Wie Autoglas funktioniert

Autoglas ist speziell behandelt, um Fahrzeuginsassen vor Witterungseinflüssen zu schützen. Sehen Sie mehr Autosicherheitsbilder. Frederick M. Brown / Getty Images

Wenn Autofirmen im Fernsehen Werbung schalten, um die neuen Sicherheitsmerkmale ihres Fahrzeugs zu bewerben, erwähnen sie selten die Windschutzscheibe des Autos oder die umgebenden Fenster, aber das Glas, das Sie in diesen Fahrzeugen umgibt, wurde unter Berücksichtigung Ihrer Sicherheit entworfen und hergestellt. Obwohl Autoglas sieht genauso aus wie jede andere Glasart, funktioniert aber ganz anders.

In den meisten Häusern bestehen die Fenster in jedem Raum aus einer Standardglasart, die beim Zerbrechen in große Scherben zerbricht. Mit Ausnahme einer Glasschiebetür oder einer Vordertür werden diese Heimfenster nicht so stark belastet wie ein Autofenster. Ein Auto hingegen wird in seinem Leben auf viele Schlaglöcher, Felsen und Kotflügelbieger stoßen. Aus diesem Grund wird Autoglas zu zwei verschiedenen Arten von Sicherheitsglas verarbeitet, um sowohl die Struktur des Fahrzeugs als auch die Insassen im Inneren zu schützen. Die erste Glasart heißt Verbundglas, Das ist für die Windschutzscheibe. Die zweite Glasart ist bekannt als gehärtetes Glas, welches für die Seiten- und Heckscheiben des Fahrzeugs verwendet wird.

Später erfahren wir, wie Glashersteller eine dünne Filmschicht zwischen zwei Glasschichten einlegen und diese durch Hitze und Druck zu Verbundglas verschmelzen. Wir werden auch untersuchen, wie gehärtetes Glas durch Erhitzen und schnelles Abkühlen an Festigkeit gewinnt. Ohne diese unterschiedlichen Herstellungs- und Verstärkungsstile wäre Autoglas kaum mehr als eine einfache Barriere zwischen uns und den äußeren Elementen.

Verbundglas und gehärtetes Glas haben jeweils unterschiedliche Funktionen, aber zusammen halten sie Sie bei einem Unfall im Fahrzeug, schützen Sie vor fliegendem scharfem Glas, behalten die Steifigkeit des Dachs bei einem Überschlag bei und ermöglichen es dem Seitenairbag, Sie beim Auslösen zu schützen. Fahren wir mit der nächsten Seite fort und erfahren, wann diese Glasarten zum ersten Mal verwendet wurden und warum.

Inhalt

1. Die Geschichte des Autoglases
2. Verbundglas und PVB
3. Gehärtetes Glas
4. Zukünftige Entwicklungen bei Autoglas

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts verwendeten Pferdekutschen Glas, um die Fahrer vor starkem Wind zu schützen. Die damals verwendete Standardglasform schützte die Insassen jedoch nicht ausreichend vor herumfliegenden Fremdkörpern. Es stellte auch ein Risiko für die Insassen dar, wenn ein Gegenstand gegen das Glas schlug oder wenn das Fahrzeug in einen Unfall verwickelt war.

1903 stieß der französische Chemiker Edouard Benedictus auf das Geheimnis des bruchsicheren Glases, als er einen mit einem getrockneten Kollodiumfilm gefüllten Glaskolben fallen ließ. Er stellte fest, dass das mit dem Film beschichtete Glas Risse aufwies, aber seine ursprüngliche Form beibehielt. Dieses Verbundglas wurde jedoch erst in den 1920er Jahren in Automobilen eingesetzt [Quelle: Time].

Autohersteller verwendeten Verbundglas in ihren Windschutzscheiben, um die Insassensicherheit bei Unfällen zu optimieren und die Fahrgäste unter normalen Fahrbedingungen vor Projektilen zu schützen. Trotz aller Vorteile boten die ersten Verbundglasarten eine begrenzte Durchstoßfestigkeit. Das heutige Verbundglas besteht aus einer dünnen Schicht aus Polyvinylbutyral (PVB) zwischen zwei Schichten aus festem Glas eingefügt.

Neben Verbundglas verwendeten die Autohersteller Ende der 1930er Jahre gehärtetes Glas. Diese Art von Glas wird in den Seiten- und Heckscheiben des Fahrzeugs verwendet und gewinnt seine Festigkeit durch einen Heiz- und Schnellkühlprozess, der sowohl die Außenfläche des Glases als auch seinen Kern stärkt.

In den 1960er Jahren wurde der amerikanischen Öffentlichkeit zunehmend bewusst, dass Automobile nicht nur für das Aussehen entworfen werden mussten. Diese Erkenntnis ergab sich zum Teil aus der Arbeit des Kreuzfahrers Ralph Nader, die Gefahren bestimmter Fahrzeuge und die Notwendigkeit staatlicher Sicherheitsstandards aufzudecken. Als Reaktion darauf gründete die US-Regierung 1970 die National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) [Quelle: Bowen].

Seitdem hat NHTSA Vorschriften eingeführt, die alle Bereiche der Fahrzeugsicherheit betreffen, einschließlich Autoglas. Einige der Federal Motor Vehicle Safety Standards (FMVSS) für Autoglas umfassen:

• FMVSS 205 -- Dies setzte klare Maßstäbe für die Transparenz von Autofenstern und die Festigkeit von Autoglas, die erforderlich ist, um Insassen bei Unfällen im Fahrzeug zu halten.
• FMVSS 212 --Dieser Standard für die Montage von Windschutzscheiben wurde festgelegt, um ein gewisses Maß an Windschutzscheiben-Haltestärke bei Unfällen zu gewährleisten.
• FMVSS 216 -- Mit dieser Gesetzgebung wurde ein Standard für die Dachsteifigkeit im Falle eines Überschlags eingeführt.
• FMVSS 219 -- Diese Norm besagt, dass kein Teil der meisten Personenkraftwagen bei einem Unfall die Windschutzscheibe mehr als 6 Millimeter (0,24 Zoll) durchdringen kann.

Nachdem wir nun wissen, wie Autoglas entstanden ist, wollen wir herausfinden, wie es hergestellt wird.

Tipps zum Kauf und Austausch von Autoglas

[Quelle: ABC News]

• Das Ersetzen Ihrer Windschutzscheibe ist ein wichtiges Sicherheitsrisiko. Wenn Ihre Windschutzscheibe schwer beschädigt wurde, lassen Sie sie nicht ersetzen.

• Stellen Sie sicher, dass der Techniker, der Ihre Windschutzscheibe austauscht, von der National Glass Association dafür zertifiziert ist.

• Warten Sie nach dem Austausch Ihrer Windschutzscheibe die empfohlene Zeit, bevor Sie mit dem Fahrzeug fahren. In einigen Fällen kann dies bis zu 10 Stunden dauern.

Verbundglas ist stark genug, um zu verhindern, dass Flugobjekte in die Windschutzscheibe eines Autos eindringen. Bryan Mulennix / Getty Images

Verbundglas wird hergestellt, indem eine Schicht aus Polyvinylbutyral (PVB) zwischen zwei Glasstücken eingelegt wird. Das Glas und das PVB werden durch eine Reihe von Druckwalzen versiegelt und dann erhitzt. Diese Kombination aus Druck und Wärme bindet das PVB chemisch und mechanisch an das Glas. Die mechanische Bindung erfolgt durch das Haftvermögen des PVB, während die chemische Bindung durch Wasserstoffbindung des PVB an das Glas hergestellt wird.

Diese eingesetzte PVB-Schicht ermöglicht es dem Glas, während eines Aufpralls Energie zu absorbieren, und verleiht dem Glas Widerstand gegen das Eindringen von fliegenden Projektilen. Es lenkt auch bis zu 95 Prozent der ultravioletten (UV) Strahlen von der Sonne ab [Quelle: Reuters]. Verbundglas kann brechen und durchstoßen werden, bleibt jedoch aufgrund seiner chemischen Bindung mit dem PVB intakt.

Die Festigkeit von Verbundglas für Kraftfahrzeuge ermöglicht es, zwei sehr wichtige Funktionen in Autos zu erfüllen. Erstens kann der Beifahrerairbag korrekt ausgelöst werden. Airbags auf der Fahrerseite fliegen vom Lenkrad aus direkt auf den Fahrer zu. Wenn der Beifahrerairbag ausgelöst wird, prallt er von der Windschutzscheibe auf den Beifahrer ab. Ein Airbag löst sich mit einer unglaublichen Geschwindigkeit aus - 1/30 Sekunde - und kann einer Kraft von 907 Kilogramm standhalten. Die Windschutzscheibe muss sowohl die Geschwindigkeit als auch die Kraft des Airbags aufnehmen, um den Passagier bei einem Unfall zu schützen. Aufgrund seiner Festigkeit kann Verbundglas die Insassen während eines Unfalls im Auto halten. In der Vergangenheit konnten Insassen durch die Windschutzscheibe ausgeworfen werden, weil das Glas nicht stark genug war, aber die heutigen Windschutzscheiben bieten mehr Sicherheit.

Laminierte Windschutzscheiben absorbieren nicht nur die Kraft der ausgelösten Airbags und halten die Passagiere im Fahrzeug, sondern verleihen dem Autodach auch Festigkeit. Windschutzscheiben verhindern, dass das Dach während eines Überschlags vollständig knickt und auf die Passagiere stürzt. Ohne die Steifigkeit und Festigkeit von Verbundglasscheiben würden viele Dächer bei bestimmten Unfällen ein höheres Risiko für die Fahrgäste darstellen.

Machen Sie sich keine Sorgen, wenn Sie zufällig einen kleinen Chip in Ihrer Windschutzscheibe finden. Sie müssen nicht rausgehen und Ihre gesamte Windschutzscheibe ersetzen lassen, um ihre Stärke zu erhalten. Einige kleine Chips können mit einem Reparatursatz für Windschutzscheiben-Chips schnell und einfach repariert werden. Die meisten Autohäuser führen diese Kits für etwa 10 US-Dollar und ermöglichen es Ihnen, Harz in die Problemstelle zu injizieren und überschüssige Luft im Problembereich zu entfernen. Sobald Sie das Glas repariert haben, werden Sie Ihren Patch-Job kaum noch bemerken können.

Fahren wir mit der nächsten Seite fort, um herauszufinden, wie gehärtetes Glas hergestellt wird und wie es schützt.

Gehärtetes Glas ist für die Sicherheit eines Fahrzeugs genauso wichtig wie Verbundglas, unterscheidet sich jedoch in Form und Funktion erheblich. Diese Art von Glas wird für die umgebenden Fenster des Autos verwendet (auch als bezeichnet Seitenlinien) und das hintere Fenster (oder Hintergrundbeleuchtung). Gehärtetes Glas wird durch Erhitzen und anschließendes schnelles Abkühlen des Glases auf Raumtemperatur erzeugt, indem es durch ein Gebläsesystem geführt wird.

Die Oberfläche des Glases kühlt viel schneller ab als die Mitte des Glases und zieht sich zusammen Druckspannungen, während sich die Mitte des Glases aufgrund seiner Temperatur ausdehnt, entsteht Zugspannungen. Was bedeutet das? Stellen Sie sich ein Stück Glas vor, das bis zu einer bestimmten Länge (Zugspannung) gezogen oder gedehnt werden kann, während es gleichzeitig nach unten gedrückt und zusammengedrückt wird (Druckspannung). Sowohl die Zug- als auch die Druckspannungen, die durch den Heiz- und Kühlprozess erreicht werden, verleihen gehärtetem Glas seine Zug- und Druckfestigkeit. Die Unterschiede zwischen diesen beiden geben dem Glas die 5- bis 10-fache Stärke, die es ursprünglich hatte.

Die Kanten eines typischen gehärteten Glasstücks sind sehr schwach. Dies wird teilweise durch die schnelle Abgabe von Wärme während der Abkühlphase des Anlassprozesses verursacht. Um diesen schwächeren Bereich auszugleichen, wird das Glas an den Rändern abgeschliffen. Wenn gehärtetes Glas zerbricht, zerbricht es in kleine, stumpfe Stücke. Die Unterschiede zwischen Druck- und Zugspannung ermöglichen es dem Glas, auf diese Weise zu brechen. Das Ziehen und Drücken des Glases erzeugt während des Anlassvorgangs eine erhebliche Energiemenge. Wenn das Glas bricht, wird diese Energie freigesetzt und das Glas zerfällt in kleine Stücke [Quelle: AIS Glass Solutions].

Gehärtetes Glas hält aufgrund seiner Festigkeit dem täglichen Gebrauch des Autofahrens stand. Ohne sie würden unsere Autos jedes Mal mit Glas gefüllt, wenn wir auf ein Schlagloch stießen, in eine Kotflügelbiegung stiegen oder eine Tür schlossen.

Aufgrund seiner Stärke und soliden Sicherheitsbilanz erwägen einige Autohersteller die Implementierung von Verbundglas in allen Bereichen ihres Autos. Es wird bereits in einigen größeren Fahrzeugen eingesetzt: General Motors hat es in die Heckscheiben ihrer Personenwagen eingebaut, um die Insassen bei schweren Unfällen im Fahrzeug zu halten. Einige Hersteller wie BMW haben bereits Verbundglas als zusätzlichen Schutz vor Diebstahl in die Seiten einiger ihrer Modelle eingebaut. Zusätzlich zu dem Sicherheitsschub, den es bietet, wirkt Verbundglas aufgrund des darin enthaltenen PVB auch als guter Schalldämpfer [Quelle: Allen].

Es gibt jedoch ein Problem bei der Implementierung von Verbundglas in einem Fahrzeug: Im Notfall konnte ein Insasse, der das Fahrzeug schnell verlassen muss, das Verbundglas nicht ohne Hilfe zerbrechen. Aufgrund seiner Festigkeit kann das Zerbrechen von Verbundglas zehnmal länger dauern als das von gehärtetem Glas, was einem geschwächten und verletzten Passagier das Entkommen erschweren kann [Quelle: Allen]. Dieses Dilemma hat Automobildesigner nicht davon abgehalten, neue Wege zu finden, um mehr Verbundglas in unsere Autos zu bringen. Beispielsweise, Cielo Dächer (der Name kommt vom spanischen Wort für "Himmel") sind überall auf der Concept-Car-Strecke aufgetaucht. Cielo-Dächer verlängern die Windschutzscheibe eines Autos hinter dem Kopf des Fahrers und verwandeln das gesamte Dach in ein einziges Stück Verbundglas [Quelle: Allen].

Autoglas ist nicht nur auf Sicherheit und Komfort ausgelegt. Glashersteller und Autohersteller versuchen ebenfalls, Wege für das Recycling des Glases zu finden. Obwohl überschüssiges Glas, das bei der Herstellung von Autoglas entsteht, recycelt wird, wird es aufgrund von Zusätzen wie Beschichtungen und Heizelementen schwieriger, das Autoglas zu recyceln, sobald es für ein Auto montiert ist.

Trotz dieser Dilemmata erforschen die Glashersteller weiterhin neue Ideen, um Glas stärker, sicherer und anpassungsfähiger für neue Fahrzeuge zu machen. Sie werden vielleicht nicht viel darüber nachdenken, aber unsere Fahrzeuge wären nicht so sicher wie ohne modernes gehärtetes und laminiertes Glas.

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Quellen

• Abc Nachrichten. "Sorgen Sie sich um Windschutzscheiben." 3. Juni 2008. (25. Oktober 2008) http://abcnews.go.com/video/playerIndex?id=4989095
• AIS Glaslösungen. "Verbundglas." (4. November 2008) http://www.aisglass.com/swfs_laminated/online_laminated.asp
• AIS Glaslösungen. "PVB-Verbundglas." (4. November 2008) http://www.aisglass.com/pvb_laminated.asp
• AIS Glaslösungen. "Gehärtetes Glas." (4. November 2008) http://www.aisglass.com/swfs_tempered/online_tempered.asp?pagenum=10
• Allen, Leslie J. "Trotz der Kosten verwenden immer mehr Autohersteller Verbundglas." Automotive News. 18. Februar 2008. (25. Oktober 2008) http://corporateportal.ppg.com/NR/rdonlyres/BBF7E209-920B-4722-877E-53CEC5A7CD52/0/123568996eprint.pdf
• Auto Glass University. "Modul 1 - Die Rolle von Autoglas." (25. Oktober 2008) http://www.autoglassuniversity.com/mod01/mod01.php
• Bowen, Nancy. "Ralph Nader: Mann mit einer Mission." Bücher des 21. Jahrhunderts. 2002.
• General Motors. "Unser Unternehmen - Sicherheit." (4. November 2008) http://www.gm.ca/inm/gmcanada/english/about/Safety/safety_occupant_02.html
• LeakPro. "Grundlagen der Windschutzscheibenreparatur." (4. November 2008) http://www.leakpro.com/services/windshield.html
• McGraw-Hill-Unternehmen. "Stärkung der Leistung von Verbundglas." Dezember 2005. (4. November 2008) http://continuingeducation.construction.com/article.php?L=28&C=321&P=2
• National Glass Association. "Certified Auto Glass Technician Program." (4. November 2008) http://www.glass.org/cert/agrmnt_ov.htm
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• Nationale Behörde für Straßenverkehrssicherheit. FMVSS 205. (25. Oktober 2008) http://edocket.access.gpo.gov/cfr_2004/octqtr/pdf/49cfr571.205.pdf
• Nationale Behörde für Straßenverkehrssicherheit. "Teil 571 Federal Motor Vehicle Safety Standards." (4. November 2008) http://www.nhtsa.gov/cars/rules/standards/FMVSS-Regs/pages/Part571.htm
• Pilkington. "Häufig gestellte Fragen." (4. November 2008) http://www.pilkington.com/automotive+international/faqs.htm#faq7
• Reuters. "Verbundglas glänzt als akustischer Bonus." 16. Januar 2008. (9. November 2008) http://www.reuters.com/article/pressRelease/idUS201862+16-Jan-2008+PRN20080116
• Time, Inc. "Weichheit für Sicherheit." 10. April 1939. (25. Oktober 2008) http://www.time.com/time/magazine/article/0,9171,761001,00.html
• Vartabedian, Ralph. "Welches Glas ist bei einem Absturz sicherer?" Los Angeles Times, 21. März 2007. (4. November 2008) http://articles.latimes.com/2007/mar/21/autos/hy-wheels21