DE2247644A1

DE2247644A1 - Verglasungseinheiten fuer windschutzscheiben an motorfahrzeugen

Info

Publication number: DE2247644A1
Application number: DE19722247644
Authority: DE
Inventors: Joseph Chabel; Raymond George Rieser
Original assignee: PPG Industries Inc
Current assignee: PPG Industries Inc
Priority date: 1971-06-21
Filing date: 1972-09-28
Publication date: 1973-04-05
Also published as: IT966927B; AU4650772A; AU463667B2; NL7208466A; NL7209476A; FR2143063B1; CA974441A; BE785126A; AU4357072A; DE2229794C2; BE785125A; FR2143063A1; DE2229794A1; CA955621A; GB1399124A

Description

Dr. Michael Hann H / E / C (464)

Patientanwalt .25. September 1972 63 Gießen

Ludwigstraße 67

PPG Industries, Inc., Pittsburgh, USA

VERGLASUNGSEINHEITEN FÜR WINDSCHUTZSCHEIBEN AN MOTORFAHRZEUGEN

Priorität: 1. Oktober 1971 / USA / Ser. No. 185,627

Die Erfindung betrifft allgemein gesprochen die Verglasung von Motorfahrzeugen. Sie betrifft im besonderen mit zweischichtigen Glas-Kunststoff-Laminaten hergestellte Verglasungseinheiten für Windschutzscheiben an Motorfahrzeugen.

Man stellt Sicherheitswindschutzscheiben seit längerer Zeit in der Form von dreischichtigen,d.h. aus zwei Glasscheiben und einer diese miteinander verklebenden Zwischenschicht aus Polyvinylbutyral bestehenden Laminaten her. Gegenüber der älteren monolithischen Windschutzscheibe bietet die dreischichtige Windschutzscheibe dadurch bedeutend größere Sicherheit, daß (1) beim Zerbrechen der Scheibe durch Stoß- oder Schlageinwirkung aus dem Innern des Fahrzeuges oder von außen die Kunststoffschicht die Glasbruchstücke fest- und zusammenhalt und auf diese Weise verhindert, daß sie im Innenraum des Fahrzeuges umhergeschleudert werden und dass (2) die Zwischenschicht bei einer Stoß- oder Schlageinwirkung als Diaphragma wirkt, eine beträchtliche Menge der von dem aufschlagenden Körper

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erzeugten Energie absorbiert, dessen Geschwindigkeit hierdurch verringert und ein Durchschlagenwerden der Windschutzscheibe verhindert.

Wenngleich die dreischichtige Windschutzscheibe gegenüber der monolithischen Windschutzscheibe eine bedeutende Verbesserung darstellt, so bleibt sie doch eine der Hauptursachen von Aufprall- und Schnittverletzungen bei Autounfällen.

In der Literatur ist eine Reihe von zweischichtigen Glas-Kunststoff -Laminat en beschrieben. Von einigen dieser Laminate wird gesagt, daß sie als Windschutzscheiben an Motorfahrzeugen verwendet werden können. Genannt seien in diesem Zusammenhang vor allem die U.S.-Patentschriften JL 098 342, 1 342 267, 2 047 253, 2 143 482, 2 184 876,

2 234 829, 2 454 886, 2 489 026, 2 526 728, 3 157 563,

3 532 590 und 3 575 790.

Diese Patentschriften beschreiben ^weiserichMge Laminate, die aus einer Glasschiebt und einer «*it dieser verbundenen Kunststoffschicht bestehen. Für dii Letztere wird darin eine Reihe von Kunststoffen von xflnr verschiedener Art genannt. Eindeutig ist in dea Patentschriften jedoch nicht von verstärktem Glas die Rede. Dies bedeutet, daß es auf dem Gebiet der Motorfahrzeugverglasung bis heute unbekannt geblieben ist, daß man erhöhte Sicherheit gewinnen kann, wenn man'für die außenseitige Glasschicht eines zweischichtigen Glas-Kunststoff-Laminats ein verstärktes Glas verwendet. Eine getemperte anßenseitige Glasschicht ergibt in Verbindung mit einer innenseitigen Kunststoffschicht ein Laminat, bei dem

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sich die Insassen eines Fahrzeuges weit weniger als sonst Aufprall- und Scfonittverletzungen zuziehen, wenn sie bei einem Unfall gegen die Verglasung des Fahrzeuges geschleudert werden.

Die U.S.-Patentschrift 3 515 579 beschreibt die Verbindung eines transparenten, schleierfreien Films mit einem transparenten Substrat, vorzugsweise aus getempertem Glas. Für den Film wird ein hydrophiles Acryl-, oder Methacry!polymerisat verwendet. Man kann die Filme auf Kameralinsen. Brillengläser, Spiegel und Autowindschutzscheiben aufbringen. Diese Filme haben nach der Beschreibung eine Stärke von etwa 0,127 mm sind also viel dünner als die flexible Kunststoffschicht nach der Erfindung, Die Filme nach der genannten Patentschrift sind ferner hart, steif und wärmegehärtet. In größerer Stärke verwendet, hätten diese Filme eine Steifigkeit und<e5.nen solchen Mangel an Flexibilität, daß ein Aufprallen von Personen bei einem Autounfall schwere Kopfverletzungen zur Folge hätte.

Die U.S.-Patentschrift 3 549 476 beschreibt ein laminiertes Sicherheitsglas, das aus einer dicken Glasplatte und einer mit dieser festverklebten Pölycarbonatfolie besteht. Das Glas kann nach Wunsch oder Bedarf verstärkt sein. Ein solches aus einer dicken Glasschieht und einem steifen Polycarbonatfilm bestehendes Laminat hat nach seir.sr Art keine Flexibilität, so daß sich in einen Unfall verwickelte Personen auch hier beim Aufprallen auf die Verglasung eines Fahrzeuges schwere Kopfverletzungen zuzogen.

Die U.S.-PatentSchriften 3 427 770 und 3 630 812 beschreiben zweischichtige Windschutzscheiben, die aus einer mit einer

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steifen Kunststoffolie verbundenen Glasscheibe bestehen. Bei den Laminaten nach diesen Patentschriften steht die Glasscheibe soweit über die aufgeklebte Kunststoffolie hinaus, daß diese beim Einlegen des Laminats in den für die Windschutzscheibe bestimmten Rahmen sich gänzlich außerhalb des Rahmens befindet und die Windschutzscheibe nur mit ihrer von der Folie unbedeckten Randzone in dem Rahmen lagert. Mit dieser Ausgestaltung •der Windschutzscheibe will man erreichen, daß diese sich bei einer Aufprallberührung aus ihrer Einbettung «»löst, bevor sich Energien entwickeln, die zu ernsten' Verletzungen führen können.

Wenngleich sich bei Windschutzscheiben dieser Art in der Tat vermutlich nur geringe Aufprallenergien entwickeln, müssen sie nach den geltenden Vorschriften über die Sicherheit von Motorfahrzeugen als unsicher gelten. Nach der herrschenden Auffassung von der Sicherheit eines Motorfahrzeuges, wie sie amtlich beispielsweise in der U.S.-Vorschrift über die Sicherheit von Motorfahrzeugen Nr. 212, H • speziell über den Einbau von Windschutzscheiben in Personenwagen (Federal Motor Vehicle Safety Standard No. 212 - Windshield Mounting-Passenger Cars) niedergelegt ist, darf sich die Windschutzscheibe durch den Aufprall eines Insassen des Fahrzeuges bei einem Unfall nicht aus ihrer Rahmenver¹-ankerung lösen, damit dieser nicht aus dem Fahrzeug hinausgeschleudert wird. Das Windschutζscheiben-Laminat nach der Erfindung, bei dem die Glasscheibe und die mit dieser verbundene Kunststoffschicht einander decken, d.h. gleiche Größe haben, so daß beim Einbau des Laminats die Kunststoff· schicht selber auch im Rahmen eingebettet tat und ein Hin-

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ausgeworfenwerden des Laminats verhindert, stellt eine Windschutzscheibe dar, die sich nicht aus ihrem Rahmen löst, selbst wepn bei einem Unfall, der sich bei hoher Fahrgeschwindigkeit ereignet, ein Wageninsasse mit dem Kopf auf sie aufschlägt.

Aus dieser zusammenfassenden Darstellung des einschlägigen Standes der Technik geht hervor, daß man bis heute keine wirklich sichere Windschutzverglasung für Motorfahrzeuge kennt, mit der die Gefahr beseitigt wäre, daß Personen die bei einem Unfall auf sie Aufprallen, aus dem Fahrzeug herausgeschleudert werden, noch daß sie ernstliche Sohnitt- und Aufprallverletzungen erleiden. Einige der bekannten Windschutzscheiben sind starre, inflexible Gebilde, die '^einerseits wohl verhindern, daß Personen bei einem Unfall aus dem Fahrzeug herausgeschleudert werden, andererseits aber die Ursache von schweren AufprallVerletzungen sind. Andere bekannte Windschutzscheiben sind so Konstruiert, daß sie sich bei einem Unfall aus ihrer Rahmenverankerung lösen, bevor sich zu Verletzungen führende Aufprallenergien entwickeln können. Bei Windschutzscheiben dieser Art geraten die Insassen eines Fahrzeuges jedoch in die Gefahr, daß sie •aus dem Fahrzeug herausgeschleudert werden und sich auf andere Weise verletzen können.

Gegenstand der Erfindung ist eine Verglasungseinheit für Motorfahrzeuge, als Teil dieser Einheit, im besonderen eine Windschutzscheibe, die den bekannten Windschutzscheiben darin überlegen, d.h. sicherer als diese ist, daß bei einem Unfall Wageninsassen nicht nach außen geschleudert werden, und die dennoch so flexibel ist, daß sich keine zu ernstlichen Verletzungen führende Aufprallenergien entwickeln, wenn Wageninsassen mit dem Kopf auf sie aufschlagen.

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Die Verglasungselnheit nach der Erfindung besteht im wesentlichen aus einem Glasteil und einem zu dessen Befestigung dienenden Rahmen. Der Glasteil besteht im wesentlichen aus einer außenseitigen Schicht aus einem gleichmäßig getemperten Glas und einer mit der Glasschicht verbundenen flexiblen innenseitigen Kunststoffschicht von einer im wesentlichen gleichmäßigen Stärke von 0,254 bis 1,9 mm. Die Randzonen der Kunststoffschicht sind .an den Rahmen befestigt. Wenn man das Glas-Kunststoff-Laminat auf seiner Glasseite oder auf seiner Kunststoff- ' seite einer Schlagbeanspruchung von solcher Intensität aussetzt, dass die Glasscheibe zerbricht, dann verhindert die Kunststoffschicht durch ihre am Rahmen befestigte bzw. im Rahmen eingebettete Randzone, dass das zerbrochene Laminat sich entweder nach innen oder nach außen aus dem Rahmen herauslöst.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in vertikaler Ansicht im Schnitt eine Verglasungseinheit der erfindungsgemäßen Art;

Fig. 2 und 3 ebenfalls in vertikaler Ansicht und

im Schnitt weitere Ausführungsformen der Erlndung und

Fig. 4 A - E in schematischer Darstellung Muster von Windschutzscheiben von verschiedener Bauart, an denen das Zerbrechen der Laminate so dargestellt ist wie man annimmt, dass es geschieht, wenn ein Insasse eines Fahrzeuges bei einem Unfall mit seinem Kopf auf die Scheibe aufprallt.

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In den Figuren 1 bis 3 der Zeichnung bezeichnet die Ziffer 3 eine Windschutzscheibeneinheit, die in ihren wesentlichen Teilen aus einer Windschutzscheibe 5 und einem Rahmen 6 besteht. Die Windschutzscheibe 5 ist ein zweischichtiges transparentes Laminat, das im wesentlichen aus einer dünnen Scheibe aus einem verstärkten Glas 7 und einer mit dieser verbundenen dünneren flexiblen Kunststoffolie 9 besteht. Die Kunststoffschicht ist von gleichen Flächenausmaßen, d.h. von gleicher Größe und Gestalt wie die Glasschicht und hat eine 'solche Länge und Breite , daß sie an ihren Rändern im Rahmen befestigt ist und nicht herausgestoßen werden kann. Wenn daher die Windschutzscheibe auf ihrer Kunststoff seite einer Schlagbeanspruchung ausgesetzt wird, die so stark ist, daß die Glasscheibe zerbricht, wie es der Fall ist, wenn bei einem Unfall eine Person mit dem Kopf gegen die Windschutzscheibe geschleudert wird, verhindert , die Kunststoffschicht mit ihrer in den Rahmen eingelassenen Randzone, daß die Windschutzscheibe aus dem Rahmen herausspringt.

Nach der in Fig. 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform wird die Windschutzscheibe auf die Weise in dem Rahmen befestigt, daß man die flexible Kunststoffschicht in ihrer Randzone auf den Rahmenteil 6 aufklebt. Wenn die Windschutzscheibe unter eine Stoß- oder Schlagbeanspruchung gerät, die so stark ist, daß die Glasschicht 7 darunter zu Bruch geht, verhindert die Verbundhaftung zwischen dem Rahmen 6 und der Kunststoffschicht, daß sich die zerbrochene Windschutzscheibe aus dem Rahmen löst. Für die Befestigung der Windschutzscheibe auf dem Rahmen verwendet man zwischen diesem und der Randzone der Kunststoffschicht einen geeigneten Klebstoff 2. Der Klebstoff muß die Eigenschaft haben, daß

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er sich sowohl mit dem Rahmen als auch mit der Kunst· stoffschicht verbindet, und unter diesem Gesichtspunkt ausgewählt werden. Wenn beispielsweise der Rahmen aus Stahl und die Kunststoffschicht ein flexible· Polyurethan 1st, erzielt man gute Ergebnisse mit einem Polyurethankleber von der in der U.S.-Patentschrift 3 580 beschriebenen Art.

Nach der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist auf den Rahmen 6 ein mit Schlitzen versehenes, wulstartiges Band 6a aus Butylkautschuk aufgesetzt und in diesem das Glas-Kunststoff-Laminat so gelagert, daß sowohl die Kunststoffschicht als auch die Glasschicht erfasst werden. Indem das Band 6a die Kunststoffschicht 9 in ihrer Randzone umgreift, verhindert es, daß sich die Windschutzscheibe aus dem Rahmen löst, wenn sie bei einer Stoß- oder Schlageinwirkung zu Bruch gehen sollte. Wenn man die Windschutzscheibe auf die in Fig. 2 gezeigte Art in ihrem Rahmen lagert, sollte ihre innenseitige Kunststoffschicht zweckmäßigerweise fest mit dem Band 6a verbunden werden. Zu ■diesem Zweck bestreicht man die Kunststoffschicht 9 soweit sie in das Band 6a eingesenkt ist, und die ihr entsprechende Wand des Schlitzes im Band 6a mit einer dünneren (nicht gezeigten) Klebstoffschicht.

Nach der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform der Erfindung wird die Windschutzscheibe mit ihrer außenseitigen Glasschicht in den Rahmen 6 eingeklebt. Auch bei dieser Ausführungsform löst sich die durch Stoß- oder Schlageinwirkung zerbrochene Windschutzscheibe nicht aus ihrem Rahmen. Selbst wenn das Glas zerbricht, bleibt seine Randzone fest mit dem Rahmen verbunden. Diese Glas-Rahmen-Verbindung bewirkt zusammen mit dar starken Verbundhaftung

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zwischen dem Glas und der Kunststoffolie, daß die in ihrer Randzone fest auf dem Rahmen aufliegende Kunststofffolie die Windschutzscheibe nach einem Zubruchgehen im Rahmen festhält.

Man verwendet für die Kunststoffschicht 9 ein Material., das flexibel, optisch transparent und in einem bestimmten Grad abriebfest ist. Ferner muß das Material die Eigenschaft haben, daß es, als Folie mit einer dünnen Glasscheibe zu einer Windschutzscheibe verbunden, die Gefahr

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von Schnitt- und Aufprallverletztingen auf ein Mindestmaß verringert. Um diesen Erfordernissen zu entsprechen, muß das für die Kunststoffschicht zu verwendende Material flexibel sein, eine gute Zerreißfestigkeit haben und unter Umgebungsbedingungen fest auf der Glasscheibe haften. Die Kunststoffschicht muß in einem Maße flexibel sein, daß sie sich unter dem Aufprall eines Wageninsassen, bei dem die Windschutzscheibe zerbricht, verformen und als Diaphragma wirken kann, d.h. die Aufprallenergie möglichst absorbiert und Aufprallverletzungen auf ein Mindestmaß verringert. Die Kunststoffschicht muß ferner eine hohe Zerreißfestigkeit haben, d.h. sie soll bei Stoßeinwirkung möglichst nicht reißen, sondern durchstoßfest sein.

. Spezifischer gesprochen, hat die Kunststoffolie bevorzugt die folgenden Eigenschaften:

Sie hat, nach der A.N.S.I. (Code Z 26.1)-Methode (Versuch 18 für Kunststoffe) bestimmt, eine Abriebfestigkeit, die nach 100-Taber-Zyklen in einem Taber-Abriebtester einer Eintrübung um nicht mehr als 15% entspricht. Sie hat ferner

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'nach Ä.S.T.M.D.-1053-65 gemessen, einen relativ konstanten Gehman-Modul zwischen etwa -20 und 5O⁰C von 10 bis 10 '

2 ' des dreifachen Schermoduls in dyn/cm , bestimmt nach A.S.T.M.D.· 1053-65. Ferner hat sie eine gemessen nach A.S.T.M. D-638-64T

Zerreißfestigkeit von mindestens 70 kg/cm , bevorzugt von

2
141 bis 352 kg/cm . Schließlich hat sie, durch die nach dem

leicht abgewandelten Verfahren nach A.S.T.M. D-1876-61 T unter einem Winkel von 90 durchgeführte Abhebeprüfung festgestellt, mit der verstärkten Glasscheibe eine Verbundhaftung von 10 bis 200, bevorzugt von 20 bis 50 pounds pro inch. Die Abwandlung des A.S.T.M.-Verfahrens besteht darin, daß man die freie Seite der Folie mit einer Gaze aus rostfreiem Stahldraht abdeckt· Die Gaze soll verhindern, daß sich die Folie beim Abheben von ihrem Substrat verformt. Vorzugsweise ist die Verbundhaftung zwischen dem Glas und der Folie in der Randzone des zweichschichtigen Laminats stärker als in ■seinem Mittelteil. Hierdurch will man verhindern, daß in das Laminat Feuchtigkeit eindringt, da diese den Verbund zwischen dem Glas und der Folie ernstlich schwächen könnte. Eine starke Verbundhaftung in der Randzone schützt ferner gegen eine Delamination der beiden Schichten durch ein Verdrehen der Verglasungsöffnung, die eintritt, wenn das Motorfahrzeug auf ein Hindernis auffährt oder mit dem Wagenheber angehoben wird. Ferner ist eine starke Verbundhaftung in der Randzone des Laminats bei der Montage der Windschutzscheibe nach Fig. 3 sehr wichtig, weil hier die Kunststoffschicht 9 im Verbund mit dem Glas zur Befestigung der Windschutzscheibe in ihrem Rahmen dient. Daher sollte das Glas-Kunststoff-Laminat in seiner Randzpne eine Verbund haftung von etwa 17,8 bis 35,7, bevorzugt von 26,8 bis 35,7 kg/cm (etwa 100 bis 200, bevorzugt 150 bis 200 pounds pro lineal inch) haben.

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Neben der Kunststoffolie, für deren Eignung für die Zwecke der Erfindung eine Reihe von an anderer Stelle genannten physikalischen Eigenschaften erforderlich ist, muß auch das aus verstärktem dünnen Glas und einer Kunststoffolie der beschriebenen Art hergestellte und zur Verglasung von Motorfahrzeugen bestimmte zweischichtige Laminat bestimmte physikalische Eigenschaften haben. Mindestnormen für die Verglasung von Motorfahrzeugen werden nach den im A.N.S.I. Code Z 26.1 beschriebenen Prüfungsmethoden ermittelt. Hiernach haben die zweischichtigen Laminate nach der Erfindung die in der folgenden Tabelle (I) genannten physikalischen Eigenschaften:

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Tabelle Eigenschaften von nach der Erfindung hergestellten zweischichtigen Laminaten

A.N.S.I. Code Z 26.1

Versuch Nr. gesessene Eigenschaft

2 9

12 15

Lichtbeständigkeit Lichtdurchlas s igke it

Stoßfestigkeit (Pfeil)

Stoßfe-Btigkeit (0,227 kg Kugel)

aptisehe Abweichung und Verzerrung

Durchstoßfest ike it

Ergebnis

Proben nach einer 117stündigen Bestrahlung mit ultraviolettem Licht unverändert

70% Proben nicht durchstoßen

nicht durchstoßen

nicht wahrnehmbar bei normalem Einfallwinkel ro

kein Durchs toßen ^er Proben ^

Der Tabelle I seien folgende Bemerkungen angefügt:

(1) Bei der Prüfung der Lichtbeständigkeit nach Versuch zeigte sich an den Proben weder eine sichtbare Vergilbung noch ein sichtbarer Verlust an Lichtdurchlässigkeit;

(2) bei der Prüfung der Durchstoßfestigkeit nach Versuch wurde die Arbeitsweise insofern leicht geändert, als das Laminat während der Schlageinwirkung auf seiner Kunststoffseite im Rahmen eingespannt war.

Es hat sich gezeigt, daß Polyurethanharze, ob thermoplastisch oder wärmehärtbar, die Eigenschaften haben, ^die sie für die Zwecke der Erfindung verwendbar machen. Besonders geeignet und mit Vorzug verwendbar sind hierbei thermoplastische Polyurethane. Thermoplastische Polyurethane sind in Folienform verfügbar. Wärmehärtbare Polyurethane werden dagegen vorzugsweise in flüssiger Form auf Glasscheiben aufgegossen und auf diese Weise mit dem Glas verbunden gehärtet.

Die Polyurethane sind im besonderen wegen ihrer Felxibilität und ihrer guten Festigkeitseigenschaften geeignet. Sie sind ferner transparent, gegen Atmosphärilien undurchlässig und haben eine gute Abriebfestigkeit und bleiben unbeschränkt mit dem getemperten Glas verbunden. Als wärmehärtbar bezeichnet man ein Polyurethan, wenn zwischen seinen Polyurethanketten Vernetzung eintritt. Eine solche Vernetzung findet beispielsweise statt, wenn man Voraddukte von Polyurethanen, d.h. aus einem Diisocyanat und einem Diol hergestellte lineare Polycarbamatester, die endständige Isocyanatgruppen enthalten, mit einem tri- funktionellen Härtemittel, beispielsweise einem Glykol mit

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drei oder mehr Hydroxylgruppen und /oder einem PoIyatnin mit drei oder mehr Aminogruppen, härtet. Als thermoplastisch bezeichnet man ein Polyurethan dann, wenn es im wesentlichen nur lineare Polyurethankestten enthält und zwischen diesen Ketten im wesentlichen keine oder nur eine minimale Vernetzung stattfindet. Die thermoplastischen Polyurethane werden unter dem Einfluß von Wärme und Druck fließend und können daher zu Folien extrudiert oder kalandriert werden. Die wärmehärtbaren Polyurethane dagegen sind in der Wärme unter Druck nur unbefriedigend fließbar. Außerdem zeigen ; auch Folien, die man aus ihnen auf dem Wege der Extrusion oder Kalandrierung herstellt, Linien bzw. Walzeneindrücke, was in den transparenten Folien optische Verzerrungen und Trübheit hervorruft und sie für die Verwendung in zweischichtigen Windschutzscheiben ungeeignet macht. Wärmehärtbare Polyurethane müssen daher entweder im flüssigen Zustand auf die verstärkte Glasscheibe aufgegossen und darauf gehärtet oder mit geeigneten Mitteln zu vorgeformten, von optischer Verzerrung freien Folien von gleichmäßiger Stärke vergossen werden. Verfahren, nach denen man hierbei arbeiten kann, werden an einer späteren Stelle beschrieben.

Wärmehärtbare Polyurethane, wie man sie in der vorliegenden Erfindung verwendet, sind in der U.S.-Patentschrift 3 509 beschrieben. Es handelt sich bei ihnen um die Umsetzungsprodukte von organischen Polyisocyanaten und einem Glykol, die mit einer organischen Verbindung, mit mindestens drei aktiven Wasserstoffatomen vernetzt sin'd. Zweckmäßigerweise stellt man zunächst durch die Umsetzung eines organischen

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Polyisocyanate mit einem Glykol ein Voraddukt mit einer endständigen Isocyanatgruppe her* Dieses Voraddukt bzw. Präpolymere bildet die eine Komponente eines aus zwei Komponenten bestehenden Systems, dessen andere Komponente das Härtemittel ist. Man mischt die beiden Komponenten unmittelbar vor der Verwendung.

Man stellt die bevorzugt verwendeten thermoplastischen Polyurethane auf die Weise her, daß man ein organisches Polyisocyanat mit einem langkettigen Glykol und einer Verbindung, die pro Molekül zwei mit den Isocyanatgruppen reagierende aktive Wasserstoffatome enthält, um-setzt. Man führt die Umsetzung durch, bis sich eine feste, thermoplastische Masse gebildet hat, und bricht sie.dann ab. Aus der erhaltenen Masse stellt man durch Extrusion, durch Kalandrieren oder durch Verpressen Folien her. Thermoplastische Polyurethane dieser Art und das Verfahren zu ihrer Herstellung sind, in der "Transparente und schlagfeste Pöly(ester-urethan)-Laminate (Transparent, impact-resistant Poly(ester-Urethane)-laminates") betitelten, am 10. April 1972 unter dem Aktenzeichen . beim U.S. Patentamt eingereichten Patentanmeldung beschrieben, die eine Fortsetzungsanmeldung der Ahmeldung Ser. No 154,944 ist.

In dem als Windschutzscheibe verwendeten Glas-Kunststoff-Laminat nach Fig. 1 und 2 hat die innenseitige Kunststoffschicht 9 eine gleichmäßige Stärke von etwa 0,254 bis 1,905 mra, bevorzugt von etwa 0,508 bis 1,27 mm. Kunststoffschichten von einer Stärke von weniger als 0,254 mm werden nicht empfohlen, weil sie unter Stoßeinwirkung leicht reißen. Beim Zerreißen der Kunststoffschicht würde sich die Durchstoßfestigkeit des Laminats verringern, und die Gefahr einstellen, daß bei einem Unfall ein .Wageninsasse mit einem Teil seines

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Körpers oder mit dem ganzen Körper durch die Windschutzscheibe gestoßen würde. Kunststoffschichten von einer Stärke von mehr als 1,905 mm sollten ebenfalls nicht «verwendet werden, weil sie die Starrheit des Laminats erhöhen und die Gefahr von Kopfverletzungen bei Aufprallunfällen vergrößern. Überdies erhöhen dicke Kunststoffschichten das Gewicht der Laminate und verringern deren Lichtdurchlässigkeit.

Auch die außenseitige Glasschicht 7 des Laminats hat eine einheitliche Stärke von etwa 1,27 bis 3,28 mm, vorzugsweise von etwa 1,905 bis 2,29 mm. Glasschichten mit einer Stärke von mehr als 3,28 mm sollten nicht verwendet werdenj weil sie die Starrheit des Laminats erhöhen und die Gefahr von Kopfverletzungen bei Aufprallunfällen vergrößern. Ferner bilden dickere Glasschichten einen stärkeren Widerstand bei der Wärmeübertragung und schaffen Entfrostungs- und Enteisungsprobleme. Andererseits sollten die Glasscheiben nicht schwächer als 1,27 mm sein, damit sie bei der Zurhandnahme und während der Lamination nicht zerbrechen.

Außer einer bestimmten Stärke sollten die Glas- und die Kunststoffschicht auch eine gleichmäßige Stärke haben, damit sich keine Unterschiede in der Lichbrechung ergeben. Der Unterschied in der Stärke von Kante zu Kante sollte sowohl bei der Glasschicht als auch bei der Kunststoffschicht nicht größer als +0,127 mm, bevorzugt nicht größer als + 0,0508 mm sein. Unterschiede in der Stärke von mehr als + 0,127 mm kann im Glas zu sogenannten "Keilbildungen" und im Effekt zur Doppelsichtigkeit führen. Ferner sollten durch Unterschiede in der Stärke der Glasschicht und der Kunststoffschicht weder in dieser noch in jener gekrümmte Flächenteile mit einem Linseneffekt entstehen.

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Wenn bei der Glasschicht oder bei der Kunststoffschicht der Unterschied in der Stärke und der Wechsel in der Stärke eine Dioptrie von 0,006 und mehr ergeben, wird durch Linseneinwirkung eine optische Verzerrung eintreten. Aus diesem Grund sollten die Glasschicht und die Kunststoffschicht über ihre gesamte Fläche hinweg eine gleichmäßige Stärke und an jeder Stelle ihrer Flächen eine Dioptrie von weniger als 0,006 haben.

Für die Glasschicht des erfindungsgemäßen zweischichtigen Laminats verwendet man ein Glas des bekannten Silikat-Typs, näherhin ein Natrium-Kalk-Silikat-Glas.

Die Art und Zusammensetzung von Silikatgläsern ist bekannt und beispielsweise von Kirk Ofchmer in der bei Interscience Encyclopedia Inc., New York, in New York erschienenen "Encyclopedia of Chemical Technology", Band 7, auf Seite 181 - 189 beschrieben worden. Von besonderem Interesse sind Gläser, die speziell für Ionenaustauschverfahren formuliert worden sind. Gläser dieser Art sind beispielsweise in der U.S.-Patentschrift 3 357 876 beschrieben. Man kann die Gläser nach bekannten Verfahren, beispielsweise nach dem in der U.S.-Patentschrift 3 083 551 beschriebenen Floatglas-Verfahren, nach dem Pittsburgh-Verfahren zur Herstellung von Scheibenglas, das auch.als PENNVERNON-Verfahren bekannt und in den U.S.-Patentsehriften

1 833 379, 1 833 380j 1 833 381 und 1 833 382 beschrieben ist, und nach dem in den U.S.-Patentschriften 2 473 090 und

2 505 103 beschriebenen kontinuierlichen Verfahrenj,"gur

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Herstellung von Spiegelglas herstellen.

Bevorzugt verwendet man ein nach dem Float-Verfahren hergestelltes Natrium-Kalk-Silikat-Glas, das 10 bis 15 Gew.% Na₂O; 0 bis 5 Gew.% K₂O; 5 bis 15 Gew.% CaO; 65 bis 75 Gew.% SiO ; 0 bis 10 Gew.% MgO; 0 bis 5 Gew.% B₂O₃; 0 bis 1 Gew.% Al₂O₃ und 0 bis 1 Gew.% Fe₂O₃ enthält. Ein Glas von dieser Zusammensetzung vereinigt nach dem gegenwärtigen Stand der Kenntnis am besten die geforderte optische Qualität mit günstigen Herstellungskosten.

Das im allgemeinen nach einem der genannten Verfahren hergestellte Glas wird dann in die für seine Verwendung als Windschutzscheibe in Motorfahrzeugen erforderliche Form gebogen und danach getempert.

Das Biegen von Glas ist bekannt und in Einzelheiten in den U.S.-Patentsehriften 3 136 618 und 3 248 196 beschrieben.

Das Tempern des Glases zum Zwecke seiner Verstärkung besteht darin, daß man es an seiner Oberfläche durch eine Druckverdichtung vorspannt. Diese Druckverdichtung der Glasschichten wird durch die Innenspannung des Glases ausgeglichen. Getempertes Glas ist unter der Bezeichnung HERCULITE im Handel erhältlich.

Man kennt gegenwärtig zwei Verfahrensweisen, nach denen man Glas verstärken kann: das thermische Tempern und das als chemisches Tempern bekannte chemische Verstärken des Glases durch ein Ionenaustauschverfahren. Beide Verfahren sind für die Zwecke der Erfindung geeignet.

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Das thermische Tempern besteht darin, daß man das Glas gleichmäßig über seine Spannungsgrenze bzw. Dehnungsgrenze (strainprint) hinaus erhitzt und dann durch ein schnelles Abkühlen der Glasflächen zwischen den Oberflächenschichten und der inneren Zone des Glases ein Temperaturdifferential oder einen Wärmegradienten herstellt, was bewirkt, daß beim Abkühlen der inneren Zone des Glases durch seine Spannungsgrenze.hindurch die Oberflächentemperatur des Glases um 121 bis 149 C, vorzugsweise um 129 bis 141 C tiefer liegt als die Temperatur in seiner inneren Zone. Das thermische Tempern von Glas ist bekannt und beispielsweise in der U.S.-Fatentschrift 3 600 beschrieben.

Dem thermischen Tempern in einem gewissen Grad ähnlich ist das ebenfalls bekannte chemische Tempern. Beschrieben ist das chemische Tempern beispielsweise in einem Aufsatz, der unter dem Titel "Stresses in Glass Produced by Non-Uniform Exchange of Monovalent Ions" im "Journal of the American Ceramics Society", Heft vom Februar 1962, erschienen ist.

Um-ein Alkali-Silikat-Glas, beispielsweise ein Natron-Kalk-Silikat-Glas, chemisch zu tempern, verfährt man in . der Regel auf die Weise, daß man eine Glasscheibe solange bei einer^Temperatur, die vorzugsweise über 474⁰C, aber "unterhalb der Spannungsgrenze des Glases liegt, mit einem Kaliumsalz in Berührung hält, daß in der Oberflächenzone des Glases ein Ionenaustausch stattfindet. Es ist zweckmäßig, die Glasscheibe in ein Schmelzbad eines Kaliumsalzes, bevorzugt in ein Kaliumnitratbad einzutauchen. Man nimmt an, daß hierbei ein Ionenaustausch stattfindet, wobei, offenbar im Austausch mit den in der Oberflächenzone- der Glasscheibe vorhandenen kleineren Natriumionen, Kaliumionen aus dem Schmelzbad des Kaliumnitrats in die Oberfläche

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des Glases übergehen. Man nimmt an, daß durch die Zusammendrängung der größeren Kaliumionen in den durch die Abwanderung der kleineren Natriumionen freigewordenen Räumen ein die Oberflächenschicht des Glases verdichtender Druck ausgeübt wird. Gläser, die Lithium enthalten, werden auf die Weise chemisch getempert, daß man in ihnen bei einer unter der Dehnungsgrenze liegenden erhöhten Temperatur die größeren Natrium- und /oder Kaiiumionen gegen die kleineren Lithiumionen austauscht.

Verfahren zum chemischen Tempern von Glas sind bekannt und beispielsweise in den U.S.-Patentschriften 2 779 136 und 3 357 876 beschrieben.

Man kann Glas auch auf die Weise verstärken, daß man es zuerst thermisch und danach auf die Weise chemisch tempert, daß man es einmal oder mehrmals in einem Schmelzbad von Alkalisalzen eintaucht, das auf eine höhere Temperatur erhitzt, aber unterhalb der beim thermischen Tempern verwendeten Temperatur gehalten wird. Durch diese Kombination der beiden Temperverfahren wird auf die Glasfläche bei geringerer Tiefenwirkung als beim thermischen Tempern ein höherer Verdichtungsdruck ausgeübt. Das Ergebnis ist ein stärkeres Glas als man es erhält, wenn man es nur thermisch tempert. Ein Kombinationsverfahren dieser Art ist in der U.S.-Patentschrift 3 287 200 beschrieben.

Wichtig ist, daß ein Glas völlig und gleichmäßig getempert

2 wird, d.h. daß ein Verdichtungsdruck von mindestens 1406 kg/cm ,

bevorzugt von mindestens 2109 kg/cm angewandt wird

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(Bruchfestikeit; abraded resistance to fracture) und daß dieser zwischen zwei Punkten auf der Glasfläche im wesentlichen gleichmäßig ist. Unter "im wesentlichen gleichmäßig" soll verstanden werden, daß die Glasscheibe keine Temperaturunterschiede von mehr als

. etwa 10% aufweisen soll, Es wurde festgestellt, daß eine durchgehend und gleichmäßig verstärkte Glasscheibe

■ als Außenschicht zusammen mit einer flexiblen Kunststoffinnenschicht ein Laminat mit einer besseren Diaphragmawirkung ergibt,als Windschutzscheiben der bekannten Art sie haben. Dieser Vorteil, den die erfindungsgemäßen Laminate gegenüber bekannten Laminaten haben, wird aus den Darstellung in Fig. 4 der Zeichnung ersichtlich. 4 (A) zeigt darin in idealisierter Darstellung die Art der Splitterbildung beim Zubruchgehen einer konventionellen Windschutzscheibe aus dreischichtigem Sicherheitsglas, wie sie eintreten würde, wenn bei einem'Unfall ein Wageninsasse mit dem Kopf gegen die Windschutzscheibe geworfen würde. Im Idealfall verlaufen hierbei die Bruchflächen Ha der beiden Glasplatten 7 so zueinander, daß sich die KunstStoffinnenschicht 9 dehnen und, indem sie als Diaphragma wirkt, die Aufprallenergie absorbieren kann. Es ist jedoch unwahrscheinlich, daß bei einer Zertrümmerung der Windschutzscheibe in der Wirklichkeit die Bruchzonen der beiden Glasplatten so einander zugeordnet verlaufen, wie es in der Zeichnung dargestellt ist. Überdies bestehen bei dreischichtigen Laminaten der herkömmlichen Art beide Glasschichten aus entspanntem Glas uxid dieses bildet beim Zerbrechen größere Bruchstücke, wie es in Fig. 4 (B) in etwa anschaulich gemacht ist. Da es folglich nur wenige Bruchstellen gibt und da ferner d£© Wahrscheinlichkeit gering ist, daß die Bruchaomö« is gleicher Flucht verlaufen, kann eich nur ain geringem Teil

309814/0342

der Kunststoffzwischenschicht bei 11b dehnen und Aufprallenergie absorbieren. Man kann dies in einem bestimmten Grad dadurch verbessern, daß man, wie in Fig. 4 (C) durch die Ziffer 7' angezeigt, für die eine der Glasschichten oder für beide Glasschichten getempertes Glas verwendet. Da eine getemperte Glasscheibe an mehr Stellen zerbricht als eine entspannte Glasscheibe, besteht eine größere Wahrscheinlichkeit, daß die Bruchzonen der beiden Scheiben, wie durch die Ziffer lic angezeigt, in einer Flucht verlaufen und daß hierdurch ein größerer Anteil der Zwischenschicht zur Dehnung freigegeben wird. Jedoch entstehen auch hier in beiden Scheiben viele Bruchzonen llcc, die nicht einander deckend verlaufen. Fig. 4(D) zeigt ein mit entspanntem Glas hergestelltes zweischichtiges Glas-Kunststoff-Laminat, das eine weitere Verbesserung darstellt. Da eine zweischichtige Windschutzscheibe nur eine Glasscheibe (7) hat, kann die Kunststoffschicht 9 an jeder Brachstelle Hd der Glasscheibe 7 sich dehnen und Aufprallenergie absorbieren. Da entspanntes Glas bei einer Stoßeinwirkung nur an verhältnismäßig wenigen Stellen zerbricht, wird, wie durch die Ziffer Hd angezeigt, nur ein geringer Teil der Kunststoffschicht für die Dehnung frei.

Eine weitere bedeutende Verbesserung bei zweischichtigen Laminaten wird dadurch erzielt, daß man, wie in Fig. 4 (E) dargestellt, für die Glasschicht (/) ein durchgehend und gleichmäßig getempertes Glas verwendet. Da das getemperte Glas 7* an mehr Stellen als entspanntes Glas bricht, kann sich ein größerer Teil der Kunststoffschicht ausdehnen und demzufolge werden von der Kunststoffschicht größere

Energiemengen absorbiert als b«i Jedem dar Laminat« nach

30S8U/0342

22Λ7644

Fig. 4 (A) bis (D). Diese Feststellung wird in dieser Beschreibung an anderer Stelle durch Vergleichsversuche bestätigt.

Das nach der Erfindung hergestellte, aus einer dünnen, verstärkten außenseitigen Glasschicht und einer mit dieser klebend verbundenen flexiblen innenseitigen !Kunststoffschicht bestehende Verglasungsmaterial für Motorfahrzeuge, bei dem die Glasschicht und die Kunstistoffschicht gleiche Flächengröße haben, so daß, wie das Glas, auch die Kunststoffschicht in ihrer Randzone in den dafür vorgesehenen Rahmen eingelassen ist, bietet, als Windschutzscheibe an Motorfahrzeugen verwendet, durch seinen überraschend niedrigen Aufprallindex, durch seine die Möglichkeit von SchnittVerletzungen weitgehend ausschaltende Eigenart und durch seine hohe Durchstoßfestigkeit größeren Schutz als die handelsüblichen und bis jetzt gebräuchlichen dreischichtigen Verbundglasarten oder auch als andere zweischichtige Laminate. Die Verbesserungen, die das erfindungemäße Verglasungsmaterial in den genannten Punkten zeigt, sind nicht allein dem Fehlen einer innenseitigen Glasschicht zuzuschreiben^ Sie verstärken* sich noch, wenn man eine außenseitige Glasschicht aus getempertem Glas verwendet. S₀ werden durch die Verwendung Von getempertem Glas als Außenschicht Beschädigungen von aus.dem erfindungsgemäßen Verglasungsmaterial hergestellten Frontscheiben durch auftretenden Straßensplit wie auch ein Zubruchgehen des Materials bei der Herstellung auf ein Mindestmaß verringert. Der Grad der Verbesserungen, den eine nach der Erfindung mit getempertem Glas als Außenschicht hergestellte zweischichtige Windschutzscheibe im Hinblick auf die genannten Eigenschaften erfährt, wird dann besonders eindrucksvoll, wenn man damit eine ebenfalls zweischichtige.

3098U/03A2

22476U

aber mit entspanntem Glas als Außenschicht hergestellte Windschutzscheibe vergleicht. Dies geschieht in den Beispielen wie gesagt, zweischichtige Windschutzscheiben nach der Erfindung, d.h. solche mit getemperem Glas als Außenschicht, mit entsprechenden zweischichtigen, Jedoch mit entspanntem Glas als Außenschicht hergestellten Windschutzscheiben verglichen werden. Für den Vergleich werden Versuchsmethoden verwendet, die die Industrie zur Fest-.stellung der Sicherheitsleistung von Automobilwindschutz-' . scheiben entwickelt hat. Geprüft werden die Windschutzscheiben auf ihren Aufprallindex, auf die Möglichkeit von Schnittverletzungen, die Insassen eines Fahrzeuges sich beim Aufschlagen auf eine Windschutzscheibe zuziehen können, sowie auf ihre Durchstoßfestigkeit' und auf ihre Festigkeit gegen auftreffenden Straßensplit. Man prüft die Windschutzscheiben durch einen simulierten Zusammenstoß ferner auf ihre Verankerung in dem sie tragenden Rahmen.

Der Aufprallindex bezeichnet die Stärke der Verzögerungskräfte, die auf den Kopf eines Wageninsassen beim Aufprallen auf die Windschutzscheibe wirken. Man kennt zwei Techniken, nach denen der Aufprallindex gemessen wird, den Schlittentest und den mit einer 9,97 kg schweren Kugel durchgeführten Kugelfalltest. '

Zur näheren Information über den Schlittenversuch sei hingewiesen (1) auf den im Ergänzungsband J 885 zum "Society of Automotive Engineers Handbook", 1964, veröffentlichten Aufsatz "Human Tolerance to Impact Condition· as Related to Motor Vehicle Design" und (2) auf den den Sitzungsbe-

3098U/0342

richten über die 10."Stapp"-Tagung (lOth Stapp Gar Crash Conferene) entnommenen und von der Society of Automotive Engineers im Dezember als Umdruck veröffentlichten Aufsatz "Use of a Weighted-Impulse Criteria for Estimating Injury Hazard" von J. P. Danforth und C. W. Godd. Der Schlittentest zur Bestimmung des Aufprallindex besteht kurz gesagt darin, daß man eine Puppe von der mittleren Größe und dem mittleren Gewicht eines Menschen (175 cm/ 74 kg) mit einer bestimmten Geschwindigkeit gegen ein Verbundscheiben-Sicherheitsglas, gewöhnlich ein Sicherheitsglas in der Form einer Windschutzscheibe, schleudert. Die Puppe sitzt auf einem Autositz, der auf dem Schlitten befestigt ist. Der Schiitten.wird durch Druckluft ange- . trieben und, auf die gewünschte Aufprallgeschwindigkeit . gebracht, durch einen unmittelbar vor einer Windschutzscheibe angeordneten hydraulischen Verzögerungszylinder plötzlich zum Halten gebracht. Hierbei wird die Puppe infolge ihres Beharrungsvermögens in die Windschutzscheibe geschleudert. Der Aufprall geschieht etwa 12,7 bis 15,2 cm unterhalb der oberen Rahmenlinie der Scheibe. Es hat sich gezeigt, daß dies die Stelle ist, an der bei den meisten ' Autounfällen Insassen gegen die Windschutzscheibe geschleudert werden. Die zu testende Windschutzscheibe wird in einem normalerweise für Windschutzscheiben verwendeten Rahmen über dem Gleitweg des Schlittens angördnet und zwar unter einem Winkel, unter dem der Rahmen und mit ihm die Windschutzscheibe im allgemeinen in Automobile eingebaut wird.

Man mißt die Verzögerungskräfte, die im Kopf der Puppe beim Aufprall auf die Windschutzscheibe ausgelöst werden, mit biaxialen Beschleunigungsmessern, die man direkt hinter der Stirn der Puppe einsetzt. Die Beschleunigungsmesser registrieren die Verzögerungskräfte in Erdbeschleunigungs-

■ 309814/03*2

' ²⁶ ■ 22476U

einheiten "g" (9,81 m/sek.²) als Funktion der Zeit. Man trägt die erhaltenen Meßwerte in üblicher Weise graphisch auf, wobei man die Verzögerungskräfte als Ordinate und die Zeit in Millisekunden als Abszisse aufträgt. Der Aufprallindex (Q.I.) errechnet sich danach aus der Graphik durch die Summierung der Verzögerungskräfte in Erdbeschleunigungseinheiten "g" im Verhältnis zur Zeit nach der Danforth-Godd'sehen Gleichung

A.I. - , f g ^2>5 dt.

*Der· Aufprallindex errechnet sich aus der Fläche unter der Kurve, die durch das Auftragen der auf den Kopf der Puppe wirkenden Verzögerungskräfte als Funktion der Zeit entsteht. Man nimmt einen Aufprallindex von 1000 als die Kopfverletzungsschwelle bei Aufprallunfällen an. Er erhöht sich mit der Zunahme der Aufprallgeschwindigkeit«

Der mit einem 9,97 kg schweren freifallenden kopfförmigen Gewicht arbeitende Kugelfallversuch ist ausführlich in einer von R. G. Rieser und J. Chabal auf der 13. "Stapp- ■ Tagung (13th Stapp Car Crach Conference) über das Thema "Laboratory Studies on Laminated Saftey Glass and Installations on Performance" vorgelegten und von der Society for Automotive Engineers im Dezember 1969 als Umdruck herausgegebenen Arbeit beschrieben. Der Versuch besteht kurz darin, daß man aus verschiedenen Höhen ein 9,97 kg schweres kopfförmiges Gewicht auf ein 61 χ 91 cm messendes Prüflaminat fallen läßt. Man kann hierbei das Gewicht unter verschiedenen Winkeln auftreffen lassen; bevorzugt jedoch arbeitet man unter einem Winkel von 90°. Die Prüflaminate werden bei diesem Ver-

3 ü 9 8 U / 0 3 4 2

ORIGINAL INSPECTED

such in einen geeigneten Rahmen eingespannt. Man nutzt die durch den Aufprall auf das kopfförmige Gewicht wirkenden Verzögerungskräfte, wie bei dem Schlittentest, auf die Weise, daß man in das kopfförmige Gewicht einen linearen Beschleunigungsmesser einbaut, der die vertikalen Verzögerungskräfte in Erdbeschleunigungseinheiten "g" gegen die Zeit registriert. Der Aufprallindex errechnet sich danach auf die Weise, daß. man die Verzögerungskräfte als , Funktion der Zeit graphisch aufträgt und nach der Danforth-Godd'sehen Gleichung integriert. ₍

Man kann mit den vorstehend beschriebenen Versuchen, nämlich dem Schlittenversuch und dem mit einen 9,97 kg schweren kopfförmigen Gewicht arbeitenden Kugelfallversuch ferner auch den Grad der Schnittverletzungen ermitteln, die ein Wageninsasse sich beim Aufprallen auf die Windschutzscheibe zuzieht. Hierzu überzieht man den Kopf der Puppe oder das kopfförmige Gewicht mit einer doppelten Lage aus feuchtem Sämischleder. Nach Aufschlagen auf die Prüfscheibe stallt man den Grad der Beschädigung am Lederüberzug des Kopfes der Puppe oder des kopfförmigen Geichts fest. Aufgrund der Beschädigung des Leders unterteilt man den Grad der möglichen.Schnittverletzungen nach folgender Tabelle:

30.9814/0342

- 28 -Tabelle I

Grad der Schnittverletzung Verletzungsgrad Beschädigung des feuchten Sämischleders

1 flache Kratzer,

2 wenige untiefe Schnitte in der oberen

Lederschicht,

3 Schnitte und Riefen in der oberen

Lederschicht,

4 viele Schnitte und Riefen, davon

einige auch in der zweiten Lederschicht,

5 in großer Menge Schnitte und Riefen in

beiden Schichten.

Als die Durchstoßfestigkeit einer Windschutzscheibe bezeichnet man deren Fähigkeit, den Aufprall eines Körpers auszuhalten, d.h., nicht von einem aufprallenden Körper durchbrochen oder durchstoßen zu werden. Es versteht sich von selbst, daß an einer Windschutzscheibe eine hohe Durchstoßfestigkeit erwünscht ist, damit sie bei einem Unfall unter dem Aufprall eines Wageninsassen nicht durchbrochen und dieser aus dem Fahrzeug herausgeschleudert wird. Die Durchstoßfestigkeit einer Windschutzscheibe verringert ferner die Wahrscheinlichkeit, daß Wageninsassen sich bei einem teilweisen Durchstoßen der Scheibe schwer verletzen körrnen. Wenn nämlich ein Wageninsasse die Scheibe

3U9814/0342

22Ä76U'

mit seinem Kopf teilweise durchstößt, besteht die Gefahr, daß er sich im Gesicht und am Hals an Glaszacken schwer, sogar tödlich verletzen kann. Man kann die Durchstoßfestigkeit von Verglasungen an Motorfahrzeugen auf einer Reihe von Wegen bestimmen. Nach einer sehr einfachen Methode untersucht man die bei den obenbeschriebenen Schlittenversuchen verwendeten Prüflaminate nach dem Aufprall der Puppe und stellt fest, ob und gegebenenfalls in welchem Grad die innenseitige Kunststoffschicht durchrissen worden ist. Je stärker die Kunststoffschicht eines Laminats bei diesen Versuchen bei einer bestimmten Aufprallgeschwindigkeit der Puppe durchrissen wird, umso geringer ist ihre Durchstoßfestig-,keit. . . .

Die nachstehend beschriebenen Versuche dienen dem Vergleich eines nach der .Erfindung mit getempertem Glas hergestellten zweischichtigen Glas-Kunststoff-Laminats mit zweischichtigen Laminaten, zu deren Herstellung entspanntes Glas und dreischichtige Laminate zu deren Herstellung getempertes Glas verwendet wurde. Der Vergleich richtet sich auf

1) den Aufprallindex, der ■

a) nach dem Kugelfalltest mit einem 9,97 kg schweren, freifallenden kopfförmigen Gewicht und

b) nach dem Schlittentest bestimmt wurde;

2) den Grad der Schnittverletzungen

3) die Durchstoßfestigkeit.

3U93U/Ü342

22476A4

Man gibt den Versuchskörpern zuvor das Aussehen von

im Gebrauch stehenden Windschutzscheiben und rauht zu diesem Zweck ihre Außenfläche dadurch auf, daß

man ein Siliciumcarbid-Schmirgelleinen vom Typ 240 mit einer Gummiwalze von einer Länge von 15 cm und

einem Durchmesser yon S cm, die mit einem Gewicht von 23,1

beschwert ist, auf sie aufpreßt.

Beispiele 1 bis 20

Die Glas- und Kunststoffschichten der in den Versuchen nach diesen Beispielen verwendeten zwei- und dreischichtigen Laminate haben die in den Tabellen II bis V genannten Stärken.

Die Erklärung der in den Beispielen genannten Hinweisziffern (1) bis (13) findet sich am Ende der Beschreibung.

309814/0342

Tabelle II

Aufpral1index

σ co οο

*«■ ro

Versuche nach der Kugelfallmethode unter Verwendung eines 9,97 kg schweren kopfförmigen Gewichts bei einer Aufprallgeschwindigkeit von 30,4 km/h und einem Aufschlagwinkel von 90 . Beispiel Form des Glas-Kunststoff- Aufprallindex (6) bei

Schichtkörpers (l)

Polyurethan (0,762 mm) (2) entspanntes Floatglas (3,175 mm)

Polyurethan (0,762 mm) (2) thermetisch getempertes Spiegelglas (3,175 mm) (3)

entspanntes Floatglas (2,38-1 mm) Polyurethan (0,762 mm) entspanntes Floatglas (2,381 mm) (4)

Polyvinylbutyral (0,762 mm). (5) entspanntes Floatglas (3,175 ram)

Polyvinylbutyral (0,762.mm) (5) thermisch getempertes Spiegelglas (3,175 mm)

-1,1⁰C

21,1⁰C

43,3⁰C

234

160

208

145

291

113

189

Ps>

cr>

'87

Tabelle III Aufprallindex - Durchstoßfestigkeit - Grad der Schnittverletzungen

Versuche nach der Schli6tentestmethode; Größe der verwendeten Plangglaslaminate 61 χ 91 cm; Temperatur der Laminate während der Versuche 23,9°C; Aufschlagwinkel zur Horizontalen 35°;

Beispiel Form des Glas-Kunststoff-Schichtkörpers (1)

Aufschlagge* Aufprall- Rißbildung Grad der

schwindigk. index in d. Kunst- Schnitt-

(km/h) Stoffschicht Verletzungen

(cm)

Polyvinylbutyral (0,762 mm) (5) thermisch getempertes Flachglas (3,175 ram) 41,5

Polyvinylbutyral (0,762 mm) (5) entspanntes Floatglas (3,175 mm) 41,3

Polyurethan (0,762 mm) (2) Ί (8)

thermisch getempertes Flach- /

glas (3,175 mm) (3) . / 42,2

Polyurethan (0,762 mm) (2) thermisch getempertes Flachglas (3,175 mm) (3) } 43,1 257

172

336

356

12,7

K)

CD

CD CO 4P-IO

(noch) Tabelle III

Beispiel -Form des Glas-Runststoff-Schicht- Aufschlaggekörpers (1) schwindigk.

(km/h)

10

11

12 Aufprall- Rißbildung Grad der index in d. Kunst- Schnittstoffschicht Verletzungen (era)

Polyurethan (0,762 mm) (2) (8) entspanntes Floatglas (3,175 mm) 42,2

thermisch getempertes Flachglas (3,175 mm) (3) thermisch getempertes Flachglas (3,175 mm) (3,4) 41,8_

entspanntes Floatglas (2,381 mm) Polyvinylbutyral (0,762 mm) (5) entspanntes Floatglas (2,381 mm) 42,3

(4)

/7,62

53,3

NJ

ο ίο

Tabelle IV Aufprallindex - Durchstoßfestigkeit - Grad der Schnittverletzungen

Versuche nach Schlittentestmethode; gekrümmte Windschutzscheiben; Temperatur der Windschutzscheiben während der Versuche 23,9°C; Aufschlagwinkel zur Horizontalen

Beispiel Form des Glas- Kunststoff- Aufschlagge- Aufprall- Rißbildung Grad der Schnitt-Schichtkörpers (10) schwindigk. index in d. Kunst- Verletzungen

(km/h) stoffschicht

<^cm> L

13 Polyvinylbutyral (1,14 mm) (5) ' chemisch getempertes Flach glas (2,54 mm) (7) 32 254 0

14 Polyvinylbutyral (1,14 mm) (5) chemisch getempertes Flach glas (2,54 ram) (7) 41,5 315 0 1 *

15 Polyvinylbutyral (1,14 mm) (5) chemisch getempertes Flachglas (2,54 ram) (7) 48,9 588 0

(«och) Tabelle IV

Beispiel Form des Glas-Kunststoff-Schicht· körpers (10)

4P-KJ

16

17

18 Aufschlagge- Aufprall- Rißbildung schwindigk. index in d. Kunst-(km/h) Stoffschicht

Grad der Schnittverl et ztihgen

cm

entspanntes Floatglas (2,381 mm) Polyvinylbutyral (1,14 mm) (5) entspanntes Floatglas (2,381 mm)(4) 39,7

entspanntes Floatglas (2,381 mm) Polyvinylbutyral (0,762 mm) (5) entspanntes Floatglas (2,381 mm)(4) 39,9

entspanntes Floatglas (2,381 mm)

Poly-urethan (0,762 mm) (2)

entspanntes Floatglas (2,381 mm)(4) 41,7 854

954

985

2,54

CD

Tabelle V Aufprall index

gemessen bei verschiedenen Temperaturen und Aufprallgeschwindigkeiten unter Verwendung eines 9,97 kg schweren, freifallenden kopfförmigen Gewichts; Aufschlagwinkel 90 ;

Beispiel Form des Glas-Kunststoff-Schichtkörpers (1) Aufprallindex

ο . -l,ll°C/60,7 km/h 43,3°C/48,3 km/h '

co .

^ 19 Polyurethan (0,762 mm) (2)

2 entspanntes Floatglas (3,175 mm) 621 durchschlagen

*^ 20 Polyurethan (0,762 mm) (2)

thermisch getempertes Flachglas (3,175 mm) (3) 523 26t

fs» to

Beispiele 21 bis 24

Mari prüft zweischichtige, nach der Erfindung mit getempertem Glas hergestellte Windschutzscheiben und zum Vergleich zweischichtige Windschutzscheiben, die mit entspanntem Glas hergestellt sind, unter Bedingungen, die der Wirklichkeit nachge bildet sind, auf die folgende Weise auf ihre Festigkeit' gegen die Einwirkung von Straßensplitsteinen:

Man stellt Muster der Glas-Kunststoff-Laminate in einer Abmessung von 53,3 χ 53,3 cm her und spannt sie in Rahmen ein, die zur Vertikalen in einem Winkel von 60 bzw. 52 1/2° montiert sind. Dies sind annähernd die Winkel, unter denen Windschutzscheiben in Fahrzeugen eingebaut sind. Man beschiesst die Scheiben dann mit einer Steinschleuder auf ihrer Glasseite mit Glasmarbeln von einem Durchmesser von etwa 2 cm und einem Gewicht von etwa 11 Gramm und erhöht die Geschwindigkeit der Marbeln, die am Beginn der Versuche bei 32 km/h liegt,mit jedem Schuß und solange, bis die Scheibe unter einer auftreffenden Marbel zerbricht. In jedem Fall werden drei Scheiben geprüft und die Durchschnittswerte ermittelt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle VI verzeichnet.

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Tabelle VI

Ergebnisse der Versuche über die Beschädigung von Windschutzscheiben durch Straßensplit, durchgeführt mit Glasmarbeln von einem Durchmesser von 2 cm und einem Gewicht von 11,1 Gramm an zweischichtigen Glas-Runststoff-Laminaten der erfindungegemäßen und zu Vergleichszwecken an solchen der herkömmlichen Art.

Beispiel

Form des Glas-Kunststoff-Laminats (11)

Winkel 52 1/2°

Geschwindigkeit

Nr. Treffer der Marbel beim Zerbrechen der Scheibe (km/h)

Winkel 60

Nr. Treffer

Geschwindigk. d. Marbeln b. Zerbrechen d. Scheibe (km/h)

entspanntes Floatglas 16

(2,54 ran) 2 6

Polyurethan (0,762 mm) (2,8) 3 3 Durchschnitt 5

chemisch verstärktes Glas (12)1 13 (2,1mm) 2 18

Polyurethan (0,762 mm)(2,8) 3 15

78,9 70.8 62,8

70,8

133,6 165,8 173,8

4	5	16
5	10	8
6		17
Durchschnitt 9
4
5
6

56,3 111 94,9

fs>

Durchschnitt 15

160,9

Durchschnitt 14

86,9

181,9 (13) 135,2

181,9 (13) -4

cn

165,8 £

(noch) Tabelle VI 23

24

entspanntes Floatglas (3,175 mm) Polyvinylbutyral (0,762 mm) (5)

entspanntes Floatglas (2,54 mm) Polyvinylbutyral (0,762 mm) (5) entspanntes Floatglas (2,54 mm) (4)

Nr.

Kg/h Nr.

85,3

90,1

kg/h

115,9

114,3

Beispiel 25

7247644

Man stellt nach der U.S,«Patentschrift 3 427 770 eine zweischichtige Windschutzscheibe mit einer Innenschicht aus einem thermoplastischen Polyurethan von der im Beispiel 1 verwendeten Art und einer Außenschicht aus einem im Handel unter dem Namen CHEMCOR (12) erhältlichen, chemisch getemperten Glas her. Man läßt hierbei die Glas* scheibe in einer 2,5 cm breiten Randzone vom Polyurethan unbeschichtet. Im beschichteten Teil de? Scheibe iet das Polyurethan fest mit dem Glas verbunden«

Das für den Versuch nach diesem Beispiel verwendete zweischichtige Glas-Kunststoff-Latninat hat gekrümmte Form· Seine Krümmung entspricht den in der "National Automotive Glass Specification No. W 660" niedergelegten U.S. amerikanischen Vorschriften über Windschutzscheiben* Man legt die zweischichtige Windschutzscheibe derart in einen Rahmen, wie er für Windschutzscheiben gebräuchlich ist und man ihn in den Beispielen 13 bis 18 für die Versuche nach der Schlittenmethode verwendet, ein, daß sie nur in ihrer Randzone festgehalten wird. Den Schlittenversuchen nach Bei· spiel 13 bis 18 unterworfen, zerbricht die Windschutzscheibe bei einer Geschwindigkeit von 26,7 km/h, löst sich dabei jedoch nicht aus dem Rahmen. Bei einer Geschwindigkeit von 30,7 km/h bricht eine Windschutzscheibe de? bfiejirtebenen Art nicht nur, sondern sie löst sich auch aus dem Rahmen, so daß die Testpuppe teilweise in die entstehende öffnung eindringt.

Eine zweischichtige Windschutzscheibe nach dir Erfindung, bei der die innenseitige Kunststoffschicht und die außen-

3098U/03W

seitige Schicht aus getempertem Glas gleichflächig sind und folglich auch die Kunststoffschicht im Rahmen gelagert ist, löst sich dagegen selbst bei einer Schlittengeschwindigkeit von 61,2 km/h nicht aus dem Rahmen· Obwohl die Wind-' ■ schutzscheibe zerbricht, wird sie von der aufprallenden Puppe nicht durchstoßen. ,

Erläuterungen zu den in den Beispielen enthaltenden Hinweisziffern- (1) bis (13).

Zu (1): Man stellt die dreischichtigen Laminate auf die

Weise her, daß man die Kunststoffschicht zwischen zwei Glasscheiben einlegt und den Schichtkörper

dann 45 Minuten in einem auf 135 bis 176,7⁰C er-

2 hitzten Autoklaven unter einem Druck von 14 kg/cm hakt. Die verwendeten zweischichtigen Laminate stellt man auf die Weise her, daß man zwischen der Kunststoffschicht und einer der Glasschichten eines wie vorstehend beschrieben aus drei Schichten aufgebauten Laminats eine 0,0254 mm starke Schicht aus einem unter dem Namen TEDLAR handelsüblichen Trennmittels der DuFont Chemical Company einlegt, mittels · derer man die ihr benachbarte Glasschicht abheben kann. Die Laminate haben eine Abmessung von 61 χ 91 cm. Dem auftreffenden Gewicht zugewandt ist bei den zweischichtigen Laminaten die KunstStoffseite. Wenn ein entsprechender Hinweis fehlt, wurde bei der Herstellung der Laminate kein Haftvermittler oder Inhibitor verwendt.

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Zu (2): Man stellt die für die Polyurethanschicht verwendete Zubereitung wie folgt her; >

Man trocknet ein Gemisch aus 785,6 Gew.Tl. eines PoIy(I,4-butylenadipat)polyesters mit einem Molekulargewicht von 1965, der Hydroxylzahl 57 und der Säurezahl 0,5 und 707,4 Gew.Tl. eines PoIy-(l,4-butylenadipat)polyesters mit einem Molekulargewicht von 1014, der Hydroxylzahl 111 und der Säurezahl 0,5, indem man es zur Entfernung von Spuren von Wasser in einem Reaktionsbehälter aus Glas etwa drei Stunden unter Rühren bei einem Druck von 3 mm Hg auf 100 bis 105°C erwärmt. Man entspannt unter Einleiten von gereinigtem Stickstoff, setzt dem trockenen Polyestergemisch unter Rühren 260,6 GewTl. 0,03% Wasser enthaltendes 1,4-Butandiol im Laufe einer Minute bei 93 C zu und erwärmt das Gesamtgemisch in 15 Minuten auf 95 C. Dem homogenen Gemisch setzt man im Laufe einer Minute 1046,8 Gew.Tl 4,4^l-Methylen-bis-(cyciohexylisocyanat) mit einem Stereoisomerenverhältnis von 55% trans und 45% eis.zusammen mit 0,28 Gew.Tl. (0,01% der Gesamtmenge der Reaktanten) Dibutylzinndilaurat als Katalysator zu. Man setzt sowohl das Butandiol als auch das Diisocyanat mit einer Temperatur von 22°C zu. Während ihrer Zugabe herrscht im Reaktor eine Stickstoffatmosphäre. Man hält das Gemisch etwa eine Minute lang unter starkem Rühren. Während dieser Zeit steigt die Temperatur von 80 auf 95⁰C an. Man gibt das Gemisch dann in einen Polytetra fluorethylen beschichteten trocknen Reaktor, ver-

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schließt den Reaktor und stellt ihn etwa zwei . Stunden in einen auf 130 G erwärmten und laufend mit Stickstoff gespülten Frischluftofen. Das Polymere hat hierbei eine Temperatur von etwa 143 G. Am Ende dieser Zeit ist die Umsetzung zum Polyurethan praktisch beendet. Infrarot-spektrömetrisch ermittelt, hat das Polymere einen NCO^Gehalt von 0,07 Gew.%. Man läßt das halbfeste Polymere abkühlen, nimmt es aus dem Reaktor heraus, zerkleinert es, zermahlt es. in einer Mühle mit einer 82,2 C warmen Hinterwalze und kalandriert das Mahlgut auf einem Dreiwälzkalander/ dessen obere Walze eine Temperatur von 121,1 C, dessen mittlere Walze eine Temperatur von 107,2⁰C und dessen untere Walze eine Temperatur von 101,7⁰G hat, zu Folien von einer Stärke von 0,762 mm und einer Breite von 35,6 cm. Das Polymere hat vor dem Mahlen und Kalandrieren in einer 0,5%igen Konzentration in N-Methyl-2-pyrolidon bei 30 C eine inhärente Viskosität von 1,4 und einen NGO-Gehalt von 0,07%. Die inhärente Viskosität ist nach dem Kalandrieren mit dem Weft 1,41 praktisch unverändert.

Zu (3): Die thermisch getemperte Glasscheibe hat eine Bruch-

2 festigkeit von etwa 1892 bis 1968 kg/cm .

Zu (4): Verwendet wird ein dreischichtiges Laminat.

Zu (5): Als Polyvinylbutyral verwendet, wird das sich durch eine hohe Durchstoßfestigkeit auszeichnende SAFLEX der Monsanto Company.

Zu (6)i Der Aufprallindex wird, wie gezeigt,bei dreiver-

3038U/03A2

schiedenen Temperaturen gemessen.

ZtI (7)S;Das chemisch getemperte Glas ist nach dem Ü.S.Patent 3 357 876 hergestellt und wird vor der Prüfung auf seiner dem Aufprall der Puppe aus· gesetzten Seite angerauht.

Zu (8): Bei der Herstellung der in den Beispielen 8,9, 10,11,21 und 22 verwendeten Laminate wird N-(Beta-aminoäthy1)gamma-arainopropyltrimethoxysilan als Haftvermittler zugesetzt.

Zu (9): Der Kopf der Puppe durchschlägt das Laminat völlig. Zu(IO): Verwendet wird eine Windschutzscheibe entsprechend

den in den "National Automotive Glass Specifications Nr. W 660" niedergelegten U.S. amerikanischen Vorschriften.

Zu(Il): Man stellt die dreischichtigen Laminate auf die . . Weise her, daß man die Kunststoffschicht zwischen zwei Glasscheiben einlegt und den Schichtkörper dann 45 Minuten in einem auf 135 bis 176,7⁰C er-

2 * hitzten Autoklaven unter einem Druck von 14 kg/cm hält. Die verwendeten zweischichtigen Laminate stellt man auf die Weise her, daß man zwischen der Kunststoffschicht und einer der Glasschichten eines aus drei Schichten aufgebauten Laminats eine aus R-671, einem von Dow Corning entwickelten Trennmaterial auf Silikonbasis bestehende Schicht einlegt, mittels derer man die ihr benachbarte Glasschicht abheben .kann. Die Laminate haben eine Abmessung von 30,5 χ 30,5 cm.

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Den auftreffenden Glasmarbeln zugewandt ist bei den zweischichtigen Laminaten die Glasseite.

Zu (12): Als chemisch verstärktes Glas verwendet wird das CHEMCOR der Corning Glass Works. Das Glas wurde 6 Stunden lang bei 482 bis 51O⁰C einem Ionenaustausch in einem Kaliumnitratbad unterworfen. Es hat, an seiner Bruchfestigkeit (abraded resistance to fracture) gemessen, eine Oberflächendruckfestigkeit von 3093 kg/cm .

Zu (13): Zerbricht nicht bei einer Geschwindigkeit der auftreffenden Glasmarbeln von 181,9 km/h, der mit einer Steinschleuder höchst erreichbaren Ges chwindigkeit.

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Claims

Patentansprüche

1.)Verglasungseinheit für Motorfahrzeuge, im wesentlichen bestehend

a) aus einem Rahmen und, in diesem gelagert,

b) aus einem Verglasungsmaterial,

gekennzeichnet durch

eine außenseit ige Schicht aus einem gleichmaß ig ver-

i stärkten Glas und, mit diesem verbunden ft) eine innenseitige flexible Kunststoffschicht von einer Stärke von 0,254 bis 1,905 mm, deren Randzonen an dem Rahmen befestigt sind,

wobei die in ihrer Randzone mit der Glasschicht im

Rahmen gelagerte Kunststoffschicht verhindert, daß

das Verglasungsmaterial beim Zerbrechen der außenseitigen

Glasschicht unter dem Aufprall eines Gegenstandes

auf seine Glasschicht oder seine Kunststoffschicht entweder nach innen oder nach außen aus dem Rahmen herausgelöst wird.

2. Verglasungseinheit für Motorfahrzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichent, daß die Kunststoffschicht in den Rahmen eingeklebt ist.

3. Verglasungseinheit für Motorfahrzeuge nach Anspruch 1,

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dadurch gekennzeichnet, daß die Glasschicht in den Rahmen eingeklebt ist·

4. Verglasungseinheit für Motorfahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen sowohl die Glasschicht als auch die

'Kunststoffschicht umgreift.

5. Verglasungseinheit für Motorfahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die außenseitige Glasschicht aus chemisch verstärktem Glas besteht.

6. V_erglasungseinheit für Motorfahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die außenseitige Glasschicht aus thermisch getempertem Glas besteht.

7. Verglasungseinheit für Motorfahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 6_; dadurch gekennzeichnet, daß die außenseitige Glasschicht eine Stärke von 1,27 bis 3,175 mm hat und daß bei der Kunststoffschicht der Unterschied in der Stärke und der Grad der einzelnen Stärkegefälle unter dem Maß liegen, bei dem sich eine Dioptrie von 0,006 und mehr ergibt.

8. Verglasungseinheit für Motorfahrzeuge nach einem

' der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man für die Glasschicht Floatglas, Spiegelglas oder Scheibenglas verwendet.

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9, Verglasungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet_y daß die Kunststoffschicht aus Polyurethan besteht.

10. Zweischichtige Windschutzscheibe für Motorfahrzeuge, gekennzeichnet durch

a) eine außenseitige Schicht aus einem chemisch getemperten und in seiner Gesamtfläche gleichmäßig verstärktem Floatglas von einer Stärke von 1,905 bis 2,29 mm und, mit dieser verbunden,

b) eine innenseitige Schicht aus einem flexiblen Polyurethan von einer wesentliclien gleichmäßigen Stärke, bei der der Unterschied in der Stärke und

der Grad der einzelnen Stärkegefälle unter dem Maß ' . liegen, das eine Dioptrie von 0,006 und mehr ergibt,

wobei die Kunststoffschicht und die Glasschicht gleiche Flächenausmaße haben.