Verbundglas sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft ein Verbundglas gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Verbundglas besteht bekanntlich aus zwei oder mehreren Gläsern, die mittels einer klebfähigen Zwischenschicht miteinander verbunden sind. Wird das Verbundglas als Sichtglas eingesetzt, ist eine möglichst ungestörte Durchsicht angestrebt. Im Falle von Verbundsicherheitsglas werden besonders hohe Anforderungen an die mechanische Festigkeit des Glaselementes gestellt. Oftmals werden auch beide Eigenschaften gefordert, z.B. bei Fahrzeugwindschutzscheiben, als Dachverglasung oder

einbruchhemmend an Gebäuden oder als beschusshemmende Verglasung an gepanzerten Fahrzeugen.

Es ist auch bekannt, Verbundglasscheiben beheizbar zu gestalten. Hierzu werden im Verbundmaterial metallisch leitende Elemente eingebaut, entweder als dünne metallische Beschichtung von innen liegenden Glasflächen oder mit einer zusätzlichen eingelegten elektrisch leitfähigen Folie oder mit eingebrachten Drahtheizfeldern, bestehend aus vielen dünnen Einzeldrähten, nebeneinander eingebettet in die

Schmelzfolie.

Der Nachteil all dieser Heizelemente besteht insbesondere darin, dass die klare Sicht durch das fertige Glaselement erkennbar beeinträchtigt wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein neuartiges Verbundglas zur Verfügung zu stellen, dessen Aufbau eine erhöhte Festigkeit und/oder eine verbesserte Durchsichtigkeit und/oder eine Beheizbarkeit erlaubt.

Die Aufgabe wird mit einem Verbundglas der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Des Weiteren wird die

Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Graphen ist ein zweidimensionaler Kohlenstoffkristall, der sich zum einen durch eine elektrische Leitfähigkeit und zum anderen durch eine extrem hohe Festigkeit auszeichnet. Des Weiteren wird von einer Lage Graphen das auftreffende optische Licht unabhängig von der Wellenlänge lediglich um circa 2,3% abgeschwächt.

Für die Zurverfügungstellung des Graphens wurde im Jahr 2010 der Physik- Nobelpreis vergeben. Praktische Anwendungen des Materials wurden nicht genannt. Die oben erwähnten physikalischen Eigenschaften sind jedoch ideal für die

Herstellung von Verbundglas, insbesondere Verbundsicherheitsglas.

So ist es vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verbundglas zur elektrischen Beheizung zu verwenden. Für die elektrische Beheizung kann eine einzelne Graphenschicht oder können mehrere übereinander oder nebeneinander angeordnete

Graphenschichten elektrisch kontaktiert werden. Der elektrische Kontakt kann über eine Kontaktschienen erfolgen, die eine oder mehrere Graphenlage(n) über eine ausgedehnte Lagenkante kontaktiert, z.B. entlang einer Kante des Verbundglases. Dies wird vorteilhaft an zwei einander gegenüberliegenden Kanten des

Verbundglases realisiert. Hierdurch kann eine gleichmäßige Durchströmung der betroffenen Lage erreicht werden.

Nötigenfalls kann die Heizleistung zusätzlich zum Graphen durch bekannte

Heizmittel, wie elektrisch leitfähigen Folie, eine leitfähige Beschichtung oder

Drahtheizfelder, erbracht werden. Dabei kann das Graphen solche bekannten Heizelemente jeweils direkt kontaktieren. Der gewünschte Heizeffekt kann dadurch schneller und vollflächig in die Glasfläche eingebracht werden.

Außerdem kann durch die eine oder mehreren Lagen des eingebrachten Graphens die mechanische Festigkeit und damit die Sicherheit des Verbundglases erhöht werden. Dadurch können einerseits die Bruchfestigkeit und die Beschussfestigkeit des Glaselementes wesentlich erhöht werden, andererseits kann bei gleich bleibender Festigkeitsanforderung die erforderliche Glasdicke von solchen

Glaselementen wesentlich reduziert werden. Die mindestens eine Lage des eingebrachten Graphens kann besonders die z.B. bei Fahrzeugwindschutzscheiben nach einem Glasbruch geforderte vernetzte

Restfestigkeit ohne Durchbruch erhöhen.

Die Flächenheizleistung des Graphens innerhalb eines Verbundglases kann durch Vergrößerung der Schichtdicke, z.B. durch mehrere Graphenlagen, die innerhalb der Fläche auch zumindest auf Teilflächen gegeneinander isoliert sein können, erhöht werden. Durch eine größere Schichtdicke der Graphenlage(n) kann auch die

mechanische Festigkeit des Verbundglaselements gesteigert werden.

Die Graphenschicht kann neben anderen Schichten, z.B. Kunststoffschichten zur Klebung und Verbundbildung, vorgesehen werden. Das Graphen kann vollflächig oder in einer oder mehreren Teilflächen in den Verbund eingebracht werden.

Die mindestens eine Graphenlage beeinträchtigt als dünnschichtiger poröser vernetzter Werkstoff bei Einbringung zwischen Glas und Schmelzfolie die Dauerfestigkeit der erforderlichen vollflächigen Klebeverbindungen zwischen den Gläsern und Schmelzfolien nicht oder nur vernachlässigbar gering. Demgegenüber kann eine im Stand der Technik verwendete dünne vollflächige Folie oder Glasbeschichtung die Stabilität der

Klebeverbindungen erheblich reduzieren.

Zur Herstellung kann die mindestens eine Graphenlage stabil und gleichmäßig auf eine oder mehrere Klebeschichten, die z.B. in Form einer oder mehrerer

Schmelzfolien vorliegen, ggf. jeweils auf beiden Folienseiten, aufgebracht werden.

Dies kann mittels einer Vorrichtung mit Wickeltrommel und einem auf das

Graphenmaterial angepassten Verlegekopf erfolgen, der manuell oder maschinell geführt wird. Dabei kann die zu belegende Schmelzfolie, ggf. mit Vakuum, auf der Trommelaußenfläche fixiert und bei drehender Wickeltrommel mit Graphen belegt werden. Der Verlegekopf ist dann je nach Verfügbarkeit und Art der Graphenlage(n) konstruiert, d.h. an das vorkonfigurierte Graphen angepasst.

Die Verlegung kann z.B. als eine oder mehrere zusammenhängende breite

Graphenspuren erfolgen. Alternativ kann die mindestens eine Graphenlage, z.B. weil sie als schmales Material, d. h. viel schmaler als die zu belegende Fläche, verfügbar ist, auch spiralförmig bündig als eine Abfolge von einzelnen Graphenspuren auf der Wickeltrommel verlegt werden. Dies kann mit einer zur Drehung der Wickeltrommel relativen Querbewegung des Verlegekopfes realisiert werden, z. B. in Richtung der Drehachse der Trommel. Damit ist eine gleichmäßige und vollflächige Belegung der Schmelzfolie mit Graphen möglich.

Alternativ kann die mindestens eine Graphenlage auch auf einer flächig

ausgebreiteten Klebeschicht, insbesondere Schmelzfolie, aufgebracht werden.

Es kann auch vorgesehen werden, im Bereich der Verbundglaskante eine die mindestens eine Graphenschicht unterbrechende Isolierspur einzurichten, die vorzugsweise zwischen der mindestens einen Kontaktschiene und der dahinter liegenden Verbundglaskante sowie parallel zur Verbundglaskante angeordnet ist. Diese Isolierspur ist vorteilhaft 4 mm oder mehr breit und unterbricht komplett die Graphenlage(n) zur Verbundglaskante hin, um Kurzschlüsse und Feuchteeintrag von der Glaskante aus ins Heizfeld hinein zu verhindern. Zur Herstellung der Isolierspur kann vor der Graphenaufbringung ein geeignetes Abdeckband, z.B. ein Klebeband, auf die Schmelzfolie aufgeklebt und nach der Graphenaufbringung wieder entfernt werden, so dass die Schmelzfolie auf der Breite des Klebebandes in jedem Fall graphenfrei bleibt, wodurch die Isolierspur gegeben ist.

Das Aufbringen der mindestens einen Graphenlage auf die Schmelzfolienflächen kann mit einem mechanischen oder chemischen Auftrageverfahren oder einer Kombination aus mechanischem und chemischem Auftrageverfahren durchgeführt werden.

Die elektrischen Eigenschaften des Graphens lassen sich durch den Einbau von Wasserstoffatomen beeinflussen. Mit Wasserstoffatomen versehenes Graphen wird auch Graphan genannt. Unter Graphen im Sinne dieser Erfindung wird auch das Graphan verstanden und jede stabile Zwischenform zwischen reinem Graphen und mit Wasserstoffatomen gesättigtem Graphan.

Im erfindungsgemäßen Verbundglas kann die mindestens eine Graphenlage als elektrische Leitungsschicht für weitere Effekte auf der gesamten Fläche des Verbundglases oder auf Teilflächen hiervon genutzt werden, z.B. für Leuchteffekte, Kondensatoreffekte, Solarkollektoreffekte und/oder elektrische

Glasscheibenverdunklungseffekte. Dabei können die für die Effekte notwendigen Bausteine mittels der mindestens einen Graphenlage elektrisch kontaktiert und hierüber gesteuert oder geregelt werden.

Im Folgenden wird anhand von Figuren eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbundglases dargestellt.

Figur 1 zeigt in Aufsicht und Fig. 2 im Querschnitt schematisch eine

Windschutzscheibe 1 , die aus zwei Glasscheiben 4 und 5, einer klebenden

Schmelzfolie 6 und einer Graphenschicht 7 zusammengesetzt ist. Außerdem sind an den Längskanten der Windschutzscheibe elektrisch kontaktierte Kontaktschienen 2 und 3 vorgesehen, die auch die Graphenschicht 7 kontaktieren. Durch Stromfluss durch die Graphenschicht kann Wärmeleistung an das Verbundglas abgegeben werden, so dass die Windschutzscheibe 1 beheizbar ist. Zwischen den

Kontaktschienen 2 und 3 und den benachbarten Kanten der Windschutzscheibe 1 ist jeweils eine Isolierspur 8 bzw. 9 vorgesehen, die an der jeweiligen Kante die

Graphenschicht, die aus einer oder mehreren Lagen Graphen bestehen kann, gegen Einfluss von außen schützt.