Verbundscheibe mit bereichsweiser erhöhter Oberflächendruckspannung sowie Fahrzeug mit derselben

Die Erfindung betrifft eine Verbundscheibe mit einer bereichsweise erhöhten Oberflächendruckspannung, ein Verfahren zu deren Herstellung, sowie deren Verwendung. Des Weiteren erstreckt sich die Erfindung auf ein Fahrzeug mit der erfindungsgemäßen Verbundscheibe.

Moderne Kraftfahrzeuge weisen als wichtigen Teil der Sicherheitsausstattung serienmäßig eine Vielzahl von Airbags auf, welche im Falle einer äußeren Krafteinwirkung auf das Fahrzeug, beispielsweise verursacht durch eine Fahrzeugkollision, die Fahrzeuginsassen schützen sollen. Bei einem Airbag handelt es sich um ein Prallkissen, das innerhalb von Millisekunden aufgeblasen wird, indem ein Nylonsack explosionsartig mit Gas aus einem Gasgenerator gefüllt wird. Durch entfaltete Airbags kann verhindert werden, dass Fahrzeuginsassen gegen Teile des Fahrzeuginnenraums stoßen. Die Gasfüllung von Airbags wird durch starke negative Beschleunigungen des Fahrzeugs ausgelöst, die weitaus größer sind als solche, die bei einer Vollbremsung des Fahrzeugs auftreten. Das Fahrzeug weist zu diesem Zweck entsprechende Beschleunigungssensoren auf, welche mit einem typischer Weise zentralen Steuergerät für die Airbags gekoppelt sind. Bekannt ist auch die Verwendung von Drucksensoren, insbesondere im Seitenbereich des Fahrzeugs, durch die Airbags im Falle einer Seitenkollision frühzeitig ausgelöst werden können.

Eine zentrale Aufgabe kommt den Frontairbags zu, die im Bereich des Lenkrads (Fahrer) oder Armaturenbretts (Beifahrer) verbaut sind. Die Frontairbags entfalten sich insbesondere bei einer Frontalkollision zwischen Fahrer und Beifahrer und dem vorderen Fahrzeugbereich und stützen Kopf und Brustbereich von Fahrer und Beifahrer ab, wodurch verhindert wird, dass Fahrer und Beifahrer mit dem Kopf am Lenkrad bzw. Armaturenbrett aufschlagen.

Frontairbags gelangen beim Entfalten in flächigen Kontakt mit der Windschutzscheibe, wobei die Windschutzscheibe als Gegenfläche bzw. Widerlager beim Entfalten der Frontairbags dient. Mithin stellt die Windschutzscheibe eine Gegenkraft bereit, durch die erst ein korrektes Entfalten der Frontairbags ermöglicht wird. Größe und Position der Kontaktfläche hängen von der Bauart eines Frontairbags und der Konzeption des Fahrzeugs ab. Beispielsweise befindet sich die Kontaktfläche etwa auf Höhe des Kopfes von Fahrer und Beifahrer. Aktuell ist die Fahrzeugindustrie bemüht, das Gewicht von Kraftfahrzeugen zu reduzieren, was mit einem reduzierten Treibstoffverbrauch einhergeht. Einen bedeutenden Beitrag hierzu kann eine Reduzierung des Gewichts der Verglasungen leisten, was insbesondere durch verringerte Scheibendicken zu erreichen ist. Solche dünnen Scheiben weisen insbesondere Dicken von kleiner als 2 mm auf. Trotz der verringerten Scheibendicken müssen jedoch die Anforderungen an Stabilität und Bruchfestigkeit der Scheiben gewährleistet sein.

Glasscheiben können zur Steigerung ihrer Stabilität mit einer Vorspannung versehen werden. Meist werden die Scheiben im Fahrzeugbereich thermisch vorgespannt, wobei die Vorspannung durch geeignetes Abkühlen der Scheiben erzeugt wird. Beim thermischen Vorpannen von Scheiben mit geringen Dicken ergeben sich jedoch aus physikalischen Gründen geringere Vorspannungen. Es sind auch chemisch vorgespannte Scheiben im Fahrzeugbereich bekannt, beispielsweise aus DE 1946358 A1. Üblicherweise wird hierbei durch lonenaustausch die chemische Zusammensetzung des Glases im Bereich der Oberfläche verändert. Wie beispielsweise in GB 1339980 A ausgeführt, können hierbei höhere Vorspannungen und damit eine bessere Stabilität erreicht werden als durch thermisches Vorspannen. Da der lonenaustausch durch Diffusion auf eine Oberflächenzone beschränkt ist, ist das chemische Vorspannen besonders gut für dünne Scheiben geeignet. Verbundgläser mit chemisch vorgespannten, dünnen Scheiben sind auch aus WO 2012/051038 A1 bekannt.

WO 2020/020937 A1 offenbart eine Verbundscheibe für Fahrzeugzeuge, die auch als Windschutzscheibe eingesetzt werden kann. Die Innenscheibe der Verbundscheibe kann auf einer oder beiden Oberflächen chemisch vorgespannt sein, wobei bei der Ausgestaltung mit nur einer chemisch vorgespannten Oberfläche die innenraumseitige Oberfläche (Seite IV) der Innenscheibe chemisch vorgespannt ist.

WO 2019/245819 A1 offenbart eine Windschutzscheibe, bei der beide Oberflächen chemisch vorgespannt sind, wobei Sollbruchstellen von einzelnen nicht chemisch vorgespannten Bereichen vorgesehen sind.

Durch das explosionsartige Aufblasen eines Frontairbags wird die Verbundscheibe an der Kontaktfläche, an der der Frontairbag beim Entfalten mit der Verbundscheibe in flächigen Kontakt gelangt, nach außen durchgebogen, wodurch lokal eine kombinierte Zug- und Druckbelastung auf die Verbundscheibe einwirkt. Beim Durchbiegen der Verbundscheibe nach außen tritt an den innenraumseitigen Oberflächen der Verbundscheibe eine Druckbelastung auf, an den zur Außenseite weisenden Oberflächen eine Zugbelastung.

Nun hat sich in der Praxis gezeigt, dass dies bei dünnen Verbundscheiben zu Problemen führen kann. Die Druckbelastung an den innenraumseitigen Oberflächen der Verbundscheibe ist eher unkritisch, jedoch kann die an den zur Außenseite weisenden Oberflächen auftretende Zugbelastung, vor allem an der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe, dazu führen, dass sich stets vorhandene Mikrorisse in der Scheibe zu makroskopischen Rissen ausweiten und die Scheibe letztlich bricht. Die Windschutzscheibe ist dann nicht mehr hinreichend steif bzw. stabil, um eine entsprechende Gegenkraft zum korrekten Entfalten des Frontairbags zur Verfügung zu stellen. Mithin kann nicht mehr sichergestellt werden, dass sich der Frontairbag in gewünschter Weise entfaltet und dessen ordnungsgemäße Funktion ist nicht mehr gewährleistet. Das ist sehr nachteilig für die Sicherheit der Fahrzeuginsassen im vorderen Fahrzeugbereich, insbesondere im Falle einer Frontalkollision, bei der Frontairbags besonders wichtig sind.

Die Erfindung widmet sich der vorstehenden Problematik. Der vorliegenden Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Verbundscheibe bereitzustellen, mit der der genannte Nachteil vermieden werden kann. Insbesondere soll auch bei dünnen Verbundscheiben stets gewährleistet sein, dass die Verbundscheibe eine hinreichende Steifheit bzw. Stabilität aufweist, um als Widerlager eines sich entfaltenden Frontairbags dienen zu können. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Verbundscheibe gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung betrifft eine Verbundscheibe für ein Kraftfahrzeug, das über einen oder mehrere Airbags verfügt, die bei der Entfaltung zur flächigen Anlage gegen die Verbundscheibe gelangen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine in Form einer Windschutzscheibe ausgebildete Verbundscheibe für ein Kraftfahrzeug, das über einen oder mehrere Frontairbags verfügt, die bei der Entfaltung zur flächigen Anlage gegen die Windschutzscheibe gelangen. Die Verbundscheibe ist dafür vorgesehen, in einer Fensteröffnung eines Kraftfahrzeugs den Innenraum gegenüber der äußeren Umgebung abzutrennen. Mit Innenscheibe wird im Sinne der Erfindung die (im verbauten Zustand) dem Fahrzeuginnenraum zugewandte Scheibe der Verbundscheibe bezeichnet. Mit Außenscheibe wird die (im verbauten Zustand) der äußeren Umgebung zugewandte Scheibe bezeichnet. Die erfindungsgemäße Verbundscheibe, vorzugsweise Windschutzscheibe, umfasst eine Außenscheibe und eine Innenscheibe, die durch mindestens eine thermoplastische Zwischenschicht, die zwischen Außen- und Innenscheibe angeordnet ist, fest miteinander verbunden sind. Die Außen- und Innenscheibe bestehen typischerweise aus Glas. Mithin kann die Verbundscheibe auch als Verbundglas bezeichnet werden. Die Verbundscheibe weist insbesondere eine Oberkante und eine Unterkante, sowie zwei dazwischen verlaufende Seitenkanten auf. Mit Oberkante wird diejenige Kante bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage nach oben zu weisen. Mit Unterkante wird diejenige Kante bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage nach unten zu weisen. Im Falle einer Windschutzscheibe wird die Oberkante häufig auch als Dachkante und die Unterkante als Motorkante bezeichnet.

Die Außenscheibe und die Innenscheibe weisen jeweils eine außenseitige und eine innenraumseitige Oberfläche auf und eine umlaufende Seitenkante. Mit außenseitiger Oberfläche wird im Sinne der Erfindung diejenige Hauptfläche bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt zu sein. Mit innenraumseitiger Oberfläche wird im Sinne der Erfindung diejenige Hauptfläche bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage dem Innenraum zugewandt zu sein. Die innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe und die außenseitige Oberfläche der Innenscheibe sind einander zugewandt und durch die thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden. Die außenseitige Oberfläche der Außenscheibe wird als Seite I bezeichnet. Die innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe wird als Seite II bezeichnet. Die außenseitige Oberfläche der Innenscheibe wird als Seite III bezeichnet. Die innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe wird als Seite IV bezeichnet.

Die innenraumseitige Oberfläche (Seite IV) der Innenscheibe weist mindestens einen Airbag- Kontaktbereich auf, der zur flächigen Anlage eines sich entfaltenden Airbags, insbesondere Frontairbag, des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Der mindestens eine Airbag-Kontaktbereich ist als Bereich der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe definiert, an dem der sich entfaltende Airbag zur flächigen Anlage gelangt. In aller Regel ist der Airbag-Kontaktbereich in keiner besonderen Weise ausgebildet oder gekennzeichnet, sondern ergibt sich allein aus dem flächigen Kontakt zwischen Innenscheibe und Frontairbag während der Entfaltung des Frontairbags. Die Größe des Airbag-Kontaktbereichs hängt von der jeweiligen Bauart von Kraftfahrzeug, Windschutzscheibe und Airbag ab. Jedenfalls ist der Airbag-Kontaktbereich nur ein Teilbereich der Verbundscheibe, d.h. erstreckt sich nicht über die komplette innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe, sondern lediglich über einen Teil hiervon. Mit anderen Worten, der Airbag gelangt beim Entfalten nicht zur flächigen Anlage gegen die komplette innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe. Es versteht sich, dass die in Form einer Windschutzscheibe ausgebildete Verbundscheibe in aller Regel zwei oder mehr Airbag- Kontaktflächen aufweist, typische Weise zumindest jeweils eine für den Frontairbag des Fahrers und den Frontairbag des Beifahrers.

Im Sinne vorliegender Erfindungsbeschreibung beziehen sich die Ausführungen zum mindestens einen Airbag-Kontaktbereich insbesondere auf den im Fahrzeug verbauten Zustand der Verbundscheibe, d.h. auf das Fahrzeug mit der Verbundscheibe.

Erfindungsgemäß verfügt die Innenscheibe bereichsweise (d.h. nicht auf der gesamten Oberfläche) über mindestens einen Vorspannbereich. Hierbei weist nur die außenseitige Oberfläche (Seite III) der Innenscheibe, in senkrechter Durchsicht durch die Verbundscheibe, in vollständiger Überdeckung zu dem mindestens einen Airbag-Kontaktbereich bzw. in vollständiger Überdeckung zu den mehreren Airbag-Kontaktbereichen, mindestens einen chemisch vorgespannten Vorspannbereich mit erhöhter Oberflächendruckspannung auf. In dem mindestens einen Vorspannbereich ist die Oberflächendruckspannung (Kompressionsspannung) in Bezug auf die übrigen Oberflächenbereiche der Innenscheibe, welche nicht zum Vorspannbereich gehören (z.B. innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe) erhöht.

Durch die Erfindung kann somit in vorteilhafter Weise die Gefahr vermindert werden, dass durch die aufgrund der flächigen Anlage von einem oder mehreren Airbags auftretende hohe Zugbelastung an der Seite III (außenseitige Oberfläche) der Innenscheibe eine Rissbildung an der Innenscheibe einsetzt und die Innenscheibe bzw. Verbundscheibe bricht. Die erhöhte Oberflächendruckspannung in dem mindestens einen Vorspannbereich wirkt der lokalen Zugbelastung bei der Durchbiegung der Verbundscheibe nach außen entgegen. Dies ist ein großer Vorteil der Erfindung, da das korrekte Entfalten von Airbags, insbesondere Frontairbags, durch eine hinreichende Stabilität bzw. Steifheit der Verbundscheibe, die als Widerlager beim Entfalten der Airbags dient und eine entsprechende Gegenkraft ausüben muss, auch bei dünnen Verbundscheiben stets sichergestellt werden kann.

Die Oberfläche der Innenscheibe ist bereichsweise mit einer chemischen Vorspannung versehen, wobei sich der mindestens eine Vorspannbereich der außenseitigen Oberfläche (Seite III) der Innenscheibe nur teilweise über die summarische Oberfläche der beiden Hauptoberflächen der Innenscheibe, d.h. außenseitige Oberfläche (Seite III) und innenraumseitige Oberfläche (Seite IV) der Innenscheibe, erstreckt. Mit anderen Worten, der mindestens eine Vorspannbereich der außenseitigen Oberfläche (Seite III) der Innenscheibe erstreckt sich nicht über die komplette Oberfläche, die sich summarisch aus der außenseitigen Oberfläche (Seite III) und der innenraumseitigen Oberfläche (Seite IV) der Innenscheibe ergibt, ist somit nur lokal ausgebildet.

Die Erfindung bezieht sich demnach auf eine Verbundscheibe für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Außenscheibe mit einer außenseitigen Oberfläche und einer innenraumseitigen Oberfläche, eine Innenscheibe mit einer außenseitigen Oberfläche und einer innenraumseitigen Oberfläche, mindestens eine thermoplastische Zwischenschicht, die zwischen der Außenscheibe und der Innenscheibe angeordnet ist und diese fest miteinander verbindet, wobei die innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe einen oder mehrere Airbag-Kontaktbereiche aufweist, die jeweils zur flächigen Anlage eines sich entfaltenden Airbags des Kraftfahrzeugs vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenscheibe nur an der außenseitigen Oberfläche, in senkrechter Durchsicht durch die Verbundscheibe, in vollständiger Überdeckung zu dem einen oder den mehreren Airbag- Kontaktbereichen, mindestens einen chemisch vorgespannten Vorspannbereich mit erhöhter Oberflächendruckspannung aufweist.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auch auf eine Verbundscheibe für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Außenscheibe mit einer außenseitigen Oberfläche und einer innenraumseitigen Oberfläche, eine Innenscheibe mit einer außenseitigen Oberfläche und einer innenraumseitigen Oberfläche, mindestens eine thermoplastische Zwischenschicht, die zwischen der Außenscheibe und der Innenscheibe angeordnet ist und diese fest miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenscheibe nur an der außenseitigen Oberfläche mindestens einen chemisch vorgespannten Vorspannbereich mit erhöhter Oberflächendruckspannung aufweist.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist nur ein einziger Vorspannbereich der außenseitigen Oberfläche (Seite III) der Innenscheibe vorgesehen, der sich über die komplette außenseitige Oberfläche (Seite III) der Innenscheibe erstreckt. Der Vorspannbereich ist, in Durchsicht durch die Verbundscheibe, in vollständiger Überdeckung zu dem einen oder den mehreren Airbag-Kontaktbereichen der innenraumseitigen Oberfläche (Seite IV) der Innenscheibe angeordnet. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass keinerlei optische Verzerrungen durch die Behandlung der kompletten außenseitigen Oberfläche (Seite III) der Innenscheibe zur Erzeugung der erhöhten Oberflächendruckspannung auftreten.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind ein oder mehrere Vorspannbereiche der außenseitigen Oberfläche (Seite III) der Innenscheibe mit erhöhter Oberflächendruckspannung vorgesehen, die sich jeweils nicht über die komplette außenseitige Oberfläche (Seite III) der Innenscheibe erstrecken. Hierbei ist jeder Vorspannbereich der außenseitigen Oberfläche (Seite III) der Innenscheibe wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, von einem Umgebungsbereich der außenseitigen Oberfläche (Seite III) der Innenscheibe umgeben, wobei die Oberflächendruckspannung des Vorspannbereichs in Bezug auf den Umgebungsbereich erhöht ist. Der Umgebungsbereich eines Vorspannbereichs weist keine Oberflächendruckspannung oder zumindest eine geringere Oberflächendruckspannung als der Vorspannbereich auf. Die Vorspannbereiche sind somit jeweils in Form eines lokalen Bereichs der außenseitigen Oberfläche (Seite III) der Innenscheibe ausgebildet. Vorteilhaft ist jeder Vorspannbereich so ausgebildet, dass ein einziger Airbag-Kontaktbereich vollständig überdeckt wird. Beispielsweise weist der Vorspannbereich eine Form auf, die gleich zur Form des Airbag-Kontaktbereichs ist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Außenscheibe bereichsweise mit einer chemischen Vorspannung versehen. Hierbei weist nur die außenseitige Oberfläche (Seite I) der Außenscheibe, in senkrechter Durchsicht durch die Verbundscheibe, in vollständiger Überdeckung zu dem mindestens einen Airbag-Kontaktbereich bzw. in vollständiger Überdeckung zu den mehreren Airbag-Kontaktbereichen, mindestens einen chemisch vorgespannten Vorspannbereich mit erhöhter Oberflächendruckspannung auf. In dem mindestens einen Vorspannbereich ist die Oberflächendruckspannung (Kompressionsspannung) in Bezug auf die übrigen Oberflächenbereiche der Außenscheibe, welche nicht zum Vorspannbereich gehören (z.B. innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe) erhöht.

Der mindestens eine Vorspannbereich der außenseitigen Oberfläche (Seite I) der Außenscheibe erstreckt sich nur teilweise über die summarische Oberfläche der beiden Hauptoberflächen der Außenscheibe, d.h. außenseitige Oberfläche (Seite I) und innenraumseitige Oberfläche (Seite II) der Außenscheibe. Mit anderen Worten, der mindestens eine Vorspannbereich der außenseitigen Oberfläche (Seite I) der Außenscheibe erstreckt sich nicht über die komplette Oberfläche, die sich summarisch aus der außenseitigen Oberfläche (Seite I) und der innenraumseitigen Oberfläche (Seite II) der Außenscheibe ergibt, ist somit nur lokal ausgebildet. Durch diese Maßnahme kann die Bruchstabilität der Verbundscheibe weiter verbessert werden, so dass die Gefahr einer verringerten Steifheit der Verbundscheibe bei der Anlage der sich entfaltenden Airbags, insbesondere Frontairbags, in vorteilhafter Weise weiter verringert wird.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein einziger Vorspannbereich der außenseitigen Oberfläche (Seite I) der Außenscheibe vorgesehen, der sich über die komplette außenseitige Oberfläche (Seite I) der Außenscheibe erstreckt. Der Vorspannbereich ist, in Durchsicht durch die Verbundscheibe, in vollständiger Überdeckung zu dem einen oder den mehreren Airbag-Kontaktbereichen der innenraumseitigen Oberfläche (Seite IV) der Innenscheibe angeordnet. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass keinerlei optische Verzerrungen durch die Behandlung der kompletten außenseitigen Oberfläche (Seite I) der Außenscheibe zur Erzeugung der erhöhten Oberflächendruckspannung auftreten.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind ein oder mehrere Vorspannbereiche der außenseitigen Oberfläche (Seite I) der Außenscheibe mit erhöhter Oberflächendruckspannung vorgesehen, die sich jeweils nicht über die komplette außenseitige Oberfläche (Seite I) der Außenscheibe erstrecken. Hierbei ist jeder Vorspannbereich der außenseitigen Oberfläche (Seite I) der Außenscheibe wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, von einem Umgebungsbereich der außenseitigen Oberfläche (Seite I) der Außenscheibe umgeben, wobei die Oberflächendruckspannung des Vorspannbereichs in Bezug auf den Umgebungsbereich erhöht ist. Der Umgebungsbereich eines Vorspannbereichs weist keine Oberflächendruckspannung oder zumindest eine geringere Oberflächendruckspannung als der Vorspannbereich auf. Die Vorspannbereiche sind somit in Form von lokalen Bereichen der außenseitigen Oberfläche (Seite I) der Außenscheibe ausgebildet. Vorteilhaft ist jeder Vorspannbereich so ausgebildet, dass ein einziger Airbag-Kontaktbereich vollständig überdeckt wird. Beispielsweise weist der Vorspannbereich eine Form auf, die gleich zur Form des Airbag-Kontaktbereichs ist.

Als "Vorspannbereich" wird im Sinne der Erfindung ein Bereich der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe bzw. ein Bereich der außenseitigen Oberfläche der Außenscheibe mit erhöhter Oberflächendruckspannung bezeichnet. Ein Vorspannbereich der außenseitigen Oberfläche (Seite III) der Innenscheibe weist eine erhöhte Oberflächendruckspannung in Bezug auf die innenseitige Oberfläche (Seite IV) der Innenscheibe auf. Falls sich der Vorspannbereich nicht über die komplette außenseitige Oberfläche (Seite III) der Innenscheibe erstreckt, weist der Vorspannbereich auch eine erhöhte Oberflächendruckspannung in Bezug auf den Umgebungsbereich des Vorspannbereichs auf. Jedenfalls weist die innenraumseitige Oberfläche (Seite IV) der Innenscheibe keinen Vorspannbereich mit erhöhter Oberflächendruckspannung auf. Ein Vorspannbereich der außenseitigen Oberfläche (Seite I) der Außenscheibe weist eine erhöhte Oberflächendruckspannung in Bezug auf die innenseitige Oberfläche (Seite II) der Außenscheibe auf. Falls sich der Vorspannbereich nicht über die komplette außenseitige Oberfläche (Seite I) der Außenscheibe erstreckt, weist der Vorspannbereich auch eine erhöhte Oberflächendruckspannung in Bezug auf den Umgebungsbereich des Vorspannbereichs auf. Jedenfalls weist die innenraumseitige Oberfläche (Seite II) der Außenscheibe keinen Vorspannbereich mit erhöhter Oberflächendruckspannung auf.

Dem Fachmann sind die Begriffe "Oberflächendruckspannung" und "Oberflächenzugspannung" bei Glasscheiben wohlbekannt, beispielsweise aus der Patentliteratur, aber auch durch vorgespannte Glasscheiben aus der industriellen Serienfertigung, so dass es sich erübrigt, hier näher darauf einzugehen. Ergänzend zu den bereits eingangsgenannten Druckschriften, welche das chemische Vorspannen erläutern, wird beispielhaft auf WO 2019070788 A1 und WO 201 1120656 A1 verwiesen.

Wie bereits dargelegt, kann eine Vorspannung thermisch oder chemisch erzeugt werden, wobei bei der chemischen Vorspannung durch lonenaustausch die chemische Zusammensetzung des Glases im Bereich der Oberfläche verändert wird. Der lonenaustausch ist durch die Diffusion von Austausch-Ionen auf eine Oberflächenzone geringer Tiefe beschränkt.

Dem Fachmann ist die Vorgehensweise beim chemischen Vorspannen einer Glasscheibe zum Erzeugen einer Oberflächendruckspannung oder Oberflächenzugspannung wohlbekannt. Für den Fall, dass die Austausch-Ionen (z.B. Kaliumionen) einen größeren lonenradius als Natriumionen aufweisen, kann eine Oberflächendruckspannung erzeugt werden. Umgekehrt kann durch Austausch-Ionen, die einen kleineren lonenradius als Natrium-Ionen aufweisen, eine Oberflächenzugspannung erzeugt werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist jeder chemisch vorgespannte Vorspannbereich Austausch-Ionen für Natriumionen auf, wobei ein lonenradius der Austausch- Ionen geringer ist als der lonenradius von Natriumionen. Die Austausch-Ionen sind vorzugsweise Lithium-Ionen. Wie die Erfinder überraschend fanden, kann durch Eindiffundieren von Austausch-Ionen bei einer Temperatur, die oberhalb der Glasübergangstemperatur (T _g ) des Glassubstrats liegt, eine Oberflächendruckspannung im Glas erzeugt werden. Dies ist genau der gegenteilige Effekt zu dem, was der Fachmann erwartet hätte, da durch lonenradien, die kleiner als jener von Natriumionen ist, üblicherweise eine Oberflächenzugspannung erzeugt wird. Dies gilt allerdings nur, wenn die Diffusion der Austausch-Ionen bei einer Temperatur erfolgt, die unterhalb der Glasübergangstemperatur (T _g ) des Glassubstrates liegt. Wenn die Diffusion oberhalb der Glasübergangstemperatur (T _g ) erfolgt, kann anstelle einer Oberflächenzugspannung eine Oberflächendruckspannung im Glas erzeugt werden.

Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass dieser Effekt auf einer Reorganisation der molekularen Struktur des Glases basiert, wobei die Austausch-Ionen lokal den thermischen Ausdehnungskoeffizienten verringern, so dass eine lokale Oberflächendruckspannung erzeugt wird.

Die Außenscheibe und die Innenscheibe können grundsätzlich jede dem Fachmann bekannte chemische Zusammensetzung aufweisen. Die Außenscheibe und Innenscheibe enthalten oder bestehen bevorzugt aus Glas, besonders bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas, Kalk-Natron-Glas oder Alumino-Silikat-Glas. Denkbar ist auch, dass die Außenscheibe aus einem klaren Kunststoff, vorzugsweise ein starrer klarer Kunststoff, insbesondere Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyamid, Polyester, Polyvinylchlorid und/oder Gemische davon, besteht.

Die Außen- und Innenscheibe können beispielweise Kalk-Natron-Glas oder Borsilikatglas enthalten oder hieraus bestehen. Die Innenscheibe und optional die Außenscheibe müssen sich natürlich dazu eignen, chemisch vorgespannt zu werden, und insbesondere einen dazu geeigneten Anteil an Alkalielementen, bevorzugt Natrium, aufweisen. Wie dem Fachmann bekannt ist, sind bestimmte chemische Zusammensetzungen besonders dazu geeignet sind, einem chemischen Vorspannen unterzogen zu werden. Dies äußert sich in einer hohen Geschwindigkeit des Diffusionsprozesses, was zu einem vorteilhaft geringen Zeitaufwand für den Vorspannprozess und großen Vorspanntiefen (Druckspannungstiefen) führt, was in stabilen und bruchfesten Gläsern resultiert. Derartige Zusammensetzungen können bevorzugt sein. Beispielsweise können die Innen- und/oder Außenscheibe von 40 Gew-% bis 90 Gew-% Siliziumoxid (SiO2), von 0,5 Gew-% bis 10 Gew-% Aluminiumoxid (AI2O3), von 1 Gew-% bis 20 Gew-% Natriumoxid (Na2O), von 0,1 Gew-% bis 15 Gew-% Kaliumoxid (K2O), von 0 Gew-% bis 10 Gew-% Magnesiumoxid (MgO), von 0 Gew-% bis 10 Gew-% Kalziumoxid (CaO) und von 0 Gew-% bis 15 Gew-% Boroxid (B2O3) enthalten. Die Scheiben können weitere Bestandteile und Verunreinigungen enthalten. Beispielsweise bestehen die Innen- und/oder Außenscheibe aus Silikatglas. Beispielsweise enthalten die Innen- und/oder Außenscheibe von 50 Gew-% bis 85 Gew-% Siliziumoxid (SiÜ2), von 3 Gew-% bis 10 Gew-% Aluminiumoxid (AI2O3), von 8 Gew-% bis 18 Gew-% Natriumoxid (Na2Ü), von 5 Gew-% bis 15 Gew-% Kaliumoxid (K2O), von 4 Gew-% bis 14 Gew-% Magnesiumoxid (MgO), von 0 Gew-% bis 10 Gew-% Kalziumoxid (CaO) und von 0 Gew-% bis 15 Gew-% Boroxid (B2O3). Die Scheiben können weitere Bestandteile und Verunreinigungen enthalten. Beispielsweise enthalten die Scheiben zumindest von 55 Gew-% bis 72 Gew-% Siliziumoxid (SiÜ2), von 5 Gew-% bis 10 Gew-% Aluminiumoxid (AI2O3), von 10 Gew-% bis 15 Gew-% Natriumoxid (Na2O), von 7 Gew-% bis 12 Gew-% Kaliumoxid (K2O) und von 6 Gew-% bis 11 Gew-% Magnesiumoxid (MgO). Die Scheiben können weitere Bestandteile und Verunreinigungen enthalten. Die einzelnen Scheiben enthalten beispielsweise zumindest von 57 Gew-% bis 65 Gew% Siliziumoxid (SiÜ2), von 7 Gew-% bis 9 Gew-% Aluminiumoxid (AI2O3), von 12 Gew-% bis 14 Gew-% Natriumoxid (Na2Ü), von 8,5 Gew-% bis 10,5 Gew-% Kaliumoxid (K2O) und von 7,5 Gew-% bis 9,5 Gew- % Magnesiumoxid (MgO). Die Scheiben können weitere Bestandteile und Verunreinigungen enthalten.

Denkbar ist, dass die Außen- und Innenscheibe verschiedene chemische Zusammensetzungen aufweisen. Beispielsweise kann eine Scheibe aus Aluminosilikatglas mit einer Scheibe aus herkömmlichem Kalk-Natron-Glas (auch Normalglas genannt) kombiniert werden. Bevorzugt weisen die Außen- und Innenscheibe eine gleiche chemische Zusammensetzung auf, was besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine einfache und kostengünstige Herstellung der Verbundscheibe ist.

Die Oberflächendruckspannung und Druckspannungstiefe der chemisch vorgespannten Vorspannbereiche kann entsprechend der Krafteinwirkung bei der flächigen Anlage eines jeweiligen Airbags in gewünschter Weise dimensioniert werden. Beispielsweise weist die Innenscheibe und optional die Außenscheibe in jedem Vorspannbereich eine Oberflächendruckspannung von größer als 100 MPa, insbesondere größer als 250 MPa und insbesondere größer als 350 MPa auf. Die Oberflächendruckspannungstiefe beträgt beispielsweise mehr als 40 pm, insbesondere mehr als 100 pm. Das ist vorteilhaft im Hinblick auf die Bruchfestigkeit der Scheibe einerseits und erfordert einen wenig zeitintensiven Vorspannprozess andererseits. Beispielsweise beträgt die Oberflächendruckspannungstiefe mindestens ein Zehntel der Dicke der Innenscheibe bzw. Außenscheibe, insbesondere mindestens ein Sechstel der Dicke der Innenscheibe bzw. Außenscheibe, beispielsweise etwa ein Fünftel der Dicke der Innenscheibe bzw. Außenscheibe. Mit Oberflächendruckspannungstiefe wird im Sinne der Erfindung die Tiefe bezeichnet, bei der, gemessen von der Oberfläche der Scheibe, die Scheibe eine Oberflächendruckspannung mit einem Betrag größer 0 MPa aufweist.

Die Erfindung ist besonders vorteilhaft bei dünnen Verbundscheiben, da dort die Gefahr einer Rissbildung und eines Scheibenbruchs bei der Anlage eines sich entfaltenden Airbags besonders groß ist. Die Dicke der Außenscheibe ist bevorzugt kleiner als 2,1 mm und liegt beispielsweise im Bereich von 0,5 bis 1 ,5 mm und insbesondere im Bereich von 0,6 mm bis 1 ,0 mm. Die Dicke der Innenscheibe ist bevorzugt kleiner als 1 ,6 mm und liegt beispielsweise im Bereich von 0,5 bis 1 ,5 mm und insbesondere im Bereich von 0,6 mm bis 1 ,0 mm. Der Vorteil liegt in einer besonderen Stabilität und in einem geringen Gewicht des Verbundglases. Das chemische Vorspannen ist besonders für Scheiben mit solchen geringen Dicken interessant.

Zur Verbesserung der Stabilität der Verbundscheibe ist die Außenscheibe bevorzugt dicker als die Innenscheibe. Bevorzugt ist die Außenscheiben dünner als 2,1 mm, die Innenscheibe dünner als 1 ,6 mm.

Die thermoplastische Zwischenschicht, über welche die Außenscheibe mit der Innenscheibe verbunden ist, enthält zumindest ein thermoplastisches Polymer, bevorzugt Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB) oder Polyurethan (PU) oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon, besonders bevorzugt PVB. Die thermoplastische Zwischenschicht ist typischerweise aus einer thermoplastischen Folie (Verbindefolie) ausgebildet. Die Dicke der thermoplastischen Zwischenschicht beträgt bevorzugt von 0,2 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0,3 mm bis 1 mm, beispielsweise 760 pm. Die thermoplastische Zwischenschicht kann durch eine einzelne Folie ausgebildet sein oder auch durch mehr als eine Folie. Es kann sich bei der thermoplastischen Zwischenschicht auch um eine Folie mit funktionellen Eigenschaften, beispielsweise eine Folie mit akustisch dämpfenden Eigenschaften handeln. Die Außenscheibe, Innenscheibe und/oder die thermoplastische Zwischenschicht können klar und farblos, aber auch getönt oder gefärbt sein. Die Gesamttransmission durch eine Windschutzscheibe beträgt in einer bevorzugten Ausgestaltung im Hauptdurchsichtsbereich größer 70% (Lichtart A). Der Begriff Gesamttransmission bezieht sich auf das durch ECE-R 43, Anhang 3, §9.1 festgelegte Verfahren zur Prüfung der Lichtdurchlässigkeit von Kraftfahrzeugscheiben.

Die erfindungsgemäße Verbundscheibe kann plan sein. Typischer Weise ist die erfindungsgemäße Verbundscheibe leicht oder stark in einer oder in mehreren Richtungen des Raumes gebogen. Gebogene Scheiben treten beispielsweise bei Verglasungen im Kraftfahrzeugbereich häufig auf, wobei typische Krümmungsradien im Bereich von etwa 10 cm bis etwa 40 m liegen.

Wie vorstehend ausgeführt, ist die Innenscheibe bereichsweise chemisch vorgespannt. Die Außenscheibe ist entweder nicht chemisch vorgespannt oder bereichsweise chemisch vorgespannt.

Die erfindungsgemäße Verbundscheibe kann eine oder mehrere funktionale Zwischenschichten umfassen. Bei einer zusätzlichen Zwischenschicht kann es sich insbesondere um eine Zwischenschicht mit akustisch dämpfenden Eigenschaften, eine Infrarotstrahlung reflektierende Zwischenschicht, eine Infrarotstrahlung absorbierende Zwischenschicht, eine UV-Strahlung absorbierende Zwischenschicht, eine zumindest abschnittsweise gefärbte Zwischenschicht und/oder eine zumindest abschnittsweise getönte Zwischenschicht handeln. Beim Vorhandensein mehrerer zusätzlicher Zwischenschichten können diese auch unterschiedliche Funktionen aufweisen.

Die Erfindung erstreckt sich auch auf ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe, die vorzugsweise eine Windschutzscheibe ist. Das Kraftfahrzeugt weist einen oder mehrere Airbags, insbesondere Frontairbags, auf, die beim Entfalten zur flächigen Anlage gegen die Verbundscheibe gelangen. Vorstehende Ausführungen, insbesondere jene im Zusammenhang mit dem mindestens einen Airbag-Kontaktbereich, gelten auch für das Kraftfahrzeug mit Verbundscheibe. So zeigt die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem oder mehreren Airbags, mit einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe, bei welcher die innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe einen oder mehrere Airbag-Kontaktbereiche aufweist, die jeweils zur flächigen Anlage eines sich entfaltenden Airbags des Kraftfahrzeugs vorgesehen sind, wobei die Innenscheibe nur an der außenseitigen Oberfläche, in senkrechter Durchsicht durch die Verbundscheibe, in vollständiger Überdeckung zu dem einen oder den mehreren Airbag-Kontaktbereichen, mindestens einen chemisch vorgespannten Vorspannbereich mit erhöhter Oberflächendruckspannung aufweist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs sind ein oder mehrere Vorspannbereiche der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe vorgesehen, wobei jeder Vorspannbereich wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, von einem Umgebungsbereich der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe umgeben ist, wobei die Oberflächendruckspannung des Vorspannbereichs in Bezug auf den zugehörigen Umgebungsbereich erhöht ist, wobei jeder Vorspannbereich in vollständiger Überdeckung zu einem einzigen Airbag-Kontaktbereich angeordnet ist, und wobei insbesondere die Form des Vorspannbereichs und die Form des Airbag-Kontaktbereichs gleich sind.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs weist die Außenscheibe nur an der außenseitigen Oberfläche, in senkrechter Durchsicht durch die Verbundscheibe, in vollständiger Überdeckung zu dem einen oder den mehreren Airbag-Kontaktbereichen, mindestens einen chemisch vorgespannten Vorspannbereich mit erhöhter Oberflächendruckspannung auf.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs sind ein oder mehrere Vorspannbereiche der außenseitigen Oberfläche der Außenscheibe vorgesehen, wobei jeder Vorspannbereich wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, von einem Umgebungsbereich der außenseitigen Oberfläche der Außenscheibe umgeben ist, wobei die Oberflächendruckspannung des Vorspannbereichs in Bezug auf den zugehörigen Umgebungsbereich erhöht ist, und wobei insbesondere jeder Vorspannbereich in vollständiger Überdeckung zu einem einzigen Airbag-Kontaktbereich angeordnet ist, wobei insbesondere die Form des Vorspannbereichs und die Form des Airbag-Kontaktbereichs gleich sind.

Ferner umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe, mit den folgenden Schritten: (51 ) die Innenscheibe, vorzugsweise mit einer Dicke von kleiner oder gleich 1 ,6 mm, wird bereichsweise chemisch vorgespannt, wobei nur an der außenseitigen Oberfläche (Seite III) der Innenscheibe, in senkrechter Durchsicht durch die Verbundscheibe, in vollständiger Überdeckung zu dem einen oder den mehreren Airbag-Kontaktbereichen, mindestens ein Vorspannbereich mit erhöhter Oberflächendruckspannung erzeugt wird, und optional die Außenscheibe, vorzugsweise mit einer Dicke von kleiner oder gleich 2,1 mm, bereichsweise chemisch vorgespannt wird, wobei nur an der außenseitigen Oberfläche (Seite I) der Außenscheibe, (insbesondere bezogen auf den im Fahrzeug verbauten Zustand) in senkrechter Durchsicht durch die Verbundscheibe (1 ), in vollständiger Überdeckung zu dem einen oder den mehreren Airbag-Kontaktbereichen (4), mindestens ein chemisch vorgespannter Vorspannbereich mit erhöhter Oberflächendruckspannung erzeugt wird,

(52) die mindestens eine thermoplastische Zwischenschicht zwischen der Innenscheibe und der Außenscheibe angeordnet wird, und

(53) die Innenscheibe und die Außenscheibe durch Lamination miteinander verbunden werden.

Die Innen- und Außenscheibe wird bevorzugt als Flachglas im Float-Prozess hergestellt und auf die gewünschte Größe und Form zurechtgeschnitten.

Die Innen- und Außenscheibe werden typischer einem Biegeprozess bei erhöhten Temperaturen unterzogen, beispielsweise bei 500°C bis 700°C, wo sie ihre endgültige dreidimensionale Form erhalten. Bevorzugt werden die Innen- und Außenscheibe gemeinsam (d.h. zeitgleich und durch dasselbe Werkzeug) kongruent gebogen, weil dadurch die Form der Scheiben für die später erfolgende Laminierung optimal aufeinander abgestimmt sind. Nach dem Biegen werden die Scheiben langsam abgekühlt. Ein zu schnelles Abkühlen erzeugt thermische Spannungen in den Scheiben, die beim späteren chemischen Tempern zu Formänderungen führen können. Die Abkühlrate beträgt bis zur Abkühlung auf eine Temperatur von 400 °C bevorzugt von 0,05 °C/sec bis 0,5 °C/sec, besonders bevorzugt von 0,1 bis 0,3 °C/sec. Durch ein derartig langsames Abkühlen können thermische Spannungen im Glas vermieden werden, welche insbesondere zu optischen Mängeln führen sowie zu einer negativen Beeinträchtigung der späteren chemischen Vorspannung. Es kann danach weiter abgekühlt werden, auch mit höheren Abkühlraten, weil unterhalb 400 °C die Gefahr der Erzeugung von thermischen Spannungen gering ist. Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das chemische Vorspannen unterhalb der Glasübergangstemperatur (T _g ), beispielsweise bei einer Temperatur von 300 °C bis 600 °C, insbesondere im Bereich von 400 °C bis 500 °C. Die Innenscheibe und optional Außenscheibe wird dabei beispielsweise mit einer Salzschmelze behandelt, beispielsweise mit der Salzschmelze lokal beschichtet (z.B. im Spin-Coat-Verfahren). Während der Behandlung werden insbesondere Natrium-Ionen des Glases durch größere Ionen (d.h. Ionen mit größerem lonenradius), insbesondere größere Alkali-Ionen ausgetauscht, wodurch die gewünschten Oberflächendruckspannungen erzeugt werden. Die Salzschmelze ist beispielsweise die Schmelze eines Kaliumsalzes, insbesondere Kaliumnitrat (KNO3) oder Kaliumsulfat (KSO4). Der Austausch von Ionen wird durch die Diffusion der Alkali-Ionen bestimmt. Die gewünschten Werte für die Oberflächendruckspannungen und Druckspannungstiefen können daher insbesondere durch die Temperatur und die Dauer des Vorspannprozesses eingestellt werden. Übliche Zeiten für die Dauer betragen von 2 Stunden bis 48 Stunden. Nach der Behandlung mit der Salzschmelze wird die Scheibe auf Raumtemperatur abgekühlt. Anschließend wird die Scheibe gereinigt, bevorzugt mit Schwefelsäure (H2SO4).

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das chemische Vorspannen oberhalb der Glasübergangstemperatur (T _g ), die typischer Weise zwischen 500 °C und 700 °C liegt. Die Innenscheibe und optional Außenscheibe wird dabei beispielsweise mit einer Salzschmelze behandelt, beispielsweise mit der Salzschmelze beschichtet (z.B. im Spin-Coat-Verfahren). Während der Behandlung werden Natrium-Ionen des Glases durch kleinere Ionen (d.h. Ionen mit kleinerem lonenradius), vorzugsweise Lithium- Ionen, ausgetauscht, wodurch die gewünschten Oberflächendruckspannungen erzeugt werden. Die Salzschmelze ist bevorzugt die Schmelze eines Lithiumsalzes, insbesondere Lithiumnitrat (LiNOs) oder Lithiumsulfat (U2SO4). Der Austausch von Ionen wird durch die Diffusion der Austausch-Ionen bestimmt. Die gewünschten Werte für die Oberflächendruckspannungen und Druckspannungstiefen können daher insbesondere durch die Temperatur und die Dauer des Vorspannprozesses eingestellt werden. Nach der Behandlung mit der Salzschmelze wird die Scheibe auf Raumtemperatur abgekühlt. Anschließend wird die Scheibe gereinigt, bevorzugt mit Schwefelsäure (H2SO4).

Grundsätzlich kann das Glassubstrat mit einer beliebigen Abscheidetechnik beschichtet werden, wobei bevorzugt ein Druckverfahren wie das in der industriellen Scheibenfertigung gängige Siebdruckverfahren eingesetzt wird. Beim Siebdruckverfahren wird vor dem Biegen der Scheibe eine Mischung aus organischem Medium und anorganischen Partikeln, die die Diffusionselemente enthalten, auf die Glasoberfläche gedruckt. Die Diffusionselemente können als festes Pulver, z.B. Lithiumcarbonat (Li ₂ CC>3), oder als Netzwerkmodifikatoren in Silikat-Glas- fritten vorliegen. Bei einer Beschichtung auf Silikatbasis (Sol-Gel) kann das Nassverfahren eingesetzt werden, um vor dem Biegen eine Silikatschicht abzuscheiden, die reich an Alkalielementen wie Kalium oder Lithium ist.

Wenn die Diffusion oberhalb der Glasübergangstemperatur (T _g ) des Glassubstrats stattfindet, ist die Größe der Alkali-Ionen, die in das Glas diffundieren sollen, vorzugsweise kleiner als der lonenradius von Natrium-Ionen, wie z.B. Lithium-Ionen. Die eindiffundierten Ionen verringern in den Diffusionsbereichen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Glases. Daher sind diese Diffusionsbereiche nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur Druckspannungen ausgesetzt.

Eine ähnliche Vorgehensweise ist Verwendung einer Silika-Sol-Gel-Schicht mit alkalischen Clustern. Die Höhe der lokalen Oberflächendruckspannung kann durch die Konzentration der Alkali-Ionen (wie Lithium), die die Natrium-Ionen in der Glasoberfläche ersetzen, eingestellt werden. Hohe Druckspannungen lassen sich durch Erhöhung der Dicke der Lithiumcarbonatschicht und durch Erhöhung der Lithiumionenkonzentration in den Silikatschichten (Glasfritte für den Siebdruck, Silikatschicht für die Sol-Gel-Beschichtung) erreichen. Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Lithium enthaltendem Silikat.

Die Herstellung der Verbundscheibe durch Lamination erfolgt mit üblichen, dem Fachmann an sich bekannten Methoden, beispielsweise Autoklavverfahren, Vakuumsackverfahren, Vakuumringverfahren, Kalanderverfahren, Vakuumlaminatoren oder Kombinationen davon. Die Verbindung von Innenscheibe und Außenscheibe erfolgt dabei üblicherweise unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und / oder Druck.

Die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbundscheibe gelten entsprechend auch für Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe.

Die Erfindung erstreckt sich auch auf die Verwendung der erfindungsgemäßen Verbundscheibe in Kraftfahrzeugen, vorzugsweise als Windschutzscheibe. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Verbundscheibe als Fahrzeugscheibe in Kraftfahrzeugen und insbesondere als Windschutzscheibe für ein Head- Up-Display

Die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung können einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Figuren genommen wird. Es zeigen in vereinfachter, nicht maßstabsgetreuer (schematischer) Darstellung:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundscheibe,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die in Figur 1 gezeigten Ausführungsform,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundscheibe,

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundscheibe,

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Flussdiagramms.

Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundscheibe 100 und in Figur 2 ist der Querschnitt durch die in Figur 1 gezeigte Verbundscheibe 100 entlang der Schnittlinie X-X‘ dargestellt. Die Verbundscheibe 100 dient hier beispielsweise als Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, das über Airbags, insbesondere Frontairbags, verfügt.

Die in den Figuren 1 und 2 gezeigte Verbundscheibe 100 weist eine Oberkante O, eine Unterkante U und zwei Seitenkanten S auf. Weiterhin umfasst die Verbundscheibe 100 eine Außenscheibe 1 mit einer außenseitigen Oberfläche I und einer innenraumseitigen Oberfläche II, eine Innenscheibe 2 mit einer außenseitigen Oberfläche III und einer innenraumseitigen Oberfläche IV, sowie eine thermoplastische Zwischenschicht 3. Die thermoplastische Zwischenschicht 3 ist zwischen der Außenscheibe 1 und der Innenscheibe 2 angeordnet und verbindet diese fest miteinander. Die Außenscheibe 1 , die thermoplastische Zwischenschicht 3 und die Innenscheibe 2 sind vollflächig übereinander angeordnet.

Die Verbundscheibe 100 dient zur flächigen Anlage eine sich entfaltenden Airbags, hier z.B. Frontairbag, des Kraftfahrzeugs In der Draufsicht von Figur 1 ist beispielhaft ein Airbag-Kontaktbereich 4 an der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2 gezeigt. Es versteht sich, dass der Airbag-Kontaktbereich 4 nur sehr schematisch dargestellt ist und in der Praxis in Größe, Form und Position hiervon abweichen kann. Beispielsweise handelt es sich um den Airbag-Kontaktbereich eines Frontairbags auf der Fahrerseite. In Form einer Windschutzscheibe weist die Verbundscheibe 100 einen weiteren Airbag-Kontaktbereich auf der Beifahrerseite auf, der in Figur 1 nicht dargestellt ist. Der Airbag-Kontaktbereich 4 erstreckt sich nur über einen Teil der innenraumseitigen Oberfläche IV der Innenscheibe 2.

Die Innenscheibe 2 ist bereichsweise mit einer chemischen Vorspannung zur Erzeugung einer erhöhten Oberflächendruckspannung versehen. Wie sich aus der Schnittansicht von Figur 2 ergibt, weist die Innenscheibe 2 auf der außenseitigen Oberfläche III eine chemische Vorspannung auf, jedoch nicht auf der innenraumseitigen Oberfläche IV. In der Ausgestaltung von Figur 2 ist nur ein einziger Vorspannbereich 5 der außenseitigen Oberfläche III der Innenscheibe 2 vorgesehen, der sich über die komplette außenseitige Oberfläche III der Innenscheibe 2 erstreckt. In senkrechter Durchsicht durch die Verbundscheibe 100 überdeckt der Vorspannbereich 5 den Airbag-Kontaktbereich 4 vollständig. Dies hat den Vorteil, dass keinerlei optische Verzerrungen durch die chemische Vorspannung der kompletten außenseitigen Oberfläche III der Innenscheibe 2 zur Erzeugung der erhöhten

Oberflächendruckspannung auftreten. Der Vorspannbereich 5, hier die komplette außenseitige Oberfläche III der Innenscheibe 2, weist eine erhöhte

Oberflächendruckspannung in Bezug auf die nicht zum Vorspannbereich 5 gehörenden Oberflächenbereiche der Innenscheibe 2 auf, hier vor allem die innenraumseitige Oberfläche IV der Innenscheibe 2, welche keiner chemischen Vorspannung zur Erzeugung einer Oberflächendruckspannung unterzogen wurde.

Wenn der Airbag, z.B. Frontairbag, beim explosionsartigen Entfalten im Airbag- Kontaktbereich 4 zur flächigen Anlage gegen die innenraumseitige Oberfläche IV der Innenscheibe 2 gelangt, wird die Verbundscheibe 100 an der Airbag-Kontaktfläche 4 nach außen durchgebogen, wodurch lokal eine kombinierte Zug- und Druckbelastung auf die Verbundscheibe 100 einwirkt. Vor allem an der außenseitigen Oberfläche III der Innenscheibe 2 tritt hierbei eine große Zugbelastung auf, die zum Aufweiten von Rissen und in der Folge zum Bruch der Scheibe führen kann. Der Vorspannbereich 5 wirkt dem durch eine erhöhte Druckspannung entgegen, so dass das korrekte Entfalten des Airbags sichergestellt ist, da die Verbundscheibe 100 als Widerlager mit hinreichender Stabilität eine Gegenkraft bereitstellt.

Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundscheibe 100. Die in Figur 3 im Querschnitt (analog zu Figur 2) gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Figur 2 gezeigten nur dahingehend, dass der Vorspannbereich 5 der außenseitigen Oberfläche III nicht vollflächig ausgebildet ist, sondern nur in einem Teil der außenseitigen Oberfläche III vorliegt. Der Vorspannbereich 5 mit erhöhter Druckspannung ist (in der Ebene der außenseitigen Oberfläche III) vollständig von einem Umgebungsbereich 6 der außenseitigen Oberfläche III der Innenscheibe 2 umgeben, wobei die Oberflächendruckspannung des Vorspannbereichs 5 in Bezug auf den Umgebungsbereich 6, der keine chemische Vorspannung aufweist, erhöht ist. In senkrechter Durchsicht durch die Verbundscheibe 100 überdeckt der Vorspannbereich 5 den Airbag-Kontaktbereich 4 vollständig. Der Vorspannbereich 5 ist hier etwas größer als der Airbag-Kontaktbereich 4, wobei es denkbar ist, dass sich die beiden Bereiche in Form und Größe entsprechen.

Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundscheibe 100. Die in Figur 4 im Querschnitt (analog zu Figur 2) gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Figur 2 gezeigten nur dahingehend, dass auch die Außenscheibe 1 bereichsweise mit einer chemischen Vorspannung versehen ist. Konkret ist nur auf der außenseitigen Oberfläche I der Außenscheibe 1 ein Vorspannbereich 5' mit erhöhter Druckspannung ausgebildet. Der Vorspannbereich 5' der außenseitigen Oberfläche I ist nicht vollflächig ausgebildet, sondern liegt nur in einem Teil der außenseitigen Oberfläche I vor. In der Ebene der Außenscheibe 1 ist der Vorspannbereich 5' vollständig von einem Umgebungsbereich 6' der außenseitigen Oberfläche I der Außenscheibe 1 umgeben, wobei die Oberflächendruckspannung des Vorspannbereichs 5' in Bezug auf den Umgebungsbereich 6', der keine chemische Vorspannung aufweist, erhöht ist. In senkrechter Durchsicht durch die Verbundscheibe 100 überdeckt der Vorspannbereich 5' den Airbag- Kontaktbereich 4 vollständig. Der Vorspannbereich 5' ist auch hier etwas größer als der Airbag-Kontaktbereich 4, wobei es denkbar ist, dass sich die beiden Bereiche in Form und Größe entsprechen. Durch den weiteren chemischen Vorspannbereich 5 kann die Gefahr einer Rissbildung in der außenseitigen Oberfläche I vermindert werden, so dass die Sicherheit weiter verbessert ist.

Die Außenscheibe 1 und die Innenscheibe 2 bestehen beispielweise aus Kalk-Natron-Glas oder Borsilikatglas und müssen sich dazu eignen, chemisch vorgespannt zu werden. Die beiden Scheiben weisen zu diesem Zweck einen geeigneten Anteil an Natrium auf. Die Zwischenschicht 3 besteht aus einem thermoplastischen Material, wie Polyvinylbutyral (PVB).

Die Dicke der Außenscheibe 1 ist kleiner als 2,1 mm und liegt beispielsweise im Bereich von 0,5 bis 1 ,5 mm. Die Dicke der Innenscheibe 2 ist kleiner als 1 ,6 mm und liegt beispielsweise im Bereich von 0,5 bis 1 ,5 mm und insbesondere im Bereich von 0,6 mm bis 1 ,0 mm.

Es versteht sich, dass die Verbundscheibe 100 jede beliebige geeignete geometrische Form und/oder Krümmung aufweisen kann. Typischerweise ist die Verbundscheibe 100 eine gebogene Verbundscheibe. Beispielsweise ist die Verbundscheibe 100 die Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs.

In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Flussdiagramms gezeigt.

In einem ersten Schritt S1 wird die Innenscheibe 2 bereichsweise chemisch vorgespannt, wobei nur an der außenseitigen Oberfläche III der Innenscheibe 2, in senkrechter Durchsicht durch die Verbundscheibe, in vollständiger Überdeckung zum Airbag-Kontaktbereich 4 ein Vorspannbereich 5 mit erhöhter Oberflächendruckspannung erzeugt wird. Zudem wird die Außenscheibe 1 bereichsweise chemisch vorgespannt wird, wobei nur an der außenseitigen Oberfläche I der Außenscheibe 1 , (insbesondere bezogen auf den im Fahrzeug verbauten Zustand der Verbundscheibe) in senkrechter Durchsicht durch die Verbundscheibe 100, in vollständiger Überdeckung zum Airbag-Kontaktbereich 4 ein chemisch vorgespannter Vorspannbereich 5' mit erhöhter Oberflächendruckspannung erzeugt wird.

In einem zweiten Schritt S2 wird die thermoplastische Zwischenschicht 3 zwischen der Innenscheibe 2 und der Außenscheibe 1 angeordnet.

In einem dritten Schritt S3 werden die Innenscheibe 2 und die Außenscheibe 1 durch Lamination miteinander verbunden. Die chemisch vorgespannten Vorspannbereiche 5, 5' können durch Eindiffundieren von Austausch-Ionen in das Glas unterhalb der Glasübergangstemperatur (T _g ), beispielsweise bei einer Temperatur von 300 °C bis 600 °C, insbesondere im Bereich von 400 °C bis 500 °C, hergestellt werden. In diesem Fall werden Natrium-Ionen des Glases durch größere Ionen (d.h. Ionen mit größerem lonenradius), insbesondere größere Alkali-Ionen ausgetauscht, vorzugsweise Kaliumionen, wodurch die gewünschten Oberflächendruckspannungen erzeugt werden. Besonders vorteilhaft werden die Vorspannbereiche 5, 5' durch Eindiffundieren von Austausch-Ionen in das Glas oberhalb der Glasübergangstemperatur (T _g ), die typischer Weise zwischen 500 °C und 700 °C liegt, erzeugt. Hierbei werden die Natrium-Ionen des Glases durch kleinere Ionen (d.h. Ionen mit kleinerem lonenradius), vorzugsweise Lithium- Ionen, ausgetauscht, wodurch die gewünschten Oberflächendruckspannungen erzeugt werden.

Beim Aufträgen der Austausch-Ionen auf das Glas können verschiedene Abscheidetechniken zur Anwendung gelangen. Vorteilhaft sind Siebdrucktechniken, bei denen eine Mischung aus organischem Medium und anorganischen Partikeln, die die Diffusionselemente enthalten, auf die Glasoberfläche gedruckt wird. Die diffundierenden Elemente können als festes Pulver, z. B. Lithiumcarbonat, oder als Netzwerkmodifikatoren in Silikat-Glasfritten vorliegen. Bei einer Beschichtung auf Silikatbasis (Sol-Gel) kann das Nassverfahren eingesetzt werden, um eine Silikatschicht abzuscheiden, die reich an Alkalielementen wie Kalium oder Lithium ist. Die Höhe der lokalen Oberflächenspannung kann durch die Konzentration der Alkali-Ionen (wie Lithium), die die Natrium-Ionen in der Glasoberfläche ersetzen, eingestellt werden.

Beispielsweise wird eine wässrige silikathaltige Lösung mit einem Anteil an Lithium oder Kalium auf das Glas aufgebracht. Der Lithiumanteil kann bis zu einem bestimmten Wert erhöht werden, um die Diffusion zu erleichtern. Wenn der Lithiumanteil zu hoch ist, ist das Lithium nicht mehr wasserlöslich. Beispielsweise beträgt bei Lithiumsilikat das Verhältnis Li2O/SiO2= 0,1 bis 0,4, bevorzugt 0,2 bis 0,4. Die Silikatlösung wird bei 70 Grad getrocknet, um eine Verfestigung der Oberfläche zu erreichen. Die Silikatlösung wird beispielsweise durch eine Spin-Coat-Verfahren auf der Oberfläche des Glases abgeschieden. Denkbar ist auch, dass die Beschichtung mit einem Spray erfolgt oder die Lösung mit einem Stab verteilt wird. Beispielsweise hat die Beschichtung eine Dicke von 1 pm. Anschließend wird das Glas in einem Ofen erhitzt (Konvektion). Bei einer Herstellung unterhalb der Glasübergangstemperatur wird das beschichtete Glas beispielsweise für 10 Minuten bei 250 °C gehalten. Möglich ist auch das Eindiffundieren oberhalb der Glasübergangstemperatur.

Aus obigen Ausführungen ergibt sich, dass die Erfindung eine verbesserte Verbundscheibe bereitstellt, mit der durch eine erhöhte Druckspannung auf Seite III der Innenscheibe die Gefahr vermindert werden kann, dass durch die aufgrund der flächigen Anlage von einem oder mehreren Airbags auftretende hohe Zugbelastung an der Seite III der Innenscheibe eine Rissbildung an der Innenscheibe einsetzt und die Innenscheibe bricht. Die erhöhte Oberflächendruckspannung wird der lokalen Zugbelastung bei der Durchbiegung der Verbundscheibe nach außen entgegen. Optional kann die Seite I der Außenscheibe mit einer erhöhten Oberflächendruckspannung versehen werden, um das Risiko einer Rissbildung weiter zu verringern. Das korrekte Entfalten von Airbags, insbesondere Frontairbags, kann durch eine hinreichende Stabilität bzw. Steifheit der Verbundscheibe, die als Widerlager beim Entfalten der Airbags dient und eine entsprechende Gegenkraft ausüben muss, auch bei dünnen Verbundscheiben stets sichergestellt werden. In der industriellen Serienfertigung kann die Verbundscheibe effizient und kostengünstig hergestellt werden, wobei sich die Herstellung der Verbundscheibe in gängigen Herstellungsverfahren auf einfache Weise implementieren lässt.

Bezugszeichenliste:

100 Verbundscheibe

1 Außenscheibe

2 Innenscheibe

3 thermoplastische Zwischenschicht

4 Airbag-Kontaktbereich

5,5' Vorspannbereich

6,6' Umgebungsbereich

O Oberkante der Verbundscheibe 100

U Unterkante der Verbundscheibe 100

5 Seitenkante der Verbundscheibe 100

I außenseitige Oberfläche der Außenscheibe 1

II innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe 1

III außenseitige Oberfläche der Innenscheibe 2

IV innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe 2