DE4027035A1 - Hoehenverstellbare seitenglasscheibe fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Autoglasscheibe, insbesondere eine höhen­ verstellbare Seitenscheibe, aus Verbundglas aus zwei jeweils thermisch vorgespannten und mittels einer thermoplastischen Zwischenschicht mit­ einander verbundenen Einzelglasscheiben.

Eine versenkbare Autoglasscheibe dieser Art ist aus dem DE-GM 89 10 916 bekannt. Bei dieser bekannten Seitenscheibe hat die äußere Einzel­ glasscheibe der Verbundglasscheibe eine Dicke von 3 bis 4 mm und weist insgesamt die übliche Vorspannung einer Einscheibensicherheitsglas­ scheibe auf. Die innere Einzelglasscheibe der Verbundglasscheibe hat eine Dicke von 1,5 bis 2,5 mm und weist keine oder eine nur geringe Vorspannung auf. Die innere Einzelglasscheibe hat außerdem kleinere Abmessungen als die äußere, vorgespannte Glasscheibe, und der überste­ hende Randbereich der vorgespannten äußeren Glasscheibe dient für die Führung der Verbundglasscheibe in den Führungsschienen des Fensterrah­ mens. 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 ihres 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 innnere Einzelglasscheibe auch bei Zerstörung der äußeren vorgespannten Glasscheibe infolge der dicken Zwischenschicht nicht zerstört wird, oder im Fall der Zerstörung nur in sehr große Bruch­ stücke zerbricht, so daß die Fensteröffnung in jedem Fall geschlossen bleibt. Das bedeutet aber, daß auch in den Fällen, in denen die Mög­ lichkeit 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 Ver­ bundglas bereitzustellen, die im Gegensatz zu dieser bekannten Auto­ seitenscheibe unter dem Gesichtspunkt der Sicherheit bei Verkehrsun­ fällen 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 2,0 bis 3,0 mm und eine im Vergleich zu der Vorspannung von Einscheibensicherheitsglas gerin­ gere und über die Scheibenfläche unterschiedliche Vorspannung aufweist derart, daß umlaufend im Randbereich die mittlere Zugspannung im Kern um 5 bis 15% geringer ist als die bei der jeweiligen Scheibendicke für ein normengerechtes Bruchverhalten erforderliche Zugspannung, und daß im Bereich der Sichtfläche die mittlere Zugspannung im Kern um 20 bis 40% geringer ist als die bei der jeweiligen Scheibendicke für ein normengerechtes Bruchverhalten erforderliche Zugspannung.

Einscheibensicherheitsglas weist üblicherweise eine solche Vorspannung auf, daß die durch die gültigen Normen vorgegebenen Anforderungen be­ züglich 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 be­ kannt 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 Laborato­ ry of Asahi Glass Company 17, Nr. 1, 1967).

Geht man also bei 2 mm dicken Glasscheiben davon aus, daß normenge­ rechtes Bruchverhalten den Vorspannungsbereich von 64 bis 80 MN/m² umfaßt, dann betragen bei einer 2 mm dicken Einzelscheibe einer erfin­ dungsgemäßen Verbundglasscheibe die Zugspannungen im Randbereich we­ nigstens 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 Mittelfeld betragen die Zugspannungen im Kern der Glasschei­ be 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 Zugspannun­ gen bei normengerechtem 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 Mittel­ feld dagegen betragen die Zugspannungen bei der erfindungsgemäßen Glasscheibe wenigstens 35,7 und höchstens 62 MN/m², und liegen vor­ zugsweise im Bereich von 35,7 bis 55 MN/m².

Bei 3 mm dicken Einzelglasscheiben liegen bei normengerechtem Bruch­ verhalten die Zugspannungen im Kern der Glasscheiben im Bereich zwi­ schen 55 und 75 MN/m². Das bedeutet, daß bei dieser Dicke der Einzel­ glasscheiben bei einer erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe im Randbe­ reich die Zugspannungen im Kern 46,7 bis 71,2 MN/m², vorzugsweise 46,7 bis 55 MN/m² betragen. Im Mittelfeld 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 normengerechte Bruchverhalten unteren Grenze des Vorspannungsbereichs, im Randbereich hingegen nur geringfügig unter­ halb der für das normengerechte Bruchverhalten unteren Grenze des Vor­ spannungsbereichs liegen. Beispielsweise werden bei einer Verbundglas­ scheibe aus 2,5 mm dicken Einzelscheiben sehr gute Ergebnisse erzielt, wenn die Zugspannungen im Randbereich 54 bis 58 MN/m², und im Mittel­ feld 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 vergli­ chen mit einer Verbundglasscheibe mit wenigstens einer voll vorge­ spannten Einzelglasscheibe so weit herabgesetzt wird, daß beispiels­ weise bei einem Unfall die Verbundglasscheibe von außen zerstört und damit die Fensteröffnung verhältnismäßig schnell freigelegt werden kann. Während das Mittelfeld beider Einzelglasscheiben der Verbund­ glasscheibe dabei in sehr grobe Bruchstücke zerfällt, zerfällt der Randbereich in verhältnismäßig kleine Bruchstücke, wodurch die Heraus­ lösung der Verbundglasscheibe aus ihrer Einfassung erleichtert wird. Durch die geringere Festigkeit der Verbundglasscheibe im Mittelfeld wird andererseits auch die Verletzungsgefahr durch Aufprall beispiels­ weise des Kopfes auf die innere Oberfläche der Verbundglasscheibe her­ abgesetzt, indem die Verbundglasscheibe eher zerbricht und dadurch die Stoßenergie durch plastische Verformung der Kunststoff-Zwischenschicht vernichtet wird. Auf der anderen Seite hat die demgegenüber höhere Vorspannung im Randbereich der Glasscheibe die Wirkung, daß im Randbe­ reich die Festigkeit wesentlich höher ist. Durch diese erhöhte Festig­ keit im Randbereich hält die Verbundglasscheibe ohne Probleme den hö­ heren 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 Rah­ men der erfindungsgemäßen Zugspannungswerte hat sich auch insoweit als vorteilhaft erwiesen, als bei Einhaltung der angegebenen Grenzen keine Deformationen der Glasscheiben während des Vorspannprozesses auftre­ ten. Werden beispielsweise die Zugspannungen im Mittelfeld stärker verringert, oder wird im Randbereich eine der vollen Vorspannung ent­ sprechende Zugspannung erzeugt, dann kann es je nach Form und Größe der Glasscheiben dadurch zu Deformationen kommen, daß durch die Span­ nungen im Randbereich gleichzeitig eine Schrumpfringspannung hervorge­ rufen wird. Hierdurch hervorgerufene Deformationen sind aber bei der Weiterverarbeitung zweier Einzelglasscheiben zu einer Verbundglas­ scheibe besonders störend.

Die Wirkung der erfindungsgemäßen Autoseitenscheibe zeichnet sich da­ durch aus, daß sie sich in der Scheibenfläche bei Belastung ganz ähn­ lich verhält wie eine Windschutzscheibe aus Verbundglas, am Rand je­ doch 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 leich­ ter auf die gewünschten Werte vorspannen, und andererseits ist ihre mechanische Festigkeit insgesamt wesentlich geringer als die mechani­ sche 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 Fo­ lien aus Polyvinylbutyral von beispielsweise 0,76 mm Dicke und ent­ sprechende Folien aus thermoplastischem Polyurethan, wie sie im Handel erhältlich sind, bewährt. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, han­ delsübliche Folien von 0,38 mm Dicke zu verwenden. Die Glasscheiben und/oder die thermoplastische Zwischenschicht können ganz oder be­ reichsweise in der Masse eingefärbt oder mit färbenden und/oder teil­ reflektierenden transparenten Oberflächenschichten versehen sein.

Das thermische Vorspannen der Glasscheibe kann nach bekannten Verfah­ ren mit Hilfe von geeigneten Blaskästen erfolgen. Dabei kann man soge­ nannte 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 beispiels­ weise von S. Bateson, I.W. Hunt, D.A. Dally und N.K. Sinha in der Ver­ öffentlichung "Stress measurements in Tempered Glass Plates by Scatte­ red Light Method with a Laser Source", Bulletin of the American Cera­ mic Society 45 (1966) Seiten 193 bis 198 beschrieben wurde.

In der Praxis lassen sich näherungsweise die Spannungen in den Glas­ scheiben dadurch ermitteln, daß man die Bruchstückgröße einer zerbro­ chenen Glasscheibe bestimmt und aus den bekannten Zusammenhängen zwi­ schen Spannungswert und Bruchstückgröße auf die Zugspannungen schließt. Die Bedingungen bezüglich der Zugspannungswerte sind im we­ sentlichen 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 Glasschei­ ben dann erfüllt sind, wenn sich ein sehr grobkrümeliges Bruchbild ergibt, dessen Bruchstücke weit außerhalb der nach der Norm für Ein­ scheibensicherheitsglas 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 entsprechend 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 Scheibenflä­ che. Bei einer mit den so ermittelten Verfahrensparametern hergestell­ ten 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 Verbundglasschei­ be 1 mit den erfindungsgemäßen Merkmalen in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Die Verbundglasscheibe 1 hat eine leicht zylin­ drisch gebogene Form und dient als heb- und senkbar gelagerte Türfen­ sterscheibe. Sie besteht aus der inneren Einzelglasscheibe 2 und der äußeren Einzelglasscheibe 3, die mit Hilfe der 0,76 mm dicken Zwi­ schenschicht 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 Randbe­ reichs 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 Ver­ bundglasscheibe 1 hat sowohl hinsichtlich ihrer serienmäßigen Her­ stellbarkeit als auch hinsichtlich ihrer Verkehrs- und Unfallsicher­ heit aus biomechanischer Sicht hervorragende Eigenschaften.

Claims (5)

1. Autoglasscheibe, insbesondere höhenverstellbare Seitenscheibe, 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 2,0 bis 3,0 mm und eine im Vergleich zu der Vorspannung von Einscheibensicher­ heitsglas geringere und über die Scheibenfläche unterschiedliche Vorspannung aufweist derart, daß umlaufend im Randbereich die mitt­ lere Zugspannung im Kern um 5 bis 15% geringer ist als die bei der jeweiligen Scheibendicke für ein normengerechtes Bruchverhalten erforderliche Zugspannung, und daß im Bereich der Scheibenfläche innerhalb dieses Randbereichs die mittlere Zugspannung im Kern um 20 bis 40% geringer ist als die bei der jeweiligen Scheibendicke für ein normengerechtes Bruchverhalten erforderliche Zugspannung.

2. Autoglasscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Dicke der Einzelglasscheiben von 2,0 mm im Randbereich der Glasscheiben die Zugspannungen im Kern 54 bis 76 MN/m² betragen und mit zunehmender Dicke der Glasscheibe sich bis auf 46,7 bis 71,2 MN/m² bei einer Glasscheibendicke von 3 mm linear verringern, und daß im Mittelfeld der Glasscheiben die Zugspannungen im Kern bei einer 2 mm dicken Glasscheibe 38 bis 64 MN/m² betragen und mit zu­ nehmender Dicke der Glasscheibe sich bis auf 33 bis 60 MN/m² bei einer Glasscheibendicke von 3 mm linear verringern.

3. Autoglasscheibe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Dicke der Einzelglasscheiben von 2,0 mm im Randbereich der Glasscheiben die Zugspannungen 54 bis 64 MN/m² betragen und sich bis auf 46,7 bis 55 MN/m² bei einer Glasscheibendicke von 3 mm li­ near verringern, und daß im Mittelfeld der Glasscheiben die Zug­ spannungen im Kern bei einer 2 mm dicken Glasscheibe 38 bis 60 MN/m² betragen und mit zunehmender Glasscheibendicke sich linear bis auf 33 bis 55 MN/m² bei einer Glasscheibendicke von 3 mm verringern.

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

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