DE1696051B1 - SAFETY GLASS PANEL, IN PARTICULAR WINDSHIELD FOR MOTOR VEHICLES, MADE OF A SILICATE GLASS PANEL AND A PLASTIC PANEL CONNECTED TO THE SILICATE GLASS PANEL ON THE JOINT SIDE - Google Patents
SAFETY GLASS PANEL, IN PARTICULAR WINDSHIELD FOR MOTOR VEHICLES, MADE OF A SILICATE GLASS PANEL AND A PLASTIC PANEL CONNECTED TO THE SILICATE GLASS PANEL ON THE JOINT SIDEInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsglasscheibe, insbesondere eine Windschutzscheibe für Kraftfahrzeuge, die aus einer Silikatglasscheibe und einer mit dieser verbundenen Kunststoffscheibe besteht.The invention relates to a safety glass pane, in particular one Windshield for motor vehicles, consisting of a silicate glass pane and a with this connected plastic disc exists.
Für Windschutzscheiben werden heute zwei verschiedene Arten von Sicherheitsglas verwendet, nämlich einerseits sogenanntes »Einscheibensicherheitsglas« und andererseits »Verbundsicherheitsglas«.Two different types of safety glass are used for windshields today used, namely on the one hand so-called "single pane safety glass" and on the other hand "Laminated safety glass".
Einscheibensicherheitsglas ist vorgespanntes Glas, das in seinen Oberflächenschichten eine Druckvorspannung aufweist, die durch eine Zugvorspannung im Kein der Glasscheibe im Gleichgewicht gehalten wird.Toughened safety glass is toughened glass that is in its surface layers has a compressive prestress caused by tensile prestress in the none of the glass pane is kept in balance.
Das übliche Verbundsicherheitsglas besteht aus zwei nicht vorgespannten Einzelglasscheiben, die mit Hilfe einer thermoplastischen Zwischenschicht aus Polyvinylbutyral miteinander verbunden sind.The usual laminated safety glass consists of two non-toughened glass Single panes of glass made with the help of a thermoplastic interlayer made of polyvinyl butyral are connected to each other.
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.Tempered safety glass breaks down into small fragments in its entirety. If, when the vehicle suddenly decelerates, an occupant is thrown against a windshield made of single-pane safety glass, the pane breaks at an impact speed of the occupant's head of around 15 km / h as a result of the local bending stress. The breaking process takes place extremely quickly. Already about 1 millisecond after the head touches the windshield, the windshield is completely broken and the occupant's head is released, so that no more decelerating forces act on the head. As a result of this extremely short duration of action of the deceleration forces, only a very small part of the kinetic energy of the body is absorbed by the windshield.
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.Laminated safety glass panes are also broken through at certain impact speeds. With a thickness of the polyvinyl butyral intermediate layer of 0.38 mm, as has been generally used up to now, the penetration of the human head takes place at an ambient temperature of about 201 ° C. at a head impact speed of about 25 to 30 km / h. The consequence of piercing through a laminated safety glass pane, however, is the formation of the extremely dangerous so-called "ruff", i. H. a collar of sharp glass splinters held in place by the butyral film at the edge of the breakthrough, which can easily lead to life-threatening cuts.
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.In order to reduce the risk of piercing, a move has been made to double the thickness of the butyral layer. It will only penetrate at about twice the impact speed, namely from about 45 km / h. If the windshield does not break through, up to four times more of the kinetic energy of the human body is destroyed by such a windshield than with a windshield with a 0.38 mm thick butyral layer. In contrast to single-pane safety glass panes, in which the duration of impact forces is less than 1 msec, the duration of impact forces on laminated glass panes is incomparably longer due to the plastic deformation of the butyral interlayer. It reaches values of up to 160 msee.
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.For the internal injuries that occur when an occupant hits the windshield, however, as we know today, in addition to the amount of the deceleration forces, the duration of these forces' action is of decisive importance. The longer the duration of these forces, the lower the deceleration forces that are endured.
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.The various human organs have different levels of resistance (tolerance limit) to deforming forces and their duration of action. The work on the stresses and injuries of the human head in the event of an impact with the stim on hard plates, which is best known to date in the specialist world, can be traced back to LM P atrick, Department of Enginee-Mecwanics at Wayne State University. Among other things, they have been published in the publication "Human Tolerance to Impaet - Basis for Safety Design". In this publication, LM P atrick set up a tolerance curve for the permissible effective delays depending on the duration of exposure on the basis of his test results for moderate concussions. This curve clearly shows how important the duration of the delay forces is for concussions.
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.It is also known that car accidents can also be life-threatening Cervical injuries occur due to the strain on the cervical spine can be caused when the head hits the windshield. More precise Studies on the resilience of the cervical spine in the event of an impact of the head on the windshield and on the behavior of the various safety glasses with regard to injuries to the cervical spine, however, were not previously known.
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). It has now been found that safety glass panes with long peak times, i.e. in particular the known laminated glass panes, can lead to life-threatening injuries to the cervical spine even at relatively low impact speeds and that, on the other hand, the tolerance limit for macroscopic cervical vertebrae injuries is significantly below the tolerance limit for concussions already mentioned (D. Zif f er, F. B backner and R. Henn: "The behavior of the cervical spine in connection with the skull base and the upper thoracic spine when falling on safety glass for automobile windscreens (single-pane safety glass - laminated safety glass)", Central Journal for Traffic Medicine, Traffic Psychology and Adjacent Areas, (December 1967).
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.As these investigations have shown, the Injuries to the cervical spine caused by the fact that these are already relatively low impact speeds to a dangerous extent on bends or kinks really stressed when the head hits a windshield made of laminated glass This bulges namely after the breakage of the glass panes as a result of the deformation the butyral interlayer at the point of impact, and the head is thereby fixed in place. Then the body inasse pushes itself progressively after. But since the body mass is essentially below the head and the Head is fixed in its position, it comes within the impact process except for the dangerous compression in the cervical region to a significant bending the cervical spine, which causes the severe damage mentioned above.
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.To what extent the resistance of the cervical spine in these circumstances is less than the resistance of brain tissue against concussions, is the following figures show: While with an exposure time of 10 msec, the tolerance limit for concussions after LM Patrick at about 320kp, ff is (the LM Patrick values given in accelerations were converted into kp by multiplication with the mean skull mass of 4.5 kg ), according to the experiments of D. Ziff he the cervical spine is already at around 160 kp with a shock on the windshield lasting the same time , f, badly damaged. With a duration of the effective impact forces of 50 msec, the tolerance limits for concussions according to LM P atrick are around 220 kp, ff, for damage to the cervical spine, however, already at 50 kp, ff. These values apply to macroscopic damage to the cervical spine, such as B. cracked intervertebral discs. They are even lower if microscopic damage is also taken into account, which can also be life-threatening.
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.The invention is intended to provide a safety glass pane, in particular a windshield can be created that takes this new knowledge into account and thus in the event of an impact of the human body on the windshield offers increased security against injuries. Besides reducing the risk of internal injuries, the new windshield should also reduce the risk of Cuts caused by contact with broken glass can be safely avoided.
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.The safety glass pane according to the invention consists of a silicate glass pane and a plastic pane that sits on its abutment side and is connected to the silicate glass pane and is characterized in that the plastic pane has smaller dimensions than the silicate glass pane so that at least the greater part of its circumference is not in the frame is clamped and the safety glass pane is fastened to the protruding edge of the silicate glass pane, and that the plastic pane consists of a non-brittle, preferably thermoplastic material from 0.2 to 3 mm thick, the plastic in the temperature range from -20 to +401 C. Notched impact strength according to DIN 53453 of more than 5 kp - cm / cm2 and a tensile strength according to DIN 53455 (0.1 1 / o elongation limit) of more than 200 kp / cm2.
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.The thickness of the plastic pane depends essentially on the tensile strength and elongation of the material and should not exceed 3 mm , because the greater mass of the pane then increases the impact forces to unfavorable values.
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.The mode of action of a windshield with these features in the event of a collision is as follows: Provided that the impact speed of the head is sufficient to trigger the breakage of the silicate glass pane, i.e. at least about 10 to 15 km / h, the silicate glass pane is within a time span of less than Broken 1 msee after the head came into contact with the windshield as a result of the local deflection at the point of impact of the head. Since the plastic disk is not clamped in the frame and has the minimum properties specified above, it is not pierced by the head. Rather, a deformation wave emanates from the point of impact of the head, which spreads in the composite of plastic pane, adhesive and glass. As soon as this deformation wave reaches the edge of the windshield, the broken silicate glass pane is released in its entirety from its surround. This release from its enclosure, hereinafter also referred to as “release”, has always taken place after a period of 25 msee. After this release, there are no longer any dangerous deceleration forces acting on the head, because it can be assumed that at the moment when the silicate glass pane is completely loosened, the part of the windshield in the vicinity of the point of impact is accelerated to the own speed of the head at this point in time .
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.According to a first embodiment, the silicate glass pane consists of cooled, i. H. essentially stress-free silicate glass in a thickness of 2 to 8 mm and preferably 2.5 to 6 mm. In this embodiment, the release occurs when the plastic pane shears off the silicate glass pane, which breaks within 1 msec after the start of the impact, at its edge when the deformation wave emanating from the point of impact reaches the edge of the plastic pane. The investigations have shown that the forces necessary for this shearing off of the silicate glass pane, contrary to expectations, do not represent any significant additional stress for the head and the cervical spine and are therefore harmless if the shearing takes place in a sufficiently short time, i.e. i.e. when the deformation wave reaches the edge of the disc fast enough. The speed of propagation of the deformation wave is, among other things, a function of the modulus of elasticity or the modulus of shear as well as the thickness of the layers and the reflection ratios at the interfaces of the various layers.
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.According to another embodiment, the silicate glass pane consists of toughened glass with a thickness of 2.5 to 6 mm. In this embodiment, the release of the silicate glass pane at the edge is favored by the breakage of the pre-stressed pane, namely by the energy frozen in as a result of the pre-stressing, which is released when it breaks and the glass pane crumbles up to the edge into small crumbs, with the rate of breakage propagation 1500 m / see is. In this case, too, the speed of propagation of the deformation wave is responsible for the complete detachment and the progressive acceleration of the entire disk to the own speed of the head and is therefore also of crucial importance.
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.The specified minimum values for notched impact strength and tensile strength of the plastic material are required according to the invention so that the impact process occurring high deformation speeds and tensile stresses from the plastic disc be withstood without it breaking or becoming too plastically deformed. If these limits are respected, even the highest will be practical Occurring impact speeds no more piercing the pane. Next to The triggering thereby also becomes any direct contact between the human Body and the glass edges safely avoided. The specified dimensions of the silicate glass pane gives on the other hand a guarantee that this breaks before the deceleration forces assume dangerous values in the event of an impact.
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.In an expedient development of the invention, one with a windshield composed of non-toughened glass the glass pane along the circumference of the plastic pane with a predetermined breaking line, for example a notch made in the glass surface, whereby the shearing process is facilitated at this point.
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.The structure and advantage of the new safety glass pane are explained in more detail using the drawing, namely # i g. 1 the basic structure and # i g. 2 a comparison of several force-time curves in impact tests on different types of safety glass.
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.As shown in FIG. As can be seen, the side of the new pane facing away from the impact, that is to say the outside in the case of a windshield, is formed by the silicate glass pane 1 , which is held in the frame 2 along its circumference. The plastic pane 3 sits on the side facing the joint. It ends, preferably over its entire circumference, directly in front of the edging groove for the silicate glass pane 1, so that, in contrast to this, it is not clamped.
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.With the silicate glass pane 1 the plastic disc 3 is connected by means of a suitable adhesive layer. 5 The adhesive layer is expediently designed in such a way that, within the required temperature range, it absorbs the mechanical stresses that arise as a result of the different thermal expansion of glass and plastic.
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.On the basis of the minimum values specified according to the invention for the mechanical properties of the material used for the plastic disk 3 , it can be selected from the known plastics. For example, these conditions are met by a 0.25 mm thick film made of polyterephthalic acid ethylene glycol ester, a 1 mm thick film made of high molecular weight, thermoplastic polycarbonate of aromatic dihydroxy compounds, in particular bisphenylolalkanes, a 0.25 mm thick film made of amorphous polyamide of an aromatic bifunctional acid, in particular terephthalic acid, and an aliphatic alkyl-substituted bifunctional amine, in particular hexamethylenediamine, or a 0.5 mm thick film made from a plasticizer-free polyvinyl chloride.
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.The disk according to the invention is, as stated above, in full Scope meets the demands that arise on the basis of our own investigations and Knowledge about the tolerance limit for cervical vertebrae injuries. There However, such impact tests with natural preparations as those mentioned for the above Medical examinations used were not repeated any number of times can be, an experimental arrangement was developed, which is suitable for the implementation reproducible experiments. The results obtained with this test arrangement are directly related to the results obtained with natural preparations, so that they can draw conclusions about the properties of Allow safety glass panes in real impact accidents.
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.The chosen experimental set-up consists of a phantom body weighing a total of 20 kg. This consists of the actual impact body, namely a wooden head 19 cm in diameter and a weight of 14 kg arranged behind it. This weight of 14 kg represents the body mass participating in the impact and was chosen in this size because it can be assumed that about 20 to 25 1 / o of the body mass transfer its kinetic energy to the head and participate in the impact of the head. Between the wooden head and the weight, i.e. at the point that corresponds to the location of the cervical vertebrae, a measuring cell is arranged for measuring the forces that occur. In turn, it weighs 1 kg, so that the total weight of the impactor is 20 kg .
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.This phantom body is of different heights corresponding to the desired impact velocities on a test disc having the dimensions 50 - dropped 110 cm. The test panes are clamped at the edge under different conditions, in one case by placing a 56 kg frame, which corresponds to a clamping force of 120 kp / cm2, and in the other case by screwing the placed frame, creating an absolutely firm clamping, such as it is present, for example, when the windshield is glued into the body.
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.Such a rigid impact body has the same impact velocities and the same mass participating in the impact, provided a higher impact force and a shorter total impact time, i.e. H. Duration of impact force than with a natural preparation. This is due to the different behavior of the impacting mass, in which in the case of the rigid impactor the entire mass is involved in the impact from the beginning, while in the case of an impact of the human body, due to its deforinability, the body masses more or less one after the other on the impact participates.
Trotz dieser Unterschiede in den Meßergebnissen läßt sich der wesentliche Vorteil der neuen Scheibe mit dem beschriebenen Phantom-Test deutlich zeigen.Despite these differences in the measurement results, the essential Clearly show the advantage of the new lens with the described phantom test.
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.F i g. 2 shows six different force-time curves I to VL. Curves 1 to IV were determined in phantom tests, curves V and VI in an impact test with a natural preparation, ie. H. a natural cervical spine. All tests were carried out at an impact speed of 22.5 km / h, with the exception of test 1, in which the impact speed was 19.7 km / h. In this case, the speed had to be reduced so much because the disk was punctured at a higher speed and was therefore ruled out for a comparison. The clamping conditions were kept constant in all tests, and the clamping forces were 120 p1CM2.
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).The curves shown show the impact behavior of the following types of windshield: Curve 1 of a normal laminated safety glass pane made of two individual panes of glass, each 3.1 mm thick and a 0.38 mm thick polyvinyl butyral intermediate layer, Curves II and V of such a laminated glass pane with a polyvinyl butyral intermediate layer of 0.76 mm Thickness (curve II for rigid phantom, curve V for natural preparation), curve III of a pane constructed according to the invention with a 4.2 mm thick normally cooled silicate glass pane and a 0.25 mm thick polyester film, curve IV and VI of a pane also constructed according to the invention Disc with a 4.2 mm thick, but thermally toughened silicate glass pane and a 0.25 mm thick polyester film (curve IV for rigid phantom, curve VI for natural preparation).
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.All curves basically show the same characteristic curve, which is characterized by two shock phases, namely a high force peak at around 1 msec after the start of the shock and a subsequent second force component that extends over a significantly longer period of time compared to the first force peak. For the first shock phase, the peak of which represents the force required to break the silicate glass, the thickness of the windshield is essential. So that this peak force does not reach dangerous values, the thickness of the individual layers must not exceed the specified maximum values.
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.To make it easier to see, the course of the force peak is only shown in curve 1 and, for the rest, only the maximum value of this first force peak is indicated with I 'to VI'. After the silicate glass is broken, the force drops again very quickly. Although this first force peak is relatively high, it is not dangerous for internal injuries as long as it is below about 1500 kp, because the duration of action is extremely short.
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.On the other hand, the second force component is dangerous, and the invention relates to it precisely the shortening of this force component or the resulting shortening of the entire pushing process. This further course of the force curve is now next to the mass, among other things, through the plastic disc and the intermediate layer as well whose behavior in terms of plasticity and propagation of the deformation wave is determined.
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.Curve 1 itself can be disregarded, since a windshield with this structure will break through at a speed of the phantom body of around 20 to 25 km / h and such a windshield can therefore lead to the dangerous "ruff" at higher speeds. But even at these low speeds, the total impact time is 38 msee. It increases in curve II up to 60 msec, whereby at the same time the effective force, i. H. the mean force acting over the period of the second force component increases from 120 to 190 kp.
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.Compared with curve II (laminated safety glass, rigid phantom), curves III and IV (panes according to the invention, tests with rigid phantom) show the extent to which the total impact time is reduced by the invention: it is only about 16 for both cases msec. The level of force is not influenced in any remarkable way, but with the short burst times now achieved, it remains below the tolerance limit for macroscopically detectable cervical vertebrae injuries.
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.Curves V and VI, which were obtained from impact tests with natural cervical spine, show that, in the event of a real impact, the behavior of the cervical spine generally increases the peak times. On the other hand, however, they show with great clarity that this effective lengthening of the rush hour in turn depends on the structure of the pane and that it is significantly less in the case of a pane according to the invention than in the case of the laminated glass pane represented by curve V. The comparison of the curves shows that in real impact accidents the pane according to the invention represents an even more substantial improvement than the comparison of the phantom tests alone showed: the total impact time in the case shown is namely from 115 msec for a conventional laminated glass pane to less than 25 msec reduced.
Claims (2)
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