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Die Erfindung betrifft eine Scheibenanordnung für eine Fahrzeugscheibe zur Verringerung eines Doppelbildwinkels mit wenigstens einem Abstandselement.
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Scheibenanordnungen der gattungsgemäßen Art sind bekannt. Aus konstruktiven, insbesondere aus Designgründen werden Fahrzeugscheiben, in wenigstens einer Ebene, oft in zwei Ebenen, gekrümmt oder gebogen ausgebildet. Hierbei besteht das Problem, dass ein Doppelbild entsteht.
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Aus der
DE 195 35 053 A1 und der
DE 196 11 483 A1 sind Scheibenanordnungen für gekrümmte Kraftfahrzeugfrontscheiben (Windschutzscheiben) bekannt, bei denen ein störendes Doppelbild dadurch beseitigt beziehungsweise vermindert werden soll, indem diese Scheibenanordnungen eine Keilform besitzen. Ein Keilwinkel ist hierbei derart bemessen, dass ein durch die Glasschichten bedingtes Doppelbild kompensiert werden kann. Die Keilform wird dadurch erzeugt, dass zwischen zwei gekrümmten Floatscheiben eine keilförmige PVB-Folie geklebt wird.
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Aus
EP 04 20 228 A2 ist eine Scheibenanordnung für ein doppelbildfreies Head-up Display bekannt. Hierbei ist eine Keilform einer Windschutzscheibe vorgesehen. Aus
US 58 12 332 A ist eine weitere Scheibenanordnung für eine Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges bekannt, bei der zur Optimierung einer Darstellung eines Head-up Displays ebenfalls eine Keilform der Windschutzscheibe vorgesehen ist. Auch hier wird ein keilförmiges Zwischenstück flächig zwischen den beiden Scheiben angeordnet.
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DE 37 33 230 A1 offenbart ein Scheibensystem für Autotüren mit zwei nicht parallelen Glastafeln, deren Abstand von unten nach oben abnimmt. Die beiden Glastafeln sind in der Nähe ihres Randes derart mit einem Steg verbunden, dass eine Kehlung als Aufnahme für Dichtlippen dient.
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Bei Doppelverglasungen mit einem Gaszwischenraum wird ein Dichtrahmen mit möglichst konstanter Dicke verwendet. Dieser Schichtaufbau geht meist mit einer erhöhten Scheibendicke einher. Die optischen Eigenschaften dahingehend beeinflusst, dass alle optischen Effekte, die auch bei konventionellen Verglasungen auftreten, verstärkt werden. Die Verwendung einer Gasschicht erhöht den Doppelbildwinkel zusätzlich zur Vergrößerung der Scheibendicke, noch durch den niedrigen Brechungsindex des Gases. Dieser Effekt wird umso stärker, je kleiner der Krümmungsradius der Scheibe, also je größer die Krümmung der Scheibe ist. Die maximale Krümmung, zum Beispiel von Frontscheiben, befindet sich in der Regel an den äußeren Rändern und entsteht vor allem durch die Querbiegung des Glases.
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Bei Verbundscheiben oder Verbund-Sicherheitsglas(VSG)-Scheiben werden Polyvinylbutyral(PVB)-Folien verwendet, die im Extrusionsprozess hergestellt werden. Es ist möglich, die Folie mit unterschiedlicher Dicke zu laminieren, so dass sie beispielsweise an einer Unterkante der Scheibe dünner ist als an der Oberkante.
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Die beschriebene Keiligkeit der Folie kann allerdings nur in einer Achse erzeugt werden. Daher kann auch der Doppelbildwinkel nur in einer Achse verringert werden. Außerdem ist der Keilwinkel über die komplette Breite der Verglasung konstant.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Scheibenanordnung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die eine Verminderung eines Doppelbildwinkels bei Fahrzeugscheiben ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Scheibenanordnung gemäß Anspruch 1. Die erfindungsgemäße Scheibenanordnung für eine Fahrzeugscheibe zur Verringerung eines Doppelbildwinkels umfasst ein in wenigstens einer Ebene gekrümmtes flächiges und optisch transparentes inneres Element und ein in wenigstens einer Ebene gekrümmtes flächiges und optisch transparentes äußeres Element, deren Abstand voneinander mittels wenigstens eines Abstandselements definiert ist, wobei das Abstandselement eine Keilform besitzt, mit einem größeren Keilwinkel in einem oberen Bereich als in einem unteren Bereich und wobei das Abstandselement an Flächenrandbereichen der Elemente angeordnet ist.
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Die erfindungsgemäße Scheibenanordnung hat den Vorteil, dass sich die Keiligkeit, das heißt der Keilwinkel des Abstandselements und damit der Scheibenanordnung, über den Scheibenverlauf ändert. Damit kann für verschiedene Durchsichtpunkte jeweils ein anderer Krümmungsradius vorgesehen sein. Entsprechend kann der Keilwinkel kontinuierlich oder abschnittsweise verändert oder variiert sein. Zudem ermöglicht das Abstandselement eine Kraftübertragung zwischen den beiden Verglasungsteilen.
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Die Scheibenanordnung kann in Fahrzeugen wie Kraftfahrzeugen zum Beispiel Personenkraftwagen oder Nutzfahrzeugen verwendet werden. Dort kann die Scheibenanordnung als Frontscheibe, Seitenscheibe und/oder Heckscheibe eingesetzt werden. Generell ist ein Einsatz der Scheibe immer dann sinnvoll, wenn der Doppelbildwinkel eine relevante Größe ist beziehungsweise wenn ein Sichtstrahl oder eine Blickrichtung unter flachen bis sehr flachen Sichtwinkeln durch eine gekrümmte Scheibe verläuft. So kann auch der Einsatz bei Panzerglasscheiben oder bei Scheiben in der Flugzeug- und Raumfahrttechnik sinnvoll sein. Der hier verwendete Ausdruck Fahrzeug umfasst alle oben genannten Beispiele.
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Der Begriff Flächenrandbereiche der Elemente umfasst den direkten Rand eines oder beider Elemente sowie einen Bereich in der Nähe des Randes oder der Kante beziehungsweise Außenkante der Elemente. So kann das Abstandselement an einem Element direkt am Rand angeordnet sein während es vom Rand des anderen Elements beabstandet ist. Ferner ist es möglich, dass das Abstandselement in einem Teilbereich des Flächenrandbereiches einen anderen Abstand zum Rand als in einem oder mehreren anderen Teilbereichen hat.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Keilwinkel in Richtung der durch eine Normale des inneren Elements und eine Blickrichtung eines Fahrzeuginsassen aufgespannte Ebene verläuft. So kann ein Doppelbildwinkel auch bei Scheibenanordnungen vermindert werden, deren Krümmung nicht parallel zu der Fahrtrichtung liegt.
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Besonders vorteilhaft ist, dass eine Winkelgröße und/oder eine Winkelorientierung des Keilwinkels über die Gesamtflächenebene der Scheibenanordnung variiert. Dies erlaubt eine exakte Anpassung an die verschiedenen über die ganze Fläche der Scheibe verteilten Sichtachsen.
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Vorzugsweise variiert der Keilwinkel in einer Höhenrichtung und in einer Breitenrichtung des Abstandselements. Damit kann der Doppelbildwinkel vorzugsweise über die ganze Scheibe, aber zum Beispiel auch nur im Hauptsichtfeld des Fahrers, in beiden Richtungen der Scheibe verringert werden. Auf diese Weise ist eine starke Reduzierung des Doppelbildwinkels gegeben. Für die Berechnung des Abstandselements kann eine zweidimensionale Matrix oder ein Gitternetz aus Keilwinkeln vorgesehen sein, die sich über die Scheibenfläche erstreckt oder diese abbildet. Für jede Position der Matrix oder jeden Knotenpunkt des Gitters oder Netzes können ein oder zwei Werte für den Keilwinkel vorgesehen sein. Dies können Werte in x- und/oder y-Richtung oder in einem Koordinatensystem der Scheibe sein. Darüber kann dann die Kontur des Abstandselements und/oder der Scheiben abgeleitet werden.
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Der Keilwinkel kann in seitlichen Bereichen größer als in einem mittleren Bereich sein. Damit können stärkere Krümmungen der Scheibe in Randbereichen besser ausgeglichen werden.
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Die Scheibenanordnung kann eine Frontscheibe sein. Der Einsatz der Erfindung ist wegen der Wichtigkeit dieser Scheibe und der Scheibengröße für eine Frontscheibe prädestiniert. Selbstverständlich können auch andere Scheiben den erfindungsgemäßen Aufbau haben.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das innere Element, das äußere Element und das Abstandselement einen abgedichteten Gaszwischenraum definieren. Damit übernimmt das Abstandselement neben der Beabstandung der Scheiben die Abdichtung des Bereichs zwischen den beiden Elementen oder Scheiben, so dass eine Doppelglas-Isolierverglasung möglich ist, die trotz Gas und erhöhter Scheibendicke geringe Doppelbildwinkel aufweist.
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Vorzugsweise ist der Doppelbildwinkel auf Objekte bezogen, die in einer Entfernung von der Scheibenanordnung von größer gleich 5 Meter sind. Die Keiligkeit ist an jeder Stelle der Scheibe auf optische Verhältnisse berechnet. Dabei wird neben der Sitzposition und Blickrichtung die Entfernung berücksichtigt. Eine Entfernung ab 5 Metern ist in den meisten Fällen sinnvoll. Alternativ kann eine Entfernung ab 25 oder 50 Metern eingestellt werden.
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Das Abstandselement kann sich über den gesamten Umfang der Elemente erstrecken. Entsprechend kann das Abstandselement als Abstandsrahmen ausgebildet sein, was die Verbindung beziehungsweise die Stabilität der Scheibenanordnung verbessert. Alternativ kann das Abstandselement nur in Teilbereichen des Umfangs der Scheibenanordnung oder der Elemente ausgebildet sein, zum Beispiel nur an oberen und/oder seitlichen Bereichen. In einem unteren Bereich können die beiden Elemente dann direkt oder mit einem weiteren Element verbunden sein.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eine Winkelorientierung des Keilwinkels über die Gesamtflächenebene der Scheibenanordnung in Abhängigkeit unterschiedlicher Sitzpositionen des Fahrzeuginsassen und/oder unterschiedlicher Blickrichtungen variiert. Mittels dieser Ausgestaltung ist eine Minimierung des Doppelbildwinkels über die Fläche der Scheibe und unter Berücksichtigung der verschiedenen Sitzpositionen und Blickrichtungen möglich.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 ein Doppelbild an geneigter und gekrümmter Scheibe;
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2 ein Doppelbild bedingt durch die Formgebung einer Scheibe;
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3 ein Doppelbild bedingt durch die Keiligkeit einer Scheibe;
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4 eine schematische Darstellung einer Scheibenanordnung;
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5 eine schematische Schnittdarstellung der Scheibenanordnung;
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6 schematisch eine Scheibenanordnung in einem Fahrzeug und
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7 geometrische Verhältnisse an einer Fahrzeugscheibe.
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1 zeigt einen Betrachter 1, der sich in einem Abstand von zirka 0,5 bis 1,5 m vor einer Glasscheibe 2 befindet, und der ein Primärbild 3 in einer Entfernung von 100 m sieht. Bedingt durch die Neigung und Krümmung sowie eine Keiligkeit der Scheibe 2, wobei sich die Neigung zur Senkrechten bestimmt, wird ein Sekundärbild 4 erzeugt, dessen Intensität JS zirka um den Faktor 625 kleiner ist gegenüber der Intensität JP des Primärbildes 3. Primärbild 3 und Sekundärbild 4 bilden zueinander einen Doppelbildwinkel Δε von 10', entsprechend erscheinen die Bilder bei der Entfernung von 100 m um 29 cm voneinander getrennt.
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Die Winkeltrennung von Primär- und Sekundärbild, die von einer einzigen, realen Quelle
5 (
2) stammt, ist eine Funktion des Krümmungsradius r und der Dicke d sowie des Einfallwinkels des Lichtstrahls auf der Scheibe (Neigung der Scheibe) und des glasspezifischen Brechungsindizes n
G. Allgemein gilt für den Doppelbildwinkel Δε
F:
- d
- = Dicke der Glasscheibe (mm)
- r
- = Krümmungsradius der Scheibe am Ort des Lichtstrahles (m)
- n
- = Brechungsindex des Glases der Scheibe (Glas n = 1,52)
- φ
- = Einfallwinkel des Lichtstrahles.
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Auch eine Keiligkeit der Scheibe 2' (3) bewirkt eine Bildung von Primärbild und Sekundärbild, wobei hier jedoch das Primärbild 3' zwischen der Lichtquelle 5' und dem Sekundärbild 4' liegt, anders als bei der krümmungsbedingten Versetzung, bei der die Lichtquelle 5 zwischen den beiden Bildern liegt.
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4 zeigt eine Scheibenanordnung 10 gemäß der Erfindung mit einem äußeren Element 11, hier in Form einer äußeren Scheibe, und einem inneren Element 12, hier in Form einer inneren Scheibe, zwischen denen ein Abstandselement 13, hier in Form eines Abstandsrahmens, das angeordnet ist. Das Abstandselement 13 ist an Rändern beziehungsweise Flächenrandbereichen 11a und 12a der beiden Elemente 11 und 12 angeordnet. Die Darstellung der Scheibenanordnung 10 ist eine Prinzipdarstellung mit übertriebenen Dimensionen des Abstandselements 13, um die Erfindung besser erläutern zu können.
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Das Abstandselement 13 kann elastomerisch, plastomerisch, aus Glaskeramik und/oder aus Metall wie zum Beispiel Aluminium sein. Das Abstandselement 11 ist mit den beiden Elementen 11 und 12 fest verbunden zum Beispiel verklebt. Das Abstandselement 13 hat die Form eines Rahmens mit einer Breite im Bereich von einigen Millimetern oder wenigen Zentimetern. Vorzugsweise hat der Rahmen eine Breite, das heißt einer in der Scheibenebene liegenden Abmessung, von etwa einem Zentimeter. Durch diese geringe Breite sowie die Anordnung im Bereich der Ränder 11a und 12a bleibt das Sichtfeld der Scheibenanordnung 10 unbeeinflusst.
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Über den Umfang ändert sich die Dicke oder Stärke des Abstandelements 13, das heißt der Abstand zwischen den beiden Elementen 11 und 12, so dass das Abstandselement 13 eine Keil- oder Trapezform hat, wobei die breitere Seite oben liegt. Die untere Seite kann in eine Spitze oder in eine kleinere Fläche auslaufen. Die Dicke des Abstandselements 13 liegt im Bereich von wenigen Millimetern, vorzugsweise 2 bis 5 Millimeter.
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Die Keilform existiert hier neben der oben erläuterten Höhen-Richtung auch in einer Links-Rechts-Richtung über die Breite der Scheibenanordnung 10. Hier ist die Keilform oder Keiligkeit derart ausgebildet, dass der Keilwinkel an seitlichen Randbereichen der Scheibenanordnung 10 größer als in der Mitte ist.
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Durch entsprechenden Einsatz einer Keiligkeit (5) ist es möglich, durch Kombination der Krümmung mit der Keiligkeit den Doppelbildwinkel Δε zu verkleinern. Hierzu wird zwischen zwei gekrümmten Scheiben 11 und 12 das Abstandselement 13, dessen dickes Ende oben liegt.
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Zwischen den Elementen 11 und 12 und dem Abstandselement 13 ist ein Gaszwischenraum für eine Isolierverglasung definiert. Als Glasscheiben eignen sich vorteilhaft Dicken zwischen 1 und 5 mm und insbesondere 2,5 bis 3,5 mm.
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Durch den Aufbau gemäß
5 wird dem Strahlengang gemäß
2 ein umgekehrter Strahlengang gemäß
3 (Keil um 180° gedreht) überlagert, so dass sich die Sekundärbilder in etwa löschen. Im Beispiel hat der formbedingte Doppelbildwinkel einen Betrag von 12', die Scheibenneigung beträgt 60° und die Scheibendicke 5 mm. Rechnerisch ergibt sich hieraus eine Kompensation mit einem Keilwinkel δ von 2,4', entsprechend einer Gleichung
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Bei einem Abstandselement 13, das über 0,8 m Scheibenhöhe zwischen den beiden Scheiben 11 und 12 angeordnet ist, bedeutet dies eine stetige Dickenzunahme um 0,56 mm. Da ein Doppelbildwinkel unter 4' im Allgemeinen unter der Wahrnehmungsgrenze des menschlichen Auges liegt, genügt auch eine Korrektur um 8', entsprechend einer Dickenzunahme um 0,4 mm.
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Die zuvor anhand der 1 bis 5 erläuterten Grundsätze werden nachfolgend auf die erfindungsgemäße Lösung bezogen anhand der 6 und 7 erläutert. 6 zeigt hierzu schematisch die Scheibenanordnung 10 als eine Kraftfahrzeugfrontscheibe. Die Scheibenanordnung 10 ist beispielsweise an einer so genannten A-Säule 15 des Kraftfahrzeuges angeordnet.
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Eine senkrecht zu der Scheibenanordnung 10 verlaufende Normale ist mit 16 bezeichnet. Eine Blickrichtung des Fahrzeugführers 17 ist mit 18 bezeichnet. Der Blick verläuft ausgehend von dem Fahrzeugführer 18 über ein Lenkrad 19 durch die Scheibenanordnung 10.
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Aufgrund einer Krümmung der Scheibenanordnung 10 ergeben sich die in 6 skizzierten geometrischen Verhältnisse.
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Entsprechend der tatsächlichen Krümmung der Scheibenanordnung 10 liegt deren Scheibennormale 16 (Vektor n →) beispielsweise in einer horizontalen Ebene. Das Auge des Fahrzeuginsassen 17 liegt über der horizontalen Ebene, so dass sich für die Blickrichtung 18 (Vektor b →) einerseits ein horizontaler Winkel α zur Scheibennormalen 16 und ein vertikaler Winkel β zur Horizontalebene ergibt. Nach den bekannten Reflexions- und Brechungsgesetzen liegen die Vektoren b → und n → in der Ebene, in der das sich ergebene Doppelbild zum Liegen kommt. Aufgrund der Wölbung der Scheibenanordnung 10 kann es hierbei zu einem sowohl vertikalen als auch horizontalen Versatz kommen.
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Zum Ausgleich dieses Doppelbild-Fehlers besitzt die Scheibenanordnung 10 eine durch das Abstandselement 13 erzeugte Keiligkeit. Eine Winkelorientierung und eine Winkelgröße dieses Keilwinkels ist hierbei der Krümmung der Scheibenanordnung 10 derart angepasst, dass das aufgrund der Größe der Winkel α und β sich ergebende Doppelbild kompensiert wird.
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Bei der Annahme, dass der Winkel α gleich Null ist, ergibt sich lediglich ein Doppelbildversatz in vertikaler Richtung. Die Schenkel des Keilwinkels müssen dann ebenfalls in der vertikalen Ebene liegen, in der die Vektoren n → und b → liegen. Beträgt der Winkel β beispielsweise Null, liegt der Doppelbildversatz in der horizontalen Richtung. Die Schenkel des Keilwinkels der Keilfolie müssten dann ebenfalls in der Horizontalen, in der die Vektoren n → und b → sich befinden, liegen. Im praktisch auftretenden Fall werden die Winkel α und/oder β nicht den Wert Null besitzen. Beispielsweise sei angenommen, der Winkel α beträgt 60° und der Winkel β beträgt 30°. Somit ergibt sich eine zwischen den Vektoren n → und b → aufgespannte Ebene, die sowohl zur horizontalen Ebene als auch zur vertikalen Ebene unter einem Winkel verläuft. Zum Ausgleich des Doppelbildversatzes liegen dann die Schenkel des Keilwinkels der Keilfolie in der zwischen den Vektoren n → und b → aufgespannten Ebene.
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Alles in allem wird deutlich, dass durch Orientierung und Größe des Keilwinkels für einen Fahrzeugführer 17, aber auch für weitere Fahrzeuginsassen, bei einem Blick durch eine gekrümmte Scheibenanordnung 10 ein sich ergebender Bildversatz beziehungsweise Doppelbildwinkel kompensiert beziehungsweise verringert werden kann. Durch Änderung der Sitzposition des Fahrzeugführers 18, beispielsweise durch Verändern der Sitzhöhe und/oder Verändern der Sitzentfernung zur Windschutzscheibe 10, ändern sich die Winkel α und/oder β bei konstanter Normale 16 entsprechend. Hierdurch ergeben sich unterschiedlich aufgespannte Ebenen zwischen den Vektoren n → und b →. Durch Optimierung der Orientierung und der Keilförmigkeit des Abstandselements 13 kann hierbei auf eine statistische Durchschnitts-Sitzposition abgestellt werden, innerhalb der eine Kompensation des Doppelbildversatzes erfolgt.
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Jede hiervon abweichende Sitzposition würde dann einen entsprechend geringfügigen Doppelbildversatz in horizontaler und/oder vertikaler Richtung besitzen. Hierbei ist jedoch von Vorteil, dass die Kompensation des formbedingten Doppelbildes durch den eingebrachten Keil immer nur unter der Wahrnehmungsgrenze des menschlichen Auges erfolgen muss. Diese Grenze liegt bei zirka 5 Bogenminuten. Eine Kompensation auf Null für eine Sitzposition lässt demnach für andere Sitzpositionen (Blickwinkel) messbare Doppelbildwinkel im Bereich von +5 und –5 Bogenminuten zu, die wegen der Wahrnehmungsgrenze jedoch nicht vom Fahrer 17 wahrgenommen werden können. Denkbar wäre auch, durch zuvor erfolgende theoretische Berechnungen die Keilförmigkeit der Scheibenanordnung 10 über deren Ebene geringfügig unterschiedlich auszubilden, so dass auch bei unterschiedlichen Sitzpositionen des Fahrzeugführers 17 jeweils eine optimale Kompensation des Doppelbild-Fehlers erfolgt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Betrachter
- 2
- Glasscheibe
- 3
- Primärbild
- 4
- Sekundärbild
- 5
- reale Quelle, Lichtquelle
- 10
- Scheibenanordnung
- 11
- äußere Scheibe
- 11a
- Flächenrandbereich
- 12
- innere Scheibe
- 12a
- Flächenrandbereich
- 13
- Abstandsrahmen
- 14
- Gaszwischenraum
- 15
- A-Säule
- 16
- Scheibennormale
- 17
- Fahrzeugführer
- 18
- Blickrichtung
- 19
- Lenkrad
- Δε
- Doppelbildwinkel
- d
- Dicke
- r
- Krümmungsradius
- JS
- Intensität des Sekundärbildes
- JP
- Intensität des Primärbildes
- α
- horizontaler Winkel
- β
- vertikaler Winkel
- δ
- Keilwinkel
- n →
- Vektor der Scheibennormalen 16
- nG
- glasspezifischer Brechungsindex
- b →
- Vektor der Blickrichtung 18
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19535053 A1 [0003]
- DE 19611483 A1 [0003]
- EP 0420228 A2 [0004]
- US 5812332 A [0004]
- DE 3733230 A1 [0005]
