DE69206176T2

DE69206176T2 - Verbundglasscheibe.

Info

Publication number: DE69206176T2
Application number: DE69206176T
Authority: DE
Inventors: Pierre Chaussade; Yves Naoumenko
Original assignee: Saint Gobain Vitrage SA
Current assignee: Saint Gobain Vitrage SA
Priority date: 1991-03-08
Filing date: 1992-03-03
Publication date: 1996-05-15
Anticipated expiration: 2012-03-04
Also published as: DE69206176D1; ES2082394T3; EP0503998A1; ATE130586T1; DK0503998T3; FR2673619B1; CA2061224A1; BR9200718A; EP0503998B1; US5270518A; GR3018815T3; CA2061224C; FR2673619A1; JP3535180B2; JPH04325448A

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbundverglasung für Beförderungsfahrzeuge und insbesondere eine Flugzeugwindschutzscheibe.
In Verbundverglasungen für Flugzeuge, die zwei thermisch oder chemisch vorgespannte Glasscheiben umfassen, besteht die verwendete thermoplastische Zwischenschicht im allgemeinen aus mehreren Lagen weichgemachten Polyvinylbutyrals (im folgenden als PVB bezeichnet). Die Entscheidung für PVB ist darin begründet, daß es einen großen Zugmodul und eine hohe Reißdehnung besitzt und die Aufgabe eines Energieabsorbers erfüllen kann, wobei die Dichtheit einer Verglasung gesichert bleibt, in welcher sämtliche Glasscheiben gebrochen sind.
Unterliegt eine solche Verbundverglasung den üblichen Bedingungen eines Fluges in großer Höhe, ist sie zwischen ihren beiden Seiten einerseits hohen Druckdifferenzen und andererseits auch hohen Temperaturdifferenzen unterworfen. Da das PVB einen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der weit über dem der Glasscheiben liegt, ist die Verglasung dabei Spannungen, insbesondere hohen Schubspannungen, ausgesetzt, die vor allem am Rand der Verglasung auftreten. Diese hohen Spannungen können sich noch weiter erhöhen, wenn auf die Verglasung insbesondere bei niedriger Temperatur Stöße treffen, beispielsweise beim Aufprall von Vögeln, da das PVB bei niedrigen Temperaturen von unter 0 ºC einen stark erhöhten Zugmodul aufweist.
Das mit den Spannungen verbundene Problem verschärft sich weiter, wenn die Zwischenschicht in ihre Ränder eingelagert ein Umfangsband aus Metall oder einem Schichtstoff enthält, das die Steifigkeit der Verglasung erhöht und/oder gegebenenfalls eine Befestigung, beispielsweise durch Verschrauben, der Verglasung in der Gehäuseöffnung des Cockpits erlaubt bzw. erleichtert.
Um die oben erläuterten Spannungen und folglich die Gefahr eines Ausfalls der Verglasung zu verringern, sind bereits Lösungen vorgeschlagen worden. Eine dieser Lösungen besteht in der Verwendung eines Materials, das im Randbereich der Verglasung als Trennmittel wirkt. Diese Lösung kann sich für Verglasungen mit kleinen Abmessungen eignen. Bei Verglasungen von der Größe einer Flugzeugwindschutzscheibe ist sie jedoch nicht zufriedenstellend. Außerdem können die Trennmaterialien das Eindringen von Feuchtigkeit in die PVB-Zwischenschicht begünstigen, was an unerwünschten Stellen zu Haftverlusten sowie zu Einbußen an der optischen Qualität der Verglasung, insbesondere der Durchsichtigkeit, führt. Darüber hinaus besitzen die Trennmaterialien nicht die optische Qualität der Schichten, die in Verbundverglasungen verwendet werden, und durch ihre Verwendung wird der Sehbereich durch die Verglasung verkleinert.
Gemäß der Patentveröffentlichung FR-A-2 310 979 ist auch vorgeschlagen worden, zwischen der PVB-Schicht und der Glasscheibe eine ununterbrochene Polyurethanfolie anzubringen. Die Polyurethanfolie lenkt die Schubkraft ab, wodurch der thermische Kontraktionseffekt des PVB verringert wird.
Diese Lösung weist jedoch noch Nachteile auf. So macht sie im allgemeinen eine Haftungsaktivierung des Polyurethans über dessen gesamte Kontaktfläche mit dem Glas notwendig. Außerdem führt sie zwischen den beiden unterschiedlichen thermoplastischen Produkten, die insbesondere verschiedene Brechungsindizes haben, zu einer zusätzlichen Grenzfläche, was erneut optische Fehler der Verglasung verursachen kann.
Die Erfindung behebt die genannten Nachteile. Sie schlägt eine neue Struktur einer Verbundverglasung vor, welche die gewünschten optischen und mechanischen Eigenschaften besitzt und diese dauerhaft und unter extremen Druck- und Temperaturbedingungen beibehält.
Die erfindungsgemäße Verglasung umfaßt zwei Glasscheiben, die durch eine Zwischenschicht aus Kunststoff vom Typ PVB getrennt sind, und wenigstens einen Ring, der zwischen der Zwischenschicht und einer Glasscheibe im Randbereich der Verglasung angeordnet ist, Hafteigenschaften mit der Zwischenschicht und dem Glas besitzt und aus einem Kunststoff gebildet ist, der bessere Dehnungseigenschaften sowie einen niedrigeren Gleitmodul als die Zwischenschicht aufweist.
Die im Kontakt mit dem Ring befindliche Glasscheibe kann die nach außen oder, im Gegenteil, die nach Innen zeigende Glasscheibe sein.
Unter einem Kunststoff vom Typ PVB werden erfindungsgemäß Kunststoffe mit Eigenschaften und Parametern verstanden, die denen des PVB ähnlich sind, und die ein Verhalten zeigen, das dem des PVB in einer Flugzeugverglasung äquivalent ist.
Als Kunststoff vom Typ PVB sind beispielsweise Thermoplaste wie weichgemachtes PVB und Polyvinylchlorid zu nennen. Im folgenden wird aus Gründen der Vereinfachung die Bezeichnung PVB benutzt.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die erfindungsgemäße Verglasung Kunststoffringe, die zwischen jeder der Seiten des PVB und der Glasscheiben angeordnet sind.
Umfaßt die Verglasung mehr als zwei Glasscheiben, kann, wie zuvor beschrieben, an jeder Grenzfläche Glas/PVB ein Ring vorgesehen werden.
Der den Ring bildende Kunststoff kann aus duroplastischen Elastomeren, insbesondere duroplastischen Siliconen, duroplastischen Polyurethanen und thermoplastischen Elastomeren, insbesondere thermoplastischen Polyurethanen ausgewählt sein.
Diese erfindungsgemäß verwendbaren Kunststoffe weisen eine Reißdehnung von 200 bis 700 % und vorzugsweise 300 bis 600 % und einen Gleitmodul von 1 bis 100 MPa und vorzugsweise 10 bis 80 MPa auf, wobei diese Werte bei Temperaturen von etwa - 30 bis 40 ºC gemessen werden.
Die Abmessungen des Kunststoffrings müssen so sein, daß sie es ihm erlauben, fortschreitend die Schubspannungen aufzunehinen und vor allem zu übertragen, denen die PVB- Zwischenschicht ausgesetzt ist, wenn die Verglasung obengenannten Bedingungen unterliegt.
Die Ringdicke kann 0,2 bis 2 mm betragen. Dabei ist diese Dicke von der der PVB-Zwischenschicht abhängig. Entsprechend einem vorteilhaften erfindungsgemäßen Merkmal beträgt die Ringdicke vorzugsweise 5 bis 15 % der Dicke des PVB, das die beiden Glasscheiben trennt.
Die Ringbreite beträgt beispielsweise 15 bis 100 mm. Diese Breite ist auch von den Abmessungen der Verglasung abhängig. Sie beträgt im allgemeinen 2 bis 15 % deren Abmessungen in Länge oder Breite. Die Ringbreite kann auch entlang des Umfangs ein und derselben Verglasung entsprechend deren Form und Abmessungen variieren.
Um lokale Spannungen am Innenrand des Rings zu vermeiden, nimmt entsprechend einem erfindungsgemäßen Merkmal die Dicke des Randes dieses Rings zur Glasseite zu fortlaufend ab. Besteht er aus mehreren Lagen, kann der Aufbau des Randes eine treppenförmige Struktur haben, wobei die Höhe jeder Stufe der Dicke der einzelnen Lage entspricht, die vorzugsweise kleiner als 0,5 mm ist. Besteht er aus einer einzigen Lage, kann die Randstruktur die Form einer Schräge haben. Dabei liegt der Neigungswinkel der abnehmenden Randlinie vorzugsweise unter 45 Grad.
Wie oben erwähnt, besteht ein wichtiges Merkmal des erfindungsgemäßen Rings darin, daß er sowohl mit dem Glas als auch dem PVB Hafteigenschaften besitzt. Weist der ihn bildende Kunststoff keine ausreichenden Hafteigenschaften auf, ist es erforderlich, diese Eigenschaften durch die Anwendung eines Primers oder einer anderen geeigneten Behandlung zu verbessern. So kann die im Kontakt mit dem Ring befindliche Glasoberfläche mit einem Haftverstärker wie einem Aminosilan behandelt werden. In Flugzeugverglasungen muß die Haftung des Ringes mit dem Glas in derselben Größenordnung wie die des PVB mit dem Glas liegen.
Enthält die Verglasung einen Umfangsgürtel (oder eine -einlage) aus Metall oder auf der Grundlage von Kunstfasern, der teilweise im PVB eingelagert und im allgemeinen für Bohrungen vorgesehen ist, um den Einbau der Verglasung in das Cockpit durch Verschrauben zu ermöglichen, weist/weisen der/die erfindungsgemäß verwendete/n Ring/e eine solche Breite auf, daß er/sie sich innen ab der Tiefe der Aufnahme des Gürtels in der Zwischenschicht über einen Abstand von vorzugsweise wenigsßens 5 mm erstreckt/erstrecken. Dieser Aufbau erlaubt es, die verschiedenen zusätzlichen Spannungen wie den Hebeleffekt und die Wärmebrückenbildung aufzunehmen, die durch den Gürtel hervorgerufen werden.
Wie oben beschriebenf besteht die PVB-Zwischenschicht aus mehreren Lagen. In diesem Fall können die Lagen ein und dasselbe PVB zur Grundlage haben, d.h. ein PVB, das mit ein und demselben Weichmacher mit demselben Weichmacheranteil weichgemacht worden ist. Sie kann auch vorteilhafterweise eine Verbindung mehrerer PVB-Lagen sein, die Anteile unterschiedlicher Weichmacher enthalten.
Die erfindungsgemäße Verglasung kann auch eine beheizbare Verglasung sein, weshalb wenigstens eine Seite einer Glasscheibe mit einem elektrischen Heizwiderstand versehen sein oder sich im Kontakt mit einem solchen Widerstand befinden kann. Er kann eine auf der Glasseite aufgebrachte kontinuierliche leitfähige Schicht oder ein Netz aus feinen elektrischen Metallwiderstandsdrähten sein, das in der Zwischenschicht im Kontakt mit der Glasscheibe eingelagert ist.
Die Glasscheiben können aus thermisch oder chemisch vorgespanntem Glas bestehen.
Weitere erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile werden an Hand der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen erläutert, wobei
- Figur 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Verglasung und
- Figur 2 eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verglasung, die mit einem Umfangsgürtel versehen ist,
zeigt.
In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Verglasung 1 dargestellt, gebildet aus zwei thermisch vorgespannten Glasscheiben, einer äußeren Glasscheibe 2 und einer inneren Glasscheibe 3, zwischen denen eine Zwischenschicht 4 mit denselben Abmessungen wie die beiden Glasscheiben angeordnet ist, die aus mehreren PVB-Lagen 5 besteht. Am Umfang der Verglasung sind auf den Grenzflächen Glas/PVB zwei Polyurethanringe 6, 7 vorgesehen. Das Polyurethan ist beispielsweise ein durch Spritzgießen oder Gießen hergestelltes duroplastisches Elastomer. Dieses Polyurethan besitzt eine Reißdehnung von 350 % und einen Gleitmodul von 60 MPa, gemessen bei einer Temperatur von -30 ºC. Dieses Polyurethan haftet sowohl am Glas als auch am PVB. Der Adhäsionswert, gemessen entsprechend der anschließend beschriebenen Abreißprüfung, beträgt für die Haftung Polyurethan/Glas 15 daN/cm.
Die Adhäsionswerte werden an 8 x 8 cm großen Glasprobekörpern gemessen, die mit einer Schicht überzogen sind, die ausgehend von dem den Ring bildenden Polyurethan erhalten worden ist. In die überzugsschicht wird ein 1 cm breiter Streifen geschnitten und auf 3 cm abgelöst.
Die eigentliche Prüfung besteht darin, daß senkrecht zur Glasoberfläche mit einer Zuggeschwindigkeit von 2 cm/min am Streifen gezogen wird. Dabei wird die zum Ablösen erforderliche Kraft gemessen.
Diese Ringe 6, 7 weisen beispielsweise eine Dicke von 1 mm auf, während die Dicke des PVB außerhalb des Ringbereichs 10 mm beträgt. Die Ringbreite ist beispielsweise 20 mm, während die Verglasung Abmessungen in Länge und Breite von etwa 500 mm besitzt.
Die Innenränder 8, 9 der Ringe weisen die Form einer Schrägen auf, wobei der Winkel α vorzugsweise kleiner als 45º und hier beispielsweise etwa 20 Grad ist. Durch diese fortschreitende Verringerung der Ringdicke wird mit dieser Form einer Schrägen sichergestellt, daß jede Gefahr einer optischen Verzerrung vermieden und für eine bessere Bindung zwischen Glas, Polyurethan und PVB gesorgt wird.
In Figur 2 ist im Schnitt eine Flugzeugwindschutzscheibe 10 gezeigt, gebildet aus zwei thermisch vorgespannten Glasscheiben, einer äußeren Glasscheibe 11 und einer inneren Glasscheibe 12, die durch eine PVB-Zwischenschicht 13 verbunden sind, welche dieselben Abmessungen wie die beiden Glasscheiben hat und aus mehreren Lagen besteht, beispielsweise 20 0,5 mm dicken PVB-Innenlagen 14 mit 19 Gewichtsteilen Weichmacher.
Am Umfang der Verglasung sind zwischen der Zwischenschicht 13 und den Glasscheiben 11, 12 zwei Ringe 15, 16 aus thermoplastischem Polyurethan angeordnet. Diese Ringe sind durch Gießen hergestellt. Das Polyurethan ist ein Polyesterurethan. Die Innenränder 17, 18 der Ringe sind in Form von Schrägen zugeschnitten, deren Neigungswinkel α etwa 20º beträgt.
In die Zwischenschicht ist teilweise ein 2 mm dicker Umfangsgürtel 19 mit einer Tiefe von beispielsweise etwa 30 mm eingelegt. Dieser Gürtel kann aus einem korrosionsbeständigen Metall, aus Aluminium, bestehen oder eine Faserstruktur zur Grundlage haben, und es ist vorgesehen, daß er für den Einbau der verglasung durch Verschrauben mit dem Flugzeugkörper durchbohrt wird.
Wie der Figur zu entnehmen, erstrecken sich die Ringe ins Innere der Verglasung ab dem Ende des Metallgürtels mit einem Abstand e von vorzugsweise über 5 mm.
Die Ringdicke beträgt etwa 1 mm, was der Dicke von 2 PVB- Lagen entspricht.
Die vorstehend beschriebene Struktur der Verglasung erlaubt es, die Bewegungen des Umfangsgürtels sowie die verschiedenen obengenannten Spannungen unter den Einsatzbedingungen der Verglasung in großer Höhe aufzunehmen.

Claims

1. Verbundverglasung (1), insbesondere eine Flugzeugwindschutzscheibe, welche wenigstens zwei Glasscheiben (2, 2) umfaßt, die durch eine Zwischenschicht (4) aus Kunststoff vom Typ Polyvinylbutyral miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß sie in ihrem Randbereich zwischen wenigstens einer Glasscheibe und der Zwischenschicht wenigstens einen Ring (6, 7) aus einem Kunststoff enthält, der einen niedrigeren Gleitmodul als der der Zwischenschicht, bessere Dehnungseigenschaften als die der Zwischenschicht und Hafteigenschaften mit der Zwischenschicht (4) und dem Glas (2, 3) aufweist.

2. Verbundverglasung nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß sie auf jeder der beiden Grenzflächen Glas/Zwischenschicht einen Kunststoffring enthält.

3. Verbundverglasung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdicke einer Dicke von 5 bis 15 % der Dicke der Zwischenschicht entspricht.

4. Verbundverglasung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Rings 2 bis 15 % der Abmessungen der Verglasung beträgt.

5. Verbundverglasung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Innenrandes des Rings zur Glasseite zu fortlaufend abnimmt.

6. Verbundverglasung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der Tangente an der abnehmenden Linie der Ringdicke unter 45 Grad liegt.

7. Verbundverglasung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der den Ring bildende Kunststoff aus den duroplastischen Elastomeren der Gruppe der Silicone und Polyurethane und den thermoplastischen Elastomeren ausgewählt ist.

8. Verbundverglasung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring durch Gießen hergestellt ist.

9. Verbundverglasung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß er aus thermoplastischem Polyurethan besteht.

10. Verglasung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring bei -30 bis 40 ºC eine Reißdehnung von 200 bis 700 % und einen Gleitmodul von 1 bis 100 MPa aufweist.

11. Verglasung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring bei -30 bis 40 ºC eine Reißdehnung von 300 bis 600 % und einen Gleitmodul von 10 bis 80 MPa aufweist.

12. Verglasung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Flugzeugverglasung die Hafteigenschaften des Rings mit der Zwischenschicht und dein Glas von derselben Größenordnung wie die der Zwischenschicht mit dem Glas sind.

13. Verglasung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Gürtel enthält, der teilweise in die PVB-Zwischenschicht eingebettet ist.

14. Verglasung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Ring über eine Breite erstreckt, die größer als die Breite des eingelagerten Teils des Gürtels ist.

15. Verglasung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Ring ab dem Ende des Gürtels mit einem Abstand von über 5 mm erstreckt.

16. Verglasung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen elektrischen Heizwiderstand enthält.