Szyby w samochodzie, a bezpieczeństwo – cz. I

, 6 września 2005, 0:00

Jadąc samochodem patrzymy na nią, a właściwie przez nią, przez cały czas. Chodzi oczywiście o przednią szybę samochodową. Ale czy zdajemy sobie sprawę z tego, jaką funkcję spełnia w samochodzie?. I nie tylko przednia, ale także tylna i boczne. Po co właściwie są szyby w samochodach? Można by rzec, głupie pytanie, bo przecież każdy wie. Ale jak przyszłoby do omówienia tych funkcji szyby, to okazałoby się, że na 2-3 zakres wiedzy by się skończył. Dlatego pytanie powyższe ma sens, a na marginesie, głupich pytań nie ma, mogą być tylko głupie odpowiedzi.

Szyby
Jaką rolę spełniają szyby w samochodzie, oczywiście poza ochroną przed wiatrem i deszczem? Otóż nie wszyscy wiedzą, a pozostali nie wierzą, że szyba wklejana jest jednym z ogniw łańcucha bezpieczeństwa biernego, do którego należą: pasy bezpieczeństwa, napinacze pasów, poduszki powietrzne, szyby, sztywność kabiny pasażerskiej. Jak widać szyby odgrywają bardzo ważną rolę i dlatego muszą być wklejone prawidłowo, bo w przeciwnym razie bezpieczeństwo bierne może być naruszone.

Pierwsze samochody nie miały szyb. Ich rolę spełniały gogle i skórzana czapka. Potem montowano do samochodów szyby ze zwykłego szkła okiennego. Takie szyby spełniały tylko rolę ochronną przed wiatrem i deszczem. Po stłuczeniu pękały na duże części z ostrymi krawędziami. Nie były, więc bezpiecznym elementem nadwozia samochodu. Bezpieczniejsze okazały się szyby ze szkła hartowanego, ponieważ po stłuczeniu pękały na bardzo dużo drobnych kawałeczków. Miały one wprawdzie ostre krawędzie, które powodowały zadrapania, ale nie były przyczyną groźnych skaleczeń.
Postęp w motoryzacji wymusił także rozwój w szybach samochodowych. Coraz wyższe prędkości jeżdżących samochodów zmusiły konstruktorów do zastosowania szyb, które po stłuczeniu nie będą stawały się nieprzejrzyste. Szyba hartowana przez pierwsze kilkanaście sekund po stłuczeniu, gdy pęka na drobne kawałeczki, jest nieprzejrzysta. W praktyce oznaczało to przejazd kilkudziesięciu, a nawet kilkuset metrów bez kontroli ze strony kierowcy. Szyby hartowane są odporne na zginanie, lecz nawet drobny ostry kamyczek może spowodować ich stłuczenie. Nie trudno sobie wyobrazić skutki takiego przypadku w dobie samochodów szybkich, rozwijających prędkości do 200 km/godz.

Dlatego też, szyby hartowane zostały zastąpione szybami warstwowymi. Są to szyby składające się z kilku, najczęściej z dwóch, warstw szkła przedzielonych cienką, mocną i przezroczystą folią (Rys. 1).
]1[
Szyby warstwowe stosowane są tylko jako szyby przednie. Tylne, boczne tylne i drzwiowe wykonywane są w dalszym ciągu ze szkła hartowanego. Taki podział wynika z warunków bezpieczeństwa. Szyba przednia, warstwowa, po stłuczeniu pęka na małe lub duże kawałki, które dzięki folii trzymają się w całości i przez cały czas zachowują przejrzystość.

Z drugiej zaś strony folia pomiędzy warstwami szkła daje szybie bardzo dużą wytrzymałość na uderzenia i wybicie. Pozostałe szyby nie muszą być po stłuczeniu przejrzyste, natomiast powinny udostępnić w szybki sposób dostęp do wnętrza samochodu, np. w celu udzielenia pierwszej pomocy.

Zadania szyb
Szyby wklejane spełniają wiele zadań, mających wpływ na bezpieczeństwo bierne pasażerów. Przede wszystkim usztywniają kabinę pasażerską. Dla szyb bocznych i tylnej jest to najważniejsza właściwość. Natomiast szyba przednia spełnia także inne:

– jest oparciem dla poduszki powietrznej pasażera podczas jej wypełniania się gazem,
– tworzy oparcie dla poduszek powietrznych podczas działania na nie siły składowej pochodzącej od siły bezwładności ciała kierowcy i pasażera (Rys. 2)
– jest „siatką”, która nie pozwala aby ktokolwiek lub cokolwiek wypadło z lub wpadło do samochodu
– pomimo stłuczenia, nawet na drobne elementy, pozostaje przejrzysta.
]2[

Ze względu na tak ważną rolę szyby w samochodzie, jej zamocowanie także musi spełniać odpowiednie wymagania. Szyby wklejane nie mogą być montowane do samochodu w myśl zasady: „trzyma się i nie przecieka”. Jeżeli szyba wklejona przecieka to znaczy, że jest wklejona nieprawidłowo. Musi zostać wycięta i wklejona ponownie. Szyb wklejanych nie uszczelnia się.

Mocowanie szyb
Zamocowanie szyby do karoserii też przechodziło ewolucję. Pierwsze szyby mocowane były w metalowej ramie, a następnie przykręcane do karoserii lub bezpośrednio przykładane do karoserii i mocowane za pomocą przykręcanych do karoserii metalowych listew. Uszczelnienie takich połączeń wykonywane było za pomocą gumowych przekładek. W celu ochrony szyby przed drganiami i skręcaniem karoserii zastosowano uszczelki gumowe. Szyba zamontowana jest najpierw w uszczelkę, a następnie razem z uszczelką montowana do karoserii (Rys. 3). Elastyczny materiał uszczelki chronił szybę przed stłuczeniem i jednocześnie uszczelniał takie połączenie.
]3[

Wpływ aerodynamiki na konstrukcje samochodów wymusił zrezygnowanie z grubych uszczelek gumowych i zastosowanie innych materiałów do mocowania szyb do nadwozia.
Jako przejściowy materiał zastosowano sznur butylowy z drutem oporowym potrzebnym do jego wulkanizacji (Rys. 4).
]4[

Masa butylowa nakładana była na szybę lub karoserię, następnie szyba montowana do samochodu i końce drutu oporowego podłączane do akumulatora. Podczas wulkanizacji masy, szybę dociskało się do karoserii. Zamocowana w taki sposób szyba spełniała wymogi aerodynamiki, ponieważ w miejsce wypukłej uszczelki wprowadzona została płaska i wąska listwa ozdobna.

Dalszy rozwój zamocowania szyby do karoserii wymuszony został przez dodatkowe wzmocnienie i usztywnienie kabiny pasażerskiej. Zamiast sznura butylowego zastosowana została klejąca masa poliuretanowa o dużej wytrzymałości.

Zastosowanie masy PUR pozwoliło na bezpośrednie mocowanie szyby do karoserii (Rys. 5).
]5[
Taki sposób mocowania szyb nazywa się wklejeniem szyby i stąd nazwa szyb – szyby wklejane.
Szyby wklejane nie wymagają żadnych uszczelek, a montowane na obrzeżu szyby listwy pełnią rolę dekoracyjną. Tylne i boczne szyby wklejane bardzo często nie mają żadnych listew. Do szyb czołowych stosuje się listwy boczne tak wyprofilowane, żeby zastępowały rynienki odprowadzające wodę z szyby. Górna listwa wypełnia tylko przerwę pomiędzy szybą i krawędzią dachu.

Kleje do wklejania szyb
Jak już wcześniej wspomniałem szyba czołowa spełnia bardzo ważne zadania dla bezpieczeństwa biernego pasażerów, zatem zastosowana poliuretanowa masa klejąco – uszczelniająca musi mieć także odpowiednie właściwości.

Masy poliuretanowe utwardzają się pod wpływem wilgoci zawartej w powietrzu. Drugim czynnikiem decydującym o ich utwardzaniu się jest temperatura. Warunki normalne, dla których określane są właściwości wszystkich mas poliuretanowych, to: temperatura 20 st. C i wilgotność względna powietrza 50 %. W takich warunkach prędkość utwardzania się masy wynosi około 4 mm/24 godz. Dlatego też dla całkowitego utwardzenia się kleju po wklejeniu szyby, samochód musiałby pozostawać w warsztacie przez co najmniej 24 godziny.
W praktyce oznacza to, że całkowite, wskrośne, utwardzenie się kleju następuje dopiero po 3 –5 dniach.

Jest to za długi czas przeznaczony na wymianę szyby w samochodzie. Dlatego też wprowadzony został inny parametr określający właściwości i jakość kleju. Jest nim czas gotowości samochodu do wyjazdu z warsztatu po wklejeniu szyby, czyli po jakim najkrótszym czasie od momentu wklejenia szyby można wyjechać samochodem z warsztatu. Czas ten określany jest po przeprowadzeniu odpowiednich badań w warunkach normalnych i potwierdzony certyfikatami. Stąd też kleje 4-, 2-, 1- godzinne, a także 15 minutowe (Rys. 6).
]6[
Podawany przez producentów czas należy traktować jako teoretyczny i brać pod uwagę tylko przestawienie pojazdu na inne stanowisko lub wystawienie z warsztatu. Jazda jest możliwa tylko po równej nawierzchni i z umiarkowaną prędkością.

Powyższe czasy określane są dla warunków normalnych. W niższej temperaturze i przy mniejszej wilgotności powietrza czasy te znacznie się wydłużają. Między innymi dlatego producenci samochodów zalecają swoim serwisom wydłużanie czasu wklejenia szyby i pozostawania samochodu w warsztacie przez co najmniej 12 godzin. Czas gotowości do wyjazdu z warsztatu podawany jest osobno dla samochodów bez poduszki i z poduszką powietrzną. Np. klej 1-godzinny dla samochodu bez poduszki powietrznej, wymaga 2-4 godzin dla samochodu z poduszką powietrzną. Wydłużenie czasu pozostania w warsztacie dla samochodu z poduszką powietrzną spowodowane jest z jednej strony tym, że poduszka pasażera podczas wypełniania się gazem uderza (opiera się) o szybę, a z drugiej wzrostem ciśnienia w kabinie pasażerskiej po wypełnieniu się poduszek. Już przy, co najmniej, dwóch poduszkach objętość gazów w kabinie pasażerskiej wzrasta o około 200 litrów. Za wczesne wypuszczenie samochodu grozi zatem, po „wystrzeleniu” poduszek, wypchnięciem szyby i osłabieniem sztywności kabiny.

Klej do szyb jest określany także innymi właściwościami. Między innymi twardością kleju, która powinna wynosić około 50-60 stopni wg Shore A. Twardość kleju ma bardzo duże znaczenie dla połączenia szyby z karoserią. Połączenie takie musi być mocne, czyli twarde i sprężyste, ponieważ usztywnia karoserię. Z drugiej strony na tyle elastyczne, żeby szyba nie pękała z powodu ruchów karoserii podczas jazdy samochodu. Także ważną właściwością kleju do szyb jest zmiana objętości podczas utwardzania się. Często przyczyną pękania szyb, do 24 godzin po wklejeniu, jest zastosowanie kleju o niskiej jakości – zmieniających swoją objętość nawet o 6 %.

Jak wykazują „crash – testy” znanych firm samochodowych, zachowanie właściwych parametrów wytrzymałościowych połączenia szyby z karoserią znacznie podnosi bezpieczeństwo bierne kierowcy i pasażerów.

Artykuł przygotował:
Wiesław Wielgołaski 
www.wielgolaski.pl

Komentarze

Brak komentarzy