DE102006042538B4

DE102006042538B4 - Verbundglas, Verglasungselement und Verfahren zu deren Herstellung, und Verwendung des Verbundglases

Info

Publication number: DE102006042538B4
Application number: DE200610042538
Authority: DE
Inventors: Steffen 38122 Jäger
Original assignee: Futech GmbH
Current assignee: Jaeger Steffen Dr De
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2011-07-14
Anticipated expiration: 2026-09-12
Also published as: DE102006042538A1

Abstract

Verbundglas (10), das umfasst: – ein erstes Dickglas (1), das eine Dicke von mindestens 2,1 mm aufweist, – ein zweites Dickglas (5), das eine Dicke von mindestens 2,1 mm aufweist, – ein erstes Dünnglas (3, 3a, 3b), das eine Dicke kleiner oder gleich 1,5 mm aufweist, und – Verbundmaterial (2, 4, 6), mit dem das erste Dickglas (1), das zweite Dickglas (5) und das erste Dünnglas (3, 3a, 3b) miteinander verbunden sind, wobei – das erste Dickglas (1) gehärtetes Natron-Kalk-Glas umfasst, und – das erste Dünnglas (3, 3a, 3b) mindestens eine funktionalisierte Oberfläche (3-1, 3-2, 3a-1, 3a-2, 3b-1, 3b-2) aufweist, die eine Beschichtung trägt und/oder eine strukturelle und/oder chemische Modifizierung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – das erste Dünnglas (3, 3a, 3b) zwischen dem ersten und zweiten Dickglas (1, 5) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbundglas mit einer Zusammensetzung aus Dick- und Dünngläsern, insbesondere ein Verbundglas mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1, ein Verglasungselement, das ein derartiges Verbundglas enthält, und Verfahren zur Herstellung des Verbundglases und des Verglasungselements und deren Verwendung.
Verbundglas (oder: Sicherheitsglas, Verbundelement) aus mehreren Glasplatten mit Zwischenschichten aus Verbundmaterial vermindert Gefahren infolge eines Splitterns des Glases oder eines Ausbrechens von Bruchsplittern. Selbst wenn eine der Glasplatten beschädigt ist, weist der Gesamtverbund aufgrund der Klebewirkung zwischen der jeweiligen Zwischenschicht und den Glasstücken noch immer eine gewisse Reststandfähigkeit auf, so dass es weiter eine Abdichtungsfunktion von z. B. Räumen, Fluchtwegen usw. erfüllen kann. Verbundgläser sind auch wegen ihrer einbruch-, beschuss- oder explosionshemmenden Wirkung von Interesse. Verbundgläser werden daher bevorzugt bei erhöhten Sicherheitsanforderungen verwendet, wie z. B. in Transportfahrzeugen oder in der Bautechnik.
In Abhängigkeit von der Anwendung müssen Verbundgläser neben den Sicherheitsanforderungen auch besondere Stabilitätsanforderungen in Bezug auf äußere mechanische Kräfte (z. B. Wind-, Sog- oder Schneelasten) erfüllen, die einige kPa betragen können. Insbesondere bei maritimen Anwendungen (Schiffsverglasungen, Unter-Wasser-Einrichtungen usw.) mit Druckbelastungen von typischerweise mindestens ca. 15 kPa (Last von etwa 1,5 t/m²) oder sogar bis zum Zehnfachen dieses Wertes werden extrem hohe Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften von Verbund-Sicherheitsglassystemen gestellt. Entsprechend bestehenden Sicherheitsvorschriften müssen Verbundgläser bei Prüfungen sogar das Vierfache der praktisch auftretenden Belastungen und damit Werten von bis zu 60 t/m² und darüber standhalten. Eine hohe mechanische Stabilität wird mit gehärteten Glasplatten erzielt, die durch eine thermische Behandlung (thermisch vorgespanntes/gehärtetes oder teilvorgespanntes Glas), durch einen Ionenaustausch an der Glasoberfläche (chemisch vorgespanntes/gehärtetes Glas) oder andere bekannte Verfahren bereitgestellt werden.
Eine weitere wichtige Anforderung an Verbundglas besteht in der Temperatur- und Temperaturwechselstabilität, z. B. bei jahreszeitlich bedingten Temperaturunterschieden zwischen der äußeren und der inneren Oberfläche des Bauteiles, bei einer Erwärmung des Bauteiles durch die Absorption von Sonnenenergie, und/oder bei lokal wirkenden thermischen Beanspruchungen durch Verschattungen, Regen, Schnee, Spritzwasser oder andere Kühleffekte. Gerade die Kombination von lokalen Temperaturgradienten und hohen mechanischen Lasten führt in der Praxis häufig zu einem Versagen des Verbundglases, wie z. B. zu einer Rissbildung, einem Bruch oder einer Delamination. Das gleichzeitige Wirken von mechanischen und thermischen Einflussgrößen wurde im Stand der Technik nicht oder nur sehr unzureichend berücksichtigt, was bei den bekannten Verbundgläsern besonders problematisch ist, wenn relativ dicke Gläser verwendet werden, die um ein Vielfaches dicker sind als das Verbundmaterial. So erhält man beispielsweise für ein herkömmliches Laminat mit dem Aufbau „Dickglas 4 mm/Verbundfolie 1,52 mm/Dickglas 4 mm” ein Dickenverhältnis von ca. 2,6. Dieses Verhältnis erhöht sich bei Verwendung von zum Beispiel 19 mm dicken Gläsern sogar auf einen Wert von 12,5.
Eine weitere Anforderung an Verbundglas besteht darin, dass moderne Hochleistungs-Verbundgläser bei ihrer Verwendung in einem Bauteil oder als solches eine Reihe komplexer funktioneller Anforderungen zusätzlich gerecht werden sollen. Aus dem Stand der Technik sind zwar Techniken zur Funktionalisierung von Verbundgläsern bekannt, jedoch sind diese, insbesondere für Verbundglas mit chemisch gehärteten Gläsern oder für gebogenes Verbundglas, nicht ausreichend, den im Gesamtkomplex gestellten hohen Anforderungen hinsichtlich einer hohen mechanischen und thermischen Beanspruchbarkeit, Sicherheit, Zuverlässigkeit und Langzeitstabilität in ausreichendem Maße gerecht zu werden.
DE 103 37 701 A1 beschreibt ein Sonnenschutz-Verbundglas, bei dem Farbpigmente zur Absorption von Sonnenlicht in die Klebe- oder Verbundschicht zwischen den Gläsern eingelagert sind. Dabei ergibt sich der Nachteil, dass das absorbierte Sonnenlicht direkt in Wärme umgewandelt wird, so dass im Verbundglas hohe Temperaturen entstehen. Problematisch ist des Weiteren, dass es durch eine Diffusion und Agglomeration der Farbpigmente zu einer „Wolkenbildung” und damit einer Beeinträchtigung der ästhetischen Wirkung des Verbundglases kommt. Schließlich bestehen Einschränkungen hinsichtlich der Reflexionsfarbe und der Bereitstellung einer selektiven Reflexion (z. B. IR-Reflexion) nach außen.
In DE 196 32 788 A1 wird zur Bereitstellung funktionalisierter gekrümmter Gläser vorgeschlagen, zunächst ein planes Glas zu beschichten und dann das beschichtete Glas bei Temperaturen von mehr als 550°C zu biegen. Schließlich wird durch eine Schockabkühlung eine Härtung erzielt. Mehrere derart hergestellte Gläser werden zu einem Verbundglas laminiert.
Aufgrund der hohen Biegetemperatur ist diese Technik auf wenige temperaturstabile Beschichtungstypen und -materialien beschränkt und daher für die Praxisanforderungen nicht geeignet. Nachteilig ist des Weiteren, dass sich die optischen Eigenschaften der Beschichtung bei der Biegetemperatur verändern können, so dass unakzeptable Farbverschiebungen auftreten. Ein weiterer Nachteil des Verfahrens gemäß DE 196 32 788 A1 besteht darin, dass es nicht möglich ist, die gebogenen Gläser auf der gesamten Glasoberfläche gleichmäßig zu härten. In der Praxis entstehen ausgeprägte Spannungsinhomogenitäten, vor allem im Bereich der Kanten, Bohrungen usw., die dann zu einem frühzeitigen Versagen des Glasverbundes führen.
Aus der Praxis sind Versuche bekannt, gebogene Gläser nachträglich funktionell zu beschichten. Dies ist zwar technisch möglich, wegen der praktisch auftretenden unterschiedlichsten und vielfältigen Glasformate, -formen und Biegungsradien jedoch schon für eine einzelne Aufgabe (z. B. Schiffsverglasungen, spezifische Gebäudeverglasungen usw.) enorm kostspielig und somit unwirtschaftlich. Die nachträgliche Funktionalisierung ist auf Massenproduktionen mit sehr wenigen Beschichtungstypen auf kleinen Glasabmessungen beschränkt.
Für die Automobiltechnik werden in DE 195 29 943 C1 und DE 601 10 548 T2 Verbundgläser mit IR-reflektierender bzw. Sonnenschutzwirkung beschrieben, bei denen eine transparente Trägerfolie (bestehend aus Polyethylenterephtalat – PET), die eine IR-reflektierende Oberflächenschicht enthält, zwischen zwei Glasscheiben angeordnet wird. Derartige Verbundgläser können jedoch, insbesondere bei schrägem Lichteinfall, optisch störende Erscheinungen zeigen, indem die IR-reflektierende Oberfläche hinsichtlich des Reflexionsfarbeindruckes nicht einheitlich eben erscheint. Es zeigt sich ein als ”Orangenhaut” bekanntes Phänomen, bei dem wie bei einem Hammerschlageffekt die Oberfläche für das Auge nicht homogen, sondern strukturiert wirkt. Es können sogar lokale Verfärbungen wahrgenommen werden. Es ist bekannt, dass diese visuellen Beeinträchtigungen durch Schrumpfungsvorgänge der Trägerfolie und/oder des Klebematerials hervorgerufen werden.
Bei dem aus DE 195 29 943 C1 bekannten Verbundglas wird zur Vermeidung des ”Orangenhaut”-Effekts vorgeschlagen, dass die Klebschicht zwischen der Trägerfolie und dem Glas eine geringe Dicke von höchstens 50 μm aufweist, um dadurch eine relativ feste und kaum verformbare Verbindung an das Glas herzustellen. Jedoch ist auch dieses Verfahren in der Praxis nicht auf große Scheiben mit einer Fläche von etwa einem Quadratmeter und größer anwendbar. Bei großen planen Scheiben treten bei Einwirkung äußerer mechanischer Belastungen Verformungen auf, die bei einem so extrem dünnen Kleberbett leicht zu lokalen Enthaftungen bzw. Delaminierungserscheinungen führen. Des Weiteren treten insbesondere bei thermisch vorgespannten oder gebogenen Scheiben herstellungsbedingt immer Welligkeiten und Toleranzen auf, die durch eine derartig dünne Kleberschicht nicht ausreichend kompensiert werden können. Ein weiterer Nachteil derartiger Trägerfolien auf Kunststoffbasis besteht in einer Schwächung der Verbundwirkung, so dass das Verbundglas nicht geeignet ist, den in der Praxis auftretenden hohen Scherkräften innerhalb des Verbundglases ausreichend standzuhalten und im praktischen Gebrauch Delaminierungs- und Enthaftungserscheinungen auftreten.
Die Probleme im Stand der Technik treten insbesondere bei Verbundglas mit chemisch vorgespannten oder gehärteten Gläsern auf, da bei diesen eine Funktionalisierung erst nach der Härtung möglich ist. Dadurch ergeben sich für die praktische Verwendung große Einschränkungen, ganz besonders bei gebogenen Verbundeinheiten, hinsichtlich Flexibilität, Qualität und Kosten.
Spezielle Probleme treten bei Verbundglas auf der Basis von Kalk-Natron-Floatgläsern auf, da bei diesen während oder nach der Beschichtung leichte Atome oder Moleküle aus dem Glas heraus direkt in die Beschichtung diffundieren können. Dadurch kann es zu einer Veränderung der Materialeigenschaften, zu Schichtenthaftungen oder anderen negativen Degradationserscheinungen kommen. Dies kann letztendlich sogar zum Totalausfall der gewünschten Funktionalität und damit vollständigen Unbrauchbarkeit des Gesamtbauteiles führen. Durch diffusionshemmende Beschichtungsmaterialien (Diffusionsbarrieren) kann zwar eine Reduzierung der Diffusionsprozesse erzielt werden, was aber wegen der herstellungsbedingt vorhandenen Pinholes oder Löcher in den Beschichtungen und insbesondere bei thermisch vorgespanntem Glas, das eine erhöhte mikroskopische Oberflächenrauhigkeit aufweist, nur beschränkt wirksam ist.
DE 202 02 223 U1 offenbart eine abplatzsichere Glaskonstruktion, die aus einem Verbund von mehreren Gläsern besteht, die Dickglas oder Dünnglas umfassen. Es kann ein einzelnes Dünnglas oder ein Stapel von Dünngläsern vorgesehen sein, das oder die mit mindestens einem Dickglas verbunden ist/sind. In jedem Fall ist vorgesehen, dass als Innenschicht, dass heißt als zu einem zu schützenden Raum weisende Schicht ein Dünnglas vorgesehen ist.
EP 0 137 613 B1 offenbart einen Glasverbund, der aus mehreren Dickgläsern (Dicke > 2 mm) und einem Dünnglas (Dicke 1,5 mm oder geringer) hergestellt ist. Auch bei diesem Glasverbund ist vorgesehen, dass das Dünnglas auf der zum zu schützenden Raum weisenden Seite angeordnet ist.
US 4 625 077 A offenbart ein Solarzellenmodul mit einem Dickglas-Substrat (Dicke 3,3 mm), auf dem über ein Verbundmaterial eine Photovoltaik-Struktur fixiert ist, die ihrerseits durch ein Dünnglas (Dicke 0,35 mm–2 mm) abgedeckt ist.
Weitere Sicherheitsverglasungen sind aus GB 1 576 847 A und EP 0 630 322 B1 bekannt, die Merkmale der Herstellung und strukturelle Eigenschaften von Verglasungselementen offenbaren.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verbundglas bereitzustellen, mit dem Nachteile herkömmlicher Verbundgläser vermieden werden. Die Aufgabe der Erfindung ist es des Weiteren, ein verbessertes Verglasungselement mit einem derartigen Verbundglas und Verfahren zur Herstellung des Verbundglases und des Verglasungselements bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden durch ein Verbundglas, ein Verglasungselement und Verfahren mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verbundglas bereitgestellt, das zwei Dickgläser und zwischen diesen ein Dünnglas aufweist, die durch ein Verbundmaterial miteinander verbunden sind, wobei insbesondere das Dickglas gehärtetes Natron-Kalk-Glas umfasst und eine größere Dicke als das Dünnglas aufweist und das Dünnglas eine Dicke kleiner oder gleich 1,5 mm und mindestens eine funktionalisierte Oberfläche aufweist. Durch die erfindungsgemäße Kombination des Dickglases mit dem funktionalisierten Dünnglas wird vorteilhafterweise ein Verbundglas geschaffen, das ohne Beeinträchtigung der mechanischen und thermischen Stabilität sowie der sicherheitsrelevanten Aspekte zuverlässig mindestens eine zusätzliche Funktion erfüllt. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass mit erfindungsgemäßem Verbundglas großformatige Bauteile mit geometrischen Abmessungen von bis zu 4 m² und sogar darüber ohne nachteilige Eigenschaftsverluste hergestellt werden können.
In umfangreichen Experimenten wurden insbesondere verschiedene Glastypen mit unterschiedlichen Glasdicken, verschiedene Verbundmaterialien mit unterschiedlichen Dicken sowie verschiedene Beschichtungstypen unter unterschiedlichen praxisnahen Bedingungen untersucht. Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäße Kombination von Dick- und Dünngläsern ermöglicht, funktionalisierte Verbundgläser herzustellen, ohne dass die mechanische und thermische Stabilität des Gesamtbauteiles beeinträchtigt wird.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird mit dem Begriff ”Verbundglas” (oder: Sicherheitsglas, Verbundelement) eine Anordnung aus mehreren mindestens teilweise durchsichtigen Platten (aus Glas, ggf. auch in Kombination mit anderen Stoffen, wie z. B. Kunststoffe, insbesondere Polycarbonat, Polyurethane, Acrylate usw.) bezeichnet, die durch Zwischenschichten aus Verbundmaterial miteinander verbunden sind. Ein Bauteil, welches das Verbundglas in einer Fassung, wie z. B. einem Rahmen umfasst, wird als ”Verglasungselement” bezeichnet. Mit ”Verbundmaterial” wird eine Substanz bezeichnet, mit der die Gläser des Verbundglases flächig und kraftschlüssig miteinander verbunden werden können. Das Verbundmaterial bildet eine Klebe- oder Laminatschicht aus einem zähen, fest am Glas haftenden Kunststoffmaterial.
Mit ”Dickglas” wird eine ebene oder gewölbte Platte oder Scheibe aus gehärtetem Natron-Kalk-Glas bezeichnet. Dickglas weist eine Dicke im Bereich von mindestens 2,1 mm, insbesondere mindestens 4 mm, vorzugsweise mindestens 6 mm, bis z. B. 19 mm oder mehr auf. Mit ”Dünnglas” wird eine ebene oder gewölbte Platte oder Scheibe aus Glas mit einer Dicke von kleiner oder gleich 1,5 mm bezeichnet.
Mit ”funktionalisierte Oberfläche” wird eine Oberfläche eines Glases bezeichnet, die eine Beschichtung trägt und/oder eine strukturelle und/oder chemische Modifizierung aufweist, so dass Eigenschaften des Glases verändert und/oder dem Glas neue Eigenschaften aufgeprägt werden. Derartige Eigenschaften (Funktionen) sind zum Beispiel der Sonnen- und/oder Wärmeschutz, der Blend- und/oder Sichtschutz, ein Schutz vor Vereisung und Beschlagen der Oberflächen, reflexionsmindernde oder -erhöhende Wirkungen, ein Schutz vor elektromagnetischer Strahlung, spezielle Designs (siehe zum Beispiel Formen, Farben, Bedruckungen, Beleuchtung, optische Effekte auf der Basis von z. B. Holographie, Oberflächenstrukturierung und/oder Lichtlenkung), Strahlungsenergie absorbierende und/oder wandelnde Wirkungen, eine Bildwiedergabe bzw. -projektion oder Anzeige, oder Kombinationen aus diesen. Der Begriff ”funktionalisierte Oberfläche” schließt auch für den Nutzer gezielt veränderbare Eigenschaften ein, wie zum Beispiel einen einstellbaren oder steuerbaren Sonnen-, Blend- und/oder Sichtschutz und/oder elektronisch oder elektrisch aktive Beschichtungen oder Strukturen. Diese können beispielsweise schaltbare elektrochrome oder Flüssigkristall-basierte, photovoltaisch aktive, die Temperatur verändernde usw. Beschichtungen oder dergleichen umfassen.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verglasungselement bereitgestellt, das mindestens ein erfindungsgemäßes Verbundglas enthält. Das Verglasungselement weist vorzugsweise eine vorbestimmte Einbaurichtung mit einer Innenseite und einer Außenseite auf, die eine Belastungsangriffsseite des Verglasungselements bildet.
Gemäß einem dritten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundglases oder eines Verglasungselements bereitgestellt, bei dem die Schritte vorgesehen sind: Bereitstellung von einem ersten und einem zweiten Dickglas und einem ersten funktionalisierten Dünnglas, Bildung eines Schichtaufbaus, in dem die Dick- und Dünngläser jeweils durch Verbundmaterial getrennt sind, Bildung eines Vorverbundes durch eine Druck- und Temperaturbeaufschlagung des Schichtaufbaus, und Endfertigung des Verbundglases durch einen Autoklavenprozess oder einem Vakuum-Laminierverfahren. Vorteilhafterweise wird mit diesem Verfahren eine für den Anwender einfache Handlungsvorschrift geschaffen, nach der eine Produktion der erfindungsgemäßen Verbundgläser unter Industriebedingungen problemlos und in einfacher und reproduzierbarer Weise möglich ist.
In der Praxis besteht ein allgemeines Interesse, die Glasdicken und somit das Gewicht von Sicherheits-Verbundgläsern so gering wie möglich zu halten, um aufwendige und kostenintensive Unterkonstruktionen und Installationen zu vermeiden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das erste Dünnglas eine Dicke zwischen 0,5 mm bis 1,1 mm auf, so dass sich entsprechende Vorteile für eine Gewichtsverminderung ergeben.
Vom Erfinder wurde herausgefunden, dass es vorteilhafterweise möglich ist, die Dicke d_Verbund der direkt an die Dünngläser angrenzenden Verbundmaterialien in Abhängigkeit der Dicke d_dG und der solaren Absorption A_dG,solar des Dünnglases so vorzugeben, dass das Dünnglas enthaltende Verbundglas mit einer ausgezeichneten mechanischen und thermischen Stabilität hergestellt werden kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das Verbundmaterial, das an das erste Dünnglas direkt angrenzt, organische Materialien, wobei es ferner eine Dicke d_Verbund (in mm) in Abhängigkeit von der Dicke d_dG (in mm) des Dünnglases gemäß [0,25 ≤ d_Verbund ≤ (3,15 – 3,64·exp(–(d_dG + 0,068)/1,32))] (in mm) aufweist.
Wenn das erste Dünnglas eine mittlere solare Absorption A_dG,solar im Bereich zwischen größer 30% und 60% aufweist, hat das Verbundmaterial, das an das erste Dünnglas direkt angrenzt, besonders bevorzugt eine Dicke d_Verbund (in mm) gemäß [0,25 ≤ d_Verbund ≤ (3,15 – 6,6·exp(–(d_dG + 0,53)/0,994))].
Wenn das erste Dünnglas eine solare Absorption A_dG,solar im Bereich zwischen 10% und 30% aufweist, hat das Verbundmaterial, das an das erste Dünnglas direkt angrenzt, besonders bevorzugt eine Dicke d_Verbund (in mm) gemäß
[0,25 ≤ d_Verbund ≤ (3,2 – 8,3·exp(–(d_dG + 0,4)/0,68))]. Überraschenderweise wurde festgestellt, dass – bei einer vorgegebenen Dicke der Dünngläser d_dG und deren solaren Absorption A_dG,solar – vor allem die Charakteristika der unmittelbar an das Dünnglas angrenzenden Verbundmaterialien maßgeblich dafür ist, ob das ein derartiges, absorbierendes Dünnglas enthaltendes Verbundelement für die Praxis geeignet ist. Es wurde herausgefunden, dass dabei – in Abhängigkeit von der Größe der solaren Absorption der Dünngläser A_dG,solar – primär die Dicken d_Verbund der direkt an die Dünngläser angrenzenden Verbundmaterialien von Bedeutung sind. Dieses Ergebnis war auf Grund der Komplexität der weiter unten beschriebenen Eigenschaften von Verbundglas nicht zu erwarten. Es war insbesondere überraschend, dass die spezifischen Materialeigenschaften unterschiedlicher Verbundmaterialien von untergeordneter Bedeutung sind. Die physikalischen Eigenschaften des Dünnglases und der dieses umgebenden Verbundmaterialien sind derart verschieden, dass sich die im Vergleich dazu deutlich geringeren Unterschiede zwischen den einzelnen untersuchten Verbundmaterialien selbst nicht mehr entscheidend auf das Gesamtsystem auswirken.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Dünnglas teilweise ungehärtet, und es besteht besonders bevorzugt aus einem alkaliarmen und/oder alkalifreien Glas. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass erfindungsgemäß sogar ungehärtete Gläser als Basismaterial für Dünnglas im Verbundglas verwendet werden können. Dies war deshalb nicht zu erwarten, weil derartige ungehärtete Gläser nur sehr geringe Biege-Zug-Festigkeiten von weniger als circa 50 N/mm² aufweisen. Vorteilhafterweise wird dieser Nachteil durch günstige thermische Eigenschaften, insbesondere die Wärmeleitfähigkeit, die Temperaturunterschiedsfestigkeit und/oder den geringen mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizienten kompensiert.
Als ganz besonders geeignet erwies sich ungehärtetes alkaliarmes oder alkalifreies, borhaltiges Silikatglas mit einem Alkalioxidgehalt von kleiner oder gleich ca. 8 Gew.-%. Dieses ungehärtete Dünnglas, insbesondere gefloatetes Borosilikatglas mit einem Anteil an Borsäure (B₂O₃-Anteil) von mindestens 7% und einem Anteil an Kieselsäure (SiO₂-Anteil) von mindestens 70%, ist von besonderem Vorteil, da es ohne Einschränkungen auf die gewünschten geometrischen Abmessungen und Formen gebracht oder auch mit Bohrungen, Ausschnitten usw. versehen werden kann. Im Unterschied zu gehärteten Gläsern wird eine Beschädigung des Dünnglases bei einer weiteren mechanischen Bearbeitung vermieden. Vorteilhafterweise wird ermöglicht, die Funktionalisierung auf industriellen Standardmaßen unabhängig von der Produktion und Bearbeitung der Dickgläser vorzunehmen. So kann zum Beispiel die Beschichtung der Dünngläser in Form von größeren Standardmaßtafeln in herkömmlichen Industrieanlagen erfolgen, wodurch sich neben der Vereinfachung des Herstellungsverfahrens zudem eine hohe Produktivität und niedrigere Kosten ergeben.
Besonders vorteilhaft ist auch, dass bei Verwendung von ungehärteten Dünngläsern keine hohen Verarbeitungstemperaturen von ca. 450°C und darüber erforderlich sind, wie dies beim Härten und/oder Biegen der Fall ist. Somit können insbesondere zur Bildung funktionalisierter Oberflächen auch temperaturempfindliche oder weniger-stabile Beschichtungen, Materialien oder dergleichen, die sonst nicht verwendbar sind, aufgebracht und für verschiedenste Anwendungen weiterverarbeitet werden.
Gemäß weiteren bevorzugten Varianten der Erfindung ist die funktionalisierte Oberfläche des ersten Dünnglases für mindestens eine der Funktionen eingerichtet, die einen Sonnenschutz, eine Wärmeisolation, einen Blendschutz, einen Sichtschutz, einen Schutz vor Vereisung und Beschlagen, eine Reflexionsminderung, eine Reflexionserhöhung, einen Schutz vor ultravioletter Strahlung, einen Schutz vor elektromagnetischer Strahlung, eine Gestaltungsfunktion, eine Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie, und eine Anzeigefunktion umfassen. Besonders bevorzugt ist die Funktion der funktionalisierten Oberfläche des ersten Dünnglases durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die Oberfläche oder auf dieser vorgesehene Elektroden veränderlich.
Das erfindungsgemäß verwendete Verbundmaterial enthält vorzugsweise mindestens einen Kunststoff, der aus der Gruppe von Materialien ausgewählt ist, die Polyvinylbutyral (PVB), Polyurethan (PU), Polypropylen (PP), Polyacrylat, Ethylenvinylacetat (EVA), Polyethylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polyvinylchlorid, Polyethylenterephthalat, Polyacetatharz, Silikonsysteme, Copolymere, aus z. B. Vinylchlorid oder Ethylen oder Acrylaten, Gießharze und UV-, thermisch oder an Luft härtbare Klebstoffe umfasst. Vorteilhafterweise sind diese Substanzen mindestens teilweise transparent und als Klebe- oder Verbundmaterialien gut zu verarbeiten.
Das Verbundmaterial kann gemäß einer weiteren bevorzugten Variante der Erfindung mit zusätzlichen Füll- und/oder Zuschlagstoffen, wie z. B. mit anorganischen und/oder organischen Pigmenten, anderen strahlungsabsorbierenden und/oder -reflektierenden Materialien oder Partikeln, Textilien oder anderen gewebeartigen Stoffen, mit Katalysatoren oder Weichmachern, metallhaltigen Verbindungen, mit z. B. durch Anlegen einer äußeren Spannung beeinflussbaren Materialien, mit Keramiken usw. oder auch Kombinationen aus diesen versehen sein.
In weiteren speziellen Ausführungen lassen sich auch mit Heizdrähten, mit elektromagnetischer Schutzwirkung versehene und/oder auch ansteuerbaren elektrischen oder elektronischen Bauelementen (wie z. B. Beleuchtungseinrichtungen mittels Leuchtdioden, Elektrolumineszenzelementen, Detektoren usw.) vorkonvektionierte Folien benutzen.
Zusätzliche Vorteile für die effektive Herstellung des erfindungsgemäßen Verbundglases ergeben sich, wenn das Verbundmaterial eine vorkonfektionierte Laminierfolie umfasst. Als besonders geeignet erweisen sich vorgefertigte, kommerziell erhältliche Verbundfolien, insbesondere auf PVB-, PU- oder EVA-Basis hergestellte Laminatfolien, die als Massenprodukt in gebräuchlichen Dicken wie z. B. 0,38, 0,51, 0,76 oder 1,52 mm oder auch dicker erhältlich sind. Alternativ lassen sich bei bestimmten Anwendungen vorab beschichtete oder durch andere Verfahren funktionalisierte dünne PET-Folien oder dergleichen in die Verbundmaterialien einlaminieren, wenn die oben dargestellten Nachteile, wie das Auftreten einer „Orangenhaut” unkritisch sind.
Von weiterem Vorteil ist, wenn das Verbundmaterial im sichtbaren Spektralbereich einen Brechungsindex zwischen 1,47 und ca. 1,52 aufweist, so dass eine optimale optische Anpassung zwischen Verbundmaterial und Glas erzielt wird.
Wenn gemäß einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Bildung des Schichtaufbaus das Verbundmaterial eine Temperatur kleiner oder gleich 200°C aufweist, werden Vorteile für eine schonende Behandlung des Dünnglases erzielt.
Gemäß der Erfindung weist das Verbundglas ein zweites Dickglas mit einer größeren Dicke als das erste Dünnglas auf, wodurch die mechanischen Eigenschaften des Verbundglases verbessert werden können. Vorteilhafterweise sind zahlreiche Varianten der gegenseitigen Verbindung der Dick- und Dünngläser mit einem oder verschiedenen Verbundmaterialien verfügbar. Erfindungsgemäß ist das erste Dünnglas zwischen dem ersten und zweiten Dickglas angeordnet. Des Weiteren kann ein zweites Dünnglas mit einer geringeren Dicke als das erste und das zweite Dickglas vorgesehen sein, wobei die ersten und zweiten Dünngläser zwischen den ersten und zweiten Dickgläsern, insbesondere auf einer Innenseite des Verbundglases angeordnet sind.
Das erste und das zweite Dünnglas können insbesondere unmittelbar nebeneinander angeordnet und durch eine Verbundmaterialschicht verbunden sein, die dünner ist als das Verbundmaterial zwischen den Dick- und Dünngläsern.
Wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wenigstens eines der Dickgläser aus chemisch vorgespanntem Glas besteht, wobei die Eindringtiefe von Kaliumionen im chemisch vorgespannten Glas mindestens 10 μm, vorzugsweise mindestens 20 μm ist, können sich weitere Vorteile für die Stabilität des Verbundglases gegen äußere Kräfte ergeben.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die ebene oder gewölbte Platte des Dickglases nicht zwingend aus einem einheitlichen Material bestehen muss. Eine besondere Stabilität, insbesondere Einbruchsicherheit kann beispielsweise erzielt werden, wenn mindestens eines der Dickgläser an sich aus einem herkömmlichen oder aus einem erfindungsgemäßen Verbundglas besteht.
Des Weiteren ermöglicht die Erfindung, gebogene oder gekrümmte Bauelemente mit zusätzlichen Funktionen und Eigenschaften für höchste Sicherheits- und Qualitätsstandards zu versehen. Vorzugsweise ist das Verbundglas mit einer Wölbung gebildet, die zur Außenseite des gemäß dem o. g. zweiten Gesichtspunkt der Erfindung vorgesehenen Verglasungselementes gerichtet ist. Das Verbundglas ist nach außen, z. B. zylindrisch oder ähnlich gewölbt, d. h. es ist eine konvex gekrümmte Oberfläche vorgesehen, die nach außen hin gerichtet ist. Vorzugsweise ist die Wölbung des ersten Dünnglases des Verbundglases durch mechanische Verformung ohne Wärmebehandlung gebildet, so dass eine Beeinträchtigung der Funktionalisierung des Dünnglases vermieden wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das erste Dickglas des Verbundglases eine zinnhaltige Oberfläche auf, die zur Außenseite des Verglasungselements gerichtet ist. Durch diese besondere Anordnung ist es möglich, sowohl die mechanischen als auch thermischen Eigenschaften des gesamten Verbundglases noch weiter zu steigern und darüber hinaus Spontanbruch weitestgehend zu vermeiden. Vor allem bei gekrümmten Verbundgläsern besitzt auch das erste Dünnglas vorzugsweise eine zinnhaltige Oberfläche, die – zusätzlich zur nach außen orientierten Anordnung der Zinnseite des ersten Dickglases – nunmehr zur Innenseite des Verglasungselements gerichtet ist. Auf diese Weise lässt sich eine weitere Steigerung der Stabilität und damit der Gebrauchsfähigkeit des Verbundglases erreichen.
Das erfindungsgemäße Verbundglas oder ein mit diesem gebildetes Verglasungselement wird vorzugsweise in ein Transportfahrzeug (wie z. B. Automobile, Züge, Flugkörper oder Schiffe), in ein Gebäude (z. B. in Dächer oder Über-Kopf-Verglasungen, Fenster, Türen, Brüstungen, begehbaren Glaskonstruktionen usw.), oder in ein technisches Gerät oder einen Gebrauchsgegenstand eingebaut.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 und 2: schematische Schnittansichten von Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verbundglases,
3 und 4: Illustrationen zur Beschreibung der Auswahl von Parametern erfindungsgemäßen Verbundglases und von dessen Prüfung,
5 bis 7: schematische Schnittansichten von weiteren Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verbundglases, und
8: eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verglasungselements.
Auswahl von Parametern erfindungsgemäßen Verbundglases
Die 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbundglases 10 mit einem ersten Dickglas 1, einem ersten absorbierenden Dünnglas 3 und einem zweiten Dickglas 5, die durch Verbundmaterialien 2, 4 miteinander verbunden sind. Gemäß 1 bestehen die Dickgläser 1, 5 mit einer Dicke von z. B. 6 mm aus gehärtetem Natron-Kalk-Glas, während das erste Dünnglas 3 mit einer Dicke von 1,1 mm aus Borosilikatglas besteht und eine Pigmentbeschichtung trägt. Letzteres bewirkt eine solare Absorption von mindestens 10%.
Die 1 und 2 dienen der Illustration der in dem erfindungsgemäßen Verbundglas 10 auftretenden Erscheinungen bei gleichzeitiger Einwirkung von äußeren mechanischen und thermischen Belastungen. Die mechanische und/oder thermische Beanspruchbarkeit des Verbundglases 10 wird dadurch beeinflusst, dass die Teile des Verbundglases miteinander mechanisch gekoppelt sind und zwischen den Teilen wärmetransportkinetische Prozesse ablaufen. Die Erfindung basiert auf der Ausnutzung der mechanischen Kopplung und der wärmetransportkinetischen Prozesse, wie im Folgenden erläutert wird. Einzelheiten der gezeigten und weiterer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verbundglases 10 werden unten mit Bezug auf die 5 bis 8 beschrieben.
Bei Einwirkung einer äußeren Kraft F auf das Verbundglas 10 (1) werden Druckspannungen pD an den zur Kraftangriffsseite hin orientierten Oberflächen verursacht, während die abgewandten Glasoberflächen einer erhöhten Zugbeanspruchung pZ unterliegen. Bei größeren Belastungen kommt es dabei zu einer Verbiegung bzw. Wölbung des Verbundglases 10. Insbesondere an den jeweiligen Grenzflächen erstes Dickglas 1/Verbundmaterial 2, Verbundmaterial 2/erstes Dünnglas 3, erstes Dünnglas 3/Verbundmaterial 4, Verbundmaterial 4/zweites Dickglas 5 treten zusätzliche Scherkräfte auf. Die Verbundmaterialien 2, 4 des erfindungsgemäßen Verbundglases sind gewählt, diese Kräfte so zu kompensieren, dass keine Enthaftungen bzw. Delaminierungen an der Grenzfläche Glas-Verbundmaterial auftreten. Solche Delaminierungserscheinungen könnten insbesondere dann auftreten, wenn eine zu geringe Dicke des Verbundmaterials vorliegen würde. Die Dicke des Verbundmaterials kann aber auch nicht beliebig erhöht werden. Bei zu großen Dicken führen die einwirkenden äußeren Kräfte zu einer Kompression des gegenüber dem Glas weicheren, meist auf Polymerbasis basierenden Verbundmaterials, wodurch dieses fließen kann oder irreversibel deformiert wird. In dessen Folge kommt es zu einer beträchtlichen Reduzierung der Verbundwirkung und der damit verbundenen mechanischen Belastbarkeit des Verbundglases.
Die bei Auftreten einer zusätzlichen thermischen Belastung wirkenden Erscheinungen sind entsprechend in 2 gezeigt. Die auf das Verbundglas 10 auftreffende Sonnenstrahlung I₀ wird hier beispielhaft überwiegend im Dünnglas 3 absorbiert und führt dort zu einer gegenüber dem Dickgläsern 1, 5 erhöhten Temperatur T₃ mit T₃ > T₁ und T₃ > T₂. Die im Dünnglas 3 dissipativ umgewandelte Energie wird einerseits durch Wärmeleitung über das Verbundmaterial 2 bzw. 4 zum Dickglas 1 bzw. 5 und dann weiter nach außen bzw. innen transportiert. Dabei kommt es zunächst darauf an, dass ein guter Wärmeübergang an der Grenzfläche Glas-Verbundfolie vorliegt. Wenn das Verbundmaterial 2 ein schlechter Wärmeleiter wäre, könnte es bei einer zu großen Dicke der Verbundfolie zu einem Wärmestau führen, so dass die an der Oberfläche des Dünnglases 3 erhöhte Temperatur T₃' nicht schnell genug reduziert werden kann. Dies steigert sich für den Fall, dass zusätzlich eine höhere Außentemperatur T_a vorliegt. Wirkt nun noch zusätzlich eine äußere Kraft (siehe 1), so verstärken sich sowohl das Fließverhalten als auch die irreversiblen Verformungen des Verbundmaterials 2.
Auf der anderen Seite erfolgt ein Energieaustausch zur Innenseite mit der Temperatur T_i hin durch Wärmeleitung, -strahlung und -konvektion, wodurch sich an der weiteren Oberfläche des Dünnglases 3 eine Temperatur T₃'' einstellt. Die beiden Oberflächentemperaturen T₃' und T₃'' sind in der Praxis aufgrund der unterschiedlichen Wärmetransportmechanismen und Wärmetransportkinetik sehr verschieden, weshalb sich über die Dicke des Dünnglases 3 hinweg ein mitunter großer Temperaturgradient bilden kann, der zusätzlich thermisch induzierte Spannungen im Dünnglas 3 hervorruft. Bekanntermaßen kann dies bei herkömmlichem Verbundglas zu einem spontanen Bruch des Glases und somit zu einem Ausfall des gesamten Bauteiles führen. Die Neigung zu einem derartigen spontanen Bruchverhalten wird zudem durch das weiter oben beschriebene Vorhandensein von Temperaturgradienten entlang der Glasoberfläche, hervorgerufen durch zum Beispiel Verschattungen und so weiter, noch weiter gefördert. Von besonders großer Bedeutung sind diese Vorgänge, wenn in einem großformatigen und mechanisch hoch beanspruchbaren Verbundglas gemäß der Erfindung die Dünngläser 3 nur geringe Dicken von kleiner oder gleich 1,5 mm besitzen und in der Praxis auf Grund deren optischen Absorption zusätzlich sogar noch mit einer mitunter lokal wirkenden Aufheizung innerhalb eines solchen Verbundglases 10 zu rechnen ist. Zu beachten ist hierbei vor allem auch, dass in einem solchen, Dünnglas enthaltenden Verbundglas deutlich kleinere Dickenverhältnisse zwischen dem Dünnglas 3 und den dieses umgebenden Verbundmaterialien 2, 4 vorliegen als dies bei den herkömmlichen Laminaten der Fall ist. So ergeben sich beispielhaft bei einer Dicke des Dünnglases 3 von 1,1 mm und einer Dicke der Verbundmaterialien 2, 4 von etwa 1,5 mm sogar Dickenverhältnisse kleiner 1 (im Beispiel hier: 0,73). Dadurch liegt eine gegenüber den herkömmlichen Verbundgläsern völlig anders geartete Situation vor.
Die aus den durchgeführten Belastungsversuchen erhaltenden Zusammenhänge sind in 3 grafisch dargestellt. Wie aus 3 hervorgeht, ist die Verbundmaterialdicke d_Verbund in Abhängigkeit von der Dicke der absorbierenden Dünngläser d_dG sowohl nach oben, wie auch nach unten hin begrenzt. Die obere Begrenzungskurve ergibt sich dabei aus den Ergebnissen der durchgeführten Versuche bei unterschiedlichen solaren Strahlungsabsorptionen A_dG,solar und weist eine relative experimentelle Schwankungsbreite von circa 10% auf.
Es wurde herausgefunden, dass es möglich ist, die Dicke d_Verbund der direkt an die Dünngläser angrenzenden Verbundmaterialien in Abhängigkeit der Dicke d_dG und der solaren Absorption A_dG,solar der Dünngläser so vorzugeben, dass die mit Funktionen versehene, absorbierende Dünngläser enthaltenden Verbundgläser mit einer ausgezeichneten mechanischen und thermischen Stabilität hergestellt werden können. Unter dem Begriff der solaren Absorption A_dG,solar der Dünngläser ist dabei die entsprechend der Norm EN 410 international standardisierte Größe der Strahlungsabsorption im Wellenlängenbereich zwischen 250 und 2500 nm zu verstehen. Es wird damit ausschließlich die solare Absorption der jeweiligen Dünngläser und nicht die Strahlungsabsorption des fertigen Verbundglases oder dergleichen bezeichnet.
Im Sinne einer einfachen praxisnahen Handhabung wurden für die solare Absorption folgende drei Bereiche gewählt:

(a) Bereich der hohen Absorptionen mit A_dG,solar > 60%;
(b) Bereich der mittleren Absorptionen mit A_dG,solar von größer 30% bis 60%; und
(c) Bereich der geringen Absorptionen mit A_dG,solar von 10% bis 30%.

Die untere Begrenzungskurve entspricht einer konstanten Mindestdicke in Höhe von 0,25 mm, die sich herstellungsbedingt als notwendig erwiesen hat, um ein hochqualitatives und blasenfreies großformatiges Verbundelement zu erhalten. Die Dicke der an die Dünngläser angrenzenden Verbundmaterialien d_Verbund lässt sich für eine vorgegebene Dicke des Dünnglases d_dG sowie eine vorgegebene solare Absorption A_dG,solar wie folgt unmittelbar aus den einzelnen Graphen in 3 ablesen. Es zeigt sich deutlich, dass sich mit wachsenden solaren Absorptionen A_dG,solar die mögliche maximale Verbundfoliendicke d_Verbund monoton verringert.
Für die obere Begrenzung bei einer solaren Absorption A_dG,solar von größer 60% entsprechend 3 lässt sich die experimentelle Kurve f(d_dG) sehr gut durch einen exponentiellen Fit approximieren, woraus sich erfindungsgemäß die nachstehende mathematische Bedingung ableiten lässt: 0,25 ≤ d_Verbund ≤ f(d_dG) (in mm) (1) mit f(d_dG) = 3,15 – 3,64·exp(–(d_dG + 0,068)/1,32) (in mm) (1a)
Bei der Berechnung der Dicke des Verbundmaterials entsprechend Gleichung (1) und den folgenden Gleichungen sind die einzelnen Parameter dimensionslos zu verwenden.
Das erfindungsgemäße Merkmal entsprechend der Gleichungen (1) und (1a) ist auf alle, absorbierende Dünngläser enthaltende Verbundgläser anwendbar und somit auch unabhängig davon, wie groß letztendlich die solare Absorption der Dünngläser ist.
Die anderen oberen Begrenzungskurven aus 3 lassen sich ähnlich über mathematische Beziehungen wie folgt beschreiben:
Für A_dG,solar im Bereich zwischen 10% und 30% gilt: f(d_dG) = 3,2 – 8,3·exp(–(d_dG + 0,4)/0,68) (in mm) (1b) , Für A_dG,solar im Bereich zwischen größer 30% und 60% gilt: f(d_dG) = 3,15 – 6,6·exp(–(d_dG + 0,53)/0,994) (in mm) (1c).
Dadurch ist es für den Anwender sogar möglich, die Herstellung erfindungsgemäßer Verbundgläser mittels einfacher Regeln bzw. Handlungsvorschriften entsprechend der Gleichungen (1) und (1a–1c) problemlos und in einfacher Weise vorzunehmen.
Für die absorbierenden Dünngläser lässt sich thermisch oder chemisch, mindestens teilweise gehärtetes Kalk-Natron-Glas als Basismaterial verwenden. Jedoch wird dann bevorzugt, dass die durch den Härteprozess an der Glasoberfläche eingebrachten Druckspannungen so groß sind, dass für die Biege-Zug-Festigkeit des Glases mindestens Werte von größer oder gleich 120 N/mm² erreicht werden.
Verfahren zur Herstellung des Verbundglases
Zur Herstellung des Verbundglases 10 z. B. gemäß 5A (siehe unten) ist das folgende Verfahren vorgesehen. Zuerst wird ein mit einer funktionalisierenden Beschichtung versehenes, z. B. absorbierendes Dünnglas bereitgestellt oder unmittelbar hergestellt. Danach wird das Dünnglas auf die gewünschten Abmessungen entsprechend dem verwendeten Dickglas zugeschnitten. Schäden im Kantenbereich (z. B. Risse, Ausmuschelungen und dergleichen), die möglicherweise beim Schneiden und Brechen entstehen, werden durch geeignete Verfahren, wie zum Beispiel Säumen und/oder Schleifen und/oder Polieren und/oder Aussteifung mittels Verklebungen beseitigt. Von besonderem Vorteil hat sich erwiesen, wenn das Schneiden des Dünnglases mittels Laserstrahlung durchgeführt wird, weil dadurch Schäden vermieden werden und eine Nachbearbeitung der Kanten entfallen kann.
Anschließend werden die etwa gleich großen Dickglas- und Dünnglasplatten abwechselnd mit Verbundmaterial zu einem Verbund-Sandwich zusammengelegt. Die Dicke des an Dünnglas angrenzenden Verbundmaterials wird entsprechend Gleichung (1) gewählt.
Bevorzugt wird das Verbundmaterial bei Temperaturen kleiner oder gleich 200°C, vorzugsweise im Temperaturbereich unterhalb ca. 160°C, verarbeitet. Allerdings können mit der Erfindung auch Verbundmaterialien verwendet werden, die bei Temperaturen oberhalb von 200°C und somit auch oberhalb der Verarbeitungstemperaturen für die herkömmlichen Verbundmaterialien appliziert werden können. Die zu höheren Temperaturen hin begrenzenden Faktoren sind dabei lediglich die Temperaturstabilität der eingesetzten Beschichtungen sowie die der vorgespannten Gläser.
Das Verbund-Sandwich wird im nächsten Schritt verpresst, entlüftet und unter Anwendung von Wärme zu einem Vorverbund zusammengefügt. Es ist von Vorteil, wenn für diesen Schritt ein Druck von kleiner 2,5 bar und eine Temperatur gewählt wird, die mindestens 10 K bis etwa 50 K unterhalb der maximal beim Endverbund angewandten Temperatur liegt. Der Vorverbund-Prozess lässt sich mit den an sich aus der Verbundglasherstellung bekannten Techniken wie Lippen-Vorverbundprozess, Vorverbundwalzen oder mit dem Vakuum-Sackverfahren durchführen.
Abschließend wird der Vorverbund bei erhöhter Temperatur sowie hohem Druck, z. B. im so genannten Autoklavenprozess, zu dem fertigen Verbundglas endverbunden. Dieser Prozess wird insbesondere bei einer Temperatur von etwa 110°C bis 150°C und einem erhöhten Druck von bis ca. 15 bar durchgeführt.
Alternativ kann die Herstellung des Verbundglases durch das in der Industrie etablierte Vakuum-Laminierverfahren erfolgen. Hierbei wird der Laminierprozess unter verminderten Drücken von typischerweise 0,01 mbar bis ca. 850 mbar und Temperaturen von circa 90°C bis 160°C durchgeführt. Des Weiteren lassen sich Teile des Endverbundes einzeln herstellen (vorkonfektionieren) und erst am Schluss zu dem erfindungsgemäßen Verbundelement zusammenlaminieren.
Das fertige Verbundglas 10 kann zur Herstellung des erfindungsgemäßen Verglasungselements 20 in eine Fassung 21 oder einen Rahmen eingebaut werden, wie beispielhaft in 8 gezeigt ist. Der Einbau und die Montage kann dabei durch aus dem Stand der Technik bekannte Verklebe- bzw. Bondtechniken, mittels Klemmen oder dergleichen, mit oder ohne Rahmenkonstruktionen oder anderweitiger konstruktiver Elemente erfolgen.
Verfahren zur Prüfung des Verbundglases
Üblicherweise werden zur Prüfung der mechanischen Festigkeit von Gläsern standardisierte Prüfverfahren eingesetzt. Bei dem Verfahren gemäß der Norm DIN ISO 614 (Anwendung zum Beispiel im Schiffbau) wird die auf einen Prüfling wirkende Kraft durch einen speziell geformten Prüfstempel mit einem Durchmesser von rd. 12,5 mm erzeugt. Der Prüfling besitzt dabei mit einem typischen Durchmesser von rd. 250 mm bis 300 mm nur sehr geringe geometrische Abmessungen. Nachteilig ist auch, dass der Prüfstempel nahezu punktförmig auf den Prüfling einwirkt und sich dadurch eine sehr ungleichmäßige, ortsabhängige Belastung der Glasoberfläche ergibt. Schon aus diesen Gründen lassen sich die mit diesem oder ähnlichen Prüfverfahren erhaltenen Ergebnisse weder auf großformatigere Gläser mit Flächen von 1 m² bis 2 m² und größer anwenden noch auf die Bedingungen der realen Praxis übertragen. Weitere Probleme treten auf, wenn neben der mechanischen Beaufschlagung des Prüfkörpers zeitgleich auch eine thermische Belastung zu berücksichtigen ist. Für diesen Fall gibt es keine standardisierten Prüfmethoden.
Zur Überprüfung und zum Nachweis der mechanischen und/oder thermischen Stabilität/Belastbarkeit der erfindungsgemäßen Verbundgläser wird eine Prüfvorrichtung entsprechend 4 verwendet. Die Prüfvorrichtung besteht aus einem Behälter, in dem ein gegenüber der äußeren Atmosphäre erhöhter Druck p_Test erzeugt wird. Als druckübertragende Medien eignen sich verschiedene Flüssigkeiten wie Wasser, Öle und dergleichen, weil sich diese nicht komprimieren lassen und sich in ihnen der Druck isotrop und somit gleichmäßig ausbreiten kann. Der Behälter weist ein Oberteil mit einem stabilen Rahmen 401 auf, an dem als Prüfling ein Verbundglas 404 angebracht werden kann. Die Befestigung des Verbundglases 404 kann durch eine Verklebung 402 z. B. mit einem polyurethanbasierten Ein- oder Zwei-Komponenten-Klebstoff, silikonbasiertem Polymer o. dgl. erfolgen, mit der die erforderliche Dichtheit sichergestellt wird. Je nach Größe und Gewicht des Prüflings werden die Verklebungsbreite zwischen rd. 15 mm und rd. 40 mm und die Klebstoffdicke zwischen rd. 5 mm und rd. 15 mm gewählt. Das zu prüfende Verbundglas 404 kann ebenfalls auf der Oberseite des Rahmens 401 angebracht oder aber auch mittels mechanischem Klemmen oder dergleichen befestigt werden.
Um die zusätzliche thermische Beanspruchbarkeit des Verbundglases 404 zu prüfen, sind oberhalb der Prüfvorrichtung mehrere Strahlungsquellen (z. B. Halogenstrahler, Heizstrahler usw.) so angebracht, dass das Verbundglas 404 gleichmäßig und über die gesamte Oberfläche hinweg mit einer Bestrahlungsleistung I₀ von bis circa 1250 W/m² beaufschlagt werden kann. Durch die mindestens teilweise Absorption dieser Strahlung im Verbundglas 404 kommt es zu einer Erwärmung im Inneren, wie sie auch im praktischen Gebrauch auftritt. Durch das Anbringen von zusätzlichen Blenden, Masken oder dergleichen (siehe 403) lassen sich in der Praxis auftretende lokale Ver- bzw. Abschattungen und so weiter realitätsnah simulieren. Zusätzlich ist es möglich, das Medium (z. B. die Flüssigkeit) innerhalb des Behälters auf Temperaturen T_Fl von bis circa 60°C und darüber zu thermostatieren, um auf diese Weise auch die Einflussnahme unterschiedlicher Außentemperaturen untersuchen zu können.
Mit dieser Prüfvorrichtung wird die mechanische und/oder die thermische Belastbarkeit von großformatigen Prüfkörpern mit Glasflächen von circa 1 m² bis circa 5 m² und darüber bestimmt. Bei der Prüfung des erfindungsgemäßen Verbundglases wird – unter Vorgabe der entsprechenden konkreten Testparameter – der Druck p_Test im Behälter solange erhöht, bis der Prüfling zum Beispiel durch Bruch, Rissbildung, Delaminierung oder dergleichen teilweise oder vollständig beschädigt ist und somit ein Versagen des Bauteiles vorliegt.
Bei den Experimenten wurden in einem ersten Schritt vorbestimmte Referenzstandards hergestellt und geprüft. Dabei handelte es sich um herkömmliche symmetrische Verbundgläser, die keine Dünnglasplatte enthalten. Der typische Aufbau war: „Dickglas/Dickglas”. Die Dickgläser umfassten gehärtete Kalk-Natron-Gläser, die mit einem Verbundmaterial auf PVB-, PU- oder EVA-Basis verbunden waren. Das Härten wurde dabei sowohl mittels des bekannten thermischen Vorspannens (Ein-Scheiben-Sicherheitsglas, ESG) als auch durch einen Ionenaustausch an der Glasoberfläche (Chemically Strengthened Glass, CSG) oder auch ein anderes bekanntes Verfahren durchgeführt. Es wurden unterschiedliche Glasdicken für den Referenzverbund „Dickglas/Dickglas” wie beispielsweise 6 mm/6 mm, 8 mm/8 mm, 10 mm/10 mm usw. benutzt. Da sich in Vorversuchen bei Variation der Dicke der Verbundmaterialschicht zwischen rd. 0,7 mm bis rd. 3 mm keine wesentliche Beeinflussung der mechanischen Belastbarkeit feststellen ließ, wurde bei den Prüfungen die Dicke der Verbundmaterialschicht auf einen festen Wert von rd. 1,5 mm festgesetzt.
Es wurden mindestens drei identische Prüflinge getestet, um Schwankungen und Toleranzen zu erfassen. Die Mittelwerte des Druckes p_Test, bei denen ein Versagen des jeweiligen Laminates erfolgte, wurden für die weiteren Betrachtungen als die Referenzwerte verwendet. Derartige Schwankungen können im Bereich von bis zu 20% und sogar darüber liegen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass an Glaskanten, den Oberflächen oder im Glasinneren herstellungsbedingt Mikrodefekte und dergleichen vorliegen und diese ein frühzeitiges Versagen des Bauteiles im Belastungsfalle verursachen können.
Für die Versuche wurden die folgenden Testparameter verwendet (vergleiche 4):
Bestrahlungsleistung I₀: 0...circa 1250 W/m²;
Solare Absorption A_dG,solar der Dünngläser (3): 0...100%
Temperatur T_Fl: 15...60°C;
Temperatur T₀: bis circa 40°C;
Druckanstieg in der Prüfvorrichtung Δp_Test/Δt: rd. 1 bis 20 kPa/s;
Typische geometrische Abmessungen der Verbundgläser: 1200 mm × 1600 mm sowie 1800 mm × 2500 mm
Druckbereich (min.; max.): p_Test,min = 5 kN/m²; p_Test,max = 1,0·10³ kN/m²
Die Prüfungen bzw. Drucktests an den Verbundgläsern wurden nur dann als positiv bewertet, wenn für die erfindungsgemäßen Verbundgläser mittlere Druckbelastbarkeiten von mindestens 90% des jeweiligen Wertes der Referenz-Verbundgläser erreicht wurden („Belastbarkeitskriterium von 90%”).
Erfindungsgemäß ist es möglich, sowohl plane als auch gekrümmte Verbundgläser oder Teile von diesen nahezu ohne Beeinträchtigung der mechanischen und gleichzeitig thermischen Stabilitätscharakteristika mit vielseitigen zusätzlichen funktionellen Eigenschaften zu versehen, zu erweitern und/oder zu kombinieren.
Ausführungsbeispiel Gruppe 1
Die für eine erste Gruppe von Ausführungsbeispielen hergestellten Verbundgläser weisen den Aufbau „Dickglasplatte oder -paket (1)/Verbundfolie (2)/Dünnglas oder -paket (3)/Verbundfolie (4)/Dickglasplatte oder -paket (5)” (insbesondere von außen nach innen; siehe 5A–5D) auf. Für die durchgeführten Versuche wurde ein symmetrischer Glasaufbau wie folgt gewählt:
ESG/Verbundmaterial/absorbierendes Dünnglas (mit den Dicken d_dG 0,5 mm; 0,8 mm; 0,9 mm; 1,1 mm; 1,5 mm)/Verbundmaterial/ESG bzw. CSG/Verbundmaterial/absorbierendes Dünnglas (mit den Dicken d_dG 0,5 mm; 0,8 mm; 0,9 mm; 1,1 mm; 1,5 mm)/Verbundmaterial/CSG
Die planen Dickgläser 1, 5 umfassen gehärtete Kalk-Natron-Gläser mit kommerziell üblichen Glasdicken 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15 und 19 mm. Das Härten der Dickgläser 1, 5 wurde dabei mittels des bekannten thermischen Vorspannens (Ein-Scheiben-Sicherheitsglas, ESG) oder auch durch einen Ionenaustausch an der Glasoberfläche (Chemically Strengthened Glass, CSG) durchgeführt. Die Dickgläser 1, 5 können dabei auch unterschiedliche Dicken besitzen. Es ist aber auch möglich, dass an Stelle der Dickgläser 1, 5 jeweils ein weiteres Verbundglas oder dergleichen, auch in Kombination mit anderen, mindestens teilweise durchsichtigen Platten aus z. Bsp. Polycarbonat usw. verwendet wird.
Als Klebe- oder Verbundmaterial 2, 4 wird eine Folie aus Polyurethan und/oder Polyvinylbutyral und/oder Ethylen-Vinyl-Acetat zur Anwendung gebracht. Dabei müssen die jeweils ein gesetzten Verbundmaterialien 2, 4 nicht identisch sein. In diesem Fall erwies es sich als vorteilhaft, wenn dabei eine Kombination aus Polyvinylbutyral und Polyurethan benutzt wird, da sich diese beiden Materialien unter sehr ähnlichen Bedingungen verarbeiten lassen.
Die erfindungsgemäßen Verbundgläser wurden entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt. Die Geometrie des absorbierenden Dünnglases 3 ist gleich, zumindest aber annähernd gleich der der Dickgläser 1, 5. Bei den Verbundgläsern wurden für das Dünnglas 3 unterschiedliche Glastypen mit jeweils verschiedenen Dicken im Bereich zwischen 0,5 mm und 1,5 mm verwendet. Zusätzlich war das Dünnglas 3 entweder an einer der Oberflächen 3-1, 3-2 oder an beiden gleichzeitig mit einer funktionellen Beschichtung versehen, wodurch die Dünngläser eine Absorption aufwiesen. Die Dünngläser 3 besaßen dabei eine solare Absorption A_dG,solar im Wellenlängenbereich von 250 nm bis 2500 nm (entsprechend DIN EN 410; gemessen an Luft) von mindestens 10%. Eine definierte solare Absorption lässt sich auf sehr verschiedene Art und Weise erhalten. Als sehr einfach und gut geeignet erwies sich das Aufbringen von Metalle oder Metallverbindungen enthaltenden dünnen Schichten oder Schichtsystemen, bei denen z. B. durch die Veränderung der Schichtdicke oder dergleichen die Größe der Absorption nahezu beliebig eingestellt werden kann.
Die so produzierten Verbundgläser wurden dann der beschriebenen Prüfung mit und ohne Bestrahlung unterzogen, wobei die Testbedingungen völlig identisch zu den Tests an den Referenz-Verbundgläsern waren.
Die Versuche haben gezeigt, dass bei einer Dicke d_Verbund entsprechend 3 für die das absorbierende Dünnglas direkt umgebenden Verbundmaterialien 2, 4 das vorgegebene Belastungskriterium von 90% stets erfüllt werden konnte. Das bedeutet, dass es bei Einhaltung der erfindungsgemäßen Bedingung entsprechend Gleichung (1) möglich ist, eine mittlere Druckbelastbarkeit der Verbundgläser von mindestens 90% bezogen auf die Werte des jeweiligen Referenzlaminates zu erzielen. Dies trifft, wie nachstehend an zwei Beispielen erläutert ist, für all solche Verbundgläser zu, deren Verbundmaterialdicken für die Dünngläser aus 3 bzw. den erfindungsgemäßen Bedingungen (1–1c) abgeleitet werden:

– Dünnglas 3: Glastyp: alkaliarmes/-freies ungehärtetes Glas mit d_dG(3) = 0,5 mm (I) bzw. 1,1 mm (II) und A_solar(3a) = 15% (I) bzw. 70% (II) (siehe Bereich 10% und 30% bzw. größer 60% entsprechend Gleichung 1b bzw. 1a)
– Dickgläser 1, 5: gehärtetes Kalk-Natron-Glas mit einer Dicke zwischen 4 mm und 19 mm; die Oberflächen können funktionalisiert oder beschichtet sein

Die Verbundmaterialdicken ergeben sich aus 3 wie folgt:
Dicke des Verbundmaterials (2): 0,25 mm bis etwa 1,00 mm (I) bzw. 0,25 mm bis etwa 1,66 mm (II).
Dicke des Verbundmaterials (4): 0,25 mm bis etwa 1,00 mm (I) bzw. 0,25 mm bis etwa 1,66 mm (II).
Bemerkenswert war vor allem auch die Feststellung, dass sich die mechanischen Druckbelastbarkeiten der Referenzlaminate schon bei kleineren Foliendicken (2, 4) von circa 0,38 mm bis 0,76 mm mindestens vollständig erhalten lassen, wodurch bei der Produktion der Verbundgläser weniger Folienmaterial benötigt wird und Kosten eingespart werden können.
Wählt man für die Verbundmaterialien 2, 4 jedoch die Dicken d_Verbund so, dass diese oberhalb der oberen Begrenzungskurven entsprechend 3 liegen, so lässt sich feststellen, dass diese Verbundgläser nicht oder nur sehr eingeschränkt verwendbar sind und bei den Drucktests deutlich früher versagen. Bei diesen Verbundgläsern lässt sich das Belastungskriterium von 90% bei einem gleichzeitigen Wirken von mechanischen und thermischen Belastungen nicht erreichen. Die erhaltenen Belastbarkeiten lagen dabei typischerweise nur bei circa 40% bis maximal circa 80% der Werte der entsprechenden Referenzlaminate. Vermutlich führen bei zu großen Dicken der Verbundmaterialien 2, 4 die sehr komplexen wärmekinetischen Prozesse dazu, dass insbesondere an der Grenzfläche zwischen dem Dünnglas 3 und den Verbundmaterialien 2, 4 lokale Überhitzungen oder dergleichen in Erscheinung treten und dadurch möglicherweise die letztendlich für die mechanische Kopplung der Einzelgläser im Verbund und somit letztendlich für die Festigkeit/Stabilität des Verbundglases relevanten inneren Schubkräfte deutlich verringert werden. Bei der Analyse von Querschliffen von zerstörten bzw. beschädigten Prüflingen konnte genau diese These bestätigt werden, denn in den meisten Fällen ließ sich das Versagen der Verbundgläser auf die Enthaftungen (Delaminierungen) an der Grenzfläche zwischen dem absorbierenden Dünnglas 3 und den Verbundmaterialien 2, 4 zurückführen.
Es hat sich gezeigt, dass sich für die Funktionalisierung mindestens einer der Oberflächen der Dünngläser je nach dem beabsichtigten Verwendungszweck und der vom Anwender gewünschten Ästhetik nahezu alle, dem Fachmann bekannten anorganischen und/oder organischen Beschichtungen, partielle oder vollständige Bedruckungen bzw. sonstige Oberflächenmodifizierungen verwenden lassen. Um jedoch das geforderte Belastungskriterium von 90% zu erfüllen, ist aber unbedingt sicherzustellen, dass einerseits die Dicken der Verbundmaterialien 2, 4 erfindungsgemäß entsprechend der in Gleichung (1–1c) formulierten Bedingungen gewählt sind und andererseits durch die Beschichtungen die adhäsive Bindung zwischen dem absorbierenden Dünnglas (3) und dem Verbundmaterialien 2, 4 nicht oder nur wenig beeinträchtigt wird.
Derartige Beschichtungen können beispielhaft sein: pyrolytische Schichten oder auch Schichtsysteme, die eine oder mehrere Silberschichten enthalten und/oder Beschichtungen auf der Basis von Metallen, Metallgemischen, Oxiden, Nitriden, Oxynitriden, Karbiden, Sulfiden, Fluoriden, organischen Polymeren usw. oder Kombinationen daraus. Die Herstellung dieser Beschichtungen kann mittels der aus dem Stand der Technik bekannten vakuumgestützten Verfahren und Techniken wie thermische Verdampfung, Kathodenzerstäubung und/oder Plasmabeschichtung erfolgen. Aber auch verschiedene nasschemische Methoden mittels Sol-Gel-Technik, Dip-Coating, Lackier- oder Sprühverfahren usw. sind verwendbar. Solche Beschichtungen können je nach den verwendeten Materialien und den spezifischen Anwendungenskriterien bis zu einigen zehn Mikrometern und darüber dick sein.
Zusätzlich zu den Oberflächen des Dünnglases können auch die Oberflächen der Dickgläser (1-1, 1-2, 5-1, 5-2) durch Beschichtungen oder dergleichen funktionalisiert werden. Dies können zum Beispiel Beschichtungen mit wasser- und/oder schmutzabweisenden Wirkungen, Beschichtungen für den Sonnen- und/oder Wärmeschutz, Beschichtungen bzw. Bedruckungen für Design, Anti-Rutsch-Wirkung oder Kennzeichnungen usw. sein. Die bei dieser Ausführung möglichen funktionalisierbaren Oberflächen sind in 5B bildhaft dargestellt.
In einer geringfügigen Modifikation dieser Variante ließen sich die Oberflächen (3-1, 3-2) mit mindestens einer Beschichtung versehen, bei der durch Anlegen einer äußeren Spannung auch ein Aufheizen des Verbundglases möglich war. In 5C ist diese Modifikation schematisch wiedergegeben. Zur Sicherstellung der mechanischen und thermischen Belastbarkeit dieser Verbundglasausführung wurden die Dicken der Verbundmaterialien 2, 4 erfindungsgemäß entsprechend 3 festgelegt. Als Verbundmaterialien haben sich die am Markt kostengünstig verfügbaren Folien auf der Basis von Polyvinylbutyral und/oder Polyurethan in ausgezeichneter Weise bewährt. Als heizbare Beschichtungen (501) eignen sich die aus dem Stand der Technik bekannten Materialien und Schichtsysteme, wie zum Beispiel transparente leitfähige Oxidschichten oder diese Stoffe enthaltende Beschichtungen, Schichtpakete auf der Basis von Silber (siehe zum Beispiel Schichtsysteme auf der Basis von zwischen dielektrischen Schichten eingebetteten metallischen Silberschichten) oder von anderen Metallen oder andere mindestens teilweise leitfähige Materialien usw.. Entscheidend dabei ist, dass der flächenbezogene ohmsche Widerstand kleiner oder gleich ca. 35 Ohm/☐, vorzugsweise kleiner oder gleich ca. 20 Ohm/☐ ist und das Schichtsystem eine Lichtdurchlässigkeit von mindestens 20% aufweist. Dies wird in Abhängigkeit vom verwendeten Material bei Schichtdicken im Bereich zwischen rd. 10 nm bis rd. 2 μm erreicht. Da derartige Schichten mitunter auch gleichzeitig eine gewisse Sonnenschutzwirkung haben können, ist es nun auch möglich, das Aufheizen des erfindungsgemäßen Verbundglases gleichzeitig mit einer Reduzierung der hindurchgehenden Sonnenstrahlung in nur einer einzigen Beschichtung zu kombinieren.
Die technische Anpassung des beschichteten absorbierenden Dünnglases an die von außen anzulegende Spannung sowie die zu erreichenden Temperaturen erfolgt durch eine Strukturierung der Beschichtung mittels eines Lasers oder dergleichen. Die grundsätzliche elektrotechnische Auslegung des Gesamtsystems ist aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei müssen zunächst an mindestens zwei elektrisch voneinander isolierten Stellen der Beschichtung Kontakte hergestellt werden. Dies kann z. B. durch das Aufbringen von lötfähigen Leiterbahnen oder lokalen Lötstellen (502) oder dergleichen geschehen. An (502) lassen sich dann die elektrischen Kabel (503) anbringen und so die elektrische Verbindung zur externen Stromversorgung (504) herstellen. Vorteilhaft ist es, wenn durch einen oder auch mehrere Temperatursensoren (505), die zum Beispiel direkt auf der Beschichtung oder in deren unmittelbarer Nähe angeordnet werden können, die Temperatur des Bauelementes definiert überwacht und durch eine Reglereinheit (506) gesteuert wird.
Mit dieser Variante ist es nun möglich, neben der Einstellung der gewünschten strahlungstechnischen Größen zusätzlich ein Aufheizen des Verbundglases zu ermöglichen, um auf diese Weise unerwünschte Wasserkondensationen auf den Glasoberflächen und/oder eine Vereisung der nach außen hin gerichteten Glasoberfläche zu vermeiden und/oder das Verbundelement als transparente oder zumindest teilweise transparente Heizeinrichtung zu verwenden.
Bei einer anderen Modifikation dieser Ausführungsvariante wurde das Dünnglas 3 mit mindestens einer schaltbaren Beschichtung versehen, auf deren Basis sich durch Anlegen einer Spannung die optischen Eigenschaften (zum Beispiel die Farbe, die Transmission im sichtbaren und infraroten Spektralbereich, die Lichtstreuung usw.) gezielt und reversibel einstellen, schalten bzw. steuern lassen. Solche Funktionsbeschichtungen können zum Beispiel aus dem Stand der Technik bekannte oder daraus ableitbare elektrochrome oder auch andere elektrooptische Systeme oder dergleichen sein. Es ist bekannt, dass derartige veränderbare, elektronisch aktive Beschichtungen und die daraus hergestellten Verbundgläser äußerst empfindlich auf mögliche Verunreinigungen reagieren. Solche Verunreinigungen können zum Beispiel bestimmte stoffliche Bestandteile des Substrates sein, die dann (insbesondere bei höheren Verarbeitungs- und/oder Gebrauchstemperaturen usw.) durch Diffusionsprozesse in die Beschichtung eindringen, dort zum Beispiel elektronisch aktive Defekte bilden und dadurch die beabsichtigte Funktionsweise ganz erheblich beeinträchtigen können. Diese Schwierigkeiten treten vor allem bei den alkalihaltigen Standardgläsern auf, und ganz besonders dann, wenn deren zinnhaltige Oberflächen beschichtet werden. Noch problematischer ist, wenn diese alkalihaltigen Gläser zuvor thermisch vorgespannt bzw. teilvorgespannt worden sind.
Die genannten Probleme lassen sich wenigstens teilweise dadurch beseitigen, indem für die mit dem elektrochromen Schichtpaket zu versehene absorbierende Dünnglasplatte (3) ein chemisch vorgespanntes Kalk-Natron-Dünnglas verwendet wird. Eine weitere Verbesserung dieser Ausführungsform lässt sich dadurch erzielen, indem die sehr empfindliche elektronisch aktive Beschichtung bevorzugt auf der jeweils zinnfreien Glasoberfläche aufgetragen wird, weil dadurch die möglicherweise durch Diffusion von Zinn hervorgerufenen korrosiven Einflüsse auf die elektronisch wirksame Beschichtung unterbunden werden können.
Als ganz besonders geeignet und vorteilhaft hat sich jedoch herausgestellt, wenn für die absorbierenden Dünngläser 3 ungehärtete alkaliarme oder alkalifreie borhaltige Silikatgläser zur Anwendung gelangen. Gerade bei Verwendung derartiger Glasmaterialien mit einem niedrigen Alkalioxidgehalt von kleiner oder gleich ca. 8 Gew.-% hat sich gezeigt, dass die Verunreinigungen der Funktionsbeschichtung durch leicht diffundierbare Substratbestandteile weitestgehend vermieden werden können. Dies ist aber nicht alleine nur auf den niedrigeren Alkalioxidgehalt gegenüber den üblichen Kalk-Natron-Gläsern zurückzuführen, sondern sicherlich in der vorteilhaften Kombination mit der sehr guten chemischen und mikrostrukturellen Vernetzung der Silikatgläser zu suchen. Ähnlich dem Kalk-Natron-Glas ist es auch für die im Floatverfahren hergestellten Silikatgläser vorteilhaft, wenn die Beschichtung bevorzugt auf der jeweils zinnfreien Glasoberfläche erfolgt. Jedoch ist der dadurch erzielbare positive Effekt bei den Silikatgläsern auf Grund der geringeren Zinnkonzentration und der besseren Mikrostruktur deutlich geringer als beim Kalk-Natron-Glas.
Als eine besonders vorteilhafte Ausgestaltungsform (siehe 5D) hat sich erwiesen, wenn die veränderbare elektronisch aktive Beschichtung 508 auf der nach innen gerichteten Oberfläche 3-2 appliziert wird und zusätzlich die nach außen gerichtete Oberfläche 3-1 durch Aufbringen einer dünnen Schicht 509 so funktionalisiert wird, das mindestens ein Teil der von außen eintreffenden Strahlung durch Absorption und/oder Reflexion gefiltert wird. Hierzu lassen sich die bekannten und am Markt verfügbaren Sonnenschutzbeschichtungen mit Schichtdicken in Abhängigkeit vom verwendeten Material, von circa 10 nm bis 1 μm verwenden. Durch diese spezielle Variante kann nun die auf der Oberfläche 3-2 befindliche Beschichtung 508 noch besser vor möglichen Degradationserscheinungen und dergleichen geschützt werden. Ein solcher Schutz kann aber auch durch zusätzlich direkt in das Verbundmaterial 2 eingebrachte beschichtete Folien aus Polyethylenterephthalat und/oder strahlungsabsorbierende bzw. -reflektierende Zusätze oder dergleichen, aber auch durch eine entsprechende strahlungsselektive Beschichtung der weiter nach außen gerichteten Glasoberflächen (1-1, 1-2) geschehen. Die elektrische Kontaktierung 502 kann in vergleichbarer Weise zu der vorherigen Variante entsprechend 5C ebenfalls durch lötfähige Leiterbahnen oder Lötstellen geschehen. Mittels der Verbindungskabel 503 erfolgt die elektrische Anbindung der Stromversorgung 504 nebst der Steuereinheit 506. Durch einen optischen oder thermischen Sensor 505 lässt sich die Lichtintensität, Beleuchtungsstärke oder eine vergleichbare physikalische Größe messtechnisch erfassen und das Signal direkt der Steuereinheit 506 für eine aktive Regelung direkt zur Verfügung stellen. Der Sensor kann dabei direkt mit dem Verglasungselement verbunden sein oder aber auch beliebig im Raum angeordnet sein. Aber auch eine Überwachung oder eine Ansteuerung durch ein übergeordnetes Leit- und Steuerungssystem 507 (Bussystem) lässt sich problemlos implementieren.
Es gibt auch elektrochrome Systeme, die aus mehreren (meistens jedoch zwei) Teilsystemen bestehen, wobei die jeweils zwischen den Teilsystemen anzubringende ionenleitende Schicht aus einer dickeren ionenleitenden Polymerschicht besteht. Erfindungsgemäß wird in diesem Fall entweder die Oberfläche 3-1 oder die Oberfläche 3-2 mit der ersten Teilkomponente des elektrochromen Gesamtsystems und entweder die Oberfläche 1-2 oder die Oberfläche 5-1 mit der entsprechenden komplementären zweiten Teilkomponente versehen (vergleiche 5B). Die Ionenleiterschicht läßt sich dann direkt entweder durch das Verbundmaterial 2 oder 4 selbst ausbilden. Für eine solche Ionenleiterschicht können z. B. Verbundmaterialien auf der Basis von Polyvinylbutyral oder dergleichen zum Einsatz gelangen.
Für die in diesem Ausführungsbeispiel dargestellten speziellen Varianten und Modifikationen können bei Einhaltung der erfindungsgemäßen Bedingungen entsprechend Gleichungen (1–1c) keinerlei Einschränkungen der mechanischen und/oder thermischen Belastbarkeit des Verbundglases festgestellt werden.
Bei den Versuchen hat sich sogar gezeichnet, dass bei der erfindungsgemäßen Verwendung von Dünngläser 3 in einigen Fällen sogar eine gewisse Steigerung der mechanischen Eigenschaften möglich ist, was auf eine verbesserte Schubwirkung zwischen den Dickgläsern 1 und 5 zurückgeführt werden kann.
Ausführungsbeispiel Gruppe 2
Die für eine zweite Gruppe von Ausführungsbeispielen hergestellten Verbundgläser weisen die gleiche Anordnung wie in Ausführungsbeispiel Gruppe 1 auf. Jedoch handelt es sich nunmehr um ein zylindrisch oder ähnlich gekrümmtes Verbundglas, bei dem die konvex gekrümmte Seite typischerweise nach außen gerichtet ist. Auch in diesem Beispiel können die Dünngläser 3 verschieden große solare Absorptionen im Bereich von mindestens 10% bis größer 60% aufweisen.
Bei der Herstellung der gekrümmten Verbundgläser wird zunächst von einem planen Dünnglas 3 ausgegangen, das entweder aus gehärtetem Kalk-Natron-Glas oder auch aus einem ungehärtetem Glastyp bestehen kann. Als ganz besonders bevorzugtes ungehärtetes Glasmaterial lässt sich in Analogie zu Ausführungsbeispiel Gruppe 1 wiederum alkaliarmes oder alkalifreies borhaltiges Silikatglas einsetzen.
Das zunächst plane Dünnglas 3 wird dann zwischen die beiden äußeren, schon vorab durch Temperaturbehandlung gekrümmten Dickgläser 1, 5 gelegt und mechanisch von diesen eingepresst. Auf diese Weise wird das Dünnglas 3 so verformt, dass nunmehr alle Gläser des Sandwiches nahezu die gleiche Form bzw. Kontur annehmen. Der zur Verformung des Dünnglases 3 benötigte Anpressdruck kann dabei im einfachsten Fall durch das Eigengewicht des oben aufgelegten Dickglases 1 bzw. 5 erreicht werden. Sollte das Gewicht des oben aufliegenden Dickglases oder Glaspaketes nicht ausreichen, kann die erforderliche Kraft durch eine einfache Vorrichtung mechanisch aufgeprägt werden. Erfindungsgemäß werden nun die Dicken der Verbundmaterialien 2, 4 entsprechend der in den Gleichungen (1–1c) vorgegebenen Bedingungen festgelegt und das so vorab zusammengelegte Glaspaket dann zu dem endgültigen Verbundelement fertig laminiert.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung bestehen die Dickgläser 1, 5 aus mittels Ionenaustausch vorgespanntem Kalk-Natron-Glas mit einer Eindringtiefe der Kaliumionen von mindestens 10 Mikrometer. Derartig chemisch gehärtete Gläser weisen gegenüber den thermisch gehärteten eine deutlich bessere Homogenität der durch den Härteprozeß eingeprägten Druckspannungen sowie auch eine verbesserte Oberflächenqualität auf, was sich letztendlich in einer höheren mechanischen und thermischen Stabilität der Verbundgläser widerspiegelt.
Bei den Druckprüfungen ließ sich feststellen, dass die gekrümmten Verbundgläser gegenüber den planen Referenzlaminaten vergleichbarer Größe und Geometrie eine deutlich höhere Festigkeit und Steifigkeit besitzen, so dass das „Belastbarkeitskriterium von 90%” problemlos erfüllt werden konnte. Die mechanische Belastbarkeit ließ sich je nach Krümmungsradius sogar um bis zu circa 30% steigern. Dies macht es nunmehr sogar möglich, dass in Anwendungen, bei denen einerseits die gekrümmten Verbundgläser geringe Abmessungen von ca. 1 m² und darunter aufweisen und andererseits auch nur geringe äußere Druckbelastungen von maximal ca. 10 kPa (einschließlich der zu berücksichtigenden Sicherheitsfaktoren) zu erfüllen sind, die Dicke der Dickgläser 1, 5 vorzugsweise sogar auf Werte von bis circa 2,1 mm reduziert werden kann.
Ausführungsbeispiel Gruppe 3
Die für eine dritte Gruppe von Ausführungsbeispielen hergestellten Verbundgläser weisen den Aufbau gemäß den 6A bis 6E auf (insbesondere von außen nach innen): ”Dickglas oder -paket (1)/Verbundfolie (2)/Dünnglas (3a)/Verbundfolie (6)/Dünnglas (3b)/Verbundfolie (4)/Dickglas oder -paket (5)”. Bei den Dickgläser 1, 5, die plan oder auch gebogen sein können, handelt es sich um gehärtete Kalk-Natron-Gläser, die in Analogie zu den Ausführungsbeispielen Gruppe 1 und 2 gewählt sein können.
In dieser Ausführung sind im Verbundglas mindestens zwei, direkt gegenüberliegend angeordnete Dünngläser 3a, 3b enthalten. Diese Anordnung ist vor allem für solche Anwendungen von Vorteil, bei denen z. B. die Beschichtungen vor äußeren Umwelteinflüssen zu schützen sind und/oder zusätzliche Oberflächen für eine noch komplexere Funktionalisierung (siehe 6B) benötigt werden. Beispielhaft ist ein solcher Schutz für elektrochrome und/oder andere elektronisch wirksame Beschichtungen oder dergleichen von Bedeutung. Eine besonders vorteilhafte Variante ist beispielhaft in 6C dargestellt. Das elektrochrome Schichtsystem 601 ist auf dem nach innen gerichteten Dünnglas auf der Position (3b-1) (siehe 6B) aufgebracht. Zusätzlich kann auf einer der Oberflächen des Dünnglases 3a mindestens eine mit strahlungsselektiver Filterwirkung versehene Beschichtung 602 für zum Beispiel einen Sonnenschutz, einer Farbgebung oder dergleichen appliziert werden. Eine solche Beschichtung kann aber auch aus einem geometrischen Muster oder anderem Design bestehen und mittels Siebdruck- oder Lackierverfahren aufgebracht werden. Aus Sicht der Produktionsqualität ist es dabei von Vorteil, wenn zum Beispiel die filternde Beschichtung 602 auf der Position (3a-2) aufgetragen wird. Der erforderliche elektrische Anschluss der elektronisch wirksamen Funktionsbeschichtung 601 sowie deren Steuerung/Regelung kann dann in analoger Weise zur Ausführungsvariante entsprechend 5D geschehen. Diese Variante ist aber grundsätzlich auch auf andere Oberflächenfunktionalisierungen wie zum Beispiel heizbare Beschichtungen und dergleichen anwendbar (siehe 5C).
Für die Dünngläser 3a, 3b wird vorzugsweise ungehärtetes Silikatglas mit einem Alkalioxidgehalt von kleiner oder gleich rd. 8 Gew.-% und einer Dicke zwischen 0,5 mm bis rd. 1,5 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 mm und rd. 0,9 mm verwendet. Die Dünngläser 3a, 3b können unterschiedlich dick sein, jedoch sollte die Gesamtdicke der absorbierenden Dünngläser 3a, 3b d_dG,(3a)+(3b) einen Wert von circa 2,2 mm bei gebogenen Verbundgläsern nicht überschreiten. Bei Einhaltung dieser Begrenzung lassen sich die Teilverbunde Dünnglas 3a/Verbundmaterial 6/Dünnglas 3b noch sehr gut mechanisch verformen, was besonders wichtig für die Herstellung von hochbelastbaren gebogenen Verbundgläsern ist. Auch bei dieser Ausführungsform erwies es sich als vorteilhaft, wenn für die, die Dünngläser umgebenden Verbundmaterialien 2, 4, 6 Polyvinylbutyral und/oder Polyurethan und/oder Ethylvinylacetat oder vergleichbare, überwiegend aus organischen Stoffen bestehende Materialien zur Anwendung gelangen. Diese Verbundmaterialien sind kostengünstig erhältlich und lassen sich auch in dieser Ausführungsvariante sehr gut miteinander kombinieren und weiterverarbeiten.
Die Dicken der Verbundmaterialien 2, 4 lassen sich in Abhängigkeit von der Dicke und der jeweiligen Größe der solaren Absorptionen der Dünnglasplatten 3a, 3b erfindungsgemäß aus 3 entnehmen. Die Dicke der Verbundmaterialschicht 6 zwischen den einzelnen Dünngläsern 3a, 3b lässt sich – wie im Falle der Verbundmaterialien 2, 4 – ebenfalls aus 3 ablesen. Wie sich in den durchgeführten Belastungsexperimenten gezeigt hat, lässt sich das „Belastbarkeitskriterium von 90%” bei der erfindungsgemäßen Dicke für Verbundmaterial 6 entsprechend der Bedingungen (1–1c) grundsätzlich erfüllen. Jedoch zeigte sich bei den Experimenten die Tendenz, dass sich die mechanische Stabilität des Gesamtverbundes bei der Wahl möglichst geringer Dicken für Verbundmaterial 6 sogar noch etwas verbessern lässt, während es bei zu großen Dicken der Verbundmaterialschicht 6 auf Grund der verringerten Schubwirkung zwischen den Dünngläsern 3a, 3b zu einer deutlichen Verringerung der mechanischen und/oder thermischen Belastbarkeit des Verbundglases kommt.
Für diese besondere Ausführungsvariante von mindestens zwei direkt gegenüber angeordneten Dünngläsern hat sich bei den Belastungstests experimentell als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn unabhängig von der Größe der Absorption die Dicke d_Verbund(6) des Verbundmaterials 6 die folgenden Bedingungen (a–c) gleichzeitig erfüllt werden:

(a) d_Verbund(6) ist stets annähernd gleich dick, besonders bevorzugt etwas dünner als die der Dicke der Verbundmaterialien 2, 4,
(b) d_Verbund(6) ist kleiner oder gleich circa dem 1,6 fachen der Dicke des jeweils dünnsten Dünngläser 3a, 3b, und
(c) der maximale Wert für d_Verbund(6) ist stets kleiner oder gleich dem aus den Bedingungen (1–1c) abgeleiteten Maximalwert.

Andererseits ließ sich in vorteilhafter Weise feststellen, dass sich die untere Grenze für die Verbundmaterialdicke 6 sogar auf Werte bis circa 0,1 mm reduzieren lässt, ohne dass eine Verschlechterung der Belastbarkeit des Gesamtbauteiles auftritt.
Für das Verbundmaterial 6 ergeben sich somit erfindungsgemäß besonders optimale Dickenbereiche entsprechend der Bedingungen d_Verbund(6) ≤ d_Verbund(2,4) (2a) und 0,1 mm ≤ d_Verbund(6) ≤ 1,6·d_dG* (2b) (d_dG* ... jeweilige Dicke des dünnsten Dünnglases 3a, 3b
und d_Verbund(6) ≤ d_Verbund(6) laut Bedingung (1–1c) (2c).
Erfindungsgemäß wird eine solche Ausführungsvariante beispielhaft wie folgt konstruiert:

– Dünnglas 3a: versehen mit zum Beispiel einer mindestens teilweise transparenten Sonnenschutzbeschichtung 602; Glastyp: alkaliarmes/-freies ungehärtetes Glas mit d_dG(3a) = 0,8 mm und A_solar(3a) = 21% (siehe Bereich 10% und 30% entsprechend Gleichung 1b),
– Dünnglas 3b: versehen mit zum Beispiel einer elektrochromen Beschichtung 601; Glastyp: alkaliarmes/-freies ungehärtetes Glas mit d_dG(3b) = 0,5 mm und A_solar(3b) = 55% im dunkel geschalteten Zustand (siehe Bereich zwischen größer 30% und 60% entsprechend Gleichung 1c), und
– Dickgläser 1, 5: gehärtetes Kalk-Natron-Glas mit einer Dicke zwischen 4 mm und 19 mm; die Oberflächen können funktionalisiert oder beschichtet sein.

Die Verbundmaterialdicken lassen sich aus 3 sowie der Bedingung (2) wie folgt ableiten:

– Dicke des Verbundmaterials 2: 0,25 mm bis circa 1,7 mm,
– Dicke des Verbundmaterials 4: 0,25 mm bis etwa 0,81 mm,
– Dicke des Verbundmaterials 6: rd. 0,1 mm bis rd. 0,8 mm.

Bei der Herstellung von gebogenen Verbundgläsern entsprechend dieser Ausführungsform empfiehlt es sich, vor allem die Dicken der an die Dünngläser angrenzenden Verbundmaterialschichten 2, 4 in Anlehnung an die Bedingungen entsprechend 3 so groß wie möglich zu wählen, damit die gegebenenfalls auftretenden herstellungsbedingten Welligkeiten der unter Wärmeeinwirkung verformten Dickgläser 1, 5 besser ausgeglichen werden können.
Insbesondere bei den gekrümmten Verbundgläsern ist es auch von Vorteil, wenn die aus den Einzeldicken der Dünngläser 3a, 3b summarisch gebildete Gesamtglasdicke (d_dG(3a) + d_dG(3b)) einen Wert von 2,2 mm nicht überschreitet, da auf Grund der erhöhten Steifheit bei größeren Dicken sich zunehmend Qualitätsprobleme bei der Herstellung und auch beim praktischen Gebrauch des Verbundglases zeigen.
Das aus den Platten 3a, 3b bestehende Teilverbundsystem lässt sich auf Grund dieses besonderen Aufbaues des Verbundglases völlig separat produzieren. Dadurch, dass in diesem Fall die Beschichtungen auf den Dünnglasplatten 3a, 3b im Teilverbundsystem innen liegen, sind diese geschützt und können somit über lange Zeiträume unter Ausschluss von äußeren Umwelteinflüssen zwischengelagert werden, bevor die Herstellung des endgültigen Verbundglases erfolgt. Der gesamte Herstellungsprozess lässt sich damit vereinfachen und Kosten können eingespart werden.
Die Herstellung kann zum Beispiel in der folgenden Verfahrenskette durchgeführt werden: a) Aufbringen der entsprechenden Beschichtungen auf großformatige Dünnglastafeln 3a, 3b, b) Herstellung eines fertigen Teilverbundsystems oder eines Vorverbundes aus diesen Dünnglastafeln (Vorprodukt I; siehe 6C), c) Produktion der entsprechenden Dickgläser bzw. -pakete (1) und (5) (Vorprodukt II), d) Zuschnitt usw. des Vorproduktes I auf die gewünschten Formen und Geometrien, e) Zusammenlegen des endgültigen Verbundglas-Sandwiches bestehend aus den Vorprodukten I und II, f) Endlaminierung und somit Herstellung des Endproduktes.
Diese Ausführungsvariante ist ganz besonders auch zur Herstellung von aus mehreren (meistens jedoch zwei) Teilsystemen bestehenden elektrochromen und/oder ähnlichen elektrisch schaltbaren bzw. veränderbaren Systemen geeignet. Der schematische Aufbau eines solchen elektrochromen Systems geht aus 6D hervor. Dabei werden zunächst auf die Dünngläser 3a, 3b transparente leitfähige Beschichtungen 603, 604 appliziert, die gleichzeitig als Elektroden dienen. Geeignete Materialien hierfür sind aus dem Stand der Technik bekannt und können beispielhaft transparente leitfähige Oxide (TCO) wie Indium-Zinn-Oxid, dotiertes Zinn- oder Zinkoxid, Silber enthaltende Schichtsysteme, Kombinationen daraus oder dergleichen sein. Mindestens auf einer der Beschichtungen 603, 604 werden dann elektrochrome Materialien oder daraus gebildete Schichtsysteme 605, 606 aufgetragen. Es ist von großem Vorteil, wenn auf den beiden Elektroden 603, 604 gleichzeitig Materialien mit komplementär wirkenden elektrochromen Eigenschaften aufgetragen werden, weil sich dadurch die Effizienz der elektrochromen Funktion deutlich verbessern lässt. Aus dem Stand der Technik sind für elektrochrome Beschichtungen unterschiedliche Materialien und Stoffgemische verwendbar wie zum Beispiel verschiedene Übergangsmetalloxidverbindungen (zum Beispiel auf der Basis von W, Mo, Ir, Ni, Nb, Rh, Co, Mn, Ru, Ti, Cr usw.), sowie anorganische und organische Pigmente, Polymere und/oder Gele (zum Beispiel Preussisch Blau, Polypyrrol, Polyanilin, Polythiophene) usw.. Zwischen den Beschichtungen 605 und 606 wird das polymerhaltige Verbundmaterial 607 angebracht, das gleichzeitig für die Ionenleitung (zum Beispiel auf der Basis von H⁺- oder Li⁺-Ionen) und somit den Ladungstransport innerhalb des elektrochromen Bauelementes verwendet wird. Die Dicke der ionenleitenden Verbundschicht 607 lässt sich durch den Benutzerin Abhängigkeit von der Dicke der Dünngläser 3a, 3b und deren solaren Absorption in einfacher Weise aus den Bedingungen (1–1c) und (2) ermitteln.
Um auch dieses elektrochrome System zusätzlich vor einer strahlungsinduzierten Degradation wenigstens teilweise schützen zu können, wird mindestens eine der weiter nach außen gerichteten Oberflächen, vorzugsweise die Oberfläche 3a-1 mit einer strahlungsfilternden Beschichtung versehen.
Für andere Anwendungsvarianten dieser Ausführungsform (siehe 6E) werden zum Beispiel die Oberflächen 3a-2 und 3b-1 mit jeweils einer transparenten leitfähigen Beschichtung 603, 604 versehen, die wiederum als Elektroden dienen. Zwischen die Elektroden 603, 604 wird dann ein mindestens teilweise transparentes, polymerhaltiges Material 608 angebracht, bei dem sich die Eigenschaften bei Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen 603 und 604 verändern lassen. Solche zwischen den beiden Elektroden angeordnete Materialien können ähnlich bei einem Flüssigkristall wirksame polarisierbare oder elektrolumineszierende oder anderweitige lichtemittierende oder strahlende Eigenschaften oder Eigenschaftskombinationen sein. Es ist aber auch möglich, dass diese Eigenschaften direkt oder auch in Kombination mit zusätzlich eingelagerten stofflichen Komponenten 609 erzeugt werden.
Die dargestellten Beispiele sind nur exemplarisch zu verstehen. Vielmehr lassen sich erfindungsgemäß auch mehr als zwei Dünngläser in ein Verbundelement einbinden und/oder auch Dünn- und Dickgläser abwechselnd miteinander kombinieren und/oder andere oder weitere Oberflächen eines solchen Verbundglases mit den unterschiedlichsten Funktionsschichten (siehe 5B und 6B), Bedruckungen oder dergleichen versehen. Die elektrische Kontaktierung sowie die elektrische bzw. elektronische Steuerung lassen sich in analoger Weise zu den in den 5C und 5D exemplarisch ausgeführten Beispielen bewerkstelligen.
Ausführun gsbeispiel Gruppe 4
Als besonderer Vorteil hat sich erwiesen, wenn die für die mechanische Stabilität des Gesamtsystems besonders maßgeblichen gehärteten Dickgläser bzw. Glaspakete 1, 5 so angeordnet sind, dass deren Zinnoberflächen – mindestens aber die der äußeren Dickglasplatte (siehe 1-1 entsprechend 5B) – nach außen, zur Belastungsangriffsseite hin, gerichtet sind. Dadurch werden die auf der zinnhaltigen Glasoberfläche herstellungsbedingt stets vorhandenen geringeren Zugspannungsfestigkeiten (auf Grund von mikroskopischen Oberflächenfehlern und/oder -beschädigungen) im Belastungsfalle unter eine gewisse Druckspannung gesetzt und somit weitestgehend „unschädlich” gemacht. Diese spezielle Anordnung ist bei Verwendung von chemisch vorgespanntem Glas für die Dickgläser 1, 5 von besonders großem Vorteil. Dies erklärt sich daraus, dass diese Gläser auf ihrer zinnhaltigen Oberfläche aufgrund eines verringerten Ionenaustausches stets eine geringere Oberflächendruckspannung und somit eine verminderte Zugspannungsfestigkeit besitzen.
Durch diese spezielle Anordnung der zinnhaltigen Oberflächen (siehe 1-1, 5-1 entsprechend 5B) der Dickgläser 1, 5 ist es möglich geworden, sowohl die mechanischen als auch thermischen Eigenschaften des gesamten Verbundglases noch weiter zu steigern und darüber hinaus Spontanbruch weitestgehend zu vermeiden. Wie die Untersuchungen gezeigt haben, lässt sich auf diese Weise gegenüber den entsprechenden Referenzlaminaten eine zusätzliche Steigerung der mechanischen und/oder thermischen Belastbarkeit um mindestens 30% erzielen.
Wie sich gezeigt hat, verhält es sich bei gebogenen bzw. gekrümmten Verbundgläsern für die Dünngläser 3, 3a, 3b genau umgekehrt. In bevorzugter Weise werden in diesem Fall die Dünngläser mit ihrer Zinnseite nach innen hin positioniert. Da es erfindungsgemäß vorgesehen ist, die Dünngläser rein mechanisch, das heißt ohne Wärmezufuhr zu biegen, bilden sich auf deren typischerweise nach außen hin gerichteten konvexen Oberflächen 3-1, 3a-1, 3b-1 schon alleine durch diese mechanische Verformung unerwünschte Zugspannungen aus, während die Innenseite mit einer völlig unkritischen Druckspannung beaufschlagt ist. Die Zugspannungen auf der äußeren Oberfläche der gekrümmten Dünngläser können unter Umständen bei zu starken Krümmungen des Verbundglases auch ohne Einwirkung äußerer Belastungen zur Rissbildung neigen und somit letztendlich ungünstigen Bedingungen auch zum Bruch führen. Da nun auch die alkaliarmen bzw. alkalifreien Gläser in einem Floatprozess hergestellt werden, besitzen auch diese eine zinnhaltige Oberfläche. Es hat sich gezeigt, dass es auch bei diesen Glastypen grundsätzlich von Vorteil ist, eine solche spezielle Anordnung der zinnhaltigen bzw. zinnfreien Oberflächen vorzunehmen. Jedoch ist hier die Beeinflussung der mechanischen und thermischen Stabilität des Verbundglases deutlich geringer als dies bei Verwendung von thermisch oder chemisch gehärteten Kalk-Natron-Gläsern der Fall ist. Da nun in vorteilhafter Weise die Oberflächen der Dünngläser mit der höheren Zugspannungsfestigkeit (zinnfreie Oberflächen) nach außen hin (siehe Oberflächen 3-1, 3a-1, 3b-1) angeordnet werden, kann dieser Erscheinung so entgegengewirkt werden, dass beim praktischen Gebrauch des Bauteiles keine Beeinträchtigungen der Stabilität und der Belastbarkeiten festgestellt werden können.
Ausführungsbeispiel Gruppe 5
In weiteren Ausführungsformen sind auch Verglasungselemente möglich, bei denen gleichzeitig mehrere der erfindungsgemäßen Verbundgläser zueinander beabstandet angeordnet werden. Ein solches Bauteil ist in 7 dargestellt. Wird der zwischen den Teilelementen 7, 8 befindliche Raum 10 durch z. B. Abstandhalter 9 in Kombination mit bekannten Dichtstoffen abgedichtet und mit trockener Luft und/oder Edelgasen usw. gefüllt, lässt sich auch eine aus dem Stand der Technik bekannte Doppel-Isolierglaseinheit mit wärmeisolierender Wirkung erhalten. Dabei kann eine der beiden Teilelemente 7, 8 auch aus einem einzelnen Glas, einem Vakuum-Isolierglas oder dergleichen, die wiederum ebenfalls mit Beschichtungen versehen sein können, bestehen. Wird ein solches Verglasungselement um ein weiteres Teilelement entsprechend 7, 8 erweitert, so erhält man eine Dreifach-Isolierglaseinheit, bei der eine noch bessere Wärmedämmung erzielt werden kann.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Claims

Verbundglas (10), das umfasst: – ein erstes Dickglas (1), das eine Dicke von mindestens 2,1 mm aufweist, – ein zweites Dickglas (5), das eine Dicke von mindestens 2,1 mm aufweist, – ein erstes Dünnglas (3, 3a, 3b), das eine Dicke kleiner oder gleich 1,5 mm aufweist, und – Verbundmaterial (2, 4, 6), mit dem das erste Dickglas (1), das zweite Dickglas (5) und das erste Dünnglas (3, 3a, 3b) miteinander verbunden sind, wobei – das erste Dickglas (1) gehärtetes Natron-Kalk-Glas umfasst, und – das erste Dünnglas (3, 3a, 3b) mindestens eine funktionalisierte Oberfläche (3-1, 3-2, 3a-1, 3a-2, 3b-1, 3b-2) aufweist, die eine Beschichtung trägt und/oder eine strukturelle und/oder chemische Modifizierung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – das erste Dünnglas (3, 3a, 3b) zwischen dem ersten und zweiten Dickglas (1, 5) angeordnet ist.
Verbundglas nach Anspruch 1, bei dem das erste Dickglas (1) eine Dicke von mindestens 4 mm, vorzugsweise mindestens 6 mm aufweist.
Verbundglas nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das erste Dünnglas (3, 3a, 3b) eine Dicke zwischen 0,5 mm bis 1,1 mm aufweist.
Verbundglas nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Verbundmaterial (2, 4, 6), das an das erste Dünnglas (3, 3a, 3b) direkt angrenzt eine Dicke d_Verbund (in mm) in Abhängigkeit von der Dicke d_dG (in mm) des ersten Dünnglases (3, 3a, 3b) gemäß [0,25 ≤ d_Verbund ≤ (3,15 – 3,64 exp(–(d_dG + 0,068)/1,32))] (in mm) aufweist, wobei das Verbundmaterial (2, 4, 6) mindestens einen Kunststoff enthält, der aus der Gruppe von Materialien ausgewählt ist, die Polyvinylbutyral (PVB), Polyurethan (PU), Polypropylen (PP), Polyacrylat, Ethylenvinylacetat (EVA); Polyethylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polyvinylchlorid, Polyethylenterephthalat, Polyacetatharz, Silikonsysteme, Copolymere aus Vinylchlorid oder Ethylen oder Acrylaten, Giessharze und UV-, thermisch oder an Luft härtbare Klebstoffe umfasst.
Verbundglas nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem – das erste Dünnglas (3, 3a, 3b) eine solare Absorption A_dG,solar im Bereich zwischen 30% und 60% aufweist, und – das Verbundmaterial (2, 4, 6), das an das erste Dünnglas (3, 3a, 3b) direkt angrenzt, eine Dicke d_Verbund (in mm) in Abhängigkeit von der Dicke d_dG des ersten Dünnglases (3, 3a, 3b) gemäß [0,25 ≤ d_Verbund ≤ (3,15 – 6,6 exp(–(d_dG + 0,53)/0,994))] (in bin) aufweist, wobei das Verbundmaterial (2, 4, 6) mindestens einen Kunststoff enthält, der aus der Gruppe Von Materialien ausgewählt ist, die Polyvinylbutyral (PVB), Polyurethan (PU), Polypropylen (PP), Polyacrylat, Ethylenvinylacetat (EVA), Polyethylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polyvinylchlorid, Polyethylenterephthalat, Polyacetatharz, Silikonsysteme, Copolymere aus Vinylchlorid oder Ethylen oder Acrylaten, Giessharze und UV-, thermisch oder an Luft härtbare Klebstoffe umfasst.
Verbundglas nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem – das erste Dünnglas (3, 3a, 3b) eine solare Absorption A_dG,solar im Bereich zwischen 10% und 30% aufweist, und – das Verbundmaterial (2, 4, 6), das an das erste Dünnglas (3, 3a, 3b) direkt angrenzt, eine Dicke d_Verbund (in mm) in Abhängigkeit von der Dicke d_dG (in mm) des ersten Dünnglases (3, 3a, 3b) gemäß [0,25 ≤ d_Verbund ≤ (3,2 – 8,3 exp(–(d_dG + 0,4)/0,68))] aufweist, wobei das Verbundmaterial (2, 4, 6) mindestens einen Kunststoff enthält, der aus der Gruppe von Materialien ausgewählt ist, die Polyvinylbutyral (PVB), Polyurethan (PU), Polypropylen (PP), Polyacrylat, Ethylenvinylacetat (EVA), Polyethylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polyvinylchlorid, Polyethylenterephthalat, Polyacetatharz, Silikonsysteme, Copolymere aus Vinylchlorid oder Ethylen, Giessharze oder Acrylaten, und UV-, thermisch oder an Luft härtbare Klebstoffe umfasst.
Verbundglas nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das erste Dünnglas – teilweise ungehärtet ist und aus einem alkaliarmen und/oder alkalifreien Glasmaterial besteht, wobei das alkaliarme Glasmaterial einen Alkalioxidgehalt von kleiner oder gleich 8 Gew.-% aufweist, oder – aus einem gehärteten Natron-Kalk-Glas besteht.
Verbundglas nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das erste Dünnglas (3, 3a, 3b) gefloatetes Borosilikatglas mit einem Anteil an Borsäure (B₂O₃-Anteil) von mindestens 7% und einem Anteil an Kieselsäure (SiO₂-Anteil) von mindestens 70% umfasst.
Verbundglas nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die funktionalisierte Oberfläche (3-1, 3-2, 3a-1, 3a-2, 3b-1, 3b-2) des ersten Dünnglases (3, 3a, 3b) für mindestens eine der Funktionen eingerichtet ist, die einen Sonnenschutz, eine Wärmeisolation, einen Blendschutz, einen Sichtschutz, einen Schutz vor Vereisung und Beschlagen, eine Reflexionsminderung, eine Reflexionserhöhung, einen Schutz vor ultravioletter Strahlung, einen Schutz vor elektromagnetischer Strahlung, eine Gestaltungsfunktion, eine Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie, und eine Anzeigefunktion umfassen.
Verbundglas nach Anspruch 9, bei dem die Funktion der funktionalisierten Oberfläche (3-1, 3-2, 3a-1, 3a-2, 3b-1, 3b-2) des ersten Dünnglases (3, 3a, 3b) durch Anlegen einer elektrischen Spannung veränderlich ist.
Verbundglas nach Anspruch 1, bei dem das Verbundmaterial (2, 4, 6) Folien umfasst.
Verbundglas nach Anspruch 11, bei dem das Verbundmaterial (2, 4, 6) vorkonfektionierte Laminierfolie umfasst.
Verbundglas nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das erste Dünnglas (3, 3a, 3b) auf beiden Seiten mit dem ersten und dem zweiten Dickglas (1, 5) durch Verbundmaterialien fest verbunden ist.
Verbundglas nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, das ein zweites Dünnglas (3, 3a, 3b) mit einer geringeren Dicke als das erste und das zweite Dickglas (1, 5) aufweist, wobei die ersten und zweiten Dünngläser (3, 3a, 3b) zwischen den ersten und zweiten Dickgläsern (1, 5) angeordnet und miteinander durch Verbundmaterialien fest verbunden sind.
Verbundglas nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens eines der Dickgläser (1, 5) aus chemisch vorgespanntem Glas besteht, wobei die Eindringtiefe von Kaliumionen im chemisch vorgespannten Glas mindestens 10 μm ist.
Verbundglas nach Anspruch 14, bei dem das erste und das zweite Dünnglas (3, 3a, 3b) unmittelbar nebeneinander angeordnet und durch eine Verbundmaterialschicht (6) verbunden sind, die dünner ist als das Verbundmaterial (2, 4) zwischen den Dick- und Dünngläsern.
Verbundglas nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Dickglas aus einem Verbundglas besteht.
Verglasungselement (20), das ein Verbundglas (10) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche und eine vorbestimmte Einbaurichtung mit einer Innenseite und einer Außenseite aufweist, die eine Belastungsangriffsseite des Verglasungselements bildet, wobei das Verbundglas mit einer Wölbung gebildet ist, die zur Außenseite gerichtet ist.
Verglasungselement nach Anspruch 18, bei dem das erste Dünnglas (3, 3a, 3b) des Verbundglases eine zinnhaltige Oberfläche aufweist, die zur Innenseite gerichtet ist.
Verglasungselement nach Anspruch 18 oder 19, bei dem das erste Dickglas (1) des Verbundglases eine zinnhaltige Oberfläche besitzt, die zur Außenseite gerichtet ist.
Verglasungselement nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 20, bei dem mehrere Dünngläser vorgesehen sind, wobei eine Gesamtdicke der Dünngläser (3a, 3b) d_dG,(3a)+(3b) einen Wert von 2,2 mm nicht überschreitet.
Verwendung eines Verbundglases (10) oder eines Verglasungselements (20) nach mindestens einem der vorhergehenden – als Teil eines Transportfahrzeuges, insbesondere in Automobilen, Zügen, Flugkörpern oder Schiffen, – als Teil eines Gebäudes, insbesondere in Dächern oder Über-Kopf-Verglasungen, Fenstern, Türen, Brüstungen, begehbaren Glaskonstruktionen, oder – als Teil eines technischen Gerätes oder Gebrauchsgegenstandes.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundglases (10) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, mit den Schritten: – Bereitstellung von dem ersten und dem zweiten Dickglas (1, 5) und dem mindestens einen funktionalisierten Dünnglas (3, 3a, 3b), – Bildung eines Schichtaufbaus, in dem die Dick- und Dünngläser (1, 5, 3, 3a, 3b) jeweils durch eine Schicht aus dem mindestens einen Verbundmaterial (2, 4) getrennt sind, – Bildung eines Vorverbundes durch eine Druck- und Temperaturbeaufschlagung des Schichtaufbaus, und – Endfertigung des Verbundglases (10) durch einen Autoklavenprozess oder einem Vakuum-Laminierverfahren, dem der Vorverbund unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem bei der Bildung des Schichtaufbaus eine Temperatur des Verbundmaterials kleiner oder gleich 200°C gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, bei dem bei der Bildung des Vorverbundes ein Druck von kleiner 2,5 bar und eine Temperatur gewählt werden, die mindestens 10 K unterhalb der maximal bei der Endfertigung eingestellten Temperatur liegt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 23 bis 25, bei dem zur Herstellung des Verglasungselements (20), das Verbundglas (10) in eine Fassung (21) montiert wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 23 bis 25, bei dem eine Wölbung des ersten Dünnglases (3, 3a, 3b) des Verbundglases durch mechanische Verformung ohne Wärmebehandlung gebildet ist.