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Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsglasscheibe, insbesondere eine
Windschutzscheibe für Kraftfahrzeuge, die aus einer Silikatglasscheibe und einer
mit dieser verbundenen Kunststoffscheibe besteht.
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Für Windschutzscheiben werden heute zwei verschiedene Arten von Sicherheitsglas
verwendet, nämlich einerseits sogenanntes »Einscheibensicherheitsglas« und andererseits
»Verbundsicherheitsglas«.
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Einscheibensicherheitsglas ist vorgespanntes Glas, das in seinen Oberflächenschichten
eine Druckvorspannung aufweist, die durch eine Zugvorspannung im Kein der Glasscheibe
im Gleichgewicht gehalten wird.
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Das übliche Verbundsicherheitsglas besteht aus zwei nicht vorgespannten
Einzelglasscheiben, die mit Hilfe einer thermoplastischen Zwischenschicht aus Polyvinylbutyral
miteinander verbunden sind.
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Einscheibensicherheitsglas zerfällt bei einem Bruch in seiner Gesamtheit
in kleine Bruchstücke. Wird bei einer plötzlichen Verzögerung des Fahrzeuges ein
Insasse gegen eine Windschutzscheibe aus Einscheibensicherheitsglas geschleudert,
dann zerbricht die Scheibe bei einer Auftreffgeschwindigkeit des Kopfes des Insassen
von etwa 15 km/h ab infolge der lokalen Biegebeanspruchung. Der Bruchvorgang
erfolgt außerordentlich schnell. Bereits etwa 1 Millisekunde nach der Berührung
des Kopfes mit der Windschutzscheibe ist diese vollständig zerbrochen und der Kopf
des Insassen freigegeben, so daß keine Verzögerungskräfte mehr auf den Kopf einwirken.
Infolge dieser außerordentlich kurzen Einwirkungsdauer der Verzögerungskräfte wird
nur ein sehr geringer Teil der kinetischen Energie des Körpers durch die Windschutzscheibe
absorbiert.
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Auch Verbundsicherheitsglasscheiben werden von bestimmten Auftreffgeschwindigkeiten
ab durchschlagen. Bei einer Dicke der Polyvinylbutyralzwischenschicht von
0,38 mm, wie sie bisher allgemein verwendet wurde, erfolgt bei einer Umgebungstemperatur
von etwa 201 C der Durchstoß des menschlichen Kopfes bei einer Auftreffgeschwindigkeit
des Kopfes von etwa 25 bis 30 km/h ab. Die Folge eines Durchstoßens
durch eine Verbundsicherheitsglasscheibe aber ist die Bildung der außerordentlich
gefährlichen sogenannten »Halskrause«, d. h. eines Kragens scharfer, durch
die Butyralfolie festgehaltener Glassplitter am Rand der Durchbruchstelle, die leicht
zu lebensgefährlichen Schnittverletzungen führen können.
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Um die Gefahr des Durchstoßens zu verringern, ist man dazu übergegangen,
die Dicke der Butyralschicht zu verdoppeln. Sie wird erst bei etwa der doppelten
Auftreffgeschwindigkeit, nämlich von etwa 45 km/h ab, durchschlagen. Wenn die Windschutzscheibe
nicht durchschlagen wird, wird durch eine solche Windschutzscheibe bis zu viermal
mehr von der kinetischen Energie des menschlichen Körpers vernichtet als bei einer
Windschutzscheibe mit einer 0,38 mm dicken Butyralschicht.
Im
Gegensatz zu den Einscheibensicherheitsglasscheiben, bei denen die Einwirkungsdauer
der Stoßkräfte unterhalb von 1 msec liegt, ist die Einwirkungsdauer der Stoßkräfte
bei den Verbundglasscheiben infolge der plastischen Deformation der Butyralzwischenschicht
unvergleichlich länger. Sie erreicht Werte bis zu 160 msee.
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Für die beim Aufprall eines Insassen auf die Windschutzscheibe auftretenden
inneren Verletzungen ist jedoch, wie man heute weiß, neben der Höhe der Verzögerungskräfte
die Einwirkungsdauer dieser Kräfte von entscheidender Bedeutung. Dabei werden um
so geringere Verzögerungskräfte ertragen, je länger die Einwirkungsdauer
dieser Kräfte ist.
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Die verschiedenen menschlichen Organe haben dabei eine unterschiedliche
Widerstandsfähigkeit (Toleranzgrenze) gegen verformende Kräfte und deren Einwirkungsdauer.
Die bisher in der Fachwelt am meisten bekannten Arbeiten über die Beanspruchungen
und Verletzungen des menschlichen Kopfes bei einem Aufprall mit der Stim auf harte
Platten gehen auf L. M. P atrick, Departement of Enginee-Mecwanics der Wayne State
University zurück. Sie sind unter anderem in der Druckschrift »Human Tolerance to
Impaet - Basis for Safety Design« veröffentlicht worden. In dieser Veröffentlichung
hat L. M. P atr i ck auf Grund seiner Versuchsergebnisse für mittelschwere Gehirnerschütterungen
eine Toleranzkurve für die zulässigen effektiven Verzögerungen in Abhängigkeit von
der Einwirkungsdauer aufgestellt. Diese Kurve zeigt bereits deutlich, welch große
Bedeutung der Einwirkungsdauer der Verzögerungskräfte für Gehirnerschütterungen
zukommt.
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Es ist ebenfalls bekannt, daß bei Autounfällen auch lebensgefährliche
Halswirbelverletzungen auftreten, die durch die Beanspruchung der Halswirbelsäule
beim Stoß des Kopfes auf die Windschutzscheibe hervorgerufen werden können. Genauere
Untersuchungen über die Widerstandsfähigkeit der Halswirbelsäule bei einem Aufprall
des Kopfes auf die Windschutzscheibe und über das Verhalten der verschiedenen Sicherheitsgläser
im Hinblick auf Verletzungen der Halswirbelsäule waren jedoch bisher nicht bekannt.
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Es wurde nun gefunden, daß Sicherheitsglasscheiben mit langen Stoßzeiten,
also insbesondere die bekannten Verbundglasscheiben, bereits bei verhältnismäßig
geringen Auftreffgeschwindigkeiten zu lebensgefährlichen Verletzungen der Halswirbelsäule
führen können und daß andererseits die Toleranzgrenze für makroskopische Halswirbelverletzungen
wesentlich unterhalb der bereits erwähnten Toleranzgrenze für Gehirnerschütterungen
liegt (D. Zif f er, F. B rückner und R. Henn: »Das Verhalten der Halswirbelsäule
in Verbindung mit der Schädelbasis und der oberen Brustwirbelsäule bei Stürzen auf
Sicherheitsglas für Automobilfrontscheiben (Einscheibensicherheitsglas
- Verbundsicherheitsglas)«, Zentralblatt für Verkehrsmedizin, Verkehrspsychologie
und angrenzende Gebiete, (Dezember 1967).
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Wie sich bei diesen Untersuchungen herausgestellt hat, werden die
Verletzungen der Halswirbelsäule dadurch hervorgerufen, daß diese bereits bei relativ
niedrigen Auftreffgeschwindigkeiten in gefährlichem Umfang auf Biegung bzw. Knickung
beansprucht wircL Beim Aufprall des Kopfes auf eine Windschutzscheibe aus Verbundglas
beult sich diese nämlich nach dem Bruch der Glasscheiben infolge der Deformation
der Butyralzwischenschicht an der Auftreffstelle aus, und der Kopf wird dadurch
in seiner Lage fixiert. Anschließend schiebt sich die Körperinasse fortschreitend
nach. Da aber die Körpermasse im wesentlichen unterhalb des Kopfes liegt und der
Kopf in seiner Lage fixiert ist, kommt es innerhalb des Stoßvorganges außer zu den
gefährlichen Stauchungen in der Halswirbelregion zu einer erheblichen Verbiegung
der Halswirbelsäule, die die erwähnten schweren Schäden zur Folge hat.
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In welchem Maße die Widerstandsfähigkeit der Halswirbelsäule unter
diesen Umständen geringer ist als die Widerstandsfähigkeit der Gehirnmasse gegen
Gehirnerschütterungen, geht aus folgenden Zahlen hervor: Während bei einer Einwirkungsdauer
von 10 msec die Toleranzgrenze für Gehirnerschütterungen nach L. M. Patrick
bei etwa 320kp,ff liegt (die von L. M. Patrick in Beschleunigungen angegebenen Werte
wurden durch Multiplikation mit der mittleren Schädelmasse von 4,5 kg in
kp umgerechnet), wird nach den Versuchen von D. Z i f f er bei einem
die gleiche Zeit dauernden Stoß auf die Windschutzscheibe die Halswirbelsäule bereits
bei etwa 160 kp,f, schwer geschädigt. Bei einer Einwirkungsdauer der effektiven
Stoßkräfte von 50 msec liegen die Toleranzgrenzen für Gehirnerschütterungen
nach L. M. P atrick bei etwa 220kp,ff, für Schädigungen der Halswirbelsäule dagegen
schon bei 50 kp,ff. Diese Werte gelten für makroskopische Schäden an der
Halswirbelsäule, wie z. B. angerissene Zwischenwirbelscheiben. Sie liegen noch niedriger,
wenn man auch mikroskopische Schäden berücksichtigt, die ebenfalls lebensgefährlich
sein können.
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Durch die Erfindung soll eine Sicherheitsglasscheibe, und zwar insbesondere
eine Windschutzscheibe geschaffen werden, die dieser neuen Erkenntnis Rechnung trägt
und die damit bei einem Aufprall des menschlichen Körpers auf die Windschutzscheibe
eine erhöhte Sicherheit gegen Verletzungen bietet. Neben der Verringerung der Gefahr
von inneren Verletzungen soll bei der neuen Windschutzscheibe auch die Gefahr von
Schnittverletzungen durch den Kontakt mit Glassplittern sicher vermieden werden.
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Die Sicherheitsglasscheibe nach der Erfindung besteht aus einer Silikatglasseheibe
und einer auf deren Stoßseite sitzenden, mit der Silikatglasscheibe verbundenen
Kunststoffscheibe und zeichnet sich dadurch aus, daß die Kunststoffscheibe gegenüber
der Silikatglasscheibe kleinere Abmessungen aufweist derart, daß sie wenigstens
auf dem größeren Teil ihres Umfanges nicht im Rahmen eingespannt ist und die Befestigung
der Sicherheitsglasscheibe an dem überstehenden Rand der Silikatglasseheibe erfolgt,
und daß die Kunststoffscheibe aus einem nicht spröden, vorzugsweise thermoplastischen
Werkstoff von 0,2 bis 3 mm Dicke besteht, wobei der Kunststoff im Temperaturbereich
von -20 bis +401 C eine Kerbschlagzähigkeit nach DIN 53453 von mehr
als 5 kp - cm/cm2 und eine Zugfestigkeit nach DIN 53455
(0,1
1/o-Dehnungsgrenze) von mehr als 200 kp/cm2 aufweist.
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Die Dicke der Kunststoffscheibe richtet sich im wesentlichen nach
der Zugfestigkeit und Dehnung des Materials und soll 3 mm nicht überschreiten,
weil dann durch die größere Masse der Scheibe die Stoßkräfte auf ungünstige Werte
ansteigen.
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Die Wirkungsweise einer Windschutzscheibe mit
diesen
Merkmalen bei einem Aufprallunfall ist wie folgt: Unter der Voraussetzung, daß die
Auftreffgeschwindigkeit des Kopfes für die Bruchauslösung der Silikatglasscheibe
ausreicht, also wenigstens etwa 10 bis 15 km/h beträgt, ist die Silikatglasscheibe
innerhalb einer Zeitspanne von weniger als 1 msee nach dem Kontakt des Kopfes
mit der Windschutzscheibe infolge der lokalen Durchbiegung an der Auftreffstelle
des Kopfes zerbrochen. Da die Kunststoffscheibe nicht im Rahmen eingespannt ist
und die oben angegebenen Mindesteigenschaften aufweist, wird sie von dem Kopf nicht
durchstoßen. Vielmehr geht von der Auftreffstelle des Kopfes eine Deformationswelle
aus, die sich in dem Verbund aus Kunststoffscheibe, Kleber und Glas ausbreitet.
Sobald diese Deformationswelle den Rand der Windschutzscheibe erreicht, wird die
zerbrochene Silikatglasscheibe in ihrer Gesamtheit aus ihrer Einfassung gelöst.
Diese Lösung aus ihrer Einfassung, im folgenden auch mit »Auslösung« bezeichnet,
ist in jedem Falle nach einer Zeitspanne von 25 msee erfolgt. Nach dieser
Auslösung wirken keine gefährlichen Verzögerungskräfte mehr auf den Kopf ein, denn
es ist anzunehmen, daß in dem Augenblick, in dem die Silikatglasscheibe vollständig
gelöst ist, der Teil der Windschutzscheibe in der Umgebung des Stoßpunktes auf die
Eigengeschwindigkeit des Kopfes zu diesem Zeitpunkt beschleunigt ist.
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Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel besteht die Silikatglasscheibe
aus gekühltem, d. h. im wesentlichen spannungsfreiem Silikatglas in einer
Dicke von 2 bis 8 mm und vorzugsweise 2,5 bis 6 mm. Bei dieser
Ausführung erfolgt die Auslösung dadurch, daß die Kunststoffscheibe die Silikatglasscheibe,
die bereits 1 msec nach Beginn des Stoßes zerbricht, gewissermaßen an ihrer
Einfassung abschert, wenn die von dem Auftreffpunkt ausgehende Deformationswelle
den Rand der Kunststoffscheibe erreicht. Die Untersuchungen haben gezeigt, daß die
für dieses Abscheren der Silikatglasseheibe notwendigen Kräfte wider Erwarten keine
wesentliche zusätzliche Belastung für den Kopf und die Halswirbelsäule darstellen
und daher ungefährlich sind, wenn die Abscherung in genügend kurzer Zeit erfolgt,
d. h., wenn die Verformungswelle schnell genug den Rand der Scheibe erreicht.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Verformungswelle aber ist unter anderem eine
Funktion des Elastizitätsmoduls bzw. des Schubmoduls sowie der Dicke der Schichten
und der Reflexionsverhältnisse an den Grenzflächen der verschiedenen Schichten.
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Nach einem anderen Ausführungsbeispiel besteht die Silikatglasscheibe
aus vorgespanntem Glas in einer Dicke von 2,5 bis 6 mm. Bei dieser
Ausführungsform wird die Auslösung der Silikatglasscheibe am Rand durch den Bruch
der vorgespannten Scheibe begünstigt, und zwar durch die infolge der Vorspannung
eingefrorene Energie, die beim Brach frei wird und die Glasscheibe bis zum Rand
hin in kleine Krümel zerfallen läßt, wobei die Bruchausbreitungsgeschwindigkeit
1500 m/see beträgt. Auch in diesem Falle ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit
der Verformungswelle für die vollständige Loslösung und die fortschreitende Beschleunigung
der gesamten Scheibe auf die Eigengeschwindigkeit des Kopfes verantwortlich und
daher ebenfalls von entscheidender Bedeutung.
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Die angegebenen Mindestwerte für die Kerbschlagzähigkeit und die Zugfestigkeit
des Kunststoffmaterials sind erfindungsgemäß erforderlich, damit die beim Stoßvorgang
auftretenden hohen Verformungsgeschwindigkeiten und Zugbeanspruchungen von der Kunststoffscheibe
ausgehalten werden, ohne daß diese zerbricht bzw. sich zu sehr plastisch verformt.
Werden diese Grenzen eingehalten, dann erfolgt selbst bei den höchsten praktisch
vorkommenden Auftreffgeschwindigkeiten kein Durchstoßen der Scheibe mehr. Neben
der Auslösung wird dadurch auch jeder direkte Kontakt zwischen dem menschlichen
Körper und den Glaskanten sicher vermieden. Die angegebene Dimensionierung der Silikatglasscheibe
gibt auf der anderen Seite Gewähr dafür, daß diese bereits bricht, bevor die Verzögerungskräfte
beim Aufprall gefährliche Werte annehmen.
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In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung kann bei einer mit einer
aus nicht vorgespanntem Glas bestehenden Scheibe zusammengesetzten Windschutzscheibe
die Glasscheibe entlang dem Umfang der Kunststoffscheibe mit einer Sollbruchlinie,
beispielsweise einer in der Glasoberfläche angebrachten Kerbe, versehen sein, wodurch
der Abschervorgang an dieser Stelle erleichtert wird.
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Aufbau und Vorteil der neuen Sicherheitsglasscheibe werden an Hand
der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt # i g. 1 den grundsätzlichen
Aufbau und # i g. 2 einen Vergleich mehrerer Kraft-Zeit-Kurven bei Stoßversuchen
auf verschiedene Sicherheitsglastypen.
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Wie aus F i g. ersichtlich, wird die dem Stoß abgewandte Seite
der neuen Scheibe, also im Falle einer Windschutzscheibe die Außenseite, durch die
Silikatglasseheibe 1 gebildet, die entlang ihrem Umfang im Rahmen 2 gehalten
ist. Auf der dem Stoß zugewandten Seite sitzt die Kunststoffscheibe 3. Sie
endet, vorzugsweise auf ihrem gesamten Umfang, unmittelbar vor der Einfassungsnut
für die Silikatglasscheibe 1, so daß sie im Gegensatz zu dieser nicht eingespannt
ist.
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Mit der Silikatglasscheibe 1 ist die Kunststoffscheibe
3 mit Hilfe einer geeigneten Klebeschicht 5
verbunden. Dabei ist die
Klebeschicht zweckmäßig so beschaffen, daß sie innerhalb des geforderten Temperaturbereiches
die mechanischen Spannungen abfängt, die durch die unterschiedliche Wärmeausdehnung
von Glas und Kunststoff entstehen.
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Auf Grund der erfindungsgemäß angegebenen Mindestwerte für die mechanischen
Eigenschaften des für die Kunststoffscheibe 3 verwendeten Werkstoffes kann
dieser unter den bekannten Kunststoffen ausgewählt werden. Beispielsweise werden
diese Bedingungen erfüllt von einer 0,25 mm dicken Folie aus Polyterephthalsäureäthylenglykolester,
einer 1 mm dicken Folie aus hochmolekularem, thermoplastischem Polyearbonat
aromatischer Dihydroxyverbindungen, insbesondere Bisphenylolalkanen, einer
0,25 mm dicken Folie aus amorphem Polyamid einer aromatischen bifunktionellen
Säure, insbesondere Terephthalsäure, und einem aliphatischen alkylsubstituierten
bifunktionellen Amin, insbesondere Hexamethylendiamin, oder einer 0,5 mm
dicken Folie aus einem weichmacherfreien Polyvinylehlorid.
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Die erfindungsgemäße Scheibe wird, wie oben dargelegt wurde, in vollem
Umfang den Forderungen gerecht, die sich auf Grund der eigenen Untersuchungen
und
Erkenntnisse über die Toleranzgrenze für Halswirbelverletzungen ergeben haben. Da
jedoch solche Stoßversuche mit natürlichen Präparaten, wie sie für die genannten
medizinischen Untersuchungen verwendet wurden, nicht in beliebiger Anzahl wiederholt
werden können, wurde eine Versuchsanordnung entwickelt, die sich für die Durchführung
reproduzierbarer Versuche eignet. Die mit dieser Versuchsanordnung ermittelten Ergebnisse
stehen in direkter Beziehung zu den mit natürlichen Präparaten erhaltenen Ergebnissen,
so daß sie mit hinreichender Genauigkeit Rückschlüsse auf die Eigenschaften von
Sicherheitsglasscheiben bei wirklichen Stoßunf ällen zulassen.
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Die gewählte Versuchsanordnung besteht aus einem Phantom-Körper von
insgesamt 20 kg. Dieser setzt sich aus dem eigentlichen Stoßkörper, nämlich
einem Holzkopf von 19 cm Durchmesser und einem hinter diesem angeordneten
Gewicht von 14 kg zusammen. Dieses Gewicht von 14 kg stellt die an
dem Stoß teilnehmende Körpermasse dar und wurde in dieser Größe gewählt, weil man
annehmen kann, daß etwa 20 bis 25 1/o der Körpermasse ihre kinetische Energie
auf den Kopf übertragen und an dem Stoß des Kopfes teilnehmen. Zwischen dem Holzkopf
und dem Gewicht, also an der Stelle, die dem Ort der Halswirbel entspricht, ist
eine Meßzelle zum Messen der auftretenden Kräfte angeordnet. Sie wiegt ihrerseits
1 kg, so daß sich ein Gesamtgewicht des Stoßkörpers von 20 kg ergibt.
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Dieser Phantom-Körper wird aus verschiedenen Höhen, die den gewünschten
Auftreffgeschwindigkeiten entsprechen, auf eine Versuchsscheibe mit den Abmessungen
50 - 110 cm fallen gelassen. Die Versuchsseheiben sind unter verschiedenen
Bedingungen am Rand eingespannt, und zwar in einem Falle durch Auflegen eines
56 kg schweren Rahmens, was einer Einspannkraft von 120 kp/CM2 entspricht,
und im anderen Fall durch Verschrauben des aufgelegten Rahmens, wodurch eine absolut
feste Einspannung, wie sie etwa bei Einkleben der Windschutzscheibe in die Karosserie
vorliegt, erreicht wird.
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Bei einem solchen starren Stoßkörper findet man gleiche Auftreffgeschwindigkeiten
und gleiche an dem Stoß teilnehmende Masse vorausgesetzt, eine höhere Stoßkraft
und eine kürzere Gesamtstoßzeit, d. h. Einwirkungsdauer der Stoßkraft, als
bei einem natürlichen Präparat. Das hat seine Ursache in dem unterschiedlichen Verhalten
der stoßenden Masse, bei der im Falle des starren Stoßkörpers gewissermaßen von
Anfang an die gesamte Masse an dem Stoß beteiligt ist, während bei einem Stoß des
menschlichen Körpers infolge ihrer Deforinierbarkeit die Körpermasse mehr oder weniger
nacheinander am Stoß teilnimmt.
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Trotz dieser Unterschiede in den Meßergebnissen läßt sich der wesentliche
Vorteil der neuen Scheibe mit dem beschriebenen Phantom-Test deutlich zeigen.
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F i g. 2 zeigt sechs verschiedene Kraft-Zeit-Kurven I bis VL
Die Kurven 1 bis IV wurden bei Phantom-Tests ermittelt, die Kurven V und
VI bei einem Stoßversuch mit einem natürlichen Präparat, d. h. einer natürlichen
Halswirbelsäule. Alle Versuche wurden mit einer Auftreffgeschwindigkeit von
22,5 km/h durchgeführt, mit Ausnahme des Versuches 1, bei dem die
Auftreffgeschwindigkeit 19,7 km/h betrug. Die Geschwindigkeit mußte in diesem
Fall so weit herabgesetzt werden, weil die Scheibe bei höherer Geschwindigkeit durchschlagen
wurde und damit für einen Vergleich ausschied. Die Einspannbedingungen wurden bei
allen Versuchen konstant gehalten, und zwar betrugen die Einspannkräfte 120 p1CM2.
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Die wiedergegebenen Kurven geben das Stoßverhalten von folgenden Windschutzscheibentypen
wieder: Kurve 1
einer normalen Verbundsicherheitsglasscheibe aus zwei Einzelglasscheiben
von je 3,1 mm Dicke und einer 0,38 mm dicken Polyvinylbutyralzwischenschicht,
Kurve II und V einer solchen Verbundglasscheibe mit einer Polyvinylbutyralzwischenschicht
von 0,76 mm Dicke (Kurve II für starre Phantom, Kurve V für natürliches Präparat),
Kurve III einer erfindungsgemäß aufgebauten Scheibe mit einer 4,2 mm dicken normal
gekühlten Silikatglasseheibe und einer 0,25 mm dicken Polyesterfolie, Kurve
IV und VI einer ebenfalls gemäß der Erfindung aufgebauten Scheibe mit einer 4,2
mm dicken, jedoch thennisch vorgespannten Silikatglasscheibe und einer
0,25 mm dicken Polyesterfolie (Kurve IV für starres Phantom, Kurve VI für
natürliches Präparat).
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Alle Kurven zeigen grundsätzlich den gleichen charakteristischen Verlauf,
der sich durch zwei Stoßphasen auszeichnet, nämlich durch eine hohe Kraftspitze
bei etwa 1 msec nach Stoßbeginn und einen sich daran anschließenden zweiten
Kraftanteil, der sich im Vergleich zu der ersten Kraftspitze über einen wesentlich
längeren Zeitraum erstreckt. Für die erste Stoßphase, deren Kraftspitze die Kraft
darstellt, die für den Bruch des Silikatglases erforderlich ist, ist im wesentlichen
die Dicke der Windschutzscheibe maßgebend. Damit diese Kraftspitze keine gefährlichen
Werte erreicht, darf die Dicke der einzelnen Schichten die angegebenen Höchstwerte
nicht überschreiten.
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Der besseren übersieht wegen ist nur bei der Kurve 1 der Verlauf
der Kraftspitze eingezeichnet und im übrigen jeweils nur der Maximalwert dieser
ersten Kraftspitze mit I' bis VI' angegeben. Nachdem das Silikatglas gebrochen ist,
fällt die Kraft sehr schnell wieder ab. Obwohl diese erste Kraftspitze verhältnismäßig
hoch ist, ist sie, solange sie unterhalb von etwa 1500 kp liegt, für innere
Verletzungen ungefährlich, weil die Einwirkungsdauer extrem kurz ist.
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Gefährlich ist dagegen der zweite Kraftanteil, und die Erfindung betrifft
gerade die Verkürzung dieses Kraftanteiles bzw. die daraus resultierende Verkürzung
des gesamten Stoßvorganges. Dieser weitere Verlauf der Kraftkurve wird jetzt neben
der Masse unter anderem durch die Kunststoffscheibe und die Zwischenschicht sowie
deren Verhalten bezüglich Plastizität und Ausbreitung der Deformationswelle bestimmt.
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Kurve 1 kann an sich außer Betracht bleiben, da eine Windschutzscheibe
mit diesem Aufbau schon bei einer Geschwindigkeit des Phantom-Körpers von etwa 20
bis 25 km/h durchschlagen wird und eine solche Scheibe daher höhere Geschwindigkeiten
zu der gefährlichen »Halskrause« führen kann. Doch
auch bei diesen
niedrigen Geschwindigkeiten schon beträgt die Gesamtstoßzeit 38 msee. Sie
steigt bei der Kurve II bis auf 60 msec an, wobei gleichzeitig die effektive
Kraft, d. h. die über den Zeitraum des zweiten Kraftanteiles wirkende mittlere
Kraft, von 120 auf 190 kp ansteigt.
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Verglichen mit der Kurve II (Verbundsicherheitsglas, starres Phantom)
zeigen die Kurven III und IV (Scheiben nach der Erfindung, Versuche mit starrem
Phantom), in welch starkem Maße die Gesamtstoßzeit durch die Erfindung reduziert
wird: sie beträgt für beide Fälle nur noch etwa 16 msec. Die Krafthöhe wird
nicht in bemerkenswerter Weise beeinflußt, doch bleibt sie bei den jetzt erreichten
kurzen Stoßzeiten unterhalb der Toleranzgrenze für makroskopisch feststellbare Halswirbelverletzungen.
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Die Kurven V und VI, die bei Stoßversuchen mit natürlichen Halswirbelsäulen
erhalten wurden, zeigen einmal, daß sich bei einem wirklichen Aufprall durch das
Verhalten der Halswirbelsäule die Stoßzeiten grundsätzlich verlängern. Sie zeigen
zum anderen aber mit aller Deutlichkeit, daß diese effektive Stoßzeitverlängerung
ihrerseits wiederum vom Aufbau der Scheibe abhängt und daß sie bei einer Scheibe
nach der Erfindung wesentlich geringer ist als bei der durch die Kurve V dargestellten
Verbundglasscheibe. Der Vergleich der Kurven zeigt also, daß bei wirklichen Stoßunfällen
die erfindungsgemäße Scheibe eine noch wesentlichere Verbesserung darstellt, als
es der Vergleich der Phantom-Versuche allein erkennen ließ: Die Gesamtstoßzeit wird
in dem dargestellten Fall nämlich von 115 msec bei einer herkömmlichen Verbundglasscheibe
auf weniger als 25 msec reduziert.