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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Vogelschutzvorrichtung umfassend einen transparenten
Stoff, wobei der transparente Stoff optisch wirksame Strukturen
aufweist, welche eine gegenüber
dem transparenten Stoff erhöhte
Absorption von elektromagnetischer Strahlung in einem Wellenlängenbereich
ausserhalb des für
den Menschen sichtbaren Bereichs haben.
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Stand der Technik
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Ein
bekanntes Problem bei transparenten Teilen von Bauten ist deren
mangelnde Wahrnehmbarkeit durch Vögel. Da es den meisten Vögeln nicht
möglich
ist transparente Gegenstände
zu erkennen, kommt es häufig
zu Kollisionen der Vögel
mit den transparenten Gegenständen.
Bei einer solchen Kollision tritt der Tod des Vogels häufig sofort
ein, oder kurze Zeit später
infolge von schweren Verletzungen oder Verhaltensstörungen.
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Bekannte
Massnahmen zu der Verhinderung von Vogelschlag betreffen das Anbringen
von blickdichten Folien in Form von Raubvogelsilhouetten oder das
Ausgestalten von optisch wahrnehmbaren Mustern wie Streifen oder
Punkten. Diese Massnahmen haben den Nachteil, dass sie die grundlegende
Aufgabe der Objekte, nämlich
deren Transparenz, beeinträchtigen.
Insbesondere werden sie aber oft vom Menschen als störend und
als ästhetisch
nachteilig empfunden.
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Es
ist z.B. die
EP 1 110 450 (Meyerhuber)
bekannt, welche UV-absorbierende Massnahmen zum Schutz gegen Vogelschlag
an einem transparenten Stoff vorschlägt. Damit wird erreicht, dass
die Massnahme gegen den Vogelschlag von den Vögeln besser wahrgenommen wird
als vom Menschen. Zur Ausbildung der UV-absorbierenden Massnahmen
werden in der
EP 1 110 450 bevorzugt
bereichsweise Beschichtungen der Oberfläche des transparenten Stoffes
durch z.B. Folien, chemische Abscheidungen oder Bedampfung vorgeschlagen.
Es wird auch die Möglichkeit
beschrieben, dem transparenten Stoff bereits bei seiner Herstellung einen
Zuschlagstoff beizumengen, durch welchen die UV-absorbierenden Eigenschaften
erreicht werden.
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Ausführungen
mit Oberflächenbeschichtungen
des transparenten Stoffes haben den Nachteil einer schlechten Haltbarkeit.
Oft weisen die Beschichtungen eine schlechte Haftung an der Oberfläche auf
und lösen sich
nach vergleichsweise kurzer Zeit wieder ab. Zudem sind zusätzliche
Massnahmen wie z.B. weitere Beschichtungen notwendig, um die Oberflächenbeschichtung
z.B. gegen äussere
Einflüsse
wie Witterungseinflüsse
zu schützen.
Insbesondere Folien haben den Nachteil, dass sie zu Spannungen im
transparenten Stoff und zu Deformation führen können oder, im Falle von Glas,
sogar zum Bruch. Ein Zuschlagstoff, welcher dem transparenten Stoff
bei seiner Herstellung beigemengt wird, hat den Nachteil, dass es
nicht möglich
ist, selektiv optisch wirksame Strukturen zu erzeugen, sondern der
transparente Stoff nur gesamthaft mit der erwünschten UV-absorbierenden Wirksamkeit
versehen werden kann.
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Darstellung der Erfindung
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Die
Aufgabe eines ersten Aspekts der Erfindung ist es, eine dem eingangs
genannten technischen Gebiet zugehörende Vogelschutzvorrichtung
zu schaffen, welche witterungsbeständig ist und sich durch eine hohe
Haltbarkeit auszeichnet. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist
es, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine einfache Herstellung
einer dem eingangs genannten Gebiet zugehörigen Vogelschutzvorrichtung
mit beliebig geformten und witterungsbeständigen optisch wirksamen Strukturen
ermöglicht,
insbesondere einer Vogelschutzvorrichtung gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung.
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Die
Lösung
der Aufgabe gemäss
dem ersten Aspekt der Erfindung ist durch die Merkmale des Anspruchs
1 definiert. Gemäss
der Erfindung umfasst eine Vogelschutzvorrichtung einen transparenten
Stoff mit optisch wirksamen Strukturen. Die optisch wirksamen Strukturen
weisen dabei eine gegenüber
dem transparenten Stoff erhöhte
Absorption von elektromagnetischer Strahlung in einem Wellenlängenbereich
ausserhalb des für
den Menschen sichtbaren Bereichs auf. Die Erfindung zeichnet sich
dadurch aus, dass wenigstens ein Metallion aus der Liste von Al,
Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Mo, Ag und Sn in Bereichen
der optisch wirksamen Strukturen in einer unter einer Oberfläche im Inneren
des transparenten Stoffes liegenden Schicht gegenüber anderen
Bereichen des transparenten Stoffes angereichert ist.
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Hinweis:
Mit der "Anreicherung" einer Metallionensorte
wird eine Erhöhung
der Konzentration der entsprechenden Metallionen in den jeweiligen
Bereichen bezeichnet. "Optisch
wirksame Strukturen" bezeichnen Bereiche
im transparenten Stoff, in welchen die optischen Eigenschaften des
transparenten Stoffes modifiziert sind. Die Strukturen können dabei
Formen wie z.B. Raubvogelsilhouetten haben oder andere flächige Objekte und/oder
Muster wie z.B. Streifen, Gitter oder Punkte darstellen. Die innen
liegende Schicht ist dabei als eine gedachte, unter der Oberfläche im Inneren
des transparenten Stoffes liegende Schicht zu verstehen, welche nur
in den Bereichen der optischen Strukturen mit Metallionen angereichert
ist.
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Die
erfindungsgemäss
in einer innen liegenden Schicht unter der Oberfläche im transparenten
Stoff angereicherten Metallionen vermögen eine elektromagnetische
Strahlung zu absorbieren. Insbesondere filtern die Metallionen selektiv
gewisse Wellenlängenbereiche
aus einem durch den transparenten Stoff hindurch tretenden elektromagnetischen
Strahlungsspektrum durch Absorption heraus. Ebenso wird auch das
Reflexionsvermögen
des transparenten Stoffs durch die eingelagerten Metallionen modifiziert.
Elektromagnetische Strahlung, welche von einer zweiten, innen liegenden,
Oberfläche
des transparenten Stoffes reflektiert wird, durchquert die innen
liegende absorbierende Schicht zweimal bevor sie zurückgeworfen
wird. Somit wird der entsprechende Wellenlängenbereich auch aus der reflektierten
Strahlung zu einem gewissen Grad herausgefiltert. Erfindungsgemäss sind
die angereicherten Metallionen derart gewählt, dass die absorbierte Strahlung
in einem Wellenlängenbereich
liegt, welcher vom Menschen nicht wahrgenommen werden kann. In der
Durchsicht durch den transparenten Stoff ergibt sich dann in den
Bereichen mit einer Anreicherung der Metallionen, d.h. der optisch
wirksamen Strukturen, für
den Menschen keine oder nur eine sehr geringe Änderung bzw. Beeinträchtigung
der Transparenz. In dem Wellenlängenbereich
der elektromagnetischen Strahlung, in welchem die Absorption der
Metallionen liegt, ist der transparente Stoff jedoch weniger durchsichtig.
Die optisch wirksamen Strukturen erscheinen in der Durchsicht als
dunklere und auch, in der Wahrnehmung des Vogels, farblich veränderte Objekte.
Ebenso können
in reflektierten Strahlungsanteilen die optisch wirksamen Strukturen
als dunkle Objekte hervortreten. Insbesondere können die Metallionen derart
gewählt
werden, dass die einfallende und in den transparenten Stoff eindringende
UV-Strahlung durch die Metallionen absorbiert wird.
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Erfindungsgemäss liegt
die innen liegende Schicht unter einer Oberfläche des transparenten Stoffes, das
heisst die angereicherten Metallionen sind im transparenten Stoff
vorhanden bzw. eingelagert. Damit ergibt sich im Vergleich zu bekannten
Vogelschutzvorrichtungen, welche UV-absorbierende Folien oder Beschichtungen
benutzen, intrinsisch eine verbesserte Beständigkeit gegenüber äusseren
Einflüssen
wie z.B. Witterung oder Beschädigung
durch Krafteinwirkung. Indem die innen liegende Schicht innerhalb
des transparenten Stoffes liegt, ist sie durch den transparenten
Stoff selbst geschützt.
Die Haltbarkeit gegenüber äusseren
Einflüssen ist
daher im Wesentlichen durch die Haltbarkeit des transparenten Stoffes
selbst bestimmt.
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Erfindungsgemäss werden
die Metallionen durch thermisch induzierte Diffusion in den transparenten Körper eingebracht,
d.h. eindiffundiert. Insbesondere können die Metallionen durch
ein derartiges Verfahren nach der Herstellung des transparenten
Stoffes oder dessen Ausgestaltung in seine endgültige Form in den transparenten
Stoff eingebracht werden.
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Es
ist bekannt, dass Vögel
ein besseres Wahrnehmungsvermögen
als der Mensch im Bereich der UV-Strahlung (ca. 10-400 nm) haben.
Insbesondere im UVA-Bereich, welcher einen Wellenlängenbereich
von etwa 315-400 nm umfasst, weisen Vögel eine gute UV-Sichtigkeit
auf. Es ist daher vorteilhaft in einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung die Anreicherung der Metallionen in den Bereichen
der optischen wirksamen Strukturen derart zu wählen, dass ein Absorptionsmaximum
im Bereich der UV-Strahlung liegt, insbesondere im Bereich der UVA-Strahlung.
Es ist auch denkbar, das Absorptionsmaximum mit einer geeigneten Wahl
der Metallionen in einem anderen UV-Bereich auszubilden, z.B. im
UVB-Bereich (280-320
nm). Dies kann insofern vorteilhaft sein, da nicht ausgeschlossen
werden kann, dass gewisse Vogelarten für andere Wellenlängenbereiche
im UV-Bereich eine bessere Wahrnehmung haben, als im UVA-Bereich.
Alternativ ist es auch denkbar, dass andere Wellenlängenbereiche
des Lichts, welche nicht im UV-Bereich und ausserhalb des für Menschen
sichtbaren Bereichs liegen, für
Vögel sichtbar
sind und daher ebenfalls geeignet sind, um durch Absorption in eben
diesen Wellenlängenbereichen
die optisch wirksamen Strukturen zu schaffen.
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Optisch
wirksame Strukturen, welche alleine auf Absorption eines gewissen
Wellenlängenbereichs ausserhalb
des für
Menschen sichtbaren Bereichs beruhen, werden nicht von allen Vögeln gleich
gut wahrgenommen. Bei UV-absorbierenden optischen Strukturen hat
man die Erfahrung gesammelt, dass diese Strukturen von gewissen
Vogelarten überhaupt
nicht wahrgenommen werden. Es ist daher vorteilhaft, die absorbierende
Eigenschaft mit einem weiteren optischen Effekt zu kombinieren.
Insbesondere kann eine Kombination mit Fluoreszenzemission im sichtbaren
Bereich eine verbesserte Wahrnehmbarkeit der optischen Strukturen für eine breitere
Artenvielfalt der Vögel
bedingen. Die Fluoreszenzemission kommt erfindungsgemäss durch Abstrahlung
der durch die Metallionen absorbierten Strahlung in einem anderen
Wellenlängenbereich
zustande. Insbesondere findet die Wiederabstrahlung im für den Menschen
sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums statt. Die
Fluoreszenzemission ist dabei als zusätzliches, optisch wirksames
Mittel zu verstehen, welches die absorbierende Eigenschaft der optisch
wirksamen Strukturen ergänzen
und verbessern kann. Die optisch wirksamen Strukturen können aber
auch als rein absorbierende Strukturen ausgeführt sein, wobei z.B. durch
genaue Anpassung des Absorptionsprofils bzw. -spektrums erreicht
werden kann, dass die optisch wirksamen Strukturen von einer möglichst
grossen Zahl von verschiedenen Vogelarten wahrgenommen werden können.
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Es
hat sich herausgestellt, dass die Anreicherung von zwei Sorten von
Metallionen in den Bereichen der optisch wirksamen Strukturen besonders
vorteilhaft ist. Überraschender-
weise hat sich gegenüber
anderen Kombinationen eine gemeinsame Anreicherung von entweder
Kupfer (Cu) und Zirkonium (Zr) oder Kupfer und Chrom (Cr) als besonders
geeignet herausgestellt. In einer Vielzahl von Versuchen hat sich
die gemeinsame Anreicherung von Cu und Zr oder Cu und Cr durch eine
unerwartet hohe UV-Absorption ausgezeichnet. Eine Ausführung einer
erfindungsgemässen
Vogelschutzvorrichtung mit angereichertem Cu und Zr oder Cu und
Cr bildet somit eine besonders bevorzugte Ausführungsform.
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Zusätzlich zu
der guten UV-Absorption weist die Kombination von Cu mit Zr oder
Cr ein hohes Mass an Fluoreszenzemission in einem für Menschen
sichtbaren Wellenlängenbereich
auf. Während
die Fluoreszenzemission aber für
Menschen zu schwach und kaum wahrnehmbar ist, kann es für verschiedene
Vogelarten zu einer wahrnehmbaren Emission kommen, welche kombiniert
mit der ausgezeichneten UV-Absorption eine verbesserte Wahrnehmbarkeit
der optisch wirksamen Strukturen ergibt.
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Es
zeigt sich somit, dass die kombinierte Anreicherung von Cu mit Zr
oder von Cu mit Cr überraschenderweise
besonders wünschenswerte
Eigenschaften miteinander verbindet und für die Erfindung besonders geeignet
ist.
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Alternativ
können
auch andere Metallionen der erfindungsgemässen Liste paarweise kombiniert
werden. Entsprechende Versuche haben aber ergeben, dass andere Paarungen
von Metallionen eine geringere UV-Absorption aufweisen und damit
weniger bevorzugt sind.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
liegt die innen liegende Schicht direkt unter der Oberfläche d.h. angrenzend
an die Oberfläche
des transparenten Stoffes und bildet somit eine Oberflächenschicht.
Die erhöhte
Konzentration der Metallionen in den Bereichen der optisch wirksamen
Strukturen reicht dann ebenfalls bis an die Oberfläche heran.
Es ist auch denkbar, die innen liegende Schicht in einer gewissen
Tiefe unter der Oberfläche
zu erzeugen, wobei dann zwischen der innen liegenden Schicht und
der Oberfläche
des transparenten Stoffes eine weitere Schicht liegt, welche keine
Anreicherung der Metallionen aufweist. Eine derartige innen liegende
Schicht ist aber schwieriger zu erzeugen als eine Oberflächenschicht.
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Bevorzugt
weist die innen liegende Schicht eine Dicke von bis zu 15 Mikron
auf. Insbesondere kann auch eine Schichtdicke von 100 Mikron oder
grösser
gewählt
werden. Mit Schichtdicke wird hierbei ein charakteristischer Durchmesser
eines Tiefenbereichs im transparenten Stoff definiert, in welchem
im Bereich der optisch wirksamen Strukturen die Konzentration der
Metallionen nicht unter einen bestimmten Bruchteil des Maximalwerts
abfällt. Üblicherweise
ist der Bruchteil dabei z.B. die Hälfte oder der (1/e)-te Teil,
wobei e=2.718... die Euler'sche
Zahl bezeichnet. Alternativ kann die Schichtdicke auch kleiner als
15 Mikron sein. Es ist dann jedoch aufgrund der geringeren Menge
von Metallionen kaum möglich,
das erforderliche Mass an Absorption zu erreichen.
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Sind
verschiedene Metallionen in der innen liegenden Schicht vorhanden,
so ist nicht notwendigerweise die räumliche Konzentrationsverteilung
der unterschiedlichen Metallionen gleich. Es ist denkbar, dass sich die
Dicke einer mit einer Sorte Metallionen angereicherten Schicht von
einer mit einer anderen Metallionensorte angereicherten Schicht
unterscheidet. Eine Abweichung der Konzentrationsprofile ergibt
sich bei konstant gehaltener Diffusionszeit bereits aus den unterschiedlichen
Diffusionsraten für
unterschiedliche Metallionensorten. Es ist nicht ausgeschlossen,
dass unterschiedliche Schichtdicken für verschiedene angereicherte
Meqtallionensorten eine vorteilhafte Ausführungsform bilden. Um jedoch
eine kombinierte Wirkung der verschiedenen Metallionensorten zu
erreichen, sollten diese zumindest in der innen liegenden Schicht
gemeinsam angereichert sein.
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Werden
die optisch wirksamen Strukturen durch ein Diffusionsverfahren erzeugt,
kann die Dicke der angereicherten Schicht einfach durch entsprechende
Wahl von Temperatur und Dauer des Diffusionsprozesses auf einen
gewünschten
Wert eingestellt werden. Insbesondere ist es denkbar, dass verschiedene
Metallionen verschieden lange eindiffundiert werden und sich somit
für die
verschiedenen Metallionen auch unterschiedliche Schichtdicken ausbilden
lassen. Die Schichtdicke ist damit auf sehr einfache Weise genau
einstellbar und erlaubt eine optimale Anpassung an die Anforderungen
an eine erfindungsgemässe
Vogelschutzvorrichtung.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
entspricht eine physische Oberflächenstruktur
der Oberfläche des
transparenten Stoffes in den Bereichen der optisch wirksamen Strukturen
einer physischen Oberflächenstruktur
in den Bereichen ohne optisch wirksame Strukturen. Hierbei bezieht
sich "physische
Oberflächenstruktur" auf eine geometrische
Struktur der Oberfläche
wie z.B. Rauheit, Mattierung oder Hochglanz. Die Oberflächenbereiche
der optisch wirksamen Strukturen unterscheiden sich in ihrer physischen
Struktur erfindungsgemäss
nicht von der Oberflächenstruktur
von anderen Oberflächenbereichen
des transparenten Stoffes. Insbesondere kann die Oberfläche unabhängig von
der Lage der Bereiche der optisch wirksamen Strukturen beliebig
gestaltet und strukturiert werden. Es ist z.B. denkbar, dass die
gesamte Oberfläche
des transparenten Stoffes hochglanzpoliert ist und somit z.B. besonders
einfach zu reinigen ist. Ebenso ist es jedoch denkbar, dass in gewissen
Bereichen, die unabhängig
von den optisch wirksamen Strukturen gewählt sein können, die Oberfläche z.B.
aufgeraut oder auf eine andere Art behandelt ist um z.B. durch Licht
oder Strahlung beleuchtbare Strukturen im transparenten Körper zu
schaffen oder eine Verringerung des Reflexionsvermögens zu
bewirken.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weisen die Oberflächen
in den Bereichen der optisch wirksamen Strukturen Benetzungseigenschaften
auf, welche sich von den Benetzungseigenschaften der übrigen Oberfläche des
transparenten Körpers
unterscheiden. Die speziellen Benetzungseigenschaften der Oberfläche in den
Bereichen der optisch wirksamen Strukturen werden erfindungsgemäss durch
Anreicherung von Metallionen in einer Oberflächenschicht erreicht. Es ist
bekannt, dass die Eindiffusion von Metallionen Veränderungen
in den Benetzungseigenschaften des transparenten Stoffes verursachen
kann (
US 1,592,429 ; Kraus).
Die Metallionen, welche für
die veränderte
Benetzbarkeit verantwortlich sind, können dann gemeinsam mit den
Metallionen, welche für
die Strahlungsabsorption verantwortlich sind, in den transparenten
Stoff eingebracht, z.B. eindiffundiert, werden. Die speziellen Benetzungseigenschaften
werden dabei bevorzugt durch die Anreicherung mit Silberionen erreicht,
wobei nur eine geringe Menge von Silberionen eindiffundiert werden muss.
Erfindungsgemäss
kann somit durch eine geeignete Wahl der in den optisch wirksamen
Strukturen vorhandenen Metallionen erreicht werden, dass die Oberfläche des
transparenten Stoffes in den Bereichen der optisch wirksamen Strukturen
modifizierte Benetzungseigenschaften aufweisen. Damit können dann
z.B. durch einfache Methoden wie Besprühen der Oberfläche mit
einer Flüssigkeit
oder Anhauchen die Lage und Form der optisch wirksamen Strukturen
auf der Oberfläche
des transparenten Stoffes sichtbar gemacht werden. Es muss dann
nicht auf eine Beleuchtung mit speziellen (kostenintensiven) Lampen
im absorbierenden Wellenlängenbereich
und entsprechende Detektierungsmittel zurückgegriffen werden. Dies kann
z.B. bei der Materialprüfung
eine einfache und schnelle Möglichkeit
zur Überprüfung der
erzeugten optisch wirksamen Strukturen ergeben. Alternativ können die
Benetzungseigenschaften der Bereiche der optisch wirksamen Strukturen
auch den Benetzungseigenschaften in den übrigen Bereichen entsprechen,
d.h. sich nicht von diesen unterscheiden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
bildet die Oberfläche
des transparenten Stoffes eine Aussenseite der Vogelschutzvorrichtung.
Die Oberfläche
ist dann unbedeckt und bildet eine äussere Begrenzung der Vogelschutzvorrichtung.
Insbesondere ist die Oberfläche
in keinem Bereich durch z.B. Beschichtungen oder Folien bedeckt.
Alternativ kann die Vogelschutzvorrichtung aber auch eine Glasschicht
aufweisen, welche mit einer Fläche
an der Oberfläche
des transparenten Stoffes anliegt und welche z.B. ebenfalls optisch
wirksame Strukturen aufweist.
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Bevorzugt
umfasst der transparente Stoff ein Glas, insbesondere ein Weissglas.
Weissglas bezeichnet hier ein Glas mit einem gegenüber herkömmlichem
Klarglas reduzierten Grünanteil.
Weissglas hat den Vorteil, dass die optisch wirksamen Strukturen
mit den übrigen
Bereichen des Glases im absorbierten Wellenlängenbereich besser kontrastieren
und somit für
die Vögel
besser wahrnehmbar sind. Eine erfindungsgemässe Vogelschutzvorrichtung
kann dabei in der Form von Flachglas zum Einsatz kommen. Flachglas
bezeichnet hierbei unter anderem Scheibenglas für moderne Fenster aber auch
flaches Bauglas wie es z.B. beim Fassadenbau zum Einsatz kommt.
Auch gläserne
Lärmschutzwände z.B.
zur Reduktion der Lärmemission
von Autobahnen können
ein erfindungsgemässes
Flachglas umfassen. Überhaupt
ist die Anwendung einer erfindungsgemässen Vogelschutzvorrichtung
für Bauten überall dann
sinnvoll, wenn ein transparenter Stoff, insbesondere ein Glas, für Vögel sichtbar
sein soll, während
die für
den Menschen sichtbaren Eigenschaften des transparenten Stoffes
nicht oder nur geringfügig
beeinträchtigt
werden sollen.
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Weiter
stellt die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung einer Vogelschutzvorrichtung
mit einer bereichsweise mit Metallionen angereicherten innen liegenden
Schicht bereit. Gemäss
der Erfindung umfasst das Verfahren das Eindiffundieren von Metallionen
in eine Oberfläche
eines transparenten Stoffes. Insbesondere umfasst das Verfahren
das Eindiffundieren von wenigstens einem Metallion aus der Liste
von Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Mo, Ag und Sn.
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Durch
das erfindungsgemässe
Verfahren können
Metallionen, welche optisch wirksame Strukturen bilden, wenn sie
im transparenten Stoff vorhanden sind, verhältnismässig einfach in den transparenten
Stoff eingebracht werden. Insbesondere ist es möglich, durch geometrisch selektives
Eindiffundieren die Metallionen in beliebigen Strukturen, d.h. Formen
und/oder Muster in den transparenten Körper einzubringen, wobei sie nach
der Durchführung
des Verfahrens im Inneren des transparenten Stoffes unter einer
Oberfläche
vorhanden sind. Damit können
die optisch wirksamen Strukturen in beliebiger Form unter einer
Oberfläche
im Inneren des transparenten Stoffes erzeugt werden, wo sie weitgehend
gegen äussere
Einflüsse
wie z.B. Witterung geschützt
sind.
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Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens liegt darin,
dass das Eindiffundieren der Metallionen ohne Rückstände an der Oberfläche des
transparenten Stoffes erfolgen kann. Die Oberfläche des transparenten Stoffes
kann somit frei gestaltet werden wie z.B. aufgeraut oder auf Hochglanz
poliert werden. Sind die optisch wirksamen Strukturen unter der
Oberfläche
erzeugt, so werden diese durch eine mechanische Behandlung der Oberfläche nicht
mehr weiter beeinflusst.
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Weiter
hat das erfindungsgemässe
Verfahren den Vorteil, dass das Einbringen der Metallionen in den transparenten
Stoff erfolgen kann, nachdem der transparente Stoff hergestellt
und/oder in seine endgültige Form
gebracht worden ist. Gegenüber
bekannten Verfahren wird damit insbesondere der Vorteil erreicht,
dass die Ausgestaltung der Vogelschutzvorrichtung unabhängig von
der Form oder der Lage der optisch wirksamen Strukturen erfolgen
kann.
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Vorzugsweise
umfasst das Eindiffundieren das Aufbringen der Metallionen in der
Form einer Paste auf die Oberfläche
des transparenten Stoffes. Dabei sind die Metallionen in Metallverbindungen
vorhanden, insbesondere Metallverbindungen wie Sulfate, Sulfide,
Chloride, Carbonate, Phosphate oder Oxide. Bevorzugt umfassen die
Metallverbindungen der Paste wenigstens ein Metalloxid und eine
Metallsulfid der vorgenannten Metalle. Insbesondere hat sich unerwarteterweise
eine Kombination von ZrO2 und Cu2S als besonders geeignet für eine erfindungsgemässe Vogelschutzvorrichtung
herausgestellt. Die Paste umfasst ein Anpastmittel, welches insbesondere
wasserlösliche
organische Substanzen mit erhöhter
Viskosität
wie z.B. mehrwertige Alkohole wie Ethylenglycol oder Glycerin, oder ätherische Öle wie Kiefernöl umfasst.
Bei der Auswahl der Anpastmittel ist es vorteilhaft darauf zu achten,
dass die Haftung der Paste auf der Oberfläche des transparenten Stoffes
möglichst
gering ist, um eine spätere
rückstandsfreie
Entfernbarkeit zu gewährleisten.
Das Aufbringen der Paste umfasst z.B. Aufdrucken, Aufsprühen und
Aufstreichen. Überhaupt
kann die Paste auf jede erdenkliche und sinnvoll erscheinende Art
auf die Oberfläche
aufgebracht werden. Je nach Art muss dabei möglicherweise das Anpastmittel
entsprechend gewählt
werden. Nach dem Aufbringen der Paste wird die Diffusion der Metallionen
in den transparenten Stoff durch eine thermische Behandlung des
transparenten Stoffes mit applizierter Paste angeregt. Insbesondere
findet eine Erwärmung
auf etwa 500 Grad statt, welche während etwa 45 Minuten aufrechterhalten
wird. In einem weiteren Verfahrensschritt werden dann die Paste
bzw. die Pastenrückstände möglichst
rückstandfrei
von der Oberfläche
des transparenten Stoffes entfernt. Während sich hierzu verschiedene
bekannte Verfahren anbieten, wird die Paste vorzugsweise in einem
Wasserbad abgewaschen. Die Metallverbindungen der abgelösten Pastenrückstände können wieder
zu einer neuen Paste aufbereitet werden.
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Alternativ
können
die Metallionen auch in einer anderen Form als einer Paste auf die
Oberfläche
aufgebracht werden. Es ist z.B. denkbar, dass die Metallionen bzw.
die Metallverbindungen in wässriger
Lösung auf
die Oberfläche
aufgebracht werden bevor sie mit dem thermischen Behandlungsschritt
zur Diffusion in den transparenten Stoff angeregt werden. Eine weitere
Alternative zum oben beschriebenen Verfahren bildet ein "Chemical Vapour Deposition" (CVD) Verfahren,
insbesondere ein Flammen-CVD Verfahren. Mit einem derartigen hinreichend
bekannten Verfahren ist es möglich,
die Eindiffusion der Metallionen in einem einzelnen Schritt zu erreichen,
ohne Rückstände auf
der Oberfläche,
welche abgewaschen werden müssen.
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Bevorzugt
wird die Paste nach dem Aufbringen auf den transparenten Stoff thermisch
behandelt, bevor die Diffusion durch den oben erwähnten thermischen
Behandlungsschritt angeregt wird. Der im Ablauf des Verfahrens erste
thermische Behandlungsschritt, welcher auf das Aufbringen der Paste
folgt, umfasst insbesondere eine Trocknung der Paste. Bevorzugt
umfasst dieser erste thermische Behandlungsschritt eine Erwärmung des
transparenten Stoffes auf eine Temperatur von etwa 70 Grad, welche
während
einer Zeit von etwa 4 Stunden aufrechterhalten wird.
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Aus
der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben
sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen
und Merkmalskombinationen der Erfindung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
zur Erläuterung
des Ausführungsbeispiels
verwendeten Zeichnungen zeigen:
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1 Schematische
Draufsicht auf eine Vogelschutzvorrichtung mit verschiedenen Formen
und Muster von optisch wirksamen Strukturen;
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2 Eine
schematische Schnittansicht durch einen transparenten Stoff mit
applizierter Paste vor Eindiffusion von Metallionen;
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3 Eine
schematische Schnittansicht durch eine erfindungsgemässe Vogelschutzvorrichtung;
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4 Absorptionsspektrum
einer unbehandelten Weissglasprobe und einer Weissglasprobe mit
erfindungsgemässer
optisch wirksamer Struktur.
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Grundsätzlich sind
in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Wege zur Ausführung der
Erfindung
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Ausführungsbeispiel
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ZrO2 und Cu2S werden
zu gleichen Teilen mit einem Anpastmittel zu einer homogenen, luftblasenfreien Paste
vermengt. Diese Paste wird gleichmässig und deckend in den Bereichen
der zu erzeugenden optisch wirksamen Strukturen auf die Glasoberfläche aufgestrichen
und dann 4 Stunden bei 70°C
getrocknet. Die thermisch induzierte Diffusion erfolgt dann in einem
Ofen bei 500°C über eine
Dauer von 45 Minuten. Nach dem Abkühlen des Glases wird die Paste
von der Glasoberfläche
durch Anläsen
in einem Wasserbad entfernt. Die abgelösten Metallverbindungen können wieder
zu einer neuen Paste aufbereitet werden.
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1 zeigt
eine Draufsicht auf eine ebene Oberfläche 2 einer erfindungsgemässen Vogelschutzvorrichtung 1.
Unter bzw. in der Oberfläche 2 sind
verschieden ausgestaltete optisch wirksame Strukturen 3 dargestellt.
Die dargestellten Strukturen 3 stellen eine nicht erschöpfende Auswahl
von verschiedenen möglichen Formen 4 und 5 sowie
Mustern 6 und 7 dar. Die Form 4 stellt
die Silhouette eines Raubvogels dar während die Form 5 eine
einfache geometrische Form, eine Raute, darstellt. Das Muster 6 repräsentiert
ein Gitternetz von schrägen
Streifen und das Muster 7 sind in einem Raster angeordnete
Punkte.
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2 zeigt
eine Teilansicht eines Schnittes im Bereich der optisch wirksamen
Struktur 5 in einer Ebene A, welche in 1 eingezeichnet
ist und senkrecht auf der ebenen Oberfläche 2 steht. Die Darstellung
der 2 zeigt einen transparenten Stoff 10 in
Form einer Scheibe 11 vor bzw. bei der Herstellung der
erfindungsgemässen
Vogelschutzvorrichtung 1. Der transparente Stoff 10 der
Scheibe 11 befindet sich in einem Zustand kurz vor dem
erfindungsgemässen
Eindiffundieren der Metallionen. Die in 2 dargestellte
Ansicht repräsentiert
eine Prinzipskizze und kann auf entsprechende Schnittansichten anderer
optisch wirksamer Strukturen bei der Herstellung übertragen
werden.
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Eine
erste Begrenzung 12 der Scheibe 11 wird durch
die ebene Oberfläche 2 gebildet.
Eine zweite Begrenzung 9 wird durch eine weitere, zur Oberfläche 2 parallele
ebene Oberfläche 13 gebildet.
Die Dicke der Scheibe 11 entspricht dem Abstand 14 der
beiden Oberflächen 2 und 13.
Ein Bereich 15 ist dargestellt, in welchem die optische
wirksame Struktur 5 erzeugt wird. Der Bereich 15 ist
in der Ebene A in Richtung der Oberfläche 2 durch zwei gestrichelte
Linien 16 und 17 begrenzt, welche senkrecht auf
den Oberflächen 2 und 13 stehen.
Die Linien 16 und 17 sind dabei derart beabstandet,
dass ihr Abstand 18 der Dimension der zu erzeugenden optischen
Struktur 5 in der Schnittebene A entspricht. Räumlich entspricht
der Bereich 15 einem prismatischen Volumen mit einem Querschnitt,
welcher durch den Umriss der optischen Struktur 5 in einer
Ebene parallel zur Oberfläche 2 bzw.
13 gebildet wird.
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Die
Darstellung der 2 zeigt auch eine Paste 19,
welche im Bereich 15 auf die Oberfläche 2 aufgetragen
ist. Die Paste 19 beinhaltet Metallverbindungen mit Metallionen,
die zur Ausbildung der optisch wirksamen Struktur 5 in
den transparenten Stoff 10 eindiffundiert werden.
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3 zeigt
eine der Darstellung in 2 entsprechende Schnittansicht
in der Ebene A der Vogelschutzvorrichtung 1 nach der Eindiffusion
der Metallionen mit der in dem transparenten Stoff 1 vorhandenen optisch
wirksamen Struktur 5. Die Metallionen wurden aus der Paste 19 (2)
in den transparenten Stoff 10 der Scheibe 11 durch
eine thermische Behandlung eindiffundiert. Die Paste 19 bzw.
etwaige Rückstände der Paste 19,
die möglicherweise
nach der thermischen Behandlung zur Anregung der Diffusion auf der
Oberfläche 2 zurückgeblieben
sind, wurden entfernt, indem sie z.B. abgewaschen wurden.
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Die
eindiffundierten Metallionen liegen in einem Bereich 24 des
transparenten Stoffes 10. Der Bereich 24 wird
dabei durch das Schnittvolumen des Bereichs 15 mit einer
innen liegenden Schicht 20 gebildet. Die innen liegende
Schicht 20 ist in der Darstellung der 3 direkt
unter der Oberfläche 2 ausgebildet.
Der mit Metallionen angereicherte Bereich 24 entspricht
dabei der optischen Struktur 5.
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Die
innen liegenden Schicht 20 weist eine Begrenzung 21 an
der Oberfläche 2 und
eine Begrenzung 22 zur Oberfläche 13 hin auf. Die
Begrenzung 21 fällt
dabei mit der Oberfläche 2 zusammen,
d.h. der Bereich 24 bzw. die optisch wirksame Struktur 5 sowie
die innen liegende Schicht 20 sind einseitig von der Oberfläche 2 begrenzt.
Die optisch wirksame Struktur 5 sowie die innen liegende
Schicht 20 erstrecken sich dabei bis zu einer Tiefe 23 unter
der Oberfläche 2 in
den transparenten Stoff 10 hinein, wobei die Tiefe 23 dem
Abstand der Begrenzung 22 von der Begrenzung 21 bzw.
der Oberfläche 2 entspricht.
In einer Richtung parallel zu der Oberfläche 2 ist die optisch
wirksame Struktur 5 durch die Linien 16 und 17 des
Bereichs 15 begrenzt.
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4 zeigt
ein Diagramm 30, welches die Absorption in Abhängigkeit
der Wellenlänge
von UV-Strahlung bei Transmission durch eine erfindungsgemässe Vogelschutzvorrichtung
darstellt. Das Diagramm 30 umfasst als Achsen eine Abszisse 31 sowie
eine senkrecht dazu stehende Ordinate 32, wobei die beiden
Achsen ein Rechtssystem bilden.
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Die
Abszisse 31 zeigt die Wellenlänge der einfallenden Strahlung.
Das Intervall 33 zwischen zwei benachbarten langen Teilstrichen 34 und 35 beträgt 20 nm
und die Werte auf der Abszisse 31 nehmen linear zu. Der
dargestellte Bereich der Abszisse 31 reicht von einem kleinsten
Wert 36, welcher einer Wellenlänge
von 270 nm entspricht, bis zu einem grössten Wert 37, welcher 390
nm entspricht.
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Die
Ordinate 32 zeigt die Absorption in der Vogelschutzvorrichtung
in Prozent. Die Absorption bezeichnet hierbei den Prozentsatz der
einfallenden Strahlungsintensität,
welcher in der Vogelschutzvorrichtung absorbiert wurde. Das Intervall 38 zwischen
zwei benachbarten langen Teilstrichen 39 und 40 entspricht
10 Prozent und die Werte auf der Ordinate 32 nehmen linear
zu. Der dargestellte Bereich der Ordinate 32 reicht von einem
kleinsten Wert 41, welcher 0 Prozent entspricht, bis zu einem grössten Wert
42, welcher 100 Prozent entspricht.
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Im
Diagramm sind zwei Kurven
43 und
44 eingezeichnet.
Die Kurve
43 entspricht dabei dem spektralen Absorptionsverhalten
von Bereichen ohne optisch wirksame Strukturen der Vogelschutzvorrichtung.
Der transparente Stoff der Vogelschutzvorrichtung ist dabei ein Weissglas.
Die Kurve
43 entspricht also dem Absorptionsspektrum bei
Transmission von unbehandeltem Weissglas. Die folgende Wertetabelle
entspricht den gerundeten Werten der dargestellten Kurve
43,
wobei W die Wellenlänge
und S die Absorption bezeichnet:
W
in (nm) | 280 | 290 | 300 | 310 | 320 | 330 | 340 | 350 | 360 | 370 | 380 |
S
in (%) | 95.5 | 92.5 | 79.5 | 56 | 32.5 | 16.5 | 8 | 4 | 2 | 1.5 | 2 |
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Die
Kurve
44 hingegen entspricht dem Absorptionsspektrum in
einem Bereich einer optisch wirksamen Struktur der Vogelschutzeinrichtung.
Die optisch wirksame Struktur ist dabei in dem Weissglas vorhanden
und wurde durch Eindiffusion von Cu und Zr erzeugt. Die folgende
Wertetabelle entspricht den gerundeten Werten der dargestellten
Kurve
44:
W in(nm) | 280 | 290 | 300 | 310 | 320 | 330 | 340 | 350 | 360 | 370 | 380 |
S
in (%) | 93 | 92.5 | 87.5 | 73 | 56.5 | 42 | 31 | 25 | 20.5 | 18.5 | 16.5 |
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Das
durch eindiffundierte Metalle veränderte Glas weist im UVA-Strahlungsbereich
(315 nm-400 nm) eine
deutlich erhöhte
Absorption auf.
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Zusammenfassend
ist festzustellen, dass eine erfindungsgemässe Vogelschutzvorrichtung
witterungsbeständige
optisch wirksame Strukturen aufweist, welche haltbar und einfach
herzustellen sind. Insbesondere können sie am fertig gestellten
transparenten Stoff nachträglich
in beliebigen Formen und/oder Muster ausgebildet werden.
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Es
ist hierbei anzumerken, dass die Dicke sowie die Lage der innen
liegenden Schicht nicht klar begrenzt ist, wie es in den schematischen
Darstellungen der 2 und 3 der Fall
ist. Da die Metallionen durch einen Diffusionsprozess in den transparenten
Stoff eingebracht werden, bildet sich mit zunehmender Tiefe unter
der Oberfläche
ein räumliches
Anreicherungs- bzw.
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Konzentrationsprofil
aus. Im Falle einer innen liegenden Schicht, welche direkt unter
der Oberfläche des
transparenten Stoffes liegt, weist das Konzentrationsprofil z.B.
ein Maximum an der Oberfläche
auf und fällt
gemäss
einer durch die verschiedenen Diffusionsparameter bestimmten Funktion
z.B. asymptotisch gegen Null ab.
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Weiter
ist es auch möglich,
dass keine der Begrenzungen der innen liegenden Schicht mit einer
Oberfläche
des transparenten Stoffes zusammenfällt. Damit könnte z.B.
erreicht werden, dass ein Reflexionsvermögen der Oberfläche nicht
durch die absorbierenden Metallionen modifiziert würde, während das
Transmissionsvermögen
den Absorptionseffekt aufweist.
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Weiter
können
die Zeitdauer und die Temperaturen der thermischen Behandlungsschritte
beliebig abgewandelt und den Erfordernissen angepasst werden. Eine
bevorzugte Temperatur und Zeitdauer für eine Trocknung der Paste
hängt z.B.
vom angewendeten Anpastmittel ab und kann stark variieren. Ebenso
kann die bevorzugte Temperatur für
die Anregung der Diffusion von den angegebenen Werten abweichen.
Es ist z.B. denkbar, dass verschiedene Temperaturen und Zeitdauern
für unterschiedliche
Metallionen bevorzugt sind. Bezugszeichenliste
1 | Vogelschutzvorrichtung |
2 | Erste
Oberfläche |
3 | Optisch
wirksame Strukturen |
4 | Raubvogel |
5 | Raute |
6 | Gitter |
7 | Punkte |
8 | |
9 | Zweite
Begrenzung |
10 | Transparenter
Stoff |
11 | Scheibe |
12 | Erste
Begrenzung |
13 | Zweite
Oberfläche |
14 | Abstand |
15 | Bereich |
16 | Linie
(Bereichsgrenze) |
17 | Linie
(Bereichsgrenze) |
18 | Abstand
(Linien) |
19 | Paste |
20 | Innen
liegende Schicht |
21 | Begrenzung |
22 | Begrenzung |
23 | Tiefe |
24 | |
25 | |
26 | |
27 | |
28 | |
29 | |
30 | Diagramm |
31 | Abszisse |
32 | Ordinate |
33 | Intervall
(Abszisse) |
34 | Benachbarter
Teilstrich |
35 | Benachbarter
Teilstrich |
36 | Kleinster
Wert (Abszisse) |
37 | Grösster Wert
(Abszisse) |
38 | Intervall
(Ordinate) |
39 | Benachbarter
Teilstrich |
40 | Benachbarter
Teilstrich |
41 | Kleinster
Wert (Ordinate) |
42 | Grösster Wert
(Ordinate) |
43 | Kurve
(Weissglas) |
44 | Kurve
(Weissglas mit Struktur) |