Preferred embodiments emerge from the subclaims.
  • the invention relates to a method for producing a windshield.
  • the method is divided into several method steps below.
  • a sodium-containing outer pane with a glass transition temperature of Tgi and a sodium-containing inner pane with a glass transition temperature of Tg2 are provided.
  • the outer pane and the inner pane preferably have a substantially identical glass transition temperature.
  • the description that the outer pane and the inner pane have a glass transition temperature Tgi or Tg2 does not mean that the inner pane and the outer pane are heated to a temperature that corresponds to the glass transition temperature Tgi or Tg2. Rather, it means that the outer pane and the inner pane have properties such that they transition into a glass transition state at a temperature equal to Tgi or Tg2.
  • the glass transition temperature Tg refers to the glass transition temperature Tgi for the outer pane and the glass transition temperature Tg2 for the inner pane.
  • the glass transition temperature Tg defines the phase transition from a solid state to a rubbery to viscous state.
  • the glass transition temperature Tg is also called the transformation temperature for inorganic glasses; in the sense of the invention, the term “glass transition temperature” refers to this transformation temperature.
  • glass transition temperature is generally known to those skilled in the art and can be measured for any glass material using standard methods known to those skilled in the art.
  • the glass transition temperature Tg can be measured, for example, using dynamic mechanical analysis (DMA) or dynamic differential scanning calorimetry (DSC).
  • a functional agent is applied to several places within at least one partial area of the outer pane, preferably to several places within exactly one partial area of the outer pane, or the functional agent is applied to several places over the entire surface of the outer pane, i.e. within the entire surface area of the outer pane.
  • a functional agent is applied to several places within at least one partial area of the inner pane, preferably to several places within exactly one partial area of the inner pane, or the functional agent is applied to several places over the entire surface of the inner pane, i.e. within the entire surface area of the inner pane.
  • the functional agent is not necessarily only applied within exactly one partial area of the inner pane and within exactly one partial area of the outer pane.
  • the functional agent can also be applied to several places within several partial areas of the inner pane and within several partial areas of the outer pane.
  • the functional element can also be applied to the outer pane and the inner pane in several places over the entire surface of the outer pane and/or the entire surface of the inner pane. It is only a minimum condition that the functional agent is applied within at least one partial area of the outer pane and within at least one partial area of the inner pane.
  • the functional agent comprises alkali metal ions with a larger cation radius than that of sodium.
  • the functional agent can be applied to the multiple locations by means of spin coating, for example. Preferably at a rotation speed of at least 1000 rpm (revolutions per minute), particularly preferably at least 1500 rpm and in particular 2000 rpm.
  • the spin coating process is a standard process and the procedure for coating panes with thin layers is generally known to those skilled in the art.
  • the functional agent can also be sprayed on or rolled up using a rod. Spraying on or evenly rolling up using a rod is very time-efficient and has good adaptability for possible subsequent bending of the outer pane and inner pane.
  • the functional agent is preferably applied to the locations of the outer pane and the inner pane with a substantially constant layer thickness of 100 nm to 2000 nm, particularly preferably 500 nm to 1500 nm, very particularly preferably 800 nm to 1200 nm, in particular 1000 nm.
  • "multiple locations" means at least two locations.
  • the functional agent is preferably applied to at least 5 locations, particularly preferably at least 10 locations, very particularly preferably at least 50 locations and in particular at least 100 locations of at least one partial area or the total area of the outer pane and at least one partial area or the total area of the inner pane (i.e. at least 5, 10, 50 or 100 locations on each pane).
  • the number of locations to which the functional agent is applied can be selected depending on the partial area or the total area of the respective pane (outer pane or inner pane), with the number of locations preferably increasing with the size of the respective partial area.
  • a third process step c) at a temperature of at least the glass transition temperature Tg2 in the case of the inner pane and at least the glass transition temperature Tgi of the outer pane, defect areas are formed on the areas of the outer pane and the inner pane covered with the functional agent.
  • a fourth process step d) the remaining functional agent and other by-products of the formation of defects are removed from the outer pane and the inner pane.
  • the outer pane and the inner pane are cleaned so that optimal surfaces are available for lamination of the outer pane and the inner pane.
  • a layer stack is formed from the outer pane, a thermoplastic intermediate layer and the inner pane.
  • the thermoplastic intermediate layer is arranged flat between the outer pane and the inner pane.
  • the outer pane has a surface facing the thermoplastic intermediate layer, which is referred to below as the interior surface of the outer pane.
  • the outer pane also has a surface facing away from the thermoplastic intermediate layer, which is referred to below as the exterior surface of the outer pane.
  • the inner pane has a surface facing the thermoplastic intermediate layer, which is referred to below as the exterior surface of the inner pane.
  • the inner pane also has a surface facing away from the surface facing away from the thermoplastic intermediate layer, which is referred to below as the interior surface of the inner pane.
  • the layer stack is laminated to form a windshield.
  • the windshield is therefore a composite pane with an outer pane, an inner pane and a thermoplastic intermediate layer in between.
  • the defect spots on the outer pane can coincide with the defect spots on the inner pane when projected onto the inner pane.
  • the defect spots on the outer pane can also coincide with the defect spots on the inner pane only partially, for example by chance, when projected onto the inner pane. It can also be the case that the defect spots on the outer pane are offset from the defect spots on the inner pane when projected onto the inner pane.
  • the outside surface of the outer pane is also the outside surface of the windshield.
  • the inside surface of the inner pane is also the inside surface of the windshield.
  • the windshield is designed to separate an outside environment from a vehicle interior.
  • the outside surface of the outer pane is designed to face the outside environment and the inside surface of the inner pane is designed to face the interior.
  • the outer pane, the inner pane and the manufactured windshield each have a peripheral edge, which particularly preferably comprises an upper edge and a lower edge as well as two side edges running between them with a left and a right side edge.
  • the upper edge refers to the edge which is intended to point upwards in the installed position.
  • the lower edge refers to the edge which is intended to point downwards in the installed position.
  • the upper edge is often also referred to as the roof edge and the lower edge as the engine edge.
  • the outer pane, the inner pane and the windshield can have any suitable geometric shape and/or curvature.
  • the information “left” and “right” refers to the side or direction for a viewer who looks at the installed windshield according to the invention from a vehicle interior.
  • a windshield produced by means of the method according to the invention has improved fracture characteristics when an object impacts the windshield in a partial area or over the entire surface of the outer pane and/or the inner pane, i.e. in the area(s) provided with the defects.
  • the defects introduced lead to a targeted weakening of the outer pane and/or the inner pane, which significantly influences the fracture characteristics of the windshield in the area(s) provided with the defects and an impacting body experiences a lower deceleration rate.
  • the defects are introduced by means of cation exchange.
  • the inventors have found that windshields with improved fracture characteristics lead to less serious injuries in accidents involving pedestrians, while at the same time the windshields' resistance to stone chips is maintained. In this context, improved fracture characteristics are therefore equivalent to improved impact protection of the windshield. This connection between fracture characteristics and improved impact protection can be described by measuring the HIC value. The process therefore produces a windshield that has improved impact protection.
  • the inventors have also found that the creation of defect areas by exchanging smaller alkali cations with larger alkali cations (cation radius) in the windshield panes above the glass transition temperature Tg is a gentle process by which the fracture characteristics of the windshields can be specifically adjusted.
  • a temperature of at least the glass transition temperature Tg can mean in the sense of the invention that the functional agent is heated to this temperature before it is applied to the outer pane or the inner pane.
  • the outer pane and the inner pane are heated to a temperature of at least the glass transition temperature Tg before the functional agent is applied to the areas or after the functional agent is applied to the areas of the outer pane and the inner pane.
  • the areas that are affected by the functional agent are heated to a temperature of at least the glass transition temperature Tg or the areas are already heated to a temperature of at least the glass transition temperature Tg before the functional agent is applied to the areas in process step c).
  • the outer pane and the inner pane with the functional agent are heated to a temperature of at least Tg.
  • the formation of the defect areas at a temperature of at least Tg preferably takes place over a period of at least 10 min (minutes), particularly preferably at least 30 min, very particularly preferably at least 70 min and in particular at least 100 min.
  • an improved exchange of the sodium ions in the glass with the potassium ions takes place.
  • the potassium ions diffuse deeper into the pane. “Deeper diffusion” means the diffusion spread of the potassium ions perpendicular to the surface of the outer pane or inner pane, which is covered with the functional agent.
  • the formation of the defect sites in process step c) is preferably carried out at a temperature of at least Tg +10 °C, particularly preferably at a temperature of at least Tg +20 °C and in particular at a temperature of at least Tg +50 °C.
  • Tg +10 °C means a temperature that is at least 10 °C above the temperature of Tg.
  • the outer pane and inner pane covered with the functional agent are arranged on supports, preferably a grid, in an oven.
  • the oven is heated to a temperature of at least Tg.
  • the oven is heated, for example, by means of air circulation of heated air. This leads to an improved homogeneous formation of the defect areas.
  • the outer pane, the inner pane and the functional agent are heated to at least the glass transition temperature Tg after the second process step b). This results in fewer temperature gradients across the outer pane and the inner pane, which leads to a very homogeneous formation of defects.
  • the functional agent is applied to the outer pane and the inner pane at a temperature of at least the glass transition temperature Tg.
  • the areas of the outer pane and the inner pane covered with the functional agent heat up so that an efficient ion exchange can take place to form the defect areas.
  • the inner pane and the outer pane are heated to a temperature of at least the glass transition temperature Tg.
  • the inner pane and the outer pane can be preheated in an oven, for example.
  • the inner pane and the outer pane can be heated by an oven during the application of the functional agent so that the application of the functional agent is carried out in an oven.
  • the outer pane and the inner pane are preferably cooled to room temperature.
  • the outer pane and the inner pane are not cooled initially, but the temperature is kept constant, cooled to greater than room temperature or even heated to higher than at least the glass transition temperature Tg.
  • the outer pane and the inner pane are bent after the fourth method step d).
  • the inventors have found that the formation of defects in the outer pane and/or the inner pane prior to bending results in a windshield with improved fracture characteristics in the event of accidents involving pedestrians, while at the same time the windshield's resistance to stone chips is maintained. Heating the outer pane and/or the inner pane during the bending process causes the defects created to heal partially, which has a beneficial effect on the mechanical properties of the respective pane. Furthermore, the formation of defects in the non-bent planar panes is less likely to occur in comparison to the processing of the bent panes in the In practice, this is much easier to handle. However, it is also possible that in the first step a) the outer pane and the inner pane are already 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), as this ensures that the shape of the panes is optimally matched for subsequent lamination.
  • the functional agent is preferably applied to the interior surface of the outer pane and to the interior surface of the inner pane within the respective partial area or over the entire interior surface of the outer pane and the entire interior surface of the inner pane at several locations.
  • the defect areas that form as a result of cation exchange between the functional agent and the inner pane and the outer pane preferably have a circular shape, an angular shape, for example triangular, square, rectangular, or a diffuse shape, for example semicircular, crescent-shaped, in the top view of the surface of the inner pane and/or the outer pane provided with defect areas (i.e. 2-dimensional view).
  • the defect areas are at least largely invisible to the naked eye; the description of the shape therefore refers to the area of the inner pane and/or the outer pane that is defined as a defect area by the cation exchange and has a higher thermal expansion coefficient than the areas of the pane without cation exchange.
  • the defect areas are spherical, rectangular, rhombic, pyramid-shaped or conical, preferably spherical. This shape is particularly advantageous in order to produce improved fracture characteristics and thus improved impact protection for the windshield.
  • the inner pane and the outer pane are arranged in relation to one another in such a way that the partial area of the outer pane and the partial area of the inner pane which are provided with defects are arranged essentially congruently with one another.
  • the part of the inner pane covers the part of the outer pane when viewed from the vehicle interior.
  • the congruent arrangement of the parts improves the fracture characteristics of the windshield in the event of an impact.
  • the defect areas on the outer pane and the defect areas on the inner pane can also be arranged essentially congruently to one another.
  • the functional agent can be based on a solution, a solid powder or network modifiers.
  • the functional agent is preferably based on silicate glass frits which contain network modifiers.
  • the functional agent is preferably applied to the outer pane and the inner pane using a screen printing process.
  • the functional agent is applied to the outer pane and the inner pane as a silicate-containing coating using a sol-gel process.
  • the silicate-containing coating contains alkali metal ions which have a larger cation radius than sodium.
  • the alkali metal ions are preferably located in an alkaline cluster.
  • the functional agent is a powder based on potassium carbonate.
  • Potassium carbonate is particularly suitable if the outer pane and/or the inner pane are made of soda-lime glass.
  • the functional agent is an inorganic binder containing an aqueous solution with a silicate-based binder.
  • the binder preferably has a weight proportion of the functional agent of at least 10%, particularly preferably of at least 20% and in particular of at least 25%.
  • the ratio of potassium oxide to silicate in the binder is preferably from 0.1 to 0.4, particularly preferably from 0.2 to 0.4 (potassium oxide/silicate).
  • the functional agent consists of an aqueous solution with a silicate-based binder.
  • the binder preferably has a weight proportion of the functional agent of at least 10%, particularly preferably of at least 20% and in particular of at least 25%.
  • the ratio of potassium oxide to silicate in the binder is preferably from 0.1 to 0.4, particularly preferably from 0.2 to 0.4 (potassium oxide/silicate). Particularly uniform defect areas were created with this composition. The result was surprising and unexpected for the inventors.
  • the alkali metal ions according to the invention with a higher cation radius than sodium ions are preferably potassium ions.
  • alkali metal ions means that the alkali metal ions can be present as free ions, for example in a solution, or as bound ions in a salt, an inorganic network or an organic network.
  • Network modifiers are chemicals that can be added to glass in small amounts to change the properties of the glass. These include lithium, sodium, potassium and calcium, which exist as charged single atoms (ions) in the midst of the cross-linked network formers and reduce the relative number of strong bonds in the glass and lower the melting point and viscosity.
  • the functional agent is particularly preferably applied to the outer pane and the inner pane using the sol-gel process.
  • the advantages of the sol-gel process as a wet-chemical process are a high level of flexibility, which makes it easy, for example, to only coat parts of the pane surface.
  • the functional agent used as a sol-gel coating preferably contains potassium ions. The chemical conversion of the sol-gel is helpful in avoiding problems during temperature treatments.
  • a sol containing the precursors of the coating is first prepared and matured.
  • the maturation can involve hydrolysis of the precursors and/or a (partial) reaction between the precursors.
  • the precursors are usually present in a solvent, preferably water, alcohol (especially ethanol) or a water-alcohol mixture.
  • the sol-gel coating is formed on the basis of potassium oxide and/or potassium carbonate.
  • the sol contains potassium oxide precursors and/or potassium carbonate.
  • the sol is applied directly or indirectly to the inner pane and the outer pane, in particular by wet-chemical processes, for example by flow coating, by application by brush or spray coating, or by printing processes, for example by pad printing or screen printing.
  • the inner pane and/or outer pane can be masked in areas beforehand, so that only the areas of the The inner pane and/or outer pane are coated with the sol, on which the defect areas are to be formed according to the invention. Drying can then take place, whereby solvent is evaporated. This drying can take place at ambient temperature or by separate heating.
  • the surface is typically cleaned using methods known per se.
  • the sol is then condensed.
  • the condensation can include a temperature treatment, which can be carried out as a separate temperature treatment, for example at a temperature higher than Tgi and/or higher than Tg2, alternatively at up to 500°C, or as part of a glass bending process, typically at temperatures of 600°C to 700°C.
  • the precursors have UV-crosslinkable functional groups (for example methacrylate, vinyl or acrylate groups)
  • the condensation can include a UV treatment.
  • the condensation can include an IR treatment for suitable precursors (for example silicates).
  • solvent can be evaporated, for example at a temperature of up to 120°C.
  • something is designed “on the basis of” a material, it consists predominantly of this material, i.e. at least 50%, preferably at least 70%, very particularly preferably at least 90% and in particular at least 99%.
  • the functional agent is particularly preferably printed onto the outer pane and the inner pane, in particular using a screen printing process.
  • the functional agent is printed onto the outer pane and the inner pane through a fine-mesh fabric.
  • the functional agent is pressed through the fabric using a rubber squeegee, for example.
  • the fabric has areas that are permeable to the functional agent, as well as areas that are impermeable to the functional agent, which determines the geometric shape of the print (shapes of the areas of the outer pane and the inner pane that are affected by the functional agent and are converted into defect areas).
  • the fabric thus acts as a stencil for the print.
  • the functional agent contains at least alkali metal ions with a higher cation radius than sodium ions and the glass frits, suspended and/or dissolved in a liquid phase (solvent), for example water or organic solvents such as alcohols.
  • the alkali metal ions are preferably potassium ions.
  • coatings such as sun protection coatings or heatable coatings are to be applied to the surfaces of the outer pane and the inner pane facing the thermoplastic intermediate layer (interior surface of the outer pane and exterior surface of the inner pane), the inner pane and the outer pane are arranged together with the thermoplastic intermediate layer to form a layer stack, preferably after the coating has been applied and the defect areas have been introduced into the outer pane and the inner pane.
  • the windshield includes coatings that are to be electrically contacted, the electrical contacting of the electrically conductive layers takes place via bus bars or other suitable electrical conductors before lamination to the windshield.
  • Any opaque masking prints applied to the edge area of the windshield are preferably applied using a screen printing process. If an opaque masking print and the functional agent are to be applied to the same pane surface, they are preferably applied one after the other.
  • the outer pane and the inner pane are preferably connected to the windshield via the thermoplastic intermediate layer by lamination under the influence of heat, vacuum and/or pressure. Known methods for producing a windshield can be used.
  • the heated, flowable thermoplastic material flows, creating a stable bond.
  • so-called autoclave processes can be carried out at an increased pressure of around 10 bar to 15 bar and temperatures of 130 °C to 145 °C for around 2 hours.
  • Known vacuum bag or vacuum ring processes work at around 200 mbar and 80 °C to 110 °C, for example.
  • the outer pane, the thermoplastic intermediate layer and the inner pane can also be pressed into a pane in a calender between at least one pair of rollers.
  • Systems of this type are known for producing panes and normally have at least one heating tunnel in front of a press.
  • the temperature during the pressing process is, for example, between 40 °C and 150 °C.
  • calender and autoclave processes have proven particularly effective in practice.
  • vacuum laminators can be used. These consist of one or more heatable and evacuatable 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 windshield comprising at least one outer pane made of soda-lime glass with an outer surface and an interior surface and an inner pane made of soda-lime glass with an outer surface and an interior surface, wherein the interior surface of the outer pane and the outer surface of the inner pane are connected to one another via a thermoplastic intermediate layer.
  • the windshield comprises, at least in a partial area of the outer pane and at least in a partial area of the inner pane, defect areas that are introduced into the outer pane and the inner pane.
  • the defect areas were produced at a temperature of at least the glass transition temperature Tg by introducing alkali metal ions that have a higher cation radius than sodium ions.
  • the "glass transition temperature Tg" means the glass transition temperature Tg2 of the inner pane and the glass transition temperature Tgi of the outer pane.
  • the glass transition temperature Tgi and the glass transition temperature Tg2 are preferably essentially identical but can also be different.
  • the invention also extends to a windshield produced according to the method according to the invention.
  • the defect sites form a regular or irregular pattern and adjacent defect sites have an average distance of 5 cm to 50 cm, preferably 10 cm to 30 cm, from one another.
  • the defect locations are formed within exactly one partial area of the outer pane and within exactly one partial area of the inner pane.
  • the defects reduce the strength of the glass.
  • the inventors have taken advantage of this, usually undesirable, effect to influence the breakage characteristics of the windshield.
  • the targeted weakening of the outer pane and the The inner pane of the windshield leads to premature breakage when a body impacts it.
  • After one or both of the glass panes break a considerable amount of energy is absorbed by the stretching of the thermoplastic intermediate layer and the at least partial delamination in the area of the broken glass panes.
  • the thermoplastic intermediate layer is stretchable and thus gives way, so that an impacting human head is slowed down less abruptly and experiences a rather lower deceleration rate. An abrupt deceleration of the head, as occurs in the case of late glass breakage, should be avoided.
  • a windshield 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 the glass, which leads to a high deceleration rate of the head.
  • HIC head injury factor
  • Methods for determining HIC values are generally known to those skilled in the art. HIC values can be determined, for example, using ISO/TR 12351:1999.
  • 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 is synonymous with a low risk of serious head injuries.
  • the areas of the deliberately introduced defect points have a lower strength. Glass breakage usually always begins at a defect in the glass when tensile stress is exerted in this area. Small, statistically distributed defects can be detected in glass panes due to the manufacturing process. However, their influence on the breakage behavior is not predictable due to the statistical distribution of such natural defects.
  • the defect points introduced according to the invention in at least one partial area of the outer pane and at least one partial area of the inner pane can, in contrast to random defects in the glass, be specifically placed in an area of the windshield in which an early breakage should occur.
  • the windshield according to the invention also offers greater safety for a pedestrian in the event of a traffic accident involving the pedestrian, since in the event of a head-on collision the severity of the impact of the human head is mitigated by the early breakage of the windshield.
  • the windshield is designed to separate the interior of a vehicle from the outside environment.
  • the windshield is therefore a window pane that is Window opening of the vehicle body is inserted or intended for this purpose.
  • the outer pane of the windshield faces the outside of the vehicle, while the inner pane is oriented towards the interior of the vehicle. It is understood that the inner pane, the outer pane and the thermoplastic intermediate layer have essentially the same external dimensions.
  • the windshield according to the invention preferably has a first surface area which, when viewed through the windshield, covers the area(s) of the inner pane provided with the defect spots and the area(s) of the outer pane provided with the defect spots.
  • This first surface area covers at least a portion of the surface of the windshield, but can also cover the entire surface of the windshield. If the first surface area covers less than the entire surface of the windshield, the area not covered by the first surface area is referred to as the second surface area of the windshield.
  • the second surface area therefore does not overlap with the at least one partial area of the inner pane and the at least one partial area of the outer pane.
  • the second surface area therefore includes areas in which there are no defect spots produced according to the invention.
  • the windshield has only a first surface area and a second surface area, which together cover the entire surface of the windshield.
  • the thermoplastic intermediate layer can comprise one or more films.
  • the at least one film can have electrically switchable functions or colored areas.
  • the thermoplastic intermediate layer can thus be constructed in one layer or in multiple layers.
  • the thermoplastic intermediate layer is designed as a film laminate, for example as a film laminate with three layers.
  • the defect areas are preferably located on the interior surface of the outer pane and the interior surface of the inner pane. It has been shown that this allows very good fracture characteristics to be achieved while simultaneously reducing the number of defect areas. This saves resources and process times.
  • the diameter of the defect 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. as the maximum measurable extent of the defect. This enables reliable breakage of the disk, while at the same time the area with a defect can be kept small in order to save costs and avoid optical impairments.
  • the diameter of the defect is measured as the total diameter of the measurable defect caused by cation exchange.
  • the defect locations preferably form a regular or irregular pattern within the at least one partial area of the outer pane and the at least one partial area of the inner pane.
  • the defect locations form a regular or irregular pattern over the entire surface of the outer pane and the entire surface of the inner pane.
  • the defect locations preferably form a regular or irregular pattern within the first surface area of the windshield.
  • Defect locations adjacent to one another within a plane are preferably arranged at an average distance of 1 cm to 50 cm, preferably 2 cm to 30 cm, particularly preferably 3 cm to 15 cm, for example 5 cm to 10 cm. This has proven to be advantageous so that a head striking the windshield always strikes near a defect location on the outer pane.
  • neighboring defect locations are defect locations that are arranged closest to one another.
  • defect location c can be the neighboring defect location to defect location b if it is the defect location that has the smallest distance to defect location b.
  • the mean distance is the arithmetically averaged distance over all distances of the neighboring defect locations.
  • the defect areas are only introduced within exactly one partial area of the outer pane and exactly one partial area of the inner pane.
  • the partial area of the outer pane in which defect areas are introduced takes up between 10% and 90%, preferably 20% to 90%, particularly preferably 30% to 70% of the total area of the outer pane.
  • the partial area of the inner pane in which defect areas are introduced takes up between 10% and 90 %, preferably 20% to 90%, particularly preferably 30% to 70% of the total surface area of the outer pane.
  • the first surface area of the windshield in which defects are introduced preferably takes up between 10% and 90%, preferably 20% to 90%, particularly preferably 30% to 70% of the total surface area of the outer pane.
  • the preferred surface proportions of the partial area or surface area are sufficient to achieve a good level of safety.
  • the defects are not only introduced in the partial area of the outer pane and the partial area of the inner pane, but are distributed over the entire surface of the outer pane and the entire surface of the inner pane.
  • the characterization of the windshields and individual glass panes can be carried out, for example, using SIMS (secondary ion mass spectrometry).
  • SIMS secondary ion mass spectrometry
  • the implementation of SIMS methods for characterizing panes is generally known to those skilled in the art.
  • SIMS can be used to measure the extent of ion exchange in a pane before the method according to the invention compared to after the method according to the invention.
  • the surrounding edge of the windshield 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, with two opposite side edges connecting the engine edge and the roof edge.
  • the engine edge lower edge
  • the roof edge upper edge
  • the windshield has a transmission of at least 70% in the visible range of the light spectrum (this means the light transmission according to ISO 9050:2003).
  • a transmission of at least 70% in the visible range is required in order to meet the legal regulations for windshields (ECE-R 43, Annex 3, Section 9.1 Procedure for testing the light transmittance of motor vehicle windows).
  • the areas of the outer pane and/or the inner pane where the defects are located are preferably an area adjacent to the edge of the engine, where a pedestrian's head is more likely to hit in the event of an accident.
  • the defect areas created according to the invention are only applied in exactly one partial area of the inner pane and in exactly one partial area of the outer pane. The density of the defect areas, i.e. the number of defect areas per unit area, decreases within this one partial area of the outer pane and/or this one partial area of the inner pane from the motor edge towards the roof edge.
  • the density of the defect areas Adjacent to the upper edge of the partial area of the outer pane and/or the partial area of the inner pane, the density of the defect areas is therefore lower than the density of the defect areas adjacent to the motor edge. In this way, a gradual transition can be created between the partial area of the outer pane and/or the inner pane and another partial area adjacent to this partial area without defect areas.
  • the at least one partial area of the outer pane and the at least one partial area of the inner pane can in principle have any shape and preferably have the shape of a rectangle or a rounded rectangle or a semicircle or a semi-ellipse or a trapezoid, 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 at least one partial area of the outer pane and/or the upper edge of at least one partial area of the inner pane 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 partial area evenly in all areas along the motor edge.
  • the upper edge has a curved course. The upper edge can end in the area of the side edges or 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 semi-elliptical geometry of the partial area of the outer pane and/or the partial area of the inner pane.
  • the thermoplastic intermediate layer preferably comprises polyvinyl butyral (PVB), polyurethane (PU), ionomers and/or ethylene vinyl acetate (EVA), particularly preferably PVB. These materials have proven to be particularly suitable for securely bonding the inner pane and the outer pane to one another.
  • 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 can independently consist of non-tempered, partially tempered or tempered glass. If the outer pane and/or the inner pane are to be tempered, this can be thermal or chemical tempering.
  • the outer pane and the inner pane preferably each have a thickness of 0.8 mm to 2.5 mm, particularly preferably 1.2 mm to 2.2 mm.
  • the thickness of the outer pane is typically 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 and the inner pane 1.1 mm thick, or the outer pane can be 1.8 mm and the inner pane 1.4 mm thick, or the outer pane can be 1.6 mm and the inner pane 1.1 mm thick, or the outer pane can be 1.6 mm and the inner pane 0.7 mm thick, or the outer pane can be 1.4 mm and the inner pane 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 windshield. For windshields, a high transmission in the visible range of the light spectrum is desired and dark tints of the components are avoided.
  • the windshield according to the invention is curved in one or preferably in several directions of space, as is usual for windows of motor vehicles, with typical radii of curvature being in the range from about 10 cm to about 40 m.
  • the inner pane, the outer pane and/or the thermoplastic intermediate layer can have other suitable coatings known per se, for example anti-reflective coatings, non-stick coatings, anti-scratch coatings, photocatalytic coatings or sun protection coatings or low-E coatings.
  • Windshields usually have a peripheral cover print made of opaque enamel, which serves in particular to protect the adhesive used to install the pane from UV radiation and to visually conceal it.
  • the outer pane has such an opaque peripheral cover 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 vision of the pane or 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 provided are preferably covered by this cover print and are thus optically concealed.
  • the opaque screen print can be applied in any plane of the windshield.
  • the invention further extends to the use of a windshield produced according to the method according to the invention in means of transport for traffic on land, in the air or on water, in particular in motor vehicles.
  • Fig. 1 an embodiment of the method according to the invention in a cross-sectional view
  • Fig. 2 the first three steps a) to c) of the method according to the invention in a plan view of the outer pane of the windshield
  • Fig. 3a a windshield produced according to the inventive method in Fig. 1 in a plan view
  • Fig. 3b an enlarged section of the windshield from Fig. 3a
  • Fig. 3c the windshield from Fig. 3a in a cross-sectional view
  • Fig. 4 shows another embodiment of the windshield according to the invention produced by the method according to the invention
  • Fig. 5 Diagram with HIC values of windshields of the generic type and of windshields produced by the method according to the invention.
  • Fig. 1 shows an embodiment of the method according to the invention with the individual method steps a) to f).
  • the intermediate products and the product are shown after each method step.
  • the intermediate products and the product, i.e. the windshield 100 are shown in a cross-sectional view, which means that no top view of one of the main surfaces of the windshield 100 or the intermediate products is shown, but rather a view of a cross section.
  • the cross-sectional line A-A' along which the intermediate products and windshield 100 are cut is indicated, for example, in Fig. 3a.
  • Fig. 2 shows a further aspect of the embodiment of the method according to the invention; the method steps a) to c) are shown in a top view using the outer pane 1.
  • an outer pane 1 and an inner pane 2 are provided.
  • the outer pane 1 and the inner pane 2 are, for example, transparent soda-lime panes.
  • the outer pane 1 has, for example, a thickness of 2.1 mm and the inner pane 2 has, for example, a thickness of 1.6 mm.
  • the outer pane 1 and the inner pane 2 are, for example, bent in accordance with the requirements of a windshield for a passenger vehicle (curvature not shown). and have the required dimensions.
  • the outer pane 1 and the inner pane 2 can alternatively be uncurved, i.e. flat, such as flat glass that has already been cut to the required dimensions.
  • the outer pane 1 also has an outside surface I and an interior surface II.
  • the inner pane 2 also has an outside surface III and an interior surface IV.
  • the interior surface II, IV of the outer pane 1 and the inner pane 2 are intended to face the vehicle interior in the finished windshield 100 in the installed position in a vehicle.
  • the outside surface I, III of the outer pane 1 and the inner pane 2 are intended to face the outside environment in the finished windshield 100 in the installed position in a vehicle.
  • a functional agent 4 is applied in a partial area 5.1 of the outer pane 1 and in a partial area 5.2 of the inner pane 2.
  • the partial area 5.1 of the outer pane 1 and the partial area 5.2 of the inner pane 2 do not extend over the entire outer pane 1 and inner pane 2, but only over approximately 80% of the surface area of the inner pane 2 and the outer pane 2.
  • the partial area 5.1, 5.2 of the outer pane 1 or the inner pane 2 extends from the lower edge 8 to an upper edge line, which is offset from the upper edge 7, but essentially parallel to the upper edge 7.
  • the partial area 5.1, 5.2 of the outer pane 1 or the inner pane 2 does not extend completely from the lower edge 8 to the upper edge 7 of the outer pane 1 or the inner pane 2.
  • the remaining area between the upper edge 7 and the upper edge line of the partial area 5.1, 5.2 makes up approx. 20% of the area of the outer pane
  • the partial area 5.1, 5.2 of the outer pane 1 or the inner pane 2 extends between the upper edge line and the lower edge 8 completely from one (left) side edge 9 to the other (right) side edge 9.
  • the functional agent 4 is applied to different locations S of the interior surface
  • the term S refers to small, separate areas on the interior surface II, IV of the inner pane 2 and the outer pane 1.
  • the functional agent 4 is applied, for example, as an irregular pattern in dots to the points S of the interior surface II, IV of the inner pane 2 and the outer pane 1 within the partial area 5.1, 5.2.
  • the diameter of the The distance between the points S containing the functional agent 4 is, for example, 50 pm on average.
  • the points S containing the functional agent 4 are, for example, 5 cm apart on average and extend as an irregular pattern over the entire partial area 5.1, 5.2 of the outer pane 1 and the inner pane 2 (in plan view, for example, a pattern as shown in Fig. 3 b results).
  • the functional agent contains, for example, potassium carbonate (K2CO3). It is applied, for example, using the sol-gel process.
  • a third process step c) the outer pane 1 and the inner pane 2 are heated to a temperature of 600 °C, for example in an oven.
  • the temperature 600 °C is above the glass transition temperature Tg2 of the inner pane 2 and the glass transition temperature Tgi of the outer pane 1 (Tgi and Tg2, for example, approx. 550 °C for the outer pane 1 and inner pane 2).
  • Tgi and Tg2 glass transition temperature
  • the functional agent is melted, so that a molten potassium salt is formed.
  • the potassium ions diffuse into the outer pane 1 and the inner pane 2 at the points S containing the functional agent.
  • the inner pane 2 and the outer pane 1 can be bent according to process step c) in accordance with the specifications for the windshield 100 to be produced (not shown here).
  • a fourth process step d the outer pane 1 and the inner pane 2 are cooled down to room temperature. After the inner pane 2 and the outer pane 1 have cooled down to room temperature, there is increased tensile stress at the defect areas 6 that have formed compared to the other areas of the panes.
  • the functional agent 4 and preferably also other contaminants are removed from the surfaces I, II, III, IV of the outer pane 1 and the inner pane 2.
  • the outer pane 1 and the inner pane 2 are arranged together with a thermoplastic intermediate layer 3 to form a layer stack 10.
  • thermoplastic intermediate layer is arranged flat between the outer pane 1 and the inner pane 2, with the interior surface II of the outer pane 1 and the exterior surface III of the inner pane 2 facing each other.
  • the thermoplastic intermediate layer 3 is formed, for example, on the basis of polyvinyl butyral and has a thickness of 0.5 mm.
  • the layer stack 10 is laminated to form the windshield 100 according to the invention, for example by means of the autoclave method.
  • Fig. 3a shows a top view of the windshield 100 produced using the method according to the invention described in Fig. 1 and Fig. 2.
  • a dashed circle indicates an enlarged section Z of the windshield 100, which is shown in Fig. 3b.
  • the windshield 100 Due to the defect locations 6 on the interior-side surface II of the outer pane 1 in the partial area 5.1 and the defect locations 6 on the interior-side surface IV of the inner pane 2 in the partial area 5.2, the windshield 100 has a lower head injury factor (HIC) in the partial area 5 compared to windshields of the same type.
  • the partial area 5.1 of the outer pane 1 and the partial area 5.2 of the inner pane 2 are arranged essentially congruently with one another (when viewed through the windshield 100).
  • Partial area 5 of the windshield 100 refers to that partial area of the windshield 100 which, when viewed through the windshield 100, coincides with partial area 5.1 of the outer pane 1 and partial area 5.2 of the inner pane 2.
  • Fig. 3c shows a cross section of the embodiment of the windshield 100 from Fig. 3a.
  • the cross-sectional line A-A' is indicated by a dashed line in Fig. 3a.
  • Fig. 3b shows an enlarged section Z of the windshield 100 in the partial area 5 with a view of the interior surface IV of the inner pane 2.
  • defect sites 6 are shown in an irregular pattern on the interior surface IV.
  • the defect sites 6 are in the form of filled circles in plan view and have an arithmetic mean diameter of, for example, 50 pm.
  • the defect sites 6 are offset from one another; they therefore do not touch one another.
  • the distance between a defect site 6 and the nearest defect site 6 is, for example, 5 cm on average.
  • the defect areas 6 can also have shapes other than filled circles when viewed from above; they can be rectangular, rhombic, pyramidal or conical, for example.
  • the defect areas 6 can also have a regular pattern (not shown here).
  • Fig. 4 shows a further embodiment of the windshield 100 produced using the method according to the invention in a top view of the interior-side surface IV of the inner pane 2.
  • the variants shown in Fig. 4 essentially correspond to the variant from Figs. 3a to 3c, so that only the differences are discussed here and otherwise reference is made to the description of Figs. 3a to 3c.
  • the defect areas 6 in Fig. 4 extend not only over a partial area 5.1 of the interior-side surface II of the outer pane 1 and over a partial area 5.2 of the interior-side surface IV of the inner pane 2, but over the entire interior-side surface II of the outer pane 1 and the entire interior-side surface IV of the inner pane 2.
  • Fig. 5 shows a diagram with three generic windshields and two windshields 100 according to the invention.
  • the windshields 100 according to the invention are shown in the diagram by example 1 and example 2.
  • the generic windshields are shown in the diagram by comparative examples 1 to 3.
  • the structure of the windshields is essentially the same for all examples and comparative examples and is as described for Fig. 3a to Fig. 3c.
  • the windshields differ from the windshield 100 described for Fig. 3a to 3c as follows:
  • Comparative example 1 The windshield has no defects 6.
  • Comparative example 2 The windshield only has defect locations 6 in a partial area 5.1 on the interior surface II of the outer pane 1.
  • the distance between a defect location 6 and the nearest defect location 6 is an arithmetic average of 2.5 cm.
  • Comparison example 3 The windshield only has defects 6 in a partial area
  • the distance of a The arithmetic mean distance between defect point 6 and the nearest defect point 6 is 2.5 cm.
  • Example 1 The windshield 100 has defect locations 6 in a partial area 5.1 on the interior-side surface II of the outer pane 1 and in a partial area 5.2 on the interior-side surface IV of the inner pane 2.
  • the distance of a defect location 6 to the nearest defect location 6 is 2.5 cm on average.
  • Example 2 The windshield 100 has defect locations 6 in a partial area 5.1 on the interior-side surface II of the outer pane 1 and in a partial area 5.2 on the interior-side surface IV of the inner pane 2.
  • the distance of a defect location 6 to the nearest defect location 6 is 5 cm on average.
  • the comparative examples and the examples according to the invention are plotted against experimentally determined head injury factor values (HIC value) in the diagram in Fig. 5.
  • HIC value head injury factor values
  • Each entry in the diagram shows a simulated accident and the HIC value determined for it. If all or almost all entries have an HIC value of less than 1000, this means good protection against head injuries in the event of a head collision with the windshield (installed in a moving car). If a significant number of entries have an HIC value of more than 1000, this means correspondingly poorer protection against head injuries.
  • the windshields 100 according to the invention in examples 1 and 2 reduce the risk of head injuries from an impact with the windshield 100 compared to the windshields of comparative examples 1 to 3. All entries in examples 1 and 2 are below a HIC value of 1000. For comparison examples 1 to 3, however, the risk of head injuries is significantly higher, as some entries are also above a HIC value of 1000.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Windschutzscheibe (100), wobei a) eine natriumhaltige Außenscheibe (1) mit einer Glasübergangstemperatur von Tg1 und eine natriumhaltige Innenscheibe (2) mit einer Glasübergangstemperatur von Tg2 bereitgestellt werden, b) ein Funktionsmittel (4), umfassend Alkalimetallionen mit einem größeren Kationenradius als dem von Natriumionen, innerhalb mindestens eines Teilbereiches (5.1) der Außenscheibe (1) oder über die Gesamtfläche der Außenscheibe (1) und innerhalb mindestens eines Teilbereiches (5.2) der Innenscheibe (2) oder über die Gesamtfläche der Innenscheibe (2) auf mehreren Stellen (S) aufgebracht wird, c) an den mit dem Funktionsmittel (4) behafteten Stellen (S) der Außenscheibe (1) bei einer Temperatur von mindestens Tg1 und an den mit dem Funktionsmittel (4) behafteten Stellen (S) der Innenscheibe (2) bei einer Temperatur von mindestens Tg2 Defektstellen (6) ausgebildet werden, d) das verbliebene Funktionsmittel (4) von der Außenscheibe (1) und der Innenscheibe (2) entfernt wird, e) aus der Außenscheibe (1), einer thermoplastischen Zwischenschicht (3) und der Innenscheibe (2) ein Schichtstapel (10) gebildet wird und f) der Schichtstapel (10) zu einer Windschutzscheibe (100) laminiert wird.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Windschutzscheibe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Windschutzscheibe, eine solche Windschutzscheibe sowie deren Verwendung.
Verbundscheiben, welche mindestens zwei Scheiben und mindestens eine zwischen den Scheiben eingeklebte Polymerfolie umfassen, sind seit Jahrzehnten massenhaft in verschiedenen technischen Gebieten, insbesondere bei der Gebäudeverglasung und im Fahrzeugbau, im Einsatz. Die Auswahl der eingesetzten Materialien und die Dimensionierung der Komponenten erfolgt in Abhängigkeit von den Anforderungen des speziellen Einsatzzwecks, insbesondere hinsichtlich der gewünschten mechanischen Belastbarkeit der fertigen Verglasung, unter Beachtung der durch die Rahmung und etwaige Anbauteile gesetzten Randbedingungen.
In der US 3,437552 A sind Verbundscheiben umfassend zwei Glasscheiben und eine dazwischenliegende Polyvinylbutyral (PVB)-Schicht offenbart.
Die US 6,708,595 B1 offenbart eine Panzerverbundglasscheibe für Kraftfahrzeuge, welche eine Stapelfolge aus mehreren Scheiben und mehreren dazwischenliegenden klebefähigen Zwischenschichten umfasst.
Speziell in der Automobilindustrie gibt es im Zuge der Bemühungen um eine Gewichtsreduzierung und damit erzielbare Kraftstoff- bzw. Stromeinsparung einen Trend zur Verwendung dünnerer und damit leichterer Gläser in Verbundglasscheiben. Gleichwohl müssen diese Verglasungen definierten mechanischen Anforderungen genügen, die in einschlägigen Industrienormen fixiert sind. Dabei steigen nicht nur die Sicherheitsanforderungen im Hinblick auf Fahrzeuginsassen, sondern auch gegenüber anderen Verkehrsteilnehmern wie Fußgängern. Im Falle eines Frontalzusammenstoßes zwischen einem Fußgänger und einem Auto prallt der Fußgänger mit hoher Wahrscheinlichkeit auf der Motorhaube des Autos auf, wobei sein Kopf auf der Windschutzscheibe des Autos aufschlägt. Dabei kann es zu einer schweren bis hin zu tödlichen Verletzung des Fußgängers kommen, insbesondere, wenn dessen Kopf die Windschutzscheibe durchschlägt und auf weitere Gegenstände wie das Armaturenbrett auftrifft. Für Windschutzscheiben ist daher ein besonders hohes Maß an Sicherheit erforderlich. Bei einem Unfall zwischen einem Auto und einem Fußgänger ist der Aufprall des Kopfes des Fußgängers auf die Windschutzscheibe des Autos das wahrscheinlichste Szenario. In diesem Fall ist ein frühzeitiger Bruch des Glases erwünscht, um die Energie des Aufpralls zu absorbieren und den Kopf vor Verletzungen zu schützen. Durch diesen Bruch wird das PVB aktiviert, das wie ein Rettungsnetz wirkt und für einen eher sanften Aufprall sorgt. Die Stärke des Kopfaufpralls mit dem Kopf auf die Windschutzscheibe wird üblicherweise mittels des Kopf-Verletzungs-Faktor (engl. Head-Injury-Criteria (HIC)) quantifiziert. Hierdurch wird die Schwere eines Aufpralls anhand der am Kopf gemessenen, aufprallinduzierten Beschleunigung gemessen. Ein niedriger HIC-Wert ist gleichbedeutend mit einem geringen Risiko für schwere Kopfverletzungen. Es besteht daher Bedarf an Windschutzscheiben, welche eine geringe Gefahr für Zusammenstöße mit Fußgängern aufweisen. Es besteht außerdem Bedarf an kostengünstigen und effizienten Verfahren zur Herstellung ebendieser Windschutzscheiben.
Die WO2019245819A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Windschutzscheibe, welche ein geringeres Risiko für Kopfverletzungen bei einem Aufprall des Kopfes auf die Windschutzscheibe aufweist. Dieses geringere Risiko ist insbesondere auf mechanisch erzeugte Defekte in der Windschutzscheibe zurückzuführen.
Die Zwischenschicht in der Windschutzscheibe der JP2008133141A weist eine Zugsteifigkeit von kleiner 3 MPa auf, wodurch ein verbessertes Bruchverhalten der Scheibe bei einem Aufprall erzeugt wird.
DE1951616A1 offenbart eine Windschutzscheibe mit einer Anzahl von kleinen Bruchstücken oder Bruchteilen einer Glasfarbe, um die Blendwirkung der Scheibe im Straßenverkehr zu verringern.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Windschutzscheibe bereitzustellen, welche eine höheren Aufprallschutz aufweist, insbesondere bei Unfällen mit Fußgängern. Das Verfahren soll kostengünstig und effizient durchführbar sein. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es außerdem, ein Windschutzscheibe mit einem verbesserten Aufprallschutz und deren Verwendung bereitzustellen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung einer Windschutzscheibe gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Die Aufgabe wird weiter durch die unabhängigen Ansprüche 12 und 15 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Windschutzscheibe. Das Verfahren wird im Folgenden in mehrere Verfahrensschritte unterteilt.
In einem ersten Verfahrensschritt a) werden eine natriumhaltige Außenscheibe mit einer Glasübergangstemperatur von Tgi und eine natriumhaltige Innenscheibe mit einer Glasübergangstemperatur von Tg2 bereitgestellt. Die Außenscheibe und die Innenscheibe weisen bevorzugt eine im Wesentlichen identische Glasübergangstemperatur auf.
Durch die Beschreibung, dass die Außenscheibe und die Innenscheibe eine Glasübergangstemperatur Tgi bzw. Tg2 haben, ist nicht gemeint, dass die Innenscheibe und die Außenscheibe auf eine Temperatur erhitzt sind, die der Glasübergangstemperatur Tgi bzw. Tg2 entspricht. Es ist vielmehr gemeint, dass die Außenscheibe und die Innenscheibe ebensolche Eigenschaften aufweisen, dass sie bei einer Temperatur von gleich Tgi bzw. Tg2 in einen Glasübergangszustand übergehen.
Der einfachhalthalber wird im Folgenden von einer Glasübergangstemperatur Tg der Außenscheibe und der Innenscheibe gesprochen. Mit der Glasübergangstemperatur Tg ist für die Außenscheibe die Glasübergangstemperatur Tgi und für die Innenscheibe die Glasübergangstemperatur Tg2 gemeint. Die Glasübergangstemperatur Tg definiert den Phasenübergang von einem festen Zustand in einen gummiartigen bis zähflüssigen Zustand. Die Glasübergangstemperatur Tg wird bei anorganischen Gläsern auch Transformationstemperatur genannt mit dem Begriff „Glasübergangstemperatur“ ist im Sinne der Erfindung eben diese Transformationstemperatur gemeint. Bei Überschreiten der Glasübergangstemperatur Tg geht ein festes Glas in einen zähflüssigen Zustand über. Der Begriff Glasübergangstemperatur ist dem Fachmann allgemein bekannt und durch dem Fachmann bekannte Standardverfahren für jedes Glasmaterial messbar. Die Messung der Glasübergangstemperatur Tg kann beispielsweise mit Hilfe der Dynamisch Mechanischen Analyse (DMA) oder der dynamischen Differenzkalorimetrie (DSC) erfolgen. In einem zweiten Verfahrensschritt b) wird ein Funktionsmittel innerhalb mindestens eines Teilbereiches der Außenscheibe auf mehreren Stellen aufgebracht, bevorzugt innerhalb genau eines Teilbereiches der Außenscheibe auf mehreren Stellen aufgebracht, oder das Funktionsmittel wird über die gesamten Fläche der Außenscheibe, also innerhalb des gesamten Flächenbereiches der Außenscheibe, auf mehreren Stellen aufgebracht. Außerdem wird ein Funktionsmittel innerhalb mindestens eines Teilbereiches der Innenscheibe auf mehreren Stellen aufgebracht, bevorzugt innerhalb genau eines Teilbereiches der Innenscheibe auf mehreren Stellen aufgebracht, oder das Funktionsmittel wird über die gesamten Fläche der Innenscheibe, also innerhalb des gesamten Flächenbereiches der Innenscheibe, auf mehreren Stellen aufgebracht. Es versteht sich für den Fachmann, dass das Funktionsmittel nicht zwangsläufig nur innerhalb genau eines Teilbereiches der Innenscheibe und innerhalb genau eines Teilbereiches der Außenscheibe aufgebracht wird. Das Funktionsmittel kann auch innerhalb von mehreren Teilbereichen der Innenscheibe und innerhalb von mehreren Teilbereichen der Außenscheibe auf mehreren Stellen aufgebracht werden. Außerdem kann das Funktionselement auch über die gesamte Fläche der Außenscheibe und/oder die gesamte Fläche der Innenscheibe auf die Außenscheibe und die Innenscheibe auf mehreren Stellen aufgebracht werden. Es handelt sich lediglich um eine Mindestbedingung, dass das Funktionsmittel innerhalb mindestens eines Teilbereiches der Außenscheibe und innerhalb mindestens eines Teilbereiches der Innenscheibe aufgebracht wird. Das Funktionsmittel umfasst Alkalimetallionen mit einem größeren Kationenradius als dem von Natrium. Das Funktionsmittel kann beispielsweise mittels Rotationsbeschichtung auf den mehreren Stellen aufgebracht werden. Vorzugsweise bei Rotationsgeschwindigkeit von mindestens 1000 rpm (eng/.: revolutions per minute, Umdrehungen pro Minute), besonders bevorzugt mindestens 1500 rpm und insbesondere 2000 rpm. Das Verfahren der Rotationsbeschichtung ist ein Standardverfahren und die Durchführung zur Beschichtung von Scheiben mit dünnen Schichten ist dem Fachmann allgemein! bekannt. Alternativ kann das Funktionsmittel auch aufgesprüht werden oder mittels einer Stange aufgerollt werden. Das Aufsprühen oder gleichmäßige aufrollen mittels einer Stange ist sehr zeiteffizient und weist eine gute Adaptabilität zur möglicherweise anschließenden Biegung der Außenscheibe und Innenscheibe auf.
Das Funktionsmittel wird vorzugsweise mit einer im Wesentlichen konstanten Schichtdicke von 100 nm bis 2000 nm, besonders bevorzugt von 500 nm bis 1500 nm, ganz besonders bevorzugt von 800 nm bis 1200 nm, insbesondere 1000 nm, auf die Stellen der Außenscheibe und der Innenscheibe aufgebracht. Mit „mehreren Stellen“ sind im Sinne der Erfindung mindestens zwei Stellen gemeint. Bevorzugt wird das Funktionsmittel auf mindestens 5 Stellen, besonders bevorzugt mindestens 10 Stellen, ganz besonders bevorzugt mindestens 50 Stellen und insbesondere mindestens 100 Stellen mindestens eines Teilbereiches oder der Gesamtfläche der Außenscheibe und mindestens eines Teilbereiches oder der Gesamtfläche der Innenscheibe aufgebracht (also auf jeder Scheibe mindestens 5, 10, 50 oder 100 Stellen). Die Anzahl der Stellen, auf welche das Funktionsmittel aufgebracht wird, können in Abhängigkeit des Teilbereiches bzw. der Gesamtfläche der jeweiligen Scheibe (Außenscheibe oder Innenscheibe) gewählt sein, wobei vorzugsweise die Anzahl der Stellen mit der Größe des jeweiligen Teilbereiches zunimmt.
In einem dritten Verfahrensschritt c) werden bei einer Temperatur von mindestens der Glasübergangstemperatur Tg2 im Falle der Innenscheibe und mindestens der Glasübergangstemperatur Tgi der Außenscheibe Defektstellen an den mit dem Funktionsmittel bedeckten Stellen der Außenscheibe und der Innenscheibe ausgebildet.
In einem vierten Verfahrensschritt d) wird das restliche Funktionsmittel und andere Nebenprodukte der Defektstellenausbildung von der Außenscheibe und der Innenscheibe entfernt. Vorzugsweise werden die Außenscheibe und die Innenscheibe gereinigt, sodass optimale Oberflächen für eine Laminierung der Außenscheibe und der Innenscheibe vorhanden sind.
In einem fünften Verfahrensschritt e) wird aus der Außenscheibe, einer thermoplastischen Zwischenschicht und der Innenscheibe ein Schichtstapel gebildet. Die thermoplastische Zwischenschicht wird hierzu flächig zwischen der Außenscheibe und der Innenscheibe angeordnet.
Die Außenscheibe weist eine der thermoplastischen Zwischenschicht zugewandte Oberfläche auf, welche im Folgenden als innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe bezeichnet wird. Die Außenscheibe weist weiterhin eine von der thermoplastischen Zwischenschicht abgewandte Oberfläche auf, welche im Folgenden als außenseitige Oberfläche der Außenscheibe bezeichnet wird. Die Innenscheibe weist eine der thermoplastischen Zwischenschicht zugewandte Oberfläche auf, welche im Folgenden als außenseitige Oberfläche der Innenscheibe bezeichnet wird. Die Innenscheibe weist weiterhin eine von der thermoplastischen Zwischenschicht abgewandte Oberfläche auf, welche im Folgenden als innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe bezeichnet wird.
In einem sechsten Verfahrensschritt f) wird der Schichtstapel zu einer Windschutzscheibe laminiert wird. Die Windschutzscheibe ist also eine Verbundscheibe mit einer Außenscheibe, einer Innenscheibe und einer dazwischenliegenden thermoplastischen Zwischenschicht.
Die Defektstellen auf der Außenscheibe können sich in Projektion auf der Innenscheibe mit den Defektstellen auf der Innenscheibe decken. Die Defektstellen auf der Außenscheibe können sich auch nur teilweise, beispielsweise zufällig, in Projektion auf der Innenscheibe mit den Defektstellen auf der Innenscheibe decken. Es kann auch sein, dass die Defektstellen auf der Außenscheibe in Projektion auf der Innenscheibe von den Defektstellen auf der Innenscheibe versetzt angeordnet sind.
Die außenseitige Oberfläche der Außenscheibe ist gleichzeitig auch die Außenfläche der Windschutzscheibe. Die innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe ist zugleich auch die Innenfläche der Windschutzscheibe. Die Windschutzscheibe ist dafür vorgesehen, eine äußere Umgebung von einem Fahrzeuginnenraum abzutrennen. Die außenseitige Oberfläche der Außenscheibe ist dabei dafür vorgesehen, der äußeren Umgebung zugewandt zu sein und die innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe ist dafür vorgesehen, dem Innenraum zugewandt zu sein.
Die Außenscheibe, die Innenscheibe und die hergestellte Windschutzscheibe weisen jeweils eine umlaufende Kante auf, welche besonders bevorzugt eine Oberkante und eine Unterkante sowie zwei dazwischen verlaufende Seitenkanten mit einer linken und einer rechten Seitenkante umfasst. Mit Oberkante wird diejenige Kante bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage nach oben zu weisen. Mit Unterkante wird diejenige Kante bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage nach unten zu weisen. Die Oberkante wird häufig auch als Dachkante und die Unterkante als Motorkante bezeichnet. Die Außenscheibe, die Innenscheibe und die Windschutzscheibe können jede beliebige geeignete geometrische Form und/oder Krümmung aufweisen. Die Angaben „linke“ und „rechte“ beziehen sich auf die Seitenangabe bzw. Richtungsangabe für einen Betrachter, der auf die eingebaute erfindungsgemäße Windschutzscheibe aus einem Fahrzeuginnenraum blickt. Die Erfinder haben festgestellt, dass eine mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Windschutzscheibe im Teilbereich bzw. über die gesamte Fläche der Außenscheibe und/oder der Innenscheibe, d.h. im mit den Defektstellen versehenen Bereich/en, eine verbesserte Bruchcharakteristik beim Aufschlag eines Gegenstands auf der Windschutzscheibe besitzt. Die eingebrachten Defektstellen führen zu einer gezielten Schwächung der Außenscheibe und/oder Innenscheibe, wodurch die Bruchcharakteristik der Windschutzscheibe im mit den Defektstellen versehenen Bereich/en maßgeblich beeinflusst wird und ein auftreffender Körper eine geringere Verzögerungsrate erfährt. Im erfindungsgemäßen Verfahren werden die Defektstellen mittels Kationenaustausch eingebracht. Durch den Austausch von Natriumionen mit Alkalikationen, welche einen höheren Kationenradius aufweisen als Natrium, in der Außenscheibe und der Innenscheibe werden Defektstellen in einem oder mehreren Teilbereichen oder über die Gesamtfläche der Außenscheibe und der Innenscheibe ausgebildet. Die Außenscheibe und die Innenscheibe weisen an den Defektstellen einen erhöhten Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Nach Abkühlen der Außenscheibe und der Innenscheibe auf Raumtemperatur führt dieser erhöhter Wärmeausdehnungskoeffizient zu eine erhöhten Zugspannung, wodurch die Außenscheibe und die Innenscheibe zumindest in mindestens einem Teilbereich eine verbesserte Bruchcharakteristik aufweisen.
Die Erfinder haben festgestellt, dass Windschutzscheiben mit einer verbesserten Bruchcharakteristik bei Unfällen mit Fußgängern zu weniger schweren Verletzungen führen und gleichzeitig die Steinschlagfestigkeit der Windschutzscheiben erhalten bleibt. Eine verbesserte Bruchcharakteristik ist daher in diesem Zusammenhang gleichzusetzen mit einem verbesserten Aufprallschutz der Windschutzscheibe. Dieser Zusammenhang zwischen Bruchcharakteristik und verbessertem Aufprallschutz lässt sich über Messungen des HIC- Wertes beschreiben. Das Verfahren stellt also eine Windschutzscheibe her, welche einen verbesserten Aufprallschutz aufweist. Die Erfinder haben außerdem herausgefunden, dass die Erzeugung von Defektstellen mittels Austausches von kleineren Alkalikationen mit größeren Alkalikationen (Kationenradius) in den Scheiben der Windschutzscheibe oberhalb der Glasübergangstemperatur Tg eine schonendes Verfahren darstellt, durch welches sich die Bruchcharakteristik der Windschutzscheiben gezielt einstellen lässt.
„Bei einer Temperatur von mindestens der Glasübergangstemperatur Tg“ kann im Sinne der Erfindung bedeuten, dass das Funktionsmittel auf diese Temperatur erwärmt wird, bevor es auf die Außenscheibe oder die Innenscheibe aufgebracht wird. Alternativ kann es bedeuteten, dass die Außenscheibe und die Innenscheibe vor der Auftragung des Funktionsmittels auf die Stellen oder nach der Auftragung des Funktionsmittels auf die Stellen der Außenscheibe und der Innenscheibe auf die Temperatur von mindestens Glasübergangstemperatur Tg erwärmt werden. In jedem Fall werden die Stellen, welche mit dem Funktionsmittel behaftet sind, auf eine Temperatur von mindestens der Glasübergangstemperatur Tg erwärmt oder die Stellen sind bereits auf eine Temperatur von mindestens der Glasübergangstemperatur Tg erwärmt, bevor das Funktionsmittel in Verfahrensschritt c) auf die Stellen aufgebracht wird. Vorzugsweise werden die Außenscheibe und die Innenscheibe mit dem Funktionsmittel auf eine Temperatur von mindestens Tg erwärmt. Die Ausbildung der Defektstellen bei einer Temperatur von mindestens Tg findet vorzugsweise in einem Zeitraum von mindestens 10 min (Minuten), besonders bevorzugt mindestens 30 min, ganz besonders bevorzugt mindestens 70 min und insbesondere mindestens 100 min statt. Durch eine längere Exposition der Außenscheibe und der Innenscheibe zu der Temperatur von mindestens Tg findet ein verbesserter Austausch der Natrium-Ionen im Glas mit den Kaliumionen statt. Die Kaliumionen diffundieren tiefer in die Scheibe. Mit „Tiefer diffundieren“ ist die Diffusionsausbreitung der Kaliumionen senkrecht zur Fläche der Außenscheibe bzw. Innenscheibe, welche mit dem Funktionsmittel bedeckt ist, gemeint.
Die Ausbildung der Defektstellen in Verfahrensschritt c) wird bevorzugt bei einer Temperatur von mindestens Tg +10 °C, besonders bevorzugt bei einer Temperatur von mindestens Tg +20 °C und insbesondere bei einer Temperatur von mindestens Tg +50 °C durchgeführt. Mit „Tg +10 °C“ ist eine Temperatur gemeint, die mindestens 10 °C über der Temperatur von Tg liegt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden im dritten Verfahrensschritt c) die mit dem Funktionsmittel bedeckte Außenscheibe und Innenscheibe auf Unterlagen, vorzugsweise einem Gitter, in einem Ofen angeordnet. Der Ofen wird auf eine Temperatur von mindestens Tg erwärmt. Der Ofen wird beispielsweise mittels Luftzirkulation erwärmter Luft aufgeheizt. Dies führt zu einer verbesserten homogenen Ausbildung der Defektstellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Außenscheibe, die Innenscheibe und das Funktionsmittel nach dem zweiten Verfahrensschritt b) auf mindestens die Glasübergangstemperatur Tg erwärmt. Hierbei kommt es zu weniger Temperaturgradienten über die Außenscheibe und die Innenscheibe, was zu einer sehr homogenen Defektstellenausbildung führt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren wird das Funktionsmittel bei einer Temperatur von mindestens der Glasübergangstemperatur Tg auf der Außenscheibe und der Innenscheibe aufgebracht. Hierbei erwärmen sich die mit dem Funktionsmittel bedeckten Stellen der Außenscheibe und der Innenscheibe, sodass ein effizienter lonenaustausch zur Ausbildung der Defektstellen stattfinden kann. Alternativ werden, nachdem das Funktionsmittel auf den Stellen der Außenscheibe und der Innenscheibe aufgebracht wird, die Innenscheibe und die Außenscheibe auf eine Temperatur von mindestens der Glasübergangstemperatur Tg erwärmt. Die Innenscheibe und die Außenscheibe können beispielsweise in einem Ofen vorgewärmt werden. Die Innenscheibe und die Außenscheibe können auf während der Auftragung des Funktionsmittels durch einen Ofen erwärmt werden, sodass die Auftragung des Funktionsmittels in einem Ofen durchgeführt wird.
Nach der Ausbildung der Defektstellen auf der Außenscheibe und der Innenscheibe werden die Außenscheibe und die Innenscheibe bevorzugt auf Raumtemperatur abgekühlt. Es ist aber auch möglich, dass die Außenscheibe und die Innenscheibe zunächst nicht abgekühlt werden, sondern die Temperatur konstant gehalten, auf größer als Raumtemperatur heruntergekühlt oder sogar noch höher als mindestens die Glasübergangstemperatur Tg erwärmt wird. Diese Varianten können beispielsweise sinnvoll sein, wenn die Außenscheibe und die Innenscheibe nach der Defektstellenausbildung noch einem Biegeverfahren unterzogen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Außenscheibe und die Innenscheibe nach dem vierten Verfahrensschritt d) gebogen. Die Erfinder haben festgestellt, dass eine vor dem Biegen durchgeführte Defektstellenausbildung der Außenscheibe und/oder der Innenscheibe zu einer Windschutzscheibe mit verbesserter Bruchcharakteristik bei Unfällen mit Fußgängern führt und gleichzeitig die Steinschlagfestigkeit der Windsschutzscheibe erhalten bleibt. Eine Erwärmung der Außenscheibe und/oder der Innenscheibe im Biegeprozess bewirkt dabei eine teilweise Heilung der erzeugten Defektstellen, die sich vorteilhaft auf die mechanischen Eigenschaften der jeweiligen Scheibe auswirkt. Eine Defektstellenausbildung der nicht gebogenen planaren Scheiben ist darüber hinaus im Vergleich zur Bearbeitung der gebogenen Scheiben in der Praxis wesentlich einfacher handhabbar. Es ist jedoch auch möglich, dass im ersten Verfahrensschritt a) die Außenscheibe und die Innenscheibe bereits gebogen sind.
Die Außenscheibe und/oder die Innenscheibe werden bevorzugt bei einer Temperatur von 500 °C bis 700 °C gebogen. Die Außenscheibe und die Innenscheibe können einzeln 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.
Das Funktionsmittel wird vorzugsweise auf der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe und auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe innerhalb des jeweiligen Teilbereiches oder über die gesamte innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe und die gesamte innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe auf mehreren Stellenaufgebracht. Die Defektstellen, welche sich durch Kationenaustausch vom Funktionsmittel mit der Innenscheibe und der Außenscheibe ausbilden, haben bevorzugt in der Draufsicht auf die mit Defektstellen versehene Oberfläche der Innenscheibe und/oder der Außenscheibe (also 2-dimensionale Betrachtung) eine kreisförmige Form, eine eckige Form, beispielsweise dreieckig, viereckig, rechteckig, oder eine diffuse Form, beispielsweise halbkreisförmig, halbmondförmig. Die Defektstellen sind mit bloßem Auge zumindest weitestgehend unsichtbar; die Beschreibung der Form bezieht sich also auf den Bereich der Innenscheibe und/oder der Außenscheibe, welche durch den Kationenaustausch als Defektstelle definiert ist und einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als die Bereiche der Scheibe ohne Kationenaustausch.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Defektstellen sphärisch, rechteckig, rhombisch, pyramidenförmig oder kegelförmig, bevorzugt sphärisch, ausgebildet. Diese Form ist besonders vorteilhaft, um eine verbesserte Bruchcharakteristik und damit einen verbesserten Aufprallschutz der Windschutzscheibe zu erzeugen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren werden im fünften Verfahrensschritt e) bei der Bildung des Schichtstapels die Innenscheibe und die Außenscheibe so zueinander angeordnet, dass der Teilbereich der Außenscheibe und der Teilbereich der Innenscheibe, welche mit Defektstellen versehen sind, im Wesentlichen deckungsgleich zueinander angeordnet sind. Das bedeutet in Durchsicht durch die Windschutzscheibe von einem Fahrzeuginnenraum aus gesehen, decken sich die mit Defektstellen versehenen Bereiche der Außenscheibe und der Innenscheibe. Der Teilbereich der Innenscheibe überdeckt vom Fahrzeuginnenraum gesehen also den Teilbereich der Außenscheibe. Durch die deckungsgleiche Anordnung der Teilbereiche wird die Bruchcharakteristik der Windschutzscheibe bei einem Aufprall verbessert. Die Defektstellen auf der Außenscheibe und die Defektstellen auf der Innenscheibe können ebenfalls im Wesentlichen deckungsgleich zueinander angeordnet sein.
Das Funktionsmittel kann auf Basis einer Lösung, eines festen Pulver oder von Netzwerkmodifikatoren (eng/.: network modifiers) ausgebildet sein. Bevorzugt ist das Funktionsmittel auf Basis von Silikatglasfritten, welche Netzwerkmodifikatoren enthalten, ausgebildet. Das Funktionsmittel wird in diesem Fall vorzugsweise mittels eines Siebdruckverfahrens auf die Außenscheibe und die Innenscheibe aufgebracht. Alternativ wird das Funktionsmittel als eine silikathaltige Beschichtung mittels eines Sol-Gel-Prozesses auf der Außenscheibe und der Innenscheibe aufgebracht. Die silikathaltige Beschichtung enthält Alkalimetallionen, welche einen größeren Kationenradius aufweisen als Natrium. Die Alkalimetallionen befinden sich vorzugsweise in einem alkalischen Cluster.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Funktionsmittel ein Pulver auf Basis von Kaliumcarbonat. Kaliumcarbonat eignet sich besonders gut, wenn die Außenscheibe und/oder die Innenscheibe aus Kalknatronglas bestehen.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Funktionsmittel ein anorganisches Bindemittel enthaltend eine wässrige Lösung mit auf Silikat basierendem Bindemittel. Das Bindemittel hat vorzugsweise einen Gewichtsanteil am Funktionsmittel von mindestens 10 %, besonders bevorzugt von mindestens 20 % und insbesondere von mindestens 25 % aus. Das Verhältnis von Kaliumoxid zu Silikat im Bindemittel liegt vorzugsweise von 0,1 bis zu 0,4, besonders bevorzugt von 0,2 bis zu 0,4 (Kaliumoxid/Silikat). Alternativ besteht das Funktionsmittel aus einer wässrigen Lösung mit auf Silikat basierendem Bindemittel. Das Bindemittel hat vorzugsweise einen Gewichtsanteil am Funktionsmittel von mindestens 10 %, besonders bevorzugt von mindestens 20 % und insbesondere von mindestens 25 % aus. Das Verhältnis von Kaliumoxid zu Silikat im Bindemittel liegt vorzugsweise von 0,1 bis zu 0,4, besonders bevorzugt von 0,2 bis zu 0,4 (Kaliumoxid/Silikat). Mit dieser Zusammensetzung wurden besonders einheitliche Defektstellen erzeugt. Das Ergebnis war für die Erfinder überraschend und unerwartet. Die erfindungsgemäßen Alkalimetallionen mit einem höheren Kationenradius als Natriumionen sind vorzugsweise Kaliumionen. Im Sinne der Erfindung bedeutet „Alkalimetallionen“, dass die Alkalimetallionen als freie Ionen, beispielsweise in einer Lösung, oder als gebundene Ionen in einem Salz, einem anorganischen Netzwerk oder organischen Netzwerk vorliegen können.
Netzwerkmodifikatoren sind Chemikalien, die dem Glas in kleinen Mengen zugesetzt werden können, um die Eigenschaften des Glases zu verändern. Dazu gehören beispielsweise Lithium, Natrium, Kalium und Kalzium, die als geladene Einzelatome (Ionen) inmitten der vernetzten Netzwerkbildner vorkommen und die relative Anzahl der starken Bindungen im Glas verringern sowie den Schmelzpunkt und die Viskosität senken.
Besonders bevorzugt wird das Funktionsmittel mittels des Sol-Gel-Prozesses auf die Außenscheibe und die Innenscheibe aufgebracht. Vorteile des Sol-Gel-Verfahrens als nasschemisches Verfahren ist eine hohe Flexibilität, die es beispielsweise auf einfache Weise erlaubt, nur Teile der Scheibenoberfläche mit der Beschichtung zu versehen. Das als Sol-Gel- Beschichtung Funktionsmittel enthält bevorzugt Kaliumionen. Die chemische Umwandlung des Sol-Gels ist dabei hilfreich, um Probleme bei Temperaturbehandlungen zu vermeiden.
Beim Sol-Gel-Verfahren wird zunächst ein Sol, welches die Präkursoren der Beschichtung enthält, bereitgestellt und gereift. Die Reifung kann eine Hydrolyse der Präkursoren beinhalten und/oder eine (partielle) Reaktion zwischen den Präkursoren. Die Präkursoren liegen üblicherweise in einem Lösungsmittel vor, bevorzugt Wasser, Alkohol (insbesondere Ethanol) oder ein Wasser-Alkohol-Gemisch.
In einer Ausgestaltung wird die Sol-Gelbeschichtung auf Basis von Kaliumoxid und/oder Kaliumcarbonat ausgebildet. Dabei enthält das Sol Kaliumoxid-Präkursoren und/oder Kaliumcarbonat.
Das Sol wird auf der Innenscheibe und der Außenscheibe mittelbar oder unmittelbar aufgebracht, insbesondere durch nasschemische Verfahren, beispielsweise durch Flutbeschichtung (flow coating), durch Aufträgen mittels Pinseln oder durch Sprühbeschichtung (spray coating), oder durch Druckverfahren, beispielsweise durch Tampondruck (pad printing) oder Siebdruck (screen printing). Die Innenscheibe und/oder Außenscheibe kann zuvor bereichsweise maskiert werden, sodass nur die Stellen der Innenscheibe und/oder Außenscheibe mit dem Sol beschichtet werden, an denen erfindungsgemäß die Defektstellen ausgebildet werden sollen. Im Anschluss kann eine Trocknung erfolgen, wobei Lösungsmittel verdampft wird. Diese Trocknung kann bei Umgebungstemperatur oder durch gesonderte Beheizung erfolgen. Vor dem Aufbringen des Funktionsmittels auf die Außenscheibe und die Innenscheibe wird die Oberfläche typischerweise gereinigt durch an sich bekannte Verfahren.
Anschließend wird das Sol kondensiert. Die Kondensation kann eine Temperaturbehandlung umfassen, die als separate Temperaturbehandlung bei beispielsweise einer Temperatur höher Tgi und/oder höher Tg2, alternativ bei bis zu 500°C durchgeführt werden kann oder im Rahmen eines Glasbiegeprozesses, typischerweise bei Temperaturen von 600 °C bis 700°C. Weisen die Präkursoren UV-vernetzbare funktionelle Gruppen auf (beispielsweise Methacrylat-, Vinyl- oder Acrylatgruppe), so kann die Kondensation eine UV-Behandlung umfassen. Die Kondensation kann alternativ bei geeigneten Präkursoren (beispielsweise Silikate) eine IR-Behandlung umfassen. Optional kann Lösungsmittel verdampft werden, beispielsweise bei einer Temperatur von bis zu 120 °C.
Ist etwas „auf Basis“ eines Materials ausgebildet, so besteht es mehrheitlich, also zu mindestens 50 %, vorzugsweise zu mindestens 70 %, ganz besonders bevorzugt zu mindestens 90% und insbesondere zu mindestens 99 % aus diesem Material.
Das Funktionsmittel wird besonders bevorzugt auf die Außenscheibe und die Innenscheibe aufgedruckt, insbesondere im Siebdruckverfahren. Dabei wird das Funktionsmittel durch ein feinmaschiges Gewebe hindurch auf die Außenscheibe und die Innenscheibe aufgedruckt. Das Funktionsmittel wird dabei beispielsweise mit einer Gummirakel durch das Gewebe hindurchgepresst. Das Gewebe weist Bereiche auf, welche für das Funktionsmittel durchlässig sind, neben Bereichen, welche für das Funktionsmittel undurchlässig sind, wodurch die geometrische Form des Drucks (Formen der mit dem Funktionsmittel behafteten Stellen der Außenscheibe und der Innenscheibe, welche in Defektstellen umgewandelt werden) festgelegt wird. Das Gewebe fungiert somit als Schablone für den Druck. Das Funktionsmittel enthält mindestens Alkalimetallionen mit einem höheren Kationenradius als Natriumionen und die Glasfritten, suspendiert und/oder gelöst in einer flüssigen Phase (Lösungsmittel), beispielsweise Wasser oder organische Lösungsmittel wie Alkohole. Die Alkalimetallionen sind vorzugsweise Kaliumionen. Sollen auf den zur thermoplastischen Zwischenschicht weisenden Oberflächen der Außenscheibe und der Innenscheibe (innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe und außenseitige Oberfläche der Innenscheibe) Beschichtungen, wie beispielsweise Sonnenschutzbeschichtungen oder heizbare Beschichtungen aufgebracht werden, so erfolgt die Anordnung der Innenscheibe und der Außenscheibe zusammen mit der thermoplastischen Zwischenschicht zum Schichtstapel bevorzugt nachdem die Beschichtung aufgebracht worden ist und die Defektstellen in die Außenscheibe und die Innenscheibe eingebracht worden. Umfasst die Windschutzscheibe Beschichtungen, die elektrisch kontaktiert werden sollen, so findet die elektrische Kontaktierung der elektrisch leitfähigen Schichten über Sammelleiter oder andere geeignete elektrische Leiter vor dem Laminieren zur Windschutzscheibe statt.
Eventuell im Randbereich der Windschutzscheibe aufgebrachte opake Abdeckdrucke werden bevorzugt im Siebdruckverfahren aufgebracht. Sollen ein opaker Abdeckdruck und das Funktionsmittel auf der gleichen Scheibenoberfläche aufgetragen werden, so werden diese bevorzugt nacheinander aufgetragen. Das Verbinden der Außenscheibe und der Innenscheibe über die thermoplastische Zwischenschicht zur Windschutzscheibe erfolgt bevorzugt durch Laminieren unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und/oder Druck. Es können an sich bekannte Verfahren zur Herstellung einer Windschutzscheibe 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 Windschutzscheibe mindestens umfassend eine Außenscheibe aus Kalknatronglas mit einer außenseitigen Oberfläche und einer innenraumseitigen Oberfläche und eine Innenscheibe aus Kalknatronglas mit einer außenseitigen Oberfläche und einer innenraumseitigen Oberfläche, wobei die innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe und die außenseitige Oberfläche der Innenscheibe über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind. Die Windschutzscheibe umfasst zumindest in einem Teilbereich der Außenscheibe und zumindest in einem Teilbereich der Innenscheibe Defektstellen, die in die Außenscheibe und die Innenscheibe eingebracht sind. Die Defektstellen sind bei einer Temperatur von mindestens der Glasübergangstemperatur Tg durch das Einbringen von Alkalimetallionen, welche einen höheren Kationenradius als Natriumionen aufweisen, hergestellt worden. In gleichem Umfang, in dem Alkalimetallionen, welche einen höheren Kationenradius als Natriumionen aufweisen, in die Außenscheibe und die Innenscheibe eingebracht worden, wurden Natriumionen aus der Innenscheibe und der Außenscheibe ausgebracht. Mit der „Glasübergangstemperatur Tg“ ist im Sinne der Erfindung die Glasübergangstemperatur Tg2 der Innenscheibe und die Glasübergangstemperatur Tgi der Außenscheibe gemeint. Die Glasübergangstemperatur Tgi und die Glasübergangstemperatur Tg2 sind bevorzugt im Wesentlichen identisch können aber auch unterschiedlich sein.
Die Erfindung erstreckt sich außerdem auf eine Windschutzscheibe hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäß hergestellten Windschutzscheibe bilden die Defektstellen ein regelmäßiges oder unregelmäßiges Muster aus und benachbarte Defektstellen weisen einen mittleren Abstand von 5 cm bis 50 cm, bevorzugt von 10 cm bis 30 cm, zueinander auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäß hergestellten Windschutzscheibe sind die Defektstellen innerhalb genau eines Teilbereiches der Außenscheibe und innerhalb genau eines Teilbereiches der Innenscheibe ausgebildet.
Die eingebrachten Defektstellen mindern die Festigkeit des Glases. Die Erfinder haben sich diesen, in der Regel unerwünschten Effekt, zu Nutze gemacht, um die Bruchcharakteristik der Windschutzscheibe zu beeinflussen. Die gezielte Schwächung der Außenscheibe und der Innenscheibe der Windschutzscheibe 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 menschlicher Kopf weniger abrupt verlangsamt wird und eine eher geringere Verzögerungsrate erfährt. Eine abrupte Verlangsamung des Kopfes, wie sie im Falle eines späten Glasbruchs auftritt, sollte vermieden werden. Eine nicht erfindungsgemäße Windschutzscheibe 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 Kopf-Verletzungs-Faktor (HIC) verwendet, das den Schweregrad eines Aufpralls anhand der Verzögerungsrate des Kopfes bewertet. Methoden zur Bestimmung von HIC-Werten sind dem Fachmann allgemein bekannt. HIC-Werte können beispielsweise mittels der ISO/TR 12351 :1999 ermittelt werden.
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 in zumindest einem Teilbereich der Außenscheibe und zumindest einemTeilbereich der Innenscheibe eingebrachten Defektstellen können, im Gegensatz zu den zufälligen Defekten im Glas, gezielt in einem Bereich der Windschutzscheibe platziert werden, in dem ein frühzeitiger Bruch erfolgen soll. Dadurch bietet die erfindungsgemäße Windschutzscheibe 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 Windschutzscheibe abgemildert wird.
Die Windschutzscheibe ist zur Abtrennung eines Fahrzeuginnenraums von einer äußeren Umgebung vorgesehen. Die Windschutzscheibe ist also eine Fensterscheibe, die in eine Fensteröffnung der Fahrzeugkarosserie eingesetzt ist oder dafür vorgesehen ist. Die Außenscheibe der Windschutzscheibe ist der äußeren Fahrzeugumgebung zugewandt, während die Innenscheibe zum Fahrzeuginnenraum orientiert ist. Es versteht sich, dass die Innenscheibe, die Außenscheibe und die thermoplastische Zwischenschicht im Wesentlichen die gleichen äußeren Abmessungen haben.
Die erfindungsgemäße Windschutzscheibe weist vorzugsweise einen ersten Flächenbereich auf, welcher sich mit den mit den Defektstellen versehenen Bereich/en der Innenscheibe und den mit den Defektstellen versehenen Bereich/en der Außenscheibe in Durchsicht durch die Windschutzscheibe deckt. Dieser erste Flächenbereich umfasst mindestens einen flächenmäßigen Anteil der Windschutzscheibe, kann jedoch auch die gesamte Scheibenoberfläche der Windschutzscheibe umfassen. Umfasst der erste Flächenbereich weniger als die gesamte Scheibenoberfläche der Windschutzscheibe, so wird der nicht vom ersten Flächenbereich umfasste Bereich als zweiter Flächenbereich der Windschutzscheibe bezeichnet. Der zweite Flächenbereich überlappt also nicht mit dem mindestens einen Teilbereich der Innenscheibe und dem mindestens einen Teilbereich der Außenscheibe. Der zweite Flächenbereich umfasst also Bereiche, in denen keine erfindungsgemäß erzeugten Defektstellen vorhanden sind. Es können auch mehrere erste Flächenbereiche und/oder zweite Flächenbereiche vorhanden sein, wobei die ersten Flächenbereiche Defektstellen umfassen, während die zweiten Flächenbereiche frei von Defektstellen sind. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Windschutzscheibe nur einen ersten Flächenbereich und einen zweiten Flächenbereich auf, die zusammen die Gesamtfläche der Windschutzscheibe bedecken.
Die thermoplastische Zwischenschicht kann einen oder mehrere Folien umfassen. Die mindestens eine Folie kann elektrisch schaltbare Funktionen oder gefärbte Bereiche aufweisen. Die thermoplastische Zwischenschicht kann somit 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 Defektstellen sind bevorzugt auf der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe und der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe angebracht. Es hat sich gezeigt, dass sich hierbei eine sehr gute Bruchcharakteristik bei einer gleichzeitig niedrigen Anzahl an Defektstellen erreichen lässt. Auf diese Weise können Ressourcen und Prozesszeiten eingespart werden. 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 Fläche mit einem Defekt gering gehalten werden kann. Der Durchmesser der Defektstellen wird als Gesamtdurchmesser des durch Kationenaustausch verursachten messbaren Defektes gemessen.
Bevorzugt bilden die Defektstellen ein regelmäßiges oder unregelmäßiges Muster innerhalb des mindestens einen Teilbereichs der Außenscheibe und des mindestens einen Teilbereiches der Innenscheibe aus. Alternativ bilden die Defektstellen ein regelmäßiges oder unregelmäßiges Muster über die gesamte Fläche der Außenscheibe und die gesamte Fläche der Innenscheibe aus. Bevorzugt bilden die Defektstellen ein regelmäßiges oder unregelmäßiges Muster innerhalb des ersten Flächenbereiches der Windschutzscheibe aus. Innerhalb einer Ebene zueinander benachbarte Defektstellen sind bevorzugt in einem 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 angeordnet. Dies hat sich als vorteilhaft erwiesen, damit ein auf die Windschutzscheibe auftreffender Kopf in jedem Fall in der Nähe einer Defektstelle der Außenscheibe auftrifft. Im Sinne der Erfindung sind „benachbarte Defektstellen" Defektstellen, welche zueinander nächstliegend angeordnet sind. Anhand eines Beispiels erklärt bedeutet dies: die Defektstelle b ist die benachbarte Defektstelle zu Defektstelle a, wenn sie die Defektstelle ist, welche den geringsten Abstand zur Defektstelle a aufweist. Gleichzeitig kann die Defektstelle c die benachbarte Defektstelle zu Defektstelle b sein, wenn sie die Defektstelle ist, welche den geringsten Abstand zur Defektstelle b aufweist. Der mittlere Abstand ist der über alle Abstände der benachbarten Defektstellen arithmetisch gemittelte Abstand.
In eine besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Defektstellen nur innerhalb genau eines Teilbereiches der Außenscheibe und genau eines Teilbereiches der Innenscheibe eingebracht. Bevorzugt nimmt der Teilbereich der Außenscheibe, in dem Defektstellen eingebracht sind, zwischen 10 % und 90 %, bevorzugt 20 % bis 90 %, besonders bevorzugt 30 % bis 70 % der Gesamtfläche der Außenscheibe ein. Bevorzugt nimmt der Teilbereich der Innenscheibe, in dem Defektstellen eingebracht sind, zwischen 10 % und 90 %, bevorzugt 20 % bis 90 %, besonders bevorzugt 30 % bis 70 % der Gesamtfläche der Außenscheibe ein. Bevorzugt nimmt der erste Flächenbereich der Windschutzscheibe, in dem Defektstellen eingebracht sind, zwischen 10 % und 90 %, bevorzugt 20 % bis 90 %, besonders bevorzugt 30 % bis 70 % der Gesamtfläche der Außenscheibe ein Es hat sich in Versuchen gezeigt, dass die genannten bevorzugten Flächenanteile des Teilbereichs bzw. Flächenbereichs ausreichen, um eine gute Sicherheit zu erzielen. Alternativ sind die Defektstellen nicht nur im Teilbereich der Außenscheibe und im Teilbereich der Innenscheibe eingebracht, sondern über die gesamte Fläche der Außenscheibe und die gesamte Fläche der Innenscheibe verteilt eingebracht.
Die Charakterisierung der Windschutzscheiben und einzelnen Glasscheiben (Innenscheibe und/oder Außenscheibe) kann beispielsweise mittels SIMS (Sekundärionen- Massenspektrometrie) durchgeführt werden. Dem Fachmann ist die Durchführung von SIMS- Methoden zur Charakterisierung von Scheiben allgemein bekannt. Mittels SIMS kann eine Messung über das Ausmaß des lonenaustausches in einer Scheibe vor dem erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich zu nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gemacht werden.
Die umlaufende Kante der Windschutzscheibe weist vier Abschnitte auf, die in Bezug auf die Einbausituation der Windschutzscheibe in einem Kraftfahrzeug als Motorkante, Dachkante und Seitenkanten bezeichnet werden, wobei zwei einander gegenüberliegende Seitenkanten die Motorkante und die Dachkante miteinander verbinden. Die Motorkante (Unterkante) ist dazu vorgesehen in Einbaulage dem Boden zugewandt zu sein, wohingegen die Dachkante (Oberkante) dazu vorgesehen ist, dem Himmel zugewandt zu sein. Die Windschutzscheibe weist dabei eine Transmission von mindestens 70% im sichtbaren Bereich des Lichtspektrums auf (gemeint ist die Lichttransmission nach ISO 9050:2003). 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 ein Bereich mit Defektstellen in das Hauptsichtfeld der Windschutzscheibe, so sollte eine Transmission von 70% vorliegen, in anderen Bereichen genügt auch eine geringere Transmission. Bevorzugt sind die Bereiche der Außenscheibe und/oder der Innenscheibe, 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. In einer möglichen Ausführungsform sind die erfindungsgemäß erzeugten Defektstellen lediglich in genau einem Teilbereich der Innenscheibe und in genau einem Teilbereich der Außenscheibe aufgebracht. Die Dichte der Defektstellen, also die Anzahl der Defektstellen pro Flächeneinheit, nimmt innerhalb dieses einen Teilbereichs der Außenscheibe und/oder dieses einen Teilbereiches der Innenscheibe von der Motorkante in Richtung der Dachkante ab. Benachbart zur Oberkante des Teilbereichs der Außenscheibe und/oder des Teilbereiches der Innenscheibe ist somit die Dichte der Defektstellen geringer als die Dichte der Defektstellen benachbart zur Motorkante. Auf diese Weise kann ein schrittweiser Übergang zwischen dem Teilbereich der Außenscheibe und/oder der Innenscheibe und einem an diesen Teilbereich angrenzenden weiteren Teilbereich ohne Defektstellen geschaffen werden.
Der mindestens eine Teilbereich der Außenscheibe und der mindestens eine Teilbereich der Innenscheibe können prinzipiell jede beliebige Form aufweisen und haben bevorzugt die Form eines Rechtecks oder eines abgerundeten Rechtecks oder eines Halbkreises oder einer Halbellipse oder eines Trapezes, 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 mindestens einen Teilbereichs der Außenscheibe und/oder die Oberkante des mindestens einen Teilbereiches der Innenscheibe 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 Teilbereich gleichmäßig in allen Bereichen entlang der Motorkante zu erzielen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Oberkante 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 Teilbereichs der Außenscheibe und/oder des Teilbereiches der Innenscheibe.
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 Innenscheibe und der Außenscheibe 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 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 Windschutzscheibe gewählt. Für Windschutzscheiben ist eine hohe Transmission im sichtbaren Bereich des Lichtspektrums erwünscht und es wird auf dunkle Tönungen der Komponenten verzichtet.
Die erfindungsgemäße Windschutzscheibe 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. Windschutzscheiben 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.
Alle genannten Normen beziehen sich auf deren zum Anmeldetag gültige Fassung.
Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf die Verwendung einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Windschutzscheibe in Fortbewegungsmitteln für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, insbesondere in Kraftfahrzeugen.
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 Windschutzscheibe und umgekehrt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Figuren genommen wird. Die Figuren (Fig.) sind schematische Darstellungen und nicht maßstabsgetreu. Die Figuren schränken die Erfindung in keiner Weise ein. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren in einer Querschnittansicht, Fig. 2 die ersten drei Schritte a) bis c) des erfindungsgemäßen Verfahren in einer Draufsicht auf die Außenscheibe der Windschutzscheibe,
Fig. 3a eine Windschutzscheibe hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in Fig. 1 in einer Draufsicht,
Fig. 3b ein vergrößerter Ausschnitt der Windschutzscheibe aus Fig. 3a,
Fig. 3c die Windschutzscheibe aus Fig. 3a in einer Querschnittansicht,
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Windschutzscheibe hergestellt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und
Fig. 5 Diagramm mit HIC-Werten von gattungsgemäßen Windschutzscheiben und von mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Windschutzscheiben.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit den einzelnen Verfahrensschritten a) bis f). In Fig. 1 sind die Zwischenprodukte und das Produkt nach jedem Verfahrensschritt gezeigt. Die Zwischenprodukte und das Produkt, also die Windschutzscheibe 100, sind in einer Querschnittansicht gezeigt, das bedeutet es ist keine Draufsicht auf eine der Hauptflächen der Windschutzscheibe 100 bzw. der Zwischenprodukte gezeigt, sondern eine Sicht auf einen Querschnitt. Die Querschnittlinie A-A' nach welcher die Zwischenprodukte und Windschutzscheibe 100 geschnitten sind, ist beispielsweise in Fig. 3a angedeutet. Die Fig. 2 zeigt einen weiteren Aspekt der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; es werden die Verfahrensschritte a) bis c) in einer Draufsicht anhand der Außenscheibe 1 dargestellt.
Es werden in einem ersten Verfahrensschritt a) eine Außenscheibe 1 und eine Innenscheibe 2 bereitgestellt. Die Außenscheibe 1 und die Innenscheibe 2 sind beispielsweise transparente Kalk-Natron-Scheiben. Die Außenscheibe 1 weist beispielsweise eine Dicke von 2,1 mm auf und die Innenscheibe 2 weist beispielsweise eine Dicke von 1 ,6 mm auf. Die Außenscheibe 1 und die Innenscheibe 2 sind beispielweise entsprechend den Anforderungen einer Windschutzscheibe für einen Personenkraftfahrzeug gebogen (Krümmung nicht dargestellt) und weisen die erforderlichen Maße auf. Die Außenscheibe 1 und die Innenscheibe 2 können alternativ aber auch ungekrümmt, also flach sein, wie zum Beispiel Flachglas, welches bereits auf die gewünschten Maße zugeschnitten wurde.
Die Außenscheibe 1 weist außerdem eine außenseitige Oberfläche I und eine innenraumseitige Oberfläche II auf. Die Innenscheibe 2 weist ebenso eine außenseitige Oberfläche III und eine innenraumseitige Oberfläche IV auf. Die innenraumseitige Oberfläche II, IV der Außenscheibe 1 und der Innenscheibe 2 sind dafür vorgesehen, in der fertigstellten Windschutzscheibe 100 in Einbaulage in einem Fahrzeug dem Fahrzeuginnenraum zugewandt zu sein. Die außenseitige Oberfläche I, III der Außenscheibe 1 und der Innenscheibe 2 sind dafür vorgesehen, in der fertigstellten Windschutzscheibe 100 in Einbaulage in einem Fahrzeug der äußeren Umgebung zugewandt zu sein.
In einem zweiten Verfahrensschritt wird ein Funktionsmittel 4 in einem Teilbereich 5.1 der Außenscheibe 1 und in einem Teilbereich 5.2 der Innenscheibe 2 aufgebracht. Der Teilbereich 5.1 der Außenscheibe 1 und der Teilbereich 5.2 der Innenscheibe 2 erstrecken sich jeweils nicht über die gesamte Außenscheibe 1 und Innenscheibe 2, sondern nur über jeweils ca. 80 % der Fläche der Innenscheibe 2 und der Außenscheibe 2. Der Teilbereich 5.1 , 5.2 der Außenscheibe 1 bzw. der Innenscheibe 2 erstreckt sich von der Unterkante 8 zu einer oberen Randlinie, welche versetzt von der Oberkante 7, aber im Wesentlichen parallel zur Oberkante 7 angeordnet ist. Der Teilbereich 5.1 , 5.2 der Außenscheibe 1 bzw. der Innenscheibe 2 erstreckt sich also nicht vollständig von der Unterkante 8 bis zur Oberkante 7 der Außenscheibe 1 bzw. der Innenscheibe 2. Der übrige Bereich zwischen der Oberkante 7 und der oberen Randlinie des Teilbereiches 5.1 , 5.2 macht ca. 20 % der Fläche der Außenscheibe
I bzw. der Innenscheibe 2 aus. Der Teilbereich 5.1 , 5.2 der Außenscheibe 1 bzw. der Innenscheibe 2 erstreckt sich hingegen zwischen oberer Randlinie und Unterkante 8 vollständig von einer (linken) Seitenkante 9 zur anderen (rechten) Seitenkante 9.
Das Funktionsmittel 4 wird auf unterschiedliche Stellen S der innenraumseitigen Oberfläche
II der Außenscheibe 1 und der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 aufgebracht. Mit Stellen S sind kleine, voneinander getrennte Bereiche auf der innenraumseitigen Oberfläche II, IV der Innenscheibe 2 und der Außenscheibe 1 gemeint. Das Funktionsmittel 4 wird beispielsweise als ein unregelmäßiges Muster punktförmig auf die Stellen S der innenraumseitigen Oberfläche II, IV der Innenscheibe 2 und der Außenscheibe 1 innerhalb des Teilbereiches 5.1 , 5.2 aufgebracht. Der Durchmesser der mit dem Funktionsmittel 4 behafteten Stellen S beträgt beispielsweise im arithmetischen Mittel 50 pm. Die mit dem Funktionsmittel 4 behafteten Stellen S sind beispielsweise im arithmetischen Mittel 5 cm voneinander entfernt und erstrecken sich als unregelmäßiges Muster über den gesamtem Teilbereich 5.1 , 5.2 der Außenscheibe 1 und der Innenscheibe 2 (In Draufsicht ergibt sich beispielsweise ein Muster wie in Fig. 3 b gezeigt). Das Funktionsmittel enthält beispielsweise Kaliumcarbonat (K2CO3). Es wird beispielsweise mittels des Sol-Gel- Verfahrens aufgebracht.
In einem dritten Verfahrensschritt c) werden die Außenscheibe 1 und die Innenscheibe 2 beispielsweise in einem Ofen auf eine Temperatur von 600 °C erwärmt. Die Temperatur 600 °C liegt über der Glasübergangstemperatur Tg2 der Innenscheibe 2 und der Glasübergangstemperatur Tgi der Außenscheibe 1 (Tgi sowie Tg2 beispielsweise ca. 550 °C für Außenscheibe 1 und Innenscheibe 2). Durch die Erwärmung der Außenscheibe 1 und der Innenscheibe 2 wird das Funktionsmittel geschmolzen, sodass ein geschmolzenes Kalium- Salz entsteht. Die Kalium-Ionen diffundieren in die Außenscheibei und die Innenscheibe 2 an den mit dem Funktionsmittel behafteten Stellen S. Aus den Scheiben hinaus diffundieren hingegen im gleichen Umfang Natrium-Ionen, sodass sich Kalium in der Außenscheibe 1 und der Innenscheibe 2 anreichert, wohingegen gleichzeitig die Menge an Natrium in den Scheiben reduziert wird. Auf diese Weise werden Defektstellen 6 in der Außenscheibe 1 und der Innenscheibe 2 gebildet, welche sich an den Stellen S ausbilden. An den Defektstellen wird der Wärmeausdehnungskoeffizient (engl. Coefficient of thermal expanision (CTE)) des Glases erhöht, was durch den höheren lonenradien der Kaliumkationen im Vergleich zu den Natriumionen begründet liegt.
Sollten die Innenscheibe 2 und die Außenscheibe 1 nicht gebogen sein, können die Innenscheibe 2 und die Außenscheibe 1 nach Verfahrensschritt c) entsprechen der Vorgaben an die herzustellende Windschutzscheibe 100 gebogen werden (hier nicht gezeigt).
In einem vierten Verfahrensschritt d) werden sie Außenscheibe 1 und die Innenscheibe 2 auf Raumtemperatur heruntergekühlt. Nach dem Abkühlen der Innenscheibe 2 und der Außenscheibe 1 auf Raumtemperatur besteht bei den ausgebildeten Defektstellen 6 eine erhöhte Zugspannung im Vergleich zu den anderen Bereichen der Scheiben. Das Funktionsmittel 4 sowie vorzugsweise auch übrige Verschmutzungen werden von den Oberflächen I, II, III, IV der Außenscheibe 1 und der Innenscheibe 2 entfernt. In einem fünften Verfahrensschritt e) werden die Außenscheibe 1 und die Innenscheibe 2 zusammen mit einer thermoplastischen Zwischenschicht 3 zu einem Schichtstapel 10 angeordnet. Die thermoplastische Zwischenschicht wird dabei flächig zwischen der Außenscheibe 1 und der Innenscheibe 2 angeordnet, wobei die innenraumseitige Oberfläche II der Außenscheibe 1 und die außenseitige Oberfläche III der Innenscheibe 2 einander zugewandt sind. Die thermoplastische Zwischenschicht 3 ist beispielsweise auf Basis von Polyvinylbutryral ausgebildet und weist eine Dicke von 0,5 mm auf.
In einem letzten und sechsten Verfahrensschritt f) wird der Schichtstapel 10 beispielsweise mittels des Autoklavverfahren zu der erfindungsgemäßen Windschutzscheibe 100 laminiert.
Die Fig. 3a zeigt eine Draufsicht auf die mit dem in Fig. 1 und Fig. 2 beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Windschutzscheibe 100. Mit einen gestrichelten Kreis ist ein vergrößerter Ausschnitt Z der Windschutzscheibe 100 angedeutet, welcher in Fig. 3b gezeigt ist. Aufgrund der Defektstellen 6 auf der innenraumseitigen Oberfläche II der Außenscheibe 1 im Teilbereich 5.1 und der Defektstellen 6 auf der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 im Teilbereich 5.2 weist die Windschutzscheibe 100 einen geringeren Kopfverletzungsfaktor (HIC) im Teilbereich 5 im Vergleich zu gattungsgemäßen Windschutzscheiben auf. Der Teilbereich 5.1 der Außenscheibe 1 und der Teilbereich 5.2 der Innenscheibe 2 sind im Wesentlichen deckungsgleich zueinander angeordnet (In Durchsicht durch die Windschutzscheibe 100). Mit Teilbereich 5 der Windschutzscheibe 100 ist jener Teilbereich der Windschutzscheibe 100 gemeint, welcher sich in Durchsicht durch die Windschutzscheibe 100 mit dem Teilbereich 5.1 der Außenscheibe 1 und dem Teilbereich 5.2 der Innenscheibe 2 deckt.
Die Fig. 3c zeigt einen Querschnitt zur Ausführungsform der Windschutzscheibe 100 aus Fig. 3a. Die Querschnittlinie A-A‘ ist durch eine gestrichelte Linie in Fig. 3a angedeutet.
Die Fig. 3b zeigt einen vergrößerten Ausschnitt Z der Windschutzscheibe 100 im Teilbereich 5 mit Sicht auf die innenraumseitige Oberfläche IV der Innenscheibe 2. Im vergrößerten Ausschnitt Z sind auf der innenraumseitigen Oberfläche IV Defektstellen 6 in einem unregelmäßigen Muster gezeigt. Die Defektstellen 6 sind in Draufsicht in der Form von gefüllten Kreisen ausgebildet und weisen einen Durchmesser von beispielsweise 50 pm im arithmetischen Mittel auf. Die Defektstellen 6 sind voneinander versetzt angeordnet; berühren sich also nicht. Der Abstand einer Defektstelle 6 zur jeweils nächstliegenden Defektstelle 6 beträgt im arithmetischen Mittel beispielsweise 5 cm. Die Defektstellen 6 können in Draufsicht auch andere Formen als gefüllte Kreise ausbilden; sie können beispielsweise rechteckig, rhombisch, pyramidenförmig oder kegelförmig ausgebildet sein. Die Defektstellen 6 können auch ein regelmäßiges Muster ausbilden (hier nicht gezeigt).
Die Fig. 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Windschutzscheibe 100 in der Draufsicht auf die innenraumseitige Oberfläche IV der Innenscheibe 2. Die in der Fig. 4 gezeigten Varianten entspricht im Wesentlichen der Variante aus den Figuren 3a bis 3c, sodass hier nur auf die Unterschiede eingegangen wird und ansonsten auf die Beschreibung zu den Figuren 3a bis 3c verwiesen wird. Im Unterschied zu der in den Figuren 3a bis 3c gezeigten Variante erstrecken sich die Defektstellen 6 in Figur 4 nicht nur über einen Teilbereich 5.1 der innenraumseitigen Oberfläche II der Außenscheibe 1 und über einen Teilbereich 5.2 der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2, sondern über die gesamte innenraumseitige Oberfläche II der Außenscheibe 1 und die gesamte innenraumseitige Oberfläche IV der Innenscheibe 2.
Die Fig. 5 zeigt ein Diagramm mit drei gattungsgemäßen Windschutzscheiben und zwei erfindungsgemäßen Windschutzscheiben 100. Die erfindungsgemäßen Windschutzscheiben 100 sind durch Beispiel 1 und Beispiel 2 im Diagramm dargestellt. Die gattungsgemäßen Windschutzscheiben sind durch Vergleichsbeispiel 1 bis 3 im Diagramm dargestellt. Der Aufbau der Windschutzscheiben ist im Wesentlichen für alle Beispiele und Vergleichsbeispiele gleich und ist wie für Fig. 3a bis Fig. 3c beschrieben. Die Windschutzscheiben unterscheiden sich von der für Fig. 3a bis 3c beschriebenen Windschutzscheibe 100 wie folgt:
Vergleichsbeispiel 1 : Die Windschutzscheibe weist keine Defektstellen 6 auf.
Vergleichsbeispiel 2: Die Windschutzscheibe weist nur Defektstellen 6 in einem Teilbereich 5.1 auf der innenraumseitigen Oberfläche II der Außenscheibe 1 auf. Der Abstand einer Defektstelle 6 zur jeweils nächstliegenden Defektstelle 6 beträgt im arithmetischen Mittel 2,5 cm.
Vergleichsbeispiel 3: Die Windschutzscheibe weist nur Defektstellen 6 in einem Teilbereich
5.2 auf der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 auf. Der Abstand einer Defektstelle 6 zur jeweils nächstliegenden Defektstelle 6 beträgt im arithmetischen Mittel 2,5 cm.
Beispiel 1 : Die Windschutzscheibe 100 weist Defektstellen 6 in einem Teilbereich 5.1 auf der innenraumseitigen Oberfläche II der Außenscheibe 1 und in einem Teilbereich 5.2 auf der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 auf. Der Abstand einer Defektstelle 6 zur jeweils nächstliegenden Defektstelle 6 beträgt im arithmetischen Mittel 2,5 cm.
Beispiel 2: Die Windschutzscheibe 100 weist Defektstellen 6 in einem Teilbereich 5.1 auf der innenraumseitigen Oberfläche II der Außenscheibe 1 und in einem Teilbereich 5.2 auf der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 auf. Der Abstand einer Defektstelle 6 zur jeweils nächstliegenden Defektstelle 6 beträgt im arithmetischen Mittel 5 cm.
Die Vergleichsbeispiele und die erfindungsgemäßen Beispiele sind im Diagramm aus Fig. 5 gegen experimentell ermittelte Kopfverletzungsfaktor-Werte (HIC-Wert) aufgetragen. Jeder Eintrag im Diagramm zeigt einen simulierten Unfall und den dazu ermittelten HIC-Wert. Weisen alle oder weitestgehend alle Einträge einen HIC-Wert von unter 1000 auf, bedeutet das einen guten Schutz vor Verletzungen am Kopf bei einem Zusammenstoß des Kopfes mit der (in ein fahrendes Auto eingebauten) Windschutzscheibe. Liegt eine signifikante Anzahl von Einträgen bei einem HIC-Wert von über 1000, bedeutet das entsprechend ein schlechteren Schutz vor Verletzungen am Kopf. In Fig. 5 ist zu erkennen, dass die erfindungsgemäßen Windschutzscheiben 100 in Beispiel 1 und 2 die Verletzungsgefahr am Kopf durch einen Aufprall mit der Windschutzscheibe 100 im Vergleich zu den Windschutzscheiben der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 verringern. Alle Einträge der in Beispiel 1 und 2 liegen unterhalb eines HIC-Wertes von 1000. Für die Vergleichsbeispiele 1 bis 3 ist die Gefahr für Verletzungen am Kopf hingegen signifikant höher, da auch einige Einträge oberhalb eines HIC-Wertes von 1000 liegen. Bezugszeichenliste
1 Außenscheibe
2 Innenscheibe
3 thermoplastische Zwischenschicht
4 Funktionsmittel
5 Teilbereich der Windschutzscheibe 100
5.1 Teilbereich der Außenscheibe 1
5.2 Teilbereich der Innenscheibe 2
6 Defektstellen
7 Oberkante
8 Unterkante
9 Seitenkante
10 Schichtstapel
100 Windschutzscheibe
I außenseitige Oberfläche der Außenscheibe 1
11 innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe 1
III außenseitige Oberfläche der Innenscheibe 2
IV innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe 2
S zur Beschichtung mit dem Funktionsmittel 4 vorgesehene Stellen
Z vergrößerte Ausschnitt der Windschutzscheibe 100 in der Draufsicht
A-A‘ Schnittlinie

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Windschutzscheibe (100), wobei a) eine natriumhaltige Außenscheibe (1) mit einer Glasübergangstemperatur von Tgi und eine natriumhaltige Innenscheibe (2) mit einer Glasübergangstemperatur von Tg2 bereitgestellt werden, b) ein Funktionsmittel (4), umfassend Alkalimetallionen mit einem größeren Kationenradius als dem von Natriumionen, innerhalb mindestens eines Teilbereiches (5.1) der Außenscheibe (1) oder über die Gesamtfläche der Außenscheibe (1) und innerhalb mindestens eines Teilbereiches (5.2) der Innenscheibe (2) oder über die Gesamtfläche der Innenscheibe (2) auf mehreren Stellen (S) aufgebracht wird, c) an den mit dem Funktionsmittel (4) behafteten Stellen (S) der Außenscheibe (1) bei einer Temperatur von mindestens Tgi und an den mit dem Funktionsmittel (4) behafteten Stellen (S) der Innenscheibe (2) bei einer Temperatur von mindestens Tg2 Defektstellen (6) ausgebildet werden, d) das verbliebene Funktionsmittel (4) von der Außenscheibe (1) und der Innenscheibe (2) entfernt wird, e) aus der Außenscheibe (1), einer thermoplastischen Zwischenschicht (3) und der Innenscheibe (2) ein Schichtstapel (10) gebildet wird und f) der Schichtstapel (10) zu einer Windschutzscheibe (100) laminiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Funktionsmittel (4) bei einer Temperatur von mindestens der Glasübergangstemperatur Tgi auf die Außenscheibe (1) und bei einer Temperatur von mindestens der Glasübergangstemperatur Tg2 auf die Innenscheibe (2) aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei nach der Aufbringung des Funktionsmittels (4) die Außenscheibe (1) auf eine Temperatur von mindestens Tgi und die Innenscheibe (2) auf eine Temperatur von mindestens Tg2 aufgeheizt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Außenscheibe (1) und die Innenscheibe (2) nach Verfahrensschritt d) gebogen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Außenscheibe (1) und die Innenscheibe (2) bei einer Temperatur von 500 °C bis 700 °C gebogen werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Defektstellen (6) sphärisch, rechteckig, rhombisch, pyramidenförmig oder kegelförmig, bevorzugt sphärisch, ausgebildet werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in Verfahrensschritt e) die Außenscheibe (1) so zur Innenscheibe (2) angeordnet wird, dass der Teilbereich (5.1) der Außenscheibe (1) im Wesentlichen deckungsgleich zum Teilbereich (5.2) der Innenscheibe (2) ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Funktionsmittel (4) ein Pulver auf Basis von Kaliumcarbonat ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Funktionsmittel (4) Glasfrittenpartikel enthält, welche auf Basis von Silikat mit Alkalimetallionen ausgebildet sind.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei in Verfahrensschritt b) das Funktionsmittel (4) mittels Siebdruckes auf die Außenscheibe (1) und die Innenscheibe (2) aufgedruckt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Funktionsmittel (4) auf einer innenraumseitigen Oberfläche (II, IV) der Außenscheibe (1) und der Innenscheibe (2) aufgebracht wird.
12. Windschutzscheibe (100, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
13. Windschutzscheibe (100) nach Anspruch 12, wobei die Defektstellen (6) ein regelmäßiges oder unregelmäßiges Muster ausbilden und zueinander benachbarte Defektstellen (6) einen mittleren Abstand von 5 cm bis 50 cm, bevorzugt von 10 cm bis 30 cm, zueinander aufweisen.
14. Windschutzscheibe (100) nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Defektstellen (6) innerhalb genau eines Teilbereiches (5.1) der Außenscheibe (1) und innerhalb genau eines Teilbereiches (5.2) der Innenscheibe (2) ausgebildet sind. Verwendung einer Windschutzscheibe (100) nach einem der Ansprüche 12 bis 14 in Fortbewegungsmitteln für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, insbesondere in Kraftfahrzeugen.
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