DE69132000T2 - Höhenverschiebbare laterale Scheibe für Autos - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Autoglasscheibe, insbesondere eine höhenverstellbare Seitenscheibe, aus Verbundglas aus zwei jeweils thermisch vorgespannten und mittels einer thermoplastischen Zwischenschicht miteinander verbundenen Einzelglasscheiben.
• Eine versenkbare Autoglasscheibe dieser Art ist aus dem DE-GM 89 10 916 bekannt. Bei dieser bekannten Seitenscheibe hat die äußere Einzelglasscheibe der Verbundglasscheibe eine Dicke von 3 bis 4 mm und weist insgesamt die übliche Vorspannung einer Einscheibensicherheitsglasscheibe auf. Die innere Einzelglasscheibe der Verbundglasscheibe hat eine Dicke von 1,5 bis 2,5 mm und besteht aus nicht oder nur gering vorgespanntem Glas. Die innere Einzelglasscheibe hat außerdem kleinere Abmessungen als die äußere, vorgespannte Glasscheibe, und der überstehende Randbereich der vorgespannten äußeren Glasscheibe dient für die Führung der Verbundglasscheibe in den Führungsschienen des Fensterrahmens. Die beiden Einzelglasscheiben sind miteinander mit Hilfe einer 0,8 bis 2,0 mm dicken Folie aus thermoplastischem Kunststoff verbunden. Diese bekannte Glasscheibe soll infolge ihre Aufbaus in hohem Maße einbruchhemmend und durchbruchhemmend sein und außerdem eine hohe Schalldämmung aufweisen. Die einbruch- und durchbruchhemmende Wirkung beruht einerseits auf der verhältnismäßig dicken thermoplastischen Zwischenschicht und andererseits darauf, daß die nicht oder nur gering vorgespannte innere Einzelglasscheibe auch bei Zerstörung der äußeren vorgespannten Glasscheibe infolge der dicken Zwischenschicht nicht zerstört wird, oder im Fall der Zerstörung nur in sehr große Bruchstücke zerbricht, so daß die Fensteröffnung in jedem Fall geschlossen bleibt. Das bedeutet aber, daß auch in den Fällen, in denen die Möglichkeit des Durchbruchs der Seitenscheiben erwünscht ist, nämlich im Fall eines Unfalls, die hohe Widerstandsfähigkeit dieser bekannten Seitenscheibe einen raschen Durchbruch und damit insbesondere einen schnellen Zugang zu den Fahrzeuginsassen verhindert.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Seitenscheibe aus Verbundglas bereitzustellen, die im Gegensatz zu diesen bekannten Autoseitenscheiben unter dem Gesichtspunkt der Sicherheit bei Verkehrsunfällen verbesserte Eigenschaften aufweist und ferner einen einfachen Aufbau hat und mit bekannten Produktionseinrichtungen herstellbar ist. Die erfindungsgemäße Seitenscheibe zeichnet sich dadurch aus, daß jede der beiden Einzelglasscheiben eine Dicke von 1,5 bis 3,5 mm hat und aus einem Zentralbereich und einem diesen vollständig umgebenden Randbereich gebildet ist, daß jede Glasscheibe eine über ihre Oberfläche unterschiedliche Vorspannung derart aufweist, daß die mittlere Kernzugspannung im Zentralbereich der Glasscheibe um 20 bis 40% geringer als diejenige Zugspannung ist, welche zum Erzeugen von 40 bis 400 Glasbruchstücken bei Zerstörung eines Quadrats von 5 cm · 5 cm aus einheitlich vorgespanntem Sicherheitsglas mit derselben Dicke wie die Glasscheibe notwendig ist, und daß die mittlere Kernzugspannung im Randbereich um 5 bis 15% geringer ist als die Zugspannung ist, welche zum Entstehen von 40 bis 400 Glasbruchstücken bei Zerstörung eines Quadrats von 5 cm · 5 cm aus einheitlich vorgespanntem Sicherheitsglas mit derselben Dicke wie die Glasscheibe notwendig ist.
• Einscheibensicherheitsglas weist üblicherweise eine solche Vorspannung auf, daß die durch die gültigen Normen vorgegebenen Anforderungen bezüglich der Anzahl und Größe der Glaskrümel bei einer Zerstörung der Glasscheibe erfüllt werden. Im Fall von Autoseitenscheiben bedeutet das, daß bei Glasscheiben mit einer Dicke von 2 bis 3 mm innerhalb eines Quadrats von 5 cm · 5 cm die Anzahl der Krümel nicht kleiner als 40 und nicht größer als 400 sein darf. Wie aus der Fachliteratur bekannt ist, entspricht eine Krümelzahl von 40 bei einer 2 mm dicken Glasscheibe einer mittleren Zugspannung im Kern von 64 MN/m² und bei einer 3 mm dicken Glasscheibe einer mittleren Zugspannung im Kern von 55 MN/m², während eine Krümelzahl von 400 bei einer 2 mm dicken Glasscheibe einer mittleren Zugspannung im Kern von 80 MN/m² und bei einer 3 mm dicken Glasscheibe einer mittleren Zugspannung im Kern von 75 MN/m² entspricht (Kazuyuki Akeyoshi et al "Study on the Physical Tempering of Glass Plates", Reports of the Research Laboratory of Asahi Glass Company 17, Nr. 1, 1967).
• Geht man also bei 2 mm dicken Glasscheiben davon aus, daß normgerechtes Bruchverhalten den Vorspannungsbereich von 64 bis 80 MN/m² umfaßt, dann betragen bei einer 2 mm dicken Einzelscheibe einer erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe die Zugspannungen im Randbereich wenigstens 54 MN/m² und höchstens 76 MN/m². Vorzugsweise liegen jedoch die Zugspannungen im Randbereich unterhalb des unteren Spannungswertes der normengerechten Vorspannung, das heißt im Bereich von 54 bis 64 MN/m². Im Zentralbereich betragen die Zugspannungen im Kern der Glasscheibe bei einer 2 mm dicken Einzelglasscheibe einer erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe wenigstens 38 und höchstens 64 MN/m², und liegen vorzugsweise im Bereich von 38 bis 60 MN/m².
• Bei 2,5 mm dicken Einzelglasscheiben liegt der Bereich der Zugspannungen bei normgerechtem Bruchverhalten zwischen 59,5 und 77,5 MN/m². Dementsprechend betragen bei den erfindungsgemäßen Glasscheiben die Zugspannungen im Randbereich wenigstens 50,6 und höchstens 73,6 MN/m², und liegen vorzugsweise im Bereich von 50,6 bis 59,5 MN/m². Im Zentralbereich dagegen betragen die Zugspannungen bei der erfindungsgemäßen Glasscheibe wenigstens 35,7 und höchstens 62 MN/m², und liegen vorzugsweise im Bereich von 35,7 bis 55 MN/m².
• Bei 3 mm dicken Einzelglasscheiben liegen bei normengerechtem Bruchverhalten die Zugspannungen im Kern der Glasscheiben im Bereich zwischen 55 und 75 MN/m². Das bedeutet, daß bei dieser Dicke der Einzelglasscheiben bei einer erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe im Randbereich die Zugspannungen im Kern 46,7 bis 71,2 MN/m², vorzugsweise 46,7 bis 55 MN/m² betragen. Im Zentralbereich betragen die Zugspannungen im Kern 33 bis 60 MN/m², und vorzugsweise 33 bis 55 MN/m².
• Bei den erfindungsgemäßen Glasscheiben werden die besten Ergebnisse erzielt, wenn die Spannungen im Mittelfeld der Glasscheiben wesentlich unterhalb der für das normgerechte Bruchverhalten unteren Grenze des Vorspannungsbereichs, im Randbereich hingegen nur geringfügig unterhalb der für das normengerechte Bruchverhalten unteren Grenze des Vorspannungsbereichs liegen. Beispielsweise werden bei einer Verbundglasscheibe aus 2,5 mm dicken Einzelscheiben sehr gute Ergebnisse erzielt, wenn die Zugspannungen im Randbereich 54 bis 58 MN/m², und im Mittelfeld 46 bis 50 MN/m² betragen.
• Durch die erfindungsgemäße Differenzierung und die unterschiedliche Verringerung der Zugspannungen im Kern und damit der entsprechenden Druckspannungen an den Oberflächen der Glasscheiben wird erreicht, daß einerseits die Festigkeit im Mittelfeld der Verbundglasscheibe verglichen mit einer Verbundglasscheibe mit wenigstens einer voll vorgespannten Einzelglasscheibe so weit herabgesetzt wird, daß beispielsweise bei einem Unfall die Verbundglasscheibe von außen zerstört und damit die Fensteröffnung verhältnismäßig schnell freigelegt werden kann. Während das Mittelfeld beider Einzelglasscheiben der Verbundglasscheibe dabei in sehr grobe Bruchstücke zerfällt, zerfällt der Randbereich in verhältnismäßig kleine Bruchstücke, wodurch die Herauslösung der Verbundglasscheibe aus ihrer Einfassung erleichtert wird. Durch die geringere Festigkeit der Verbundglasscheibe im Mittelfeld wird andererseits auch die Verletzungsgefahr durch Aufprall beispielsweise des Kopfes auf die innere Oberfläche der Verbundglasscheibe herabgesetzt, indem die Verbundglasscheibe eher zerbricht und dadurch die Stoßenergie durch plastische Verformung der Kunststoff-Zwischenschicht vernichtet wird. Andererseits hat die demgegenüber höhere Vorspannung im Randbereich der Glasscheibe die Wirkung, daß im Randbereich die Festigkeit wesentlich höher ist. Durch diese erhöhte Festigkeit im Randbereich hält die Verbundglasscheibe ohne Probleme den höheren Beanspruchungen stand, denen sie an den freiliegenden Kanten beispielsweise beim Zuschlagen der Türen oder infolge anderer auf den Rand einwirkender Kräfte ausgesetzt ist.
• Die differenzierte Vorspannung im Randbereich und im Sichtfeld im Rahmen der erfindungsgemäßen Zugspannungswerte hat sich auch insoweit als vorteilhaft erwiesen, als bei Einhaltung der angegebenen Grenzen keine Deformationen der Glasscheiben während des Vorspannprozesses auftreten. Werden beispielsweise die Zugspannungen im Mittelfeld stärker verringert, oder wird im Randbereich eine der vollen Vorspannung entsprechende Zugspannung erzeugt, dann kann es je nach Form und Größe der Glasscheiben dadurch zu Deformationen kommen, daß durch die Spannungen im Randbereich gleichzeitig eine Schrumpfringspannung hervorgerufen wird. Hierdurch hervorgerufene Deformationen sind aber bei der Weiterverarbeitung zweier Einzelglasscheiben zu einer Verbundglasscheibe besonders störend.
• Die Wirkung der erfindungsgemäßen Autoseitenscheibe zeichnet sich dadurch aus, daß sie sich in der Scheibenfläche bei Belastung ganz ähnlich verhält wie eine Windschutzscheibe aus Verbundglas, am Rand jedoch wie eine Seitenscheibe aus Einscheibensicherheitsglas, so daß sie dadurch die Vorteile dieser beiden Scheibentypen in einer speziell für Seitenscheiben erforderlichen Weise in sich vereinigt.
• Besonders vorteilhaft sind Verbundglasscheiben aus zwei jeweils 2,5 mm dicken Einzelglasscheiben. Im Gegensatz zu Glasscheiben von 2 mm Dicke lassen sich Glasscheiben von 2,5 mm Dicke einerseits wesentlich leichter auf die gewünschten Werte vorspannen, und andererseits ist ihre mechanische Festigkeit insgesamt wesentlich geringer als die mechanische Festigkeit von 3 mm dicken Glasscheiben, so daß sie unter dem Gesichtspunkt der biomechanischen Sicherheit vorteilhafter sind als Glasscheiben von 3 mm Dicke.
• Die Breite des stärker vorgespannten Randbereichs beträgt 0,5 bis 3 cm, und vorzugsweise etwa 1 bis 2 cm.
• Für die thermoplastische Zwischenschicht haben sich die üblichen Folien aus Polyvinylbutyral von beispielsweise 0,76 mm Dicke und entsprechende Folien aus thermoplastischem Polyurethan, wie sie im Handel erhältlich sind, bewährt. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, handelsübliche Folien von 0,38 mm Dicke zu verwenden. Die Glasscheiben und/oder die thermoplastische Zwischenschicht können ganz oder bereichsweise in der Masse eingefärbt oder mit färbenden und/oder teilreflektierenden transparenten Oberflächenschichten versehen sein.
• Das thermische Vorspannen der Glasscheibe kann nach bekannten Verfahren mit Hilfe von geeigneten Blaskästen erfolgen. Dabei kann man sogenannte Schlitzblaskästen verwenden, die bei Bewegung in Querrichtung zu den Blasschlitzen eine im wesentlichen homogene Spannung erzeugen, oder es können Röhrchenblaskästen verwendet werden, was entsprechend der Düsengeometrie zu Spannungsstrukturen führt. In jedem Fall ist jedoch für eine entsprechende stärkere Wärmeabfuhr im Randbereich der Einzelglasscheiben zu sorgen, um die gewünschten höheren Zugspannungen im Randbereich zu erreichen.
• Die Zugspannungen im Kern der Glasscheiben lassen sich beispielsweise mit Hilfe des Laser-Streulichtverfahrens ermitteln, wie es beispielsweise von S. Bateson, I. W. Hunt, D. A. Dally und N. K. Sinha in der Veröffentlichung "Stress measurements in Tempered Glass Plates by Scattered Light Method with a Laser Source", Bulletin of the American Ceramic Society 45 (1966) auf Seiten 193 bis 198, beschrieben wurde.
• In der Praxis lassen sich näherungsweise die Spannungen in den Glasscheiben dadurch ermitteln, daß man die Bruchstückgröße einer zerbrochenen Glasscheibe bestimmt und aus den bekannten Zusammenhängen zwischen Spannungswert und Bruchstückgröße auf die Zugspannungen schließt. Die Bedingungen bezüglich der Zugspannungswerte sind im wesentlichen dann erfüllt, wenn sich bei Zerstörung der Glasscheibe im Randbereich ein Bruchbild ergibt, das geringfügig größere Glaskrümel zeigt als übliche Einscheibensicherheitsglasscheiben, wohingegen die Bedingungen bezüglich der Spannungswerte im Mittelfeld der Glasscheiben dann erfüllt sind, wenn sich ein sehr grobkrümeliges Bruchbild ergibt, dessen Bruchstücke weit außerhalb der nach der Norm für Einscheibensicherheitsglas zulässigen Bruchstückgröße liegen.
• Die erfindungsgemäße Spannungsstruktur läßt sich mit den bekannten Vorspanneinrichtungen erzeugen, indem die Verfahrensparameter wie Luftdruck und Abstand der Blasdüsen von der Glasscheibe, sowie die geometrische Ausgestaltung der Blaskästen ent sprechend dem jeweils erzielten Bruchbild so lange variiert werden, bis die gewünschte Bruchstruktur erreicht ist. Dabei muß insbesondere durch geeignete Maßnahmen dafür gesorgt werden, daß die Wärmeabfuhr im Randbereich der Glasscheiben entsprechend größer ist als im Bereich der Scheibenfläche. Bei einer mit den so ermittelten Verfahrensparametern hergestellten Einzelglasscheibe kann dann die Spannung im Mittelfeld und im Randbereich mit Hilfe des Laser-Streulichtverfahrens gemessen und die endgültige Feineinstellung der Verfahrensparameter vorgenommen werden.
• Der Vollständigkeit halber ist in der Zeichnung eine Verbundglasscheibe 1 mit den erfindungsgemäßen Merkmalen in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Die Verbundglasscheibe 1 hat eine leicht zylindrisch gebogene Form und dient als heb- und senkbar gelagerte Türfensterscheibe. Sie besteht aus der inneren Einzelglasscheibe 2 und der äußeren Einzelglasscheibe 3, die mit Hilfe der 0,76 mm dicken Zwischenschicht 4 aus Polyvinylbutyral unter Anwendung von Wärme und Druck miteinander verbunden sind. Die beiden Einzelglasscheiben 2 und 3 haben jeweils eine Dicke von 2,5 mm und weisen die erfindungsgemäße Spannungsstruktur auf. Das heißt innerhalb des umlaufenden Randbereichs 5 mit einer Breite B von etwa 1,5 cm betragen die mittleren Zugspannungen im Kern 56 MN/m², und im Mittelfeld 6 innerhalb des Randbereichs 5 betragen die Zugspannungen im Kern 48 MN/m². Die Verbundglasscheibe 1 hat sowohl hinsichtlich ihrer serienmäßigen Herstellbarkeit als auch hinsichtlich ihrer Verkehrs- und Unfallsicherheit aus biomechanischer Sicht hervorragende Eigenschaften.

Claims (5)

1. Autoglasscheibe aus Verbundglas aus zwei jeweils thermisch vorgespannten und mittels einer thermoplastischen Zwischenschicht miteinander verbundenen Einzelglasscheiben, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Einzelglasscheiben eine Dicke von 1,5 bis 3,5 mm hat und aus einem Zentralbereich und einem diesen vollständig umgebenden Randbereich gebildet ist,

daß jede Glasscheibe eine über ihre Oberfläche unterschiedliche Vorspannung derart aufweist,

daß die mittlere Kernzugspannung im Zentralbereich der Glasscheibe um 20 bis 40% geringer als diejenige Zugspannung ist, welche zum Erzeugen von 40 bis 400 Glasbruchstücken bei Zerstörung eines Quadrats von 5 cm · 5 cm aus einheitlich vorgespanntem Sicherheitsglas mit derselben Dicke wie die Glasscheibe notwendig ist, und daß die mittlere Kernzugspannung im Randbereich um 5 bis 15% geringer ist als die Zugspannung ist, welche zum Entstehen von 40 bis 400 Glasbruchstücken bei Zerstörung eines Quadrats von 5 cm · 5 cm aus einheitlich vorgespanntem Sicherheitsglas mit derselben Dicke wie die Glasscheibe notwendig ist.

2. Autoglasscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Dicke der Einzelglasscheiben von 2,0 mm die Kernzugspannungen im Randbereich dieser Glasscheiben 54 bis 76 MN/m² und bei einer Glasscheibendicke von 3 mm 46,7 bis 71,2 MN/m² betragen, und daß im Zentralbereich der Glasscheiben die Kernzugspannungen im Kern bei einer 2 mm dicken Glasscheibe 38 bis 64 MN/m² und bei einer Glasscheibendicke von 3 mm 33 bis 60 MN/m² betragen.

3. Autoglasscheibe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Dicke der Einzelglasscheiben von 2,0 mm die Zugspannungen im Randbereich dieser Glasscheiben 54 bis 64 MN/m² und bei einer Glasscheibendicke von 3 mm 46,7 bis 55 MN/m² betragen, und daß im Zentralbereich der Glasscheiben die Zugspannungen im Kern bei einer 2 mm dicken Glasscheibe 38 bis 60 MN/m² und bei einer Glasscheibendicke von 3 mm 33 bis 55 MN/m² betragen.

4. Autoglasscheibe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Einzelglasscheiben je eine Dicke von 2,5 mm, im Randbereich eine Zugspannung im Kern von 54 bis 58 MN/m² und im Zentralbereich eine Zugspannung von 46 bis 50 MN/m² aufweisen.

5. Autoglasscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (B) des stärker vorgespannten Randbereichs 0,5 bis 2 cm beträgt.