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Dokumentenidentifikation DE102004030086A1 12.01.2006
Titel Verglasungselement im Sandwichaufbau
Anmelder Schollglas Holding- und Geschäftsführungsgesellschaft mbH, 30890 Barsinghausen, DE
Erfinder Holtmann, Klaus, Dr., 30179 Hannover, DE;
Weinfurtner, Hans, 92533 Wernberg-Köblitz, DE
Vertreter Brümmerstedt Oelfke Seewald & König Anwaltskanzlei, 30159 Hannover
DE-Anmeldedatum 22.06.2004
DE-Aktenzeichen 102004030086
Offenlegungstag 12.01.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.01.2006
IPC-Hauptklasse C03C 27/12(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   
IPC-Nebenklasse E06B 3/66(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      E06B 9/26(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verglasungselement im Sandwichaufbau für Fahrzeuge und Architektur mit Sonnenschutzfunktion. Aufgabe der Erfindung ist es, das Verglasungselement so auszuführen, dass seine Blend- und Sonnenschutzfunktion durch maximale Einfärbung von der Globalstrahlung entkoppelt ist bzw. dass die maximale Einfärbung gezielt nach den Wünschen eines Nutzers eingestellt werden kann. Gelöst wird diese Aufgabe durch eine zwischen zwei Floadglasscheiben (1, 2) angeordnete fotochrome, transparente Kunststoffschicht (3) und einen UV-Filter (5) zur Abschwächung des die Kunststoffschicht (3) durchsetzenden UV-Lichtanteils.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verglasungselement im Sandwichaufbau für Fahrzeuge und Architektur mit Sonnenschutzfunktion.

Im Bereich des Sonnen- und Blendschutzes mit Glas existieren eine Vielzahl von Beschichtungssystemen, die eine hohe Selektivität zwischen sichtbarem Licht (380 nm bis 780 nm) und der nahen Infrarot (NIR)-Strahlung (> 780 nm) aufweisen.

Die modernsten Magnetronbeschichtungen sind in der Lage, die NIR-Strahlung, die für die Überhitzung eines Gebäudes oder eines Fahrzeuges verantwortlich ist, vollkommen auszublenden. Allerdings besteht das Globalstrahlungsspektrum der Sonne, was die übertragene Energie anbelangt, zu circa 50 % aus sichtbarem Licht. Daher muss auch dieses durch Reflektion oder Absorption teilweise aus einem hinter der Verglasung befindlichen Raum ausgeblendet werden, da auch das absorbierte Licht Wärme erzeugt. Somit ist mit klassischen Sonnenschutzverglasungen bestenfalls eine Selektivität von 2 zu erreichen. Dies bedeutet, dass bei einer Lichttransmission von 50 % der g-Wert (Gesamtenergietransmission) einer derartigen Verglasung nicht besser als 25 % sein kann. Da Gebäudefassaden, um die Energiekosten für die Kühlung zu minimieren, meisten auf den g-Wert ausgelegt werden, stehen also nur ca. 50 % des Tageslichts zur Beleuchtung des Innenraums zur Verfügung. Der niedrige g-Wert wird allerdings nur im Sommer oder bei sehr hoher Sonneneinstrahlung benötigt. Bei bedecktem Himmel oder niedrigen Außentemperaturen kann sich der niedrige g-Wert und die reduzierte Lichttransmission sogar negativ auf die Gesamtenergiebilanz auswirken.

Zwischen der horizontalen Globalstrahlung der Sonnen bei bedecktem Himmel am 21. Dezember (ca. 5.000 Lux) und der horizontalen Globalstrahlung am 21. Juni bei klarem Himmel (ca. 100.000 Lux) existiert ein Faktor von 20. Ein statisches Sonnenschutzsystem kann diese Schwankungen nicht ausgleichen und ist daher immer ein Kompromiss. Aus diesem Grund werden gerade in Glasfassaden von Gebäuden Komponenten eingebaut, die hier eine bessere Anpassung an die Umweltbedingungen ermöglichen. Bekannt sind Sonnenschutzlamellen als Blendschutz im Inneren eines Gebäudes oder außen liegende, mechanische Sonnenschutzeinrichtungen. Beide Systeme nehmen zwar Einfluss auf die in das Gebäude eingetragene Solarstrahlung, verhindern aber die Durchsicht und sind zum Teil auch wartungsintensiv. Es ist daher nahe liegend, die Verglasung mit Eigenschaften auszustatten, die es ihr ermöglichen, sich den variablen Umweltbedingungen (Sonneneinstrahlung) anzupassen.

Zu derartigen Verglasungen zählen die hier interessierenden fotochromen Systeme. Fotochrome Systeme sind z.B. von Sonnenbrillen her bekannt. Sie bestehen aus silberhalogenidhaltigen silikatischen Gläsern. Derartige Gläser sind allerdings nicht oder nur zu enormen Kosten in den Größen herzustellen, wie sie in der Architektur oder im Fahrzeugbau benötigt werden. Das Floatglasverfahren ist für ihre Herstellung ungeeignet. Das in der Patentschrift US 2002 05 98 11 beschriebene Fusingverfahren macht sowohl von den Schmelztemperaturen als auch dem Fertigungsprozess den Bau einer speziellen Floatglasanlage erforderlich, was wirtschaftlich nur schwer als Produkt umzusetzen ist. Zudem würde sich die Farbe im Grau-/Braunbereich bewegen, was den Designanforderungen von Architekten widerspricht.

Neben den fotochromen Effekten von Silberhalogeniden in einer silikatischen Glasmatrix sind aber auch fotochrome Systeme bekannt, die auf organischen Molekülen beruhen, die in eine organische Matrix eingebunden sind. Derartige Beispiele sind aus EP 13 88 749 und EP 0 931 278 bekannt. Wie bei allen organischen Gläsern wird der Einsatz in der Architektur und Fahrzeugbau durch die im Vergleich zu silikatischem Glas geringere mechanische Stabilität und Verkratzungsgefahr eingeschränkt. Auch sind Kunststoffe meist nicht gasdicht, so dass der Einsatz als Isolierglasscheiben ausscheidet. Ebenso sind handelsübliche Wärme- und Sonnenschutzbeschichtungen nicht auf Kunststoffplatten verfügbar, was den Einsatz weiter einschränkt.

In EP 0 96 33 90 ist eine mit einem fotochromen Film beschichtete Glasplatte beschrieben. Derartige Beschichtungen sind ebenfalls problematisch, da sie bei einem monolithischen Glas verkratzt werden können und zudem relativ dünn sind. Damit sind die Diffusionswege für Sauerstoff, der die fotochromen Farbstoffe angreifen kann, sehr gering. Daraus resultiert eine relativ schnelle Alterung, was dem Einsatz in der Architektur zuwider läuft.

Alle vorstehend aufgeführten fotochromen Systeme weisen den Nachteil auf, dass die Lichttransmission, gerade bei Einstrahlung des Sonnenspektrums, nicht einstellbar ist. In der Regel erfolgt die Einfärbung direkt proportional zum UV-Anteil der Globalstrahlung. Damit findet schon sehr früh eine Einfärbung statt, die nicht notwendigerweise erforderlich ist, um die Überhitzung eines hinter einer Verglasung befindlichen Raums zu unterbinden oder zu minimieren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verglasungselement der eingangs genannten Art so auszuführen, dass seine Blend- und Sonnenschutzfunktion durch maximale Einfärbung von der Globalstrahlung entkoppelt ist bzw. dass die maximale Einfärbung gezielt nach den Wünschen eines Nutzers eingestellt werden kann.

Grundlegend geht die vorliegende Erfindung davon aus, dass sich der fotochrome Farbstoff in einer organischen Matrix aus transparentem Kunststoff befindet, die zwischen zwei transparenten Scheiben aus Glas angeordnet ist. Dabei kann die Kunststoffmatrix bei der Herstellung des Verglasungselementes zwischen die Glasscheiben eingegossen werden oder aber auch als separat hergestellte Schicht mit einem geeigneten Klebstoff an die Deckscheiben angeklebt werden. Die Anordnung der fotochromen Kunststoffschicht zwischen den Deckscheiben hat den Vorteil, dass der fotochrome Farbstoff dauerhaft von dem Zutritt von Sauerstoff geschützt ist, der sich negativ auf die Wirksamkeit des Farbstoffes auswirkt. In Ausgestaltung der Erfindung ist es zusätzlich sinnvoll, die Kunststoffschicht an den Kanten durch ein diffusionsdichtes Material vor dem Angriff durch Wasser, Lösungsmittel und Gasen zu schützen. Besonders geeignet sind hierfür Dichtstoffe auf Butylbasis oder Metallfolien. Als Kunststoff für die fotochrome Schicht ist insbesondere Polyurethan geeignet.

Um eine bessere Anpassung und Steuerbarkeit der Einfärbung der fotochromen Kunststoffschicht zu erzielen, ist erfindungsgemäß ein UV-Filter vorgesehen, der den Anteil der für den Grad der Einfärbung relevanten UV-Strahlung der Globalstrahlung, der auf die fotochrome Schicht wirkt, vom Anteil des sichtbaren Lichts des Globalspektrums entkoppelt. Dies erfolgt Idealerweise so, dass der Filter das sichtbare Licht ungehindert transmittiert, das dazugehörige UV-Licht aber um den Faktor 20 (Unterschied zwischen der Beleuchtungsstärke im Sommer und im Winter – siehe weiter oben) abschwächt. Damit wird ein wesentlich langsamerer Anstieg der Absorption durch Einfärbung erreicht. Dies bedeutet, dass ein erfindungsgemäßes Verglasungselement erst bei der maximalen verfügbaren Globalstrahlungsleistung seine maximale Einfärbung erreicht, während es z.B. im Winter bei bedecktem Himmel keine Einfärbung zeigt und somit das Licht ungehindert durch lässt. Ein derartiger Filter würde im Idealfall nur 5 % der UV-Strahlung transmittieren. Somit könnte die Konzentration des fotochromen Farbstoffes in der Kunststoffmatrix so eingestellt werden, dass die maximale Einfärbung nur bei maximaler Globalstrahlung erfolgt.

Die Blend- und Sonnenschutzfunktion des Verglasungselements kann somit durch Wahl der Konzentration des fotochromen Farbstoffes in der Kunststoffmatrix (bei einer fixen UV-Strahlungsleistung ist die Einfärbung direkt proportional zur Farbstoffkonzentration) und durch Wahl des UV-Filters gezielt auf Kundenwünsche eingestellt werden.

Ein erfindungsgemäß vorgesehener UV-Filter hat zudem den Vorteil, dass das Verglasungselement wesentlich empfindlicher auf die umweltbedingten Lichtverhältnisse reagiert. Es ist bekannt, dass bei bedecktem Himmel, also diffuse Strahlung, eine geringere UV-Strahlungsmenge zur Verfügung steht. Gleichzeitig ist aber eine Blendung (z.B. am Arbeitsplatz), vor allem bei direkter Strahlung, ein Problem. Durch den UV-Filter ist es möglich, bei diffuser Strahlung eine wesentlich höhere Lichtmenge in einen hinter dem Verglasungselement befindlichen Raum zu lassen, als dies ohne den Filter möglich wäre.

Grundsätzlich ist auch, dass der UV-Filter so angeordnet ist, dass er den die Kunststoffschicht durchsetzenden UV-Lichtanteil abschwächt. Dies wird in Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, dass der UV-Filter von der Strahlungsquelle ausgesehen als separate Schicht vor der Kunststoffschicht angeordnet oder aber in die fotochrome Kunststoffschicht integriert ist.

Bezüglich des UV-Filters sind verschiedene Ansätze möglich, die sich nach dem geplanten Einsatz und der gewünschten Selektivität des Filters richten. Eine gewisse Filterwirkung kann bereits durch eine zur Lichtquelle hin orientierte normale bzw. eingefärbte Floatglasscheibe erreicht werden. So beträgt z.B. die UV-Transmission einer 6 mm dicken Floatglasscheibe aus eisenarmen Glas circa 83 % bei 92 % Transmission im sichtbaren Spektrums. Eine gleichdicke Scheibe aus grünem Floatglas weist demgegenüber eine UV-Transmission von 18 % bei einer Lichttransmission von 73 % auf, ist also bereits wesentlich selektiver. Weitere Veränderungen der Selektivität lassen sich natürlich auch über die Dicke der Deckscheiben und die Konzentration der Farbträger an den Deckscheiben erzielen.

Eine weit höhere Selektivität zwischen Licht- und UV-Transmission lässt sich aber durch den Einsatz von speziellen Kunststofffolien erreichen, die bereits heute zur Herstellung von Verbundsicherheitsgläsern verwendet werden. Derartige Folien, die zwischen zwei Glasscheiben laminiert werden, weisen eine sehr hohe UV-Absorption auf, ohne dabei die Lichttransmission zu beeinflussen. So weist z.B. eine 6 mm dicke Scheibe (aus zwei mal 3 mm eisenarmen Glas) mit einer handelsüblichen 0,38 mm dicken Folie aus Polyvinylbuteral (PVB) eine UV-Transmission von 2,6 % bei einer Lichttransmission von 92 % auf.

Wenn keine hohen Anforderungen bezüglich der Abrasionresistenz bestehen, kann eine UV-selektive Schicht auch in Form eines Lackes auf die Außenseite einer Deckscheibe aufgetragen werden.

Die oben beschriebenen Lösungen gehen von der Anordnung eines UV-Filters als separate Schicht aus. Wie schon erwähnt, kann eine UV-Selektivität eines erfindungsgemäßen Verglasungselements auch dadurch eingestellt werden, dass organische oder anorganische UV-Absorber in die Kunststoffmatrix integriert werden. Derartige monolithische Aufbauten eignen sich vorwiegend zum Einsatz im Fahrzeugbereich, da hier die bei der Absorption des sichtbaren Lichts anfallende Wärme durch den Fahrtwind abgeführt wird und nicht als sekundäre Energieabgabe zu einer Aufheizung des Fahrgastraums führt.

Für Sonnenschutzaufgaben, wie sie z.B. in Gebäuden anfallen, sind Verglasungselemente im monolithischem Aufbau ungeeignet, da die durch Absorption anfallende Wärme zum Rauminneren abgestrahlt werden würde.

Für die Anwendung in der Architektur bietet sich der Einsatz derartiger fotochromer Verbundsysteme in Isolierglasaufbauten an, wie sie schon aus Gründen des Wärmeschutzes benötigt werden. Dies hat folgende Vorteile: zum einen sind die meisten Sonnenschutzschichten, die eine hohe Selektivität zwischen NIR-Strahlung und sichtbarem Licht aufweisen nicht korrisionsbeständig und müssen daher im Isolierglas hermetisch von der Atmosphäre abgeschlossen werden, zum anderen weisen derartige Beschichtungen meist auch eine niedrige Emmessivität (zwischen 10 % und 2 %) auf und verhindern somit den Wärmetransport von der Außenseite eines Gebäudes durch Wärmestrahlung ins Innere. Wird eine fotochrome Kunststoffschicht in der Außenscheibe eines Isolierglasaufbaues vorgesehen, wobei die mit einer handelsüblichen Sonnenschutzbeschichtung und/oder Wärmeschutzbeschichtung versehene Rückseite dieser Scheibe zum Scheibenzwischenraum zeigt, so sind damit sowohl signifikante Reduzierungen der Gesamtenergietransmission als auch der Lichttransmission möglich.

Ein Beispiel soll dies verdeutlichen: Ein gängiger Sonnenschutztyp besteht aus zwei mal 6 mm Floatglas, wobei die Außenscheibe eine Sonnenschutzbeschichtung zum Scheibenzwischenraum hin aufweist. Die Lichttransmission dieser Einzelscheibe beträgt dabei 75 %. Der Gesamtaufbau hat eine Lichttransmission von 66 % bei einer Gesamtenergietransmission von 33 %. Senkt man die Lichttransmission dieser Außenscheibe durch den fotochromen Effekt auf ca. 53 %, so ergibt sich für den Gesamtaufbau eine Lichttransmission von 40 % bei einer Gesamtenergietransmission von 25 %. Wird die Lichttransmission der außenliegenden fotochromen Scheibe (z.B. im Hochsommer bei 100.000 Lux Globalstrahlung) auf 24 % reduziert, so ergibt sich für den Gesamtaufbau eine Lichttransmission von ca. 18 % bei einer Gesamtenergietransmission von ca. 14 %. Interessant ist dabei die daraus resultierende Beleuchtungsstärke im Innenraum eines Gebäudes. Im Winter, in dem die fotochrome Scheibe aufgrund des vorgelagerten UV-Filters nicht aktiviert ist, sind auf der Rückseite der Scheibe 5.000 Lux mal 0,66 = 3.300 Lux zu verzeichnen. Im Sommer dagegen, bei komplett abgedunkelter Scheibe, liegen dann 100.000 Lux mal 0,18 = 18.000 Lux vor. Somit ist die Innenraumbeleuchtung auch bei voll abgedunkelter Scheibe noch gegeben.

Wird die fotochrome Kunststoffschicht in der Innenscheibe, also auf der Raumseite, der Isolierglaseinheit vorgesehen, so hat dies praktisch keinen Effekt auf die Gesamtenergietransmission, da die Sekundärenergieabgabe deutlich steigt und lediglich die Lichttransmission sinkt. Somit ist diese Ausführung vor allem als stationärer Blendschutz zu sehen.

Ein großer Nachteil fotochromer Systeme war bisher die Tatsache, dass die Lichttransmission nicht aktiv gesteuert werden konnte. Auch dieser Nachteil gegenüber elektrochromen und gasochromen Systemen kann durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen Verglasungselements beseitigt werden. Dafür gibt es grundsätzlich zwei Ausführungen. Die erste Ausführung eignet sich für bewegliche Verschattungs- und Blendschutzelemente. Bei einem Verbundaufbau, bei dem sich die fotochrome Schicht zwischen zwei transparenten Scheiben befindet, von denen eine mit einem UV-Filter ausgestattet ist, der praktisch kein UV-Licht mehr transmittiert und die andere Scheibe ohne einen derartigen Filter oder aber mit einem UV-Filter mit höherer UV-Transmission ausgestattet ist, ergibt sich eine einfache Lösung dadurch, den Verbundaufbau entlang einer vertikalen oder horizontalen Achse so zu drehen, dass der UV-Filter nach der Drehung nicht mehr zwischen der fotochromen Schicht und der Lichtquelle liegt. Dadurch kann im letzteren Fall der fotochrome Effekt genutzt werden, was vor der Drehung nicht der Fall ist. Der fotochrome Effekt würde dann eine weitere Reduzierung der Lichttransmission ermöglichen. Bei vor der fotochromen Schicht angeordnetem UV-Filter ist ein Grundsonnenschutz z.B. in Form von Siebdruck, Einfärbung oder Beschichtung möglich. Ein Vorteil eines derartigen Systems gegenüber bestehenden Beschattungs- und Blendschutzsystemen aus Metalllamellen oder Geweben ist die Tatsache, dass ein derartiges System transparent bleibt und somit einen Blick nach außen ermöglicht, während dieser durch Metalllamellen oder Geweben beeinträchtigt wird. Zudem ist ein derartiges System weniger wartungsintensiv.

Für feststehende Verglasungen oder Verglasungen bietet sich eine zweite Ausführungsform an. Auch hier liegt wieder zwischen der fotochromen Schicht und der außenliegenden Lichtquelle (Sonne) ein hoch selektiver UV-Filter, der die UV-Strahlung wirkungsvoll ausblendet und nur das sichtbare Licht transmittiert. Die variable Einfärbung der fotochromen Schicht erfolgt in diesem Fall durch eine im Gebäudeinneren vorhandene UV-Lichtquelle. Diese kann im einfachsten Fall eine als Schwarzlichtstrahler ausgeführte Leuchtstoffröhre sein. Sinnvoller ist aber der Einsatz so genannter Tageslichtleuchten, die neben dem sichtbaren Licht auch den UV-Anteil des Sonnenlichts abbilden. Der Lichtkegel einer derartigen Beleuchtung kann über so genannte „Wallwasher" Reflektoren, die eine homogene Beleuchtungsverteilung ermöglichen, auf die Scheibe gerichtet werden.

Die Steuerung der Lichttransmission der Verglasungselemente erfolgt dann über einen Fotosensor auf der Raumseite der Verglasung, der die Lichttransmission durch das Verglasungselement misst. Die Information dieses Stellgliedes kann dann im Zusammenspiel von Klimatechnik und Lichttechnik zur Steuerung der internen UV-Beleuchtung genutzt werden und z.B. das Dimmen der Leuchtstoffröhren regeln. Interessant ist dabei eine Ausführungsform bei der der Lichtsensor mit einem Transponder gekoppelt ist, was einen kabellosen Datentransfer und die Ankopplung des Verglasungselements an ein Bus-System ermöglicht.

Es ist bekannt, dass fotochrome Farbstoffe nur innerhalb eines begrenzten Temperaturbereichs funktionieren. Bei höheren Temperaturen nimmt der fotochrome Effekt ab (geringere Einfärbungen). Im Bereich der Fahrzeug- und Architekturverglasung treten allerdings durch die Absorbtion des Farbstoffes Temperaturen von bis zu 100°C auf, die den fotochromen Effekt behindern können. Es ist daher sinnvoll, den fotochromen Farbstoff mit einem thermochromen Farbstoff zu kombinieren. Dieser müsste von seiner Umschlagtemperatur so ausgelegt sein, dass eine Farbänderung erst bei höheren Temperaturen, wie sie bei der Absorption von Licht entstehen auftritt. Durch die Kombination beider Farbstoffklassen kann der Einsatzbereich eines erfindungsgemäßen Verglasungselements erhöht werden.

Grundsätzlich sind fast alle Klassen der fotochromen Farbstoffe zur Verwendung im erfindungsgemäßen Einsatzfeld geeignet. Die Anforderungen an den bzw. die fotochromen Farbstoffe sind hier jedoch höher als bei den heute üblichen Einsatzgebieten, insbesondere als bei Sonnenbrillen. Dies betrifft speziell die Anforderungen an die Langzeitstabilität und hier wieder besonders an die Farbkonstanz über die Lebensdauer. Deshalb sind für den erfindungsgemäßen Anwendungszweck spezielle Auswahlkriterien anzuwenden bzw. bestimmte Klassen von fotochromen Farbstoffen besonders bevorzugt.

Es ist schwierig mehrere fotochrome Farbstoffe zu finden, die sich in der Langzeitstabilität absolut gleichwertig verhalten. Daher ist die Anzahl der verwendeten Farbstoffe möglichst gering zu halten. Dies bedingt anderseits für die verwendeten Farbstoffe bestimmt Absorptionseigenschaften. Absorptionsbanden, die sich über einen weiteren Bereich des sichtbaren Wellenlängenspektrums mit gleichmäßiger hoher Absorptionsintensität erstrecken sind bevorzugt. Diese sind unter anderem von den Naphthopyranen und den daraus abgeleiteten Systemen mit weiteren ankondensierten ali- oder heterozyklischen Ringen bekannt. Die durch ihre gute Langzeitstabilität ausgezeichneten Spironaphthoxazine beispielsweise benutzen meisten nur schmale Absorptionsbanden im Sichtbaren.

Besonders bevorzugt sind Farbstoffe, die bereits als Einzelfarbstoff die gewünschte Farbe zeigen. Diese Farbstoffe, die sich meist durch zwei oder mehr annähernd gleich intensive Absorptionsbanden im Sichtbaren auszeichnen, sind in der Literatur beschrieben. Sie erleichtern auch die Verwendung der speziellen UV-Absorber zur Steuerung der Eindunklungsintensivität, da dann nicht auch noch auf ein gleiches Absorptionsverhalten der verwendeten Farbstoffe im UV-Bereich geachtet werden muss.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der dazugehörigen Zeichnung zeigt:

1 ein Verglasungselement in einfachster Ausführung, bestehend aus zwei Floatglasscheiben mit dazwischen liegender fotochromer Polyurethanschicht,

2 eine Darstellung gemäß 1 mit eingebautem Diffusionsschutz für den Kantenbereich der fotochromen Polyurethanschicht,

3 ein Verglasungselement gemäß 1 mit einer zusätzlichen UV-Filterschicht,

4 eine Darstellung gemäß 3 mit anders angeordneter UV-Filterschicht,

5 ein Verglasungselement gemäß 1 mit in die fotochrome Polyurethanschicht integriertem UV-Filter,

6 einen Isolierglasaufbau als Sonnenschutzelement,

7 einen Isolierglasaufbau als Blendschutzelement,

8 eine Anwendung des Verglasungselements gemäß 3 als Sonnenschutzlamelle,

9 einen Isolierglasaufbau gemäß 6 mit steuerbarem, fotochromen Sonnenschutz und

10 einen Isolierglasaufbau gemäß 7 mit steuerbarem, fotochromen Blendschutz.

Die Darstellung gemäß 1 zeigt einen Basisaufbau eines erfindungsgemäßen Verglasungselementes. Es besteht aus zwei normalen Floatglasscheiben 1, 2 und einer dazwischen liegenden Schicht 3 aus transparentem Polyurethan. In die Kunststoffmatrix ist ein geeigneter fotochromer Farbstoff integriert. Bei dieser Anordnung wirkt die von der Strahlungsquelle aus gesehenen vor der fotochromen Polyurethanschicht 3 liegende Floatglasscheibe 1, wenn auch nicht sehr selektiv, als UV-Filter. So beträgt z.B. die UV-Transmission einer 4 mm dicken, normalen Floatglasscheibe 55 bei einer Lichttransmission von 90 %. Schon bei diesem einfachen Aufbau kann die Selektivität durch Einfärbung der Floatglasscheibe 1 wesentlich verbessert werden. So beträgt die UV-Transmission einer 4 mm starken, grünen Floatglasscheibe 25 % bei einer Lichttransmission von 80 %.

Das in 2 gezeigte Verglasungselement unterscheidet sich von dem gemäß 1 nur dadurch, dass im Kantenbereich der fotochromen Polyethanschicht 3 eine Diffusionssperre in Form einer Dichtungen 4 auf Butylbasis eingebaut sind.

Bei dem Verglasungselement gemäß 3 ist gegenüber dem Aufbau gemäß 1 eine separate UV-Filterschicht 5 zwischen der außenliegenden Floatglasscheibe 1 und der fotochromen Polyurethanschicht 3 eingebaut. Bei dieser UV-Filterschicht 5 kann es sich beispielsweise um eine Folie aus Polyvinylbuteral (PVB) handeln. Damit liegt ein Verglasungselement mit einer sehr hohen Selektivität zwischen einer UV-Transmission und einer Lichttransmission vor. Wenn die fotochrome Polyurethanschicht 3 bei der Herstellung des Verglasungselementes in den Zwischenraum zwischen den Floatglasscheiben 1 und 2 eingegossen wird, muss die UV-Filterschicht 5 im Falle einer PVB-Folie durch eine zusätzliche, dünne Glasscheibe von der Kunststoffmatrix abgetrennt werden. Eine solche Abtrennung ist bei einem Verbundglaselement mit dem in 4 gezeigten Aufbau nicht erforderlich. Hier ist die UV-Filterschicht 5 auf die äußere Floatglasscheibe 1 außen aufgebracht.

Das in 5 gezeigte Verglasungselement besteht wie der Basisaufbau gemäß 1 aus zwei Floatglasscheiben 1, 2 und einer dazwischen liegenden fotochromen Polyurethanschicht 3. Im Unterschied zu dem Aufbau gemäß 1 ist hier in die fotochrome Polyurethanschicht eine UV-Filter integriert. Die Selektivität zwischen UV- und Licht-Transmission dieses Verglasungselementes ist größer als die des Verglasungselementes gemäß 1, aber kleiner als die der Verglasungselemente gemäß den 2 und 4.

Der in 6 dargestellte Isolierglasaufbau besitzt eine Außenscheibe 6 und eine Innenscheibe 7, die durch einen Scheibenzwischenraum 8 voneinander getrennt sind. Der Scheibenzwischenraum 8 ist durch einen umlaufenden Butylstrang 4 gasdiffusionsdicht gegenüber die Umgebung abgedichtet. Die Außenscheibe 6 des Isolierglasaufbaus entspricht dem Verglasungselement gemäß 3, während die Außenscheibe 7 als einzelne Floatglasscheibe ausgebildet ist. Der beschriebene Isolierglasaufbau ist als Sonnenschutzelement mit Hinsicht auf die Blendwirkung und die Wärmeeinstrahlung geeignet. Die Abdunklung der Außenscheibe 6 durch die Farbreaktion in der fotochromen Polyurethanschicht 3 sorgt für einen ausreichenden Blendschutz. Gleichzeitig wird die durch Absorption in der Außenscheibe 6 anfallende Wärme durch den Scheibenzwischenraum 8 an einer Übertragung an einen hinter dem Isolierglasaufbau liegenden Raum verhindert.

Kommt es auf einen Wärmeschutz nicht an und ist nur ein Blendschutz gefragt, so bietet sich ein Isolierglasaufbau gemäß 7 an. Hier besteht die Außenscheibe 9 aus einer zwischen zwei Floatglasscheiben 11, 12 angeordneten UV-Filterschicht 5 und die Innenscheibe 10 aus einer zwischen zwei Floatglasscheibe 13, 14 angeordneten fotochromen Polyurethanschicht 3. Bei diesem Isolierglasaufbau erfolgt die Lichtabsorption in der Innenscheibe 10 und die daraus resultierende Wäre wird von der Innenscheibe nach außen abgestrahlt. Dieser Isolierglasaufbau ist daher z.B. als Blendschutzwand geeignet, bei der es nur auf einen Blendschutz und nicht auf einen Wärmeschutz ankommt.

Während bei den oben beschriebenen Verglasungselementen die Lichttransmission und -absorption durch Wahl der Farbstoffkonzentration in der fotochromen Polyurethanschicht und deren Dicke sowie durch Wahl des UV-Filters und dessen Anordnung auf Kundenwünsche eingestellt werden kann, ist mit den erfindungsgemäßen Verglasungselementen auch eine aktive Steuerung der Lichttransmission und -absorption möglich.

8 zeigt eine Anwendung des in 3 gezeigten Verglasungselementes als Sonnenschutzlamelle 15. Jede Sonnenschutzlamelle 15 ist neben der für Sonnenschutzlamellen üblichen Kinematik um eine Achse 16 um 180° schwenkbar. Durch eine derartiges Verschwenken der Sonnenschutzlamellen 15 liegt die hier hoch selektiv ausgeführte UV-Filterschicht 5 von der Strahlungsquelle (Sonne) aus gesehen einmal vor der fotochromen Polyurethanschicht 3 (linke Bildhälfte) und einmal hinter der fotochromen Polyurethanschicht 3 (rechte Bildhälfte). Im ersten Fall kann der fotochrome Effekt auf Grund der vor der Polyurethanschicht 3 angeordneten UV-Filterschicht 5 nur geringfügig genutzt werden. In diesem Falle ist eine Grundsonnenschutz z.B. in Form von Einfärbungen der Floatglasscheiben 1, 2 bzw. durch einen Siebdruck auf diese Floatglasscheiben 1, 2 realisierbar. Im zweiten Fall (rechte Bildhälfte) trägt der dann eintretende fotochrome Effekt zu einer weiteren Reduzierung der Lichttransmission bei.

9 zeigt einen Isolierglasaufbau gemäß 6. Auch hier liegt zwischen der außen liegenden Lichtquelle (Sonne) ein hoch selektiver UV-Filter 5, der die UV-Strahlung wirkungsvoll ausblendet und nur das sichtbare Licht transmittiert. Die variable Verdunklung der fotochromen Polyurethanschicht 3 erfolgt in diesem Falle durch eine in dem hinter dem Verglasungselement liegenden Raum angeordnete UV-Lichtquelle. Dabei handelt es sich um eine Tageslichtlampe 17, die neben dem sichtbaren Licht auch den UV-Anteil des Sonnenlichts abstrahlt. Der Lichtkegel dieser Tageslichtlampe 17 wird über so genannte „Wallwasher"-Reflektoren 18 in homogener Beleuchtungsverteilung auf das Verglasungselement gerichtet. Solange die Tageslichtlampe 17 ausgeschaltet ist, wird der fotochrome Effekt der Polyurethanschicht 3 nicht genutzt, da die vor ihr angeordnete UV-Filterschicht 5 den wirksamen UV-Lichtanteil aus dem Sonnenlicht ausfiltert. Wenn die Tageslichtleuchte 17 eingeschaltet wird, fällt deren Licht durch die Floatglasscheiben 7 und 2 direkt auf die fotochrome Polyurethanschicht 3, so dass sich das Verglasungselement verdunkelt. Ein auf der Raumseite angeordneter Fotosensor 19 misst die Lichttransmission durch das Verglasungselement. Diese Information wird zu einer Steuereinheit 20 weitergeleitet, über die die Tageslichtlampe 17 der gewünschten Verdunklung des Verglasungselements entsprechend gedimmt oder aufgeregelt wird. Das in 9 dargestellt Verglasungselement dient, wie schon zu 6 beschrieben hauptsächlich dem Schutz gegen einen Wärmeeintrag durch das Sonnenlicht.

Das in 10 gezeigte Verglasungselement entspricht dem Isolierglasaufbau gemäß 7. Dieses Verglasungselement dient also dem Blendschutz. Ansonsten gilt das zu 9 gesagt.


Anspruch[de]
  1. Verglasungselement im Sandwichaufbau für Fahrzeuge und Architektur mit Sonnenschutzfunktion gekennzeichnet durch eine zwischen zwei Floatglasscheiben (1, 2) angeordnete fotochrome, transparente Kunststoffschicht (3) und einen UV-Filter (5) zur Abschwächung des die Kunststoffschicht (3) durchsetzenden UV-Lichtanteils.
  2. Verglasungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff der Schicht (3) Polyurethan ist.
  3. Verglasungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der UV-Filter aus einer von der Strahlungsquelle (Sonne) aus gesehen vor der Kunsstoffschicht (3) angeordneten Schicht (5) besteht.
  4. Verglasungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der UV-Filter in die fotochrome Kunsstoffschicht (3) integriert ist.
  5. Verglasungselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten der Kunststoffschicht (3) durch ein diffusionsdichtes Material (4), z.B. einen Dichtstoff auf Butylbasis oder eine Metallfolie, gegen die Umgebung abgedichtet sind.
  6. Verglasungselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der fotochrome Farbstoff in der Kunststoffschicht (3) mit einem thermochromen Farbstoff kombiniert ist.
  7. Verglasungselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in einem monolithischen Aufbau oder einem Isolierglasaufbau ausgeführt ist.
  8. Sonnenschutzanordnung unter Verwendung eines Verglasungselementes gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Raum hinter dem Verglasungselement eine UV-Lichtquelle (17) zur Anregung der fotochromen Kunststoffschicht (3) angeordnet ist.
  9. Sonnenschutzanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Raumseite ein Fotosensor (19) zur Messung der Lichttransmission durch das Verglasungselement angeordnet ist, dessen Messwerte über eine Steuereinheit (20) zur Regelung der UV-Lichtquelle (17) verwendet werden.
  10. Sonnenschutzanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsensor (19) zum kabellosen Datentransfer und zur Ankopplung des Verglasungselementes an eine Bus-System mit einem Transponder gekoppelt ist.
  11. Sonnenschutzanordnung unter Verwendung eines Verglasungselementes gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verglasungselement als eine um 180° um ihre Achse (16) schwenkbare Sonnenschutzlamelle (15) ausgebildet ist.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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