Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bemusterung einer Glasoberfläche durch Strahlen und Einfärben der gestrahlten Glasoberfläche.

Stand der Technik Aus dem Stand der Technik ist kein Verfahren zur Herstellung einer transluziden und zugleich für den Beobachter trüb erscheinenden Oberfläche bekannt. Bekannt sind gewöhnliche Sfrahlverfahren für vielfältige Anwendungen und Einsatzzwecke. Beim Strahlen wird im allgemeinen Strahlgut mit unterschiedlichsten Komdurchmessern verwendet. Beim Strahlen ergibt sich also der Effekt, dass besonders große Körner einen grossen Bearbeitungsabtrag erzielen, und mittlere und kleinere Körner über die Oberfläche des Strahlguts streuen und für einen Streuabfrag sorgen.

Weiter sind Verfahren für eine Trübung einer Glasoberfläche (Milchglas) durch Aufrauen bekannt. Hierbei wird eine Oberfläche eines Glases entweder durch Säureerhitzung oder durch Sandstrahlen aufgebaut. Dabei entsteht eine aufgeraute Oberfläche durch welche Lichtstrahlen nicht mehr ungehindert durch das Glas hindurchdringen, sodass für einen Betrachter sich eine Trübung ergibt.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden und es ist ein Ziel des erfindungsgemässen Verfahrens, eine Bemusterung einer Glasoberfläche mittels Strahlen hochreproduzierbar und kostengünstig mit einfachen und umweltschonenden Verfahrensschritten zur Verfügung zu stellen.

Lösung der Aufgabe

Zur Lösung der Aufgabe führt ein Verfahren mit den erfindungsgemässen Verfahrensschritte gemäss Anspruch 1 , sowie der zugehörigen abhängigen Ansprüche. Ein Verfahren mit erfindungsgemässen Verfahrensschritten zur Bemusterung einer Glasoberfläche umfasst je nach Bemusterungsanforderung ein unterschiedlich durchgeführtes Strahlen mit Strahlgut und gewünschtenfalls mit anschliessendem Einfärben. lm Falle einer einfachen Bemusferungssfrukfurierung der Glasoberfläche wird mindestens eine definierte Korngrösse mit einer einheitlichen Verteilung der Korngrösse des Strahlguts benötigt. Das Strahlgut wird mittels Siebung mit unterschiedlich feinen Sieben vorbereitet, um die definierte Korngrösse zu gewährleisten. Zur Bemusterung einer Glasoberfläche kommt idealerweise selektives Strahlen zum Einsatz. Die Korngrösse und ein in Abhängigkeit der Korngrösse gewählter und/oder auch variabler Abstand sowie ein gewählter und/oder variabler Strahldruck bilden Verfahrensparameter, mit welchen bei der Bemusterung der Glasoberfläche eine Beeinflussung des Erscheinungsbilds der Oberfläche, eine Höhe des Anteils des einfallenden Lichtes, eine Lichttransmission und/oder eine Lichtreflexion bestimmt wird.

Hierbei kommt es beim Strahlen zu nur partiell und nicht ganzflächig auf der Oberfläche verteilten Einschlägen, Oberflächenausbrüchen und Vertiefungen. Es bleiben im ikrobereich unbehandelte/unversehrte Oberflächenstellen. Diese Oberflächensfellen lassen sich über entsprechende Strahlgutrezepturen reproduzierbar fertigen, wobei die Aussiebung des Strahlgutes und der Toleranzbereich einer einheitlichen Korngrösse wesentliche Verfahrensparameter sind, welche eine bessere Lichtdurchlässigkeit bei nahezu gleicher optische Wirkung gewährleisten.

In der Regel erweist sich ein Korn mit einheitlicher Grösse als besonders geeignet, weil damit Einschläge, Oberflächenausbrüche und Vertiefungen, auf dem zu strahlenden Glas reproduzierbar hergestellt werden können.

In Experimenten hat es sich gezeigt, dass je kleiner die Siebungsfoleranz ist, desto homogener wird der Bearbeitungseffekt auf der gestrahlten Oberfläche sichtbar. Beispielsweise zeigt eine Strahlung mit einem Korn von 120μιτι Grösse eine Oberfläche mit homogen verteilten Oberflächenausbrüchen als auch unbearbeiteten Oberflächenstellen auf. Diese unbearbeiteten Oberflächenstellen können einen Durchmesser von wenigen Mikrometern bis zu einigen hundert Mikrometern betragen.

Ferner ermöglichen diese unbearbeiteten Oberflächenstellen einen direkten Lichteinfall, wie es bei ungestraften Glasoberflächen ganzflächig der Fall wäre. Nur die selektiv gestrahlten Oberflächenstellen stellen eine aufgeraute Oberfläche dar, durch welche Lichtstrahlen nicht mehr ungehindert durch das Glas hindurch dringen können, sodass sich für einen Betrachter wie zuvor bereits beschrieben, ein visueller Trübungseffekf ergibt. Die einheitliche Korngrösse umfasst daher Körner einer Grösse von 50μηη bis zu ΙΟΟΟμηη mit einer Korngrossenabweichung von höchstens 20%, vorzugsweise 10% von der einstellbaren einheitlichen Korngrösse zum Erzeugen von Vertiefungen in der Glasoberfläche, um bei einer konstant gehaltenen Lichtdurchlässigkeit eine grössere Lichtstreuung an der gestrahlten Glasoberfläche zu erzielen.

Im Falle einer detailgetreuen Musterstrukturierung der Glasoberfläche wird das Strahlgut zunächst mittels einer Siebeeinheit auf eine einstellbare einheitliche Korngrösse vorbereitet und dann durch ein zuvor auf die zu bemusternde Glasoberfläche vorangestelltes und/oder aufgebrachtes, Gewebe und/oder Gespinst aus Fäden mit einer Fadendicke, wobei die Fäden einen Fadenrasterabstand zueinander haben, gestrahlt. Die Fadendicke und der Fadenrasterabstand (Sieböffnung) definieren dabei einen Bereich der Oberfläche, welcher nach dem Strahlen als unversehrte Oberflächenstellen gelten und bilden folglich die Bereiche mit einer unveränderten Lichtdurchlässigkeit. Damit ist es im Sinne der Erfindung möglich, gestrahlte Oberflächen zu erhalten, welche zwei gegensätzlich visuell-optische Effekte miteinander verbinden, nämlich eine mittels Strahlen mattierte Oberfläche mit einer zugleich hohen Lichtdurchlässigkeit.

Im Sinne der Erfindung bewirkt das Gewebe und/oder Gespinst allein durch die Rasterung auf der Glasoberfläche die unveränderte Lichtdurchlässigkeit. Weist das Gewebe und/oder Gespinst zusätzlich photolithographisch vorstrukturierte Bereich auf und dient als eine mit einer Musterung versehenen Schablone, dessen Fadendicke und Fadenrasterabstand zudem eine Konfurschärfenübertragung der Musterung der Schablone weitere Bemusterungsfreiheitsgrade erlaubt, sind beliebige Gestaltungen möglich. Eine derartig aufgebaute Schablone wird im Sinne der Erfindung auch als eine Gewebeschablone bezeichnet.

Die einheitliche Korngrösse umfasst auch bei diesem erfindungsgemässen Verfahrensschritt Körner einer Grösse von 50 m bis zu ΙΟΟΟμηΊ mit einer Korngrossenabweichung von höchstens 20%, vorzugsweise 10% von der einstellbaren einheitlichen Korngrösse zum Erzeugen von Vertiefungen in der Glasoberfläche, wobei die Körner zusätzliche noch auf Fadendicke und Fadenrasterabstand des als Schablone dienenden Gewebes und/oder Gespinsts abgestimmt werden, sodass sich weitere Bemusterungsfreiheitsgrade ergeben. Bei diesen Verfahrensschritten kann das Sfrahlverfahren als ein kontaktfreies Verfahren erfolgen, welches keine Vorbehandlung des gestrahlten Objektes, beziehungsweise Vorarbeiten am Strahlgut oder dem zu strahlenden Objekt erfordern. in Experimenten haben sich dabei die Korngröße des Strahlguts, die Verfahrgeschwindigkeit und die Oszillationen der Strahldüse beim Strahlen, der Düsendurchmesser und die Düsenlänge, welche die Austrittsgeschwindigkeit des Strahlguts bestimmt, der Abstand zwischen der Strahldüse und dem zu strahlenden Material, der Arbeitsdruck beim Strahlen sowie die Vorschubgeschwindigkeit, als wesentliche Verfahrensparameter ergeben. Diese Verfahrensparamefer bestimmen das Verhältnis der Musterauflösung, der Überdeckung und Streuung der Einschläge des Strahlguts auf der Glasoberfläche zueinander.

Anschliessend kann das Einfärben der nun gestrahlten Glasoberfläche als ein weiterer Verfahrensschritt des erfindungsgemässen Verfahrens durchgeführt werden. Beim Einfärben der je nach Anwendungsbedarf zuvor selektiv und/oder gerastert gestrahlten Glasoberfläche, werden die in die Glasoberfläche gestrahlten Oberflächenausbrüche und Vertiefungen mit einer Farbe mit transluziden und reflektierenden Farbpigmenten gefüllt. Dazu wird die Farbe zunächst mit einem Lösungsmittel als Verdünner und einem Härter in Lösung gebracht. Anschliessend wird die gestrahlte Glasoberfläche mit einem Verzögerer benetzt und die Lösung der Farbpigmente auf die gestrahlte Glasoberfläche aufgetragen. Der Verzögerer bewirkt insbesondere in Vertiefungen der gestrahlten Oberfläche eine verzögerte Verdunstung des Lösungsmittels der Lösung und dient zur Steigerung der Haftvermittlung.

Das Lösungsmittel und der Härter werden dabei je nach Art, Beschaffenheit und Material der Farbpimente entsprechend ausgewählt und eingesetzt. Als Verdünner kann man z. B. ein Gemisch aus 50-100% 2-Ethoxy-l-methylethylacetat, 10-25% leichte aromafische Lösungsmittelnaphfha (Erdöl), sowie 2,5-10% Glykolsäure-n- bufylester verwenden.

Als Härter kann man z. B. ein Gemisch aus 50-100% Hexamefhylen-l ,6-diisocyanat- homopolymer, 10-25% n-Butylacetat, sowie < 1% Hexamethylen-l ,6-diisocyanat verwenden.

Als Verzögerer kann man ein Gemisch aus 50-100% Glykolsäure-n-butylester, 10-25% 2- Ethoxy-l-methylethylacetat, sowie 2,5-10% leichte aromatische Lösungsmittelnaphtha (Erdöl) sowie vorzugsweise 1-2% eines Hörters, wie z.B. der oben erwähnte Härter, verwenden.

Die Farbe kann nebst Farbpigmenten, 10-25% 2-Ethoxy-l-methylethylacetat, 5-10% Bariumsulfat 2, 1-2,5% gamma-Butyrolacton, 1-2,5% Xylol, < 1% leichte aromatische Lösungsmittelnaphtha (Erdöl), sowie < 1% l-Dodecyl-2-pyrrolidon enthalten.

Farbe mit transluziden und reflektierenden Farbpigmenten haben den Vorteil, dass zum einen die Transmissionsverluste des Lichtes reduziert werden können, da Lichtstrahlen nach wie vor durch die selektiv und/oder gerastert gestrahlten Glasoberfläche strahlen und es insbesondere im Inneren des Glases zu Mehrfachreflexionen aufgrund der eingesetzten reflektierenden Farbpigmente kommt.

Im Sinne der Erfindung ist es folglich möglich, gestrahlte Oberflächen mit einer in einem beliebigen Farbton eingefärbten Oberfläche zu erhalten, welche zwei gegensätzlich visuell-optische Effekte miteinander verbinden, nämlich eine mittels Strahlen mattierte Oberfläche mit zugleich einer Einfärbung in einem beliebigen Farbton und einer hohen Lichtdurchlässigkeit.

In Experimenten hat es sich dabei als besonders geeignet erwiesen wenn, transluzide Spezialfarben mit speziell reflektierenden Farbpigmenten verwendet werden. Mit derartigen Spezialfarben bearbeitete Glasoberflächen haben daher den Effekt, dass an den unbearbeiteten Stellen Licht einfällt und innerhalb der Glasscheibe interne Reflexion von dem einfallenden Licht durch diese speziell reflektierenden Farbpigmente verursacht wird. Ferner ermöglicht die Strahlung an diesen Stellen eine feinstrukturierte Oberflächenrauheit, sodass dort Farbpigmente bestmöglich haften.

Ferner hat dieser Verfahrensschritt den Vorteil, dass der energetische Wirkungsgrad von Fotovoltaikelementen und/oder Solarthermieelementen durch bemusterte Glasfläche, eine weder durch die Strahlung eingetrübte Glasoberfläche aufweist noch gegebenenfalls durch die zusätzliche Einfärbung der Lichttransmissionsgrad dieser Glasoberfläche weiter reduziert oder beeinträchtigt wird. Eine durch Trübung zunächst entstandene Wirkungsgradeinbusse wird durch den beschriebenen Mehrfachreflexionseffekt aufgrund der reflektierenden Farbpigmente wieder nahezu vollständig kompensiert. Verfahrensschritte des erfindungsgemässen Verfahrens eignen sich somit hervorragend für die Fertigung bemusterter Glasflächen von Fotovoltaikelementen . Ferner eignen sich Verfahrensschritten des erfindungsgemässen Verfahrens auch hervorragend für die Fertigung bemusterter Glasflächen von Solarthermieelementen.

Im Übrigen eignet sich das Verfahren nicht nur für eine Bemusferung von Flachglas, sondern es ist auch eine Bemusterung von Hohlglas oder anderweitig geformten oder gegossenen Glas möglich.

Auch ist die Bemusterung von Glas, welches mit einer Spiegelschicht veredelt ist, möglich.

Ebenso eignet sich das Verfahren nicht nur für die Bemusferung von Glas, sondern es kann auch ein anderes Material, nämlich Holz oder Kunststoff oder Metall oder Leder mit dem erfindungsgemässen Verfahren bearbeitet werden.

Figurenbeschreibung

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten des erfindungsgemässen Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Figuren. Die Erfindung ist allerdings nicht auf die anhand der Figuren erläuterten Verfahrensschrifte beschränkt; diese zeigen in

Figur 1 eine Querschnittsansicht eines strahlbearbeifeten Maferialstücks mit selektiver offener Strahlung im Sinne der Erfindung;

Figur 2 eine Querschnittsansichf eines Sfrahlbearbeitungsschrifts einer bisher verwendeten Strahlung mit handelsüblichen Mischkorn; Figur 3 eine Querschnittsansichf eines selektiven Strahlbearbeitungsschritfs mit definierter einheitlicher Korngrösse im Sinne der Erfindung;

Figur 4 eine Querschnittsansichf eines gerasterten Strahlbearbeitungsschritfs durch ein Gewebe oder Gespinst im Sinne der Erfindung;

Figur 5 ein Muster einer selektiv gestrahlten und eingefärbten Glasscheibe; Figur 6 ein weiteres Muster einer gestrahlten und eingefärbfen Glasscheibe;

Figur 7 ein weiteres Muster einer gestrahlten und eingefärbfen Glasscheibe;

Figur 8 ein weiteres Muster einer gestalteten, gestrahlten Glasscheibe; Figur 9 bis 12 ein weiteres Muster eines mit einem kontaktfrei vorgespannten Sieb gestrahlten und eingefärbten Fotovoltaikmoduls, Beispiele verschiedener freier Gestaltungsmöglichkeiten;

Figur 13 eine Abbildung eines Musters, welches sich mit dem

erfindungsgemässen Verfahren nicht fertigen lässt;

Figur 1 bis 19 jeweils ein weiteres Muster einer mit einem vorgespannten Sieb

bestrahlten Glasscheibe, gestaltet und teilweise eingefärbt;

Figur 20 und 21 jeweils ein Ausschnitt aus einer Siebschablone;

Figur 22 bis 27 jeweils ein Ausschnitt aus einer mit einem vorgespannten Sieb

bestrahlten Glasscheibe, in unterschiedlichen Distanzen vom Sieb zum

Materialstück;

Figur 28 jeweils ein Ausschnitt des Gewebes oder Gespinst;

Figur 29 eine Querschnittsansicht eines strahlbearbeiteten und eingefärbten

Materialstücks 1 mit einfallendem Licht und der Wirkung der

Lichtstreuung;

Figur 30 eine Querschnittsansicht eines strahlbearbeiteten Materialstücks 1 mit reflektierenden Farben eingefärbter Glasoberfläche und der Wirkung der Lichfstreuung;

Figur 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines strahlbearbeifeten Materialstücks 1 mit zahlreichen Ausbrüchen 2 und unbestraften Oberflächenstellen 3.

Figur 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen Strahlbearbeitungsschritts bei einem Materialstück 1 mit flächendeckenden Ausbrüchen 2. Das handelsübliche Strahlgut, bestehend aus einer Vielzahl von Körnern 4 verschiedenster Grössen, wird aus einer nicht abgebildeten Strahldüse 7 mit einem einstellbaren Strahldruck in einem Strahlwinkel a zur Oberflächenebene des zu bearbeitenden Materialsfücks 1 gestrahlt. Dabei entsteht eine mit Einschlägen 2 vollständig überzogene Oberfläche. Figur 3 zeigt eine Querschnittsansicht eines Strahlbearbeitungsschritts bei einem Materialstück 1 mit zahlreichen Ausbrüchen 2 und unbestrahlten Oberflächenstellen 3. Das Strahlgut, bestehend aus einer Vielzahl von Körnern 4 mit einheitlicher Grössen, wird aus einer nicht abgebildeten Strahldüse 7 mit einem einstellbaren Strahldruck in einem nicht abgebildeten Strahlwinkel a zur Oberflächenebene des zu bearbeitenden Materialstücks 1 gestrahlt. Dabei entstehen partiell angeordnete Einschläge 2, welche sich über die Oberfläche derart verteilen, dass zwischen den Einschlägen 2 auch unbearbeitete Stellen 3 des Materialstücks 1 verbleiben.

Figur 4 zeigt eine Querschnittsansicht eines Strahlbearbeitungsschritts bei einem Materialstück 1 , vor welchem kontaktfrei ein Gewebe und/oder ein Gespinst 4 mit Fäden 6 als eine Gewebeschablone für eine Feinmusterprojektion und je nach Bemusterung in dieser konkreten Ausführung auch photolithographisch strukturierte Polymerschicht 8 zur Projektion eines Flächenmusters auf das Materialstück 1 kontaktfrei angebracht ist. Das Strahlgut, bestehend aus einer Vielzahl von Körnern 4, wird aus einer Strahldüse 7 mit einem einstellbaren Strahldruck in einem nicht abgebildeten Strahlwinkel a zur Oberflächenebene des zu bearbeitenden Materialstücks 1 gestrahlt.

In den folgenden Figuren 5 bis 28 sind Bearbeitungsproben von Materialstücken 1 oder Ausschnitte der Gewebe und/oder der Gespinste dargestellt.

Figur 5 zeigt ein Muster einer gestrahlten und eingefärbten Glasscheibe 1. Figur 7 zeigt ein Muster einer gestrahlten und eingefärbten Glasscheibe 1.

Figuren 6 und 8 zeigen jeweils ein weiteres Muster einer eingefärbten und gestrahlten Glasscheibe 1 aus Figur 7.

Figuren 9 bis 1 1 zeigen jeweils ein weiteres Muster einer mit einem kontaktfrei vorgespannten Sieb vollflächig gestrahlten Glasscheibe 1. Dabei kam ein Sieb 1 mit einer Anzahl von 24 Fäden 6 und einer Polymerschicht 8, in welche ein Muster aus Ahornblättern photolithographisch eingearbeitet wurde zum Einsatz. Die Blätter wurden durch das Sieb mit einem 120pm Korn mit einem Abstand von 2 mm Entfernung zum Glas gestrahlt. Anschließend wurde die Bemusterung eingefärbt. Dasselbe Sieb wurde umgedreht und nochmals drüber appliziert mit einem 220 m Korn bestrahlt, sodass nur ein Teil der Farbe weg gestrahlt wurde. Auf die Weise lassen sich zwei optische Farbeffekte erzielen. Anschliessend wurde die Oberfläche mit einem Versiegelungsmittel versiegelt um die Oberfläche vor Verschmutzungen zu schützen und die Oberfläche auch abwaschbar zu machen. Figur 12 zeigt ein Muster, welches ähnlich zu dem Muster der Figuren 9 bis 1 1 hergestellt wurde, wobei ein Korn 4 mit einer gröberen Korngrösse für ein vollflächiges Strahlen verwendet wurde und erst nach dem Einfärben der ganzen Glasfläche durch ein erneutes Strahlen mittels einem Korn 4 mit einer feineren Korngrösse die Mustergebung erfolgte.

Figur 13 zeigt ein Muster, welches sich nicht mit dem erfindungsgemässen Verfahren fertigen lässt.

Figuren 14 bis 19, 22 bis 28 zeigen jeweils ein weiteres Muster einer mit einem vorgespannten Sieb bestrahlten Glasscheibe 1 , wobei das Sieb 4 in direktem Kontakt mit der Glasscheibe 1 steht. Das Sieb 4 weist dabei nicht nur Fäden 6 auf, sondern auch polymerbeschichtete Stellen 8, sodass zugleich eine fein- als auch flächige Musterprojektion von dem Sieb 4 auf die Glasscheibe 1 möglich ist.

Figur 20 und 21 zeigt eine Gewebeschablone aus einer Vielzahl an Fäden 6 mit einer Polymerschicht 8 als eine photolithographische Applikation. Figur 29 zeigt eine Querschnittsansicht eines strahlbearbeiteten Materialstücks 1 mit zahlreichen Ausbrüchen 2 und unbestrahlten Oberflächenstellen 3. Auf die Glasoberfläche des Materialstücks 1 fallen einfallende Lichtstrahlen EL und werden gemäss dem Snelliusschen Brechungsgesetz in reflektierte Lichtstrahlen RL gebrochen und/oder reflektiert.

Figur 29 zeigt eine Querschnittsansicht eines strahlbearbeiteten Materialstücks 1 mit zahlreichen Ausbrüchen 2 und unbestrahlten Oberflächenstellen 3. Die Ausbrüche 2 sind mit reflektierenden Farbpigmenten 9 beschichtet. Auf die Glasoberfläche des Materialstücks 1 fallen einfallende Lichtstrahlen EL und werden gemäss dem Snelliusschen Brechungsgesetz in reflektierte Lichtstrahlen RL gebrochen und/oder reflektiert. Die ins Innere des Materialstücks 1 eingetretenen reflektierten Lichtstrahlen RL werden aufgrund der Farbpigmente 9 weiter im Inneren gemäss dem Snelliusschen Brechungsgesetz reflektiert und/oder gebrochen. Bezugszeichenliste

1 Materialstück

2 Ausbruch

3 Unbearbeitete Stelle

4 Korn

5 Sieb

6 Faden

7 Strahldüse

8 Polymerschicht

9 Farbpigmente

EL Einfallender Lichtstrahl

RL Reflektierter Lichtstrahl α Strahlwinkel

S Strahlrichtung