DE102018124883A1 - Schutzscheibe für ein Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrisch beheizbare Frontscheibe für ein Fahrzeug (14), das typischerweise mit einer Betriebsspannung von 380 Volt bis 400 Volt betrieben wird.Um die Frontscheibe direkt an diese Betriebsspannung anschließen zu können, um so eine Heizungsfunktion zu realisieren, weist die Frontscheibe den folgenden Aufbau auf: Zwischen zwei Glasscheiben ist eine Kunststoffscheibe integriert, in deren Material elektrisch leitfähige Partikel (36) verteilt sind und der Kunststoffschicht (32) so einen definierten spezifischen elektrischen Widerstand verleihen. Um einen Stromfluss (I) zur Realisierung der Beheizungsfunktion durch die Kunststoffschicht (32) zu ermöglichen, ist zwischen der jeweiligen Glasscheibe und der Kunststoffschicht (32) jeweils eine elektrische Kontaktschicht vorgesehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schutzscheibe für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, ein System gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7 und ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.
  • Auf dem Gebiet von Fahrzeugen, beispielsweise Kraftfahrzeugen, nehmen Schutzscheiben, wie beispielsweise Windschutzscheiben, unterschiedlichste Funktionen wahr. Zu den Hauptfunktionen einer Windschutzscheibe zählen der Schutz vor äußeren mechanischen Einwirkungen und der Schutz vor Strahlung, beispielsweise Infrarotstrahlung.
  • Darüber hinaus ist es bekannt, Windschutzscheiben beheizbar auszuführen, damit deren Beschlagfreiheit sowie Eisfreiheit stets gewährleistet werden kann.
  • Derartige beheizbare Schutzscheiben werden konventionell im Niederspannungsbereich von 14 Volt bis 48 Volt betrieben. Durch die zunehmende Elektrifizierung bei Kraftfahrzeugen, die üblicherweise im Hochspannungsbereich über 48 Volt, insbesondere im Bereich von 380 Volt bis 400 Volt, betrieben werden, muss ein entsprechender Spannungswandler für den Betrieb der beheizbaren Schutzscheibe bereitgestellt werden.
  • Aufgrund der üblicherweise hohen Anzahl von Niedervolt-Verbrauchern in einem Elektrofahrzeug muss dieser Wandler jedoch eine entsprechend große Wandlerleistung aufweisen, was zu einer hohen Eigenmasse und hohen Wandlerverlusten führt.
  • Die EP 2 718 098 B1 offenbart eine Verbundscheibe für ein Fahrzeug. Die Verbundscheibe umfasst eine erste Scheibe und eine zweite Scheibe, zwischen denen eine elektrisch isolierende Zwischenschicht angeordnet ist.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine neue Schutzscheibe für ein Fahrzeug zu schaffen, welche direkt über das Hochspannungsnetz des Fahrzeugs beheizbar ist und dennoch einfach aufgebaut ist.
  • Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche 1, 7 und 9 gelöst.
  • Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
  • Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Schutzscheibe für ein Fahrzeug, umfassend wenigstens:
    • - eine erste Glasschicht;
    • - eine zweite Glasschicht;
    • - eine zwischen den Glasschichten angeordnete Kunststoffschicht;
    • - eine zwischen der ersten Glasschicht und der Kunststoffschicht angeordnete erste Leitschicht; sowie
    • - eine zwischen der zweiten Glasschicht und der Kunststoffschicht angeordnete zweite Leitschicht.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Kunststoffschicht elektrisch leitfähige Partikel enthält, wodurch ein Stromfluss durch die erste und zweite Leitschicht sowie die Kunststoffschicht ermöglicht wird.
  • Bei den elektrisch leitfähigen Partikeln kann es sich vorzugsweise um Silber, jedoch auch um alle sonstigen bekannten leitfähigen Partikel handeln, mit denen die Erfüllung aller sonstigen Anforderungen an eine Schutzscheibe nicht beeinträchtigt wird.
  • Dadurch, dass die Kunststoffschicht durch die leitfähigen Partikel elektrisch leitfähig ist, wird ein Stromfluss durch die erste und zweite Leitschicht sowie die Kunststoffschicht ermöglicht. Die erste Leitschicht, die Kunststoffschicht und die zweite Leitschicht sind elektrisch sozusagen in Reihe geschaltet.
  • Die gewünschte Wärmemenge, die durch den Stromfluss erzeugt wird, lässt sich zur Gewährleistung der Beschlagfreiheit oder einer Enteisungsfunktion flexibel dimensionieren. Bei vorgegebener Versorgungsspannung, beispielsweise im Hochvoltbereich von 50 Volt bis 800 Volt, 100 Volt bis 400 Volt, 200 Volt bis 400 Volt, 300 Volt bis 400 Volt, oder vorzugsweise 380 Volt bis 400 Volt, können die elektrisch leitfähigen Partikel auf die gewünschte Heizleistung hin abgestimmt möglichst homogen in die Kunststoffschicht eingemischt werden.
  • Insbesondere für den Hochvoltbereich bietet sich die erfindungsgemäße Schutzscheibe an, da ihr elektrischer Widerstand typischerweise höher liegen kann, als bei konventionellen Schutzscheiben mit Enteisungsfunktion.
  • Da eine direkte Hochspannungsversorgung möglich ist, kann der Wandler sowie zugehörige Kabelquerschnitte deutlich kleiner ausfallen, was das Gewicht des Fahrzeuges insgesamt reduziert. Die Energieeffizienz wird signifikant gesteigert, was zu einer Erhöhung der Reichweite, beispielsweise eines Elektrofahrzeugs führt. Darüber hinaus wird das Niederspannungsnetz des Fahrzeugs entlastet und ist somit stabiler.
  • Die Kunststoffschicht ist vorzugsweise eine PVB-Folie. Bestandteile der Schutzscheibe können teilweise oder vollständig transparent ausgebildet sein. Vorzugsweise bleibt ein Lichttransmissionsgrad von wenigstens 70 % erhalten. Bevorzugt liegt dieser aber oberhalb von 70 %. Gleichzeitig wird ein TTS-Wert (Total Transmission Solar-Wert) vorzugsweise gering gehalten. Dieser beschreibt die Summe der durch eine Glasscheibe hindurchgelangenden Sonnenwärme zuzüglich des Anteils der Wärme, der zunächst im Glas absorbiert wird, dann aber auch durch die Glasscheibe gelangt.
  • In bevorzugter Ausgestaltung der Schutzscheibe der Erfindung ist vorgesehen, dass ein spezifischer elektrischer Widerstand der Kunststoffschicht 50 Ω/m2 bis 400 Ω/m2 beträgt. Weiterhin bevorzugt liegt der spezifische elektrische Widerstand der Kunststoffschicht bei 60 Ω/m2 bis 190 Ω/m2, weiterhin bevorzugt bei 70 Ω/m2 bis 180 Ω/m2, weiterhin bevorzugt bei 80 Ω/m2 bis 170 Ω/m2 und besonders bevorzugt bei 90 Ω/m2 bis 160 Ω/m2.
  • Dieser wird stets angepasst auf das konkret vorhandene Bordnetz des Fahrzeugs und die gewünschte Heizleistung und lässt sich somit flexibel an unterschiedlichste technische Zielstellungen anpassen. Hierzu müssen lediglich Menge und Verteilung der elektrisch leitfähigen Partikel in der Kunststoffschicht variiert werden. Auch kann dies durch Variation des Materials der Partikel mit beeinflusst werden.
  • In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung der Schutzscheibe der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens eine Leitschicht infrarotstrahlungsreflektierende Eigenschaften aufweist. Vorzugsweise weisen sowohl die erste als auch die zweite Leitschicht infrarotstrahlungsreflektierende Eigenschaften auf. Werden diese Leitschichten aus Silber oder auch Indiumzinnoxid hergestellt, bietet dies den Vorteil, dass sowohl die Leitfähigkeit, als auch die infrarotstrahlungsreflektierenden Eigenschaften mit nur einem Material erreicht werden.
  • In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung der Schutzscheibe der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leitschicht direkt auf die Glasschicht aufgebracht ist oder eine weitere beschichtete Folie als Leitschicht vorgesehen ist. Die erste oder auch zweite Glasschicht können beispielsweise besputtert werden oder alternativ kann auch eine PET-Folie besputtert werden und auf die Glasschicht aufgebracht werden. Alternativ kann nur die PVB-Folie beidseitig oberflächig mit einer Leitschicht versehen sein. Innerhalb der PVB-Folie, über die Dicke der PVB-Folie, ist diese mit dem auf den nötigen elektrischen Widerstand abgestimmten Partikelinhalt versehen, um die oben beschriebenen Vorteile zu generieren.
  • Auf diese Weise können die Glasschichten sowie die Leitschichten mit leitenden und gegebenenfalls auch infrarotstrahlungsreflektierenden Eigenschaften in einfacher Weise hergestellt werden.
  • In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung der Schutzscheibe der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leitschicht einschichtig ausgebildet ist. Der einschichtige Aufbau führt zu einem deutlich reduzierten Materialaufwand, was die Schutzscheibe sehr viel günstiger macht. Dies ist aber nur deshalb möglich, weil durch den direkten Anschluss an ein Hochspannungsnetz der Gesamtwiderstand höher sein kann. Bei konventionellen Schutzscheiben sind mehrere übereinander aufgebrachte Schichten leitfähigen Materials notwendig, um den Gesamtwiderstand hinreichend abzusenken. Insbesondere, wenn wie bevorzugt ein Material wie Silber zum Einsatz kommt, macht sich dieser Kostenvorteil schnell bemerkbar.
  • In weiterhin bevorzugter Ausgestaltung der Schutzscheibe der Erfindung ist vorgesehen, dass es sich um eine Windschutzscheibe handelt. Grundsätzlich kommen aber auch andere Schutzscheiben für beliebige Fahrzeuge in Betracht, bei denen eine Beheizungsfunktion spezifische Vorteile mit sich bringt.
  • Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein System, umfassend wenigstens eine Schutzscheibe gemäß der vorhergehenden Beschreibung sowie eine Spannungsquelle, die über eine erste und zweite Leitschicht der Schutzscheibe mit dieser wirkverbunden ist.
  • Die Schutzscheibe kann beispielsweise im Bereich der ersten und zweiten Leitschicht Kontakte aufweisen, die seitlich aus der Schutzscheibe herausgeführt sind. Auf diese Weise lässt sich der Stromfluss von der ersten Leitschicht durch die Kunststoffschicht hin zur zweiten Leitschicht oder auch umgekehrt sowie wechselnd unter Verwendung von Wechselstrom erreichen.
  • In bevorzugter Ausgestaltung des Systems der Erfindung ist vorgesehen, dass die Spannungsquelle eine Versorgungsspannung im Hochvoltbereich zu liefern vermag. Entsprechend der vorangehenden Beschreibung liegt die Versorgungsspannung vorzugsweise im Bereich von 380 Volt bis 400 Volt, welche eine typische Versorgungsspannung für Elektrofahrzeuge darstellt.
  • Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens eine Schutzscheibe gemäß der vorhergehenden Beschreibung und/oder ein System gemäß der vorhergehenden Beschreibung.
  • Das Kraftfahrzeug kann ein beliebiges Kraftfahrzeug mit zumindest anteilig elektrischem Antriebskonzept sein.
  • In bevorzugter Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs der Erfindung handelt es sich um ein Elektrofahrzeug.
  • Nochmals mit anderen Worten zusammengefasst betrifft die vorliegende Erfindung eine elektrisch beheizbare Frontscheibe für ein Fahrzeug, das typischerweise mit einer Betriebsspannung von 380 Volt bis 400 Volt betrieben wird. Um die Frontscheibe direkt an diese Betriebsspannung anschließen zu können, um so eine Heizungsfunktion zu realisieren, weist die Frontscheibe den folgenden Aufbau auf: Zwischen zwei Glasscheiben ist eine Kunststoffscheibe integriert, in deren Material elektrisch leitfähige Partikel verteilt sind und der Kunststoffschicht so einen definierten spezifischen elektrischen Widerstand verleihen. Um einen Stromfluss zur Realisierung der Beheizungsfunktion durch die Kunststoffschicht zu ermöglichen, ist zwischen der jeweiligen Glasscheibe und der Kunststoffschicht jeweils eine elektrische Kontaktschicht vorgesehen.
  • Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
  • Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
    • 1 ein erfindungsgemäßes System mit einer erfindungsgemäßen Schutzscheibe für ein Fahrzeug und einer Spannungsquelle; und
    • 2 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug.
  • 1 zeigt ein erfindungsgemäßes System 10 mit einer erfindungsgemäßen Schutzscheibe 12 für ein Fahrzeug 14. Vorliegend handelt es sich bei der Schutzscheibe 12 um eine Windschutzscheibe 16 für ein Kraftfahrzeug 18. Das Fahrzeug 14 beziehungsweise Kraftfahrzeug 18 ist in 2 näher beschrieben.
  • Zurück zu 1, umfasst das gezeigte System 10 eine Spannungsquelle 20, die eine für das Fahrzeug 14 typische Versorgungsspannung UB im Hochvoltbereich zu liefern vermag. Die Versorgungsspannung UB beträgt vorliegend 380 Volt bis 400 Volt. Eine solche Versorgungsspannung UB eignet sich besonders für ein Elektrofahrzeug 22, wie in 2 näher beschrieben.
  • Weiterhin ist in 1 gezeigt, dass die Schutzscheibe 12 eine erste Leitschicht 24 und eine zweite Leitschicht 26 umfasst. Die erste und zweite Leitschicht 24, 26 sind zwischen einer ersten Glasschicht 28 und einer zweiten Glasschicht 30 angeordnet. Zwischen der ersten und zweiten Leitschicht 24, 26 ist darüber hinaus eine Kunststoffschicht 32 angeordnet. Es versteht sich, dass die Schutzscheibe 12 vorzugsweise ein Verbundbauteil ist, sodass die hier voneinander beabstandet illustrierte Anordnung der ersten Glasschicht 28, zweiten Glasschicht 30, ersten Leitschicht 24, zweiten Leitschicht 26 und Kunststoffschicht 32 lediglich zu erläuternden Zwecken vorgenommen ist.
  • Im Bereich von Kontaktstellen 34 ist die Spannungsquelle 20 mit der ersten und zweiten Leitschicht 24, 26 über eine elektrische Wirkverbindung 40 gekoppelt.
  • Die Kunststoffschicht 32, die vorliegend als PVB-Folie ausgeführt ist, enthält elektrisch leitfähige Partikel 36. Diese sind homogen in das Material der Kunststoffschicht 32 eingebracht. Auf diese Weise wird ein Stromfluss I von der ersten Leitschicht 24, durch die Kunststoffschicht 32 hin zur zweiten Leitschicht 26 ermöglicht.
  • Durch den spezifischen elektrischen Widerstand der Kunststoffschicht 32, der vorliegend rein exemplarisch bei 125 Ω/m2 liegt, wird bei der vorgegebenen Versorgungsspannung UB eine definierte Heizleistung Q erreicht.
  • Die erste und zweite Leitschicht 24, 26 weisen darüber hinaus infrarotstrahlungsreflektierende Eigenschaften auf. Dies ist besonders für die gezeigte Windschutzscheibe 16 wichtig. In dem gezeigten Beispiel ist jeweils eine Silberschicht als erste beziehungsweise zweite Leitschicht 24, 26 direkt auf die erste beziehungsweise zweite Glasschicht 28, 30 aufgebracht. Dies ist in dem gezeigten Beispiel durch Besputterung der ersten Glasschicht 28 und der zweiten Glasschicht 30 mit Silber erreicht worden.
  • 2 zeigt das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 18. Gezeigt ist die erfindungsgemäße Schutzscheibe 12 als Windschutzscheibe 16 und exemplarisch auch als Heckscheibe 38.
  • Bei dem Kraftfahrzeug 18 handelt es sich um ein Elektrofahrzeug 22, welches mit einer Versorgungsspannung UB von 380 Volt bis 400 Volt betrieben wird. Exemplarisch ist gezeigt, wie über Wirkverbindungen 40 eine direkte Einbindung der Schutzscheiben 12 in die Spannungsquelle 20 realisiert ist und somit in dem Elektrofahrzeug 22 ein erfindungsgemäßes System 10 realisiert ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    System
    12
    Schutzscheibe
    14
    Fahrzeug
    16
    Windschutzscheibe, Tür- oder Heckscheibe
    18
    Kraftahrzeug
    20
    Spannungsquelle
    22
    Elektrofahrzeug
    24
    erste Leitschicht
    26
    zweite Leitschicht
    28
    erste Glasschicht
    30
    zweite Glasschicht
    32
    Kunststoffschicht
    34
    Kontaktstelle
    36
    elektrisch leitfähige Partikel
    38
    Heckscheibe
    40
    Wirkverbindung
    I
    Stromfluss
    Q
    Heizleistung
    UB
    Versorgungsspannung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2718098 B1 [0006]

Claims (10)

  1. Schutzscheibe (12) für ein Fahrzeug (14; 18; 22), umfassend wenigstens: - eine erste Glasschicht (28); - eine zweite Glasschicht (30); - eine zwischen den Glasschichten (28; 30) angeordnete Kunststoffschicht (32); - eine zwischen der ersten Glasschicht (28) und der Kunststoffschicht (32) angeordnete erste Leitschicht (24); sowie - eine zwischen der zweiten Glasschicht (30) und der Kunststoffschicht (32) angeordnete zweite Leitschicht (26), dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschicht (32) elektrisch leitfähige Partikel (36) enthält, wodurch ein Stromfluss (I) durch die erste und zweite Leitschicht (24; 26) sowie die Kunststoffschicht (32) ermöglicht wird.
  2. Schutzscheibe (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein spezifischer elektrischer Widerstand der Kunststoffschicht (32) 50 Ω/m2 bis 400 Ω/m2 beträgt.
  3. Schutzscheibe (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Leitschicht (24; 26) infrarotstrahlungsreflektierende Eigenschaften aufweist.
  4. Schutzscheibe (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschicht (24; 26) direkt auf die Glasschicht (28; 30) aufgebracht ist oder eine weitere beschichtete Folie als Leitschicht (24; 26) vorgesehen ist.
  5. Schutzscheibe (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschicht (24; 26) einschichtig ausgebildet ist.
  6. Schutzscheibe (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Windschutzscheibe, Tür- oder Heckscheibe (16) handelt.
  7. System (10), umfassend wenigstens eine Schutzscheibe (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie eine Spannungsquelle (20), die über eine erste und zweite Leitschicht (24; 26) der Schutzscheibe (12) mit dieser wirkverbunden (40) ist.
  8. System (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle (20) eine Versorgungsspannung (UB) im Hochvoltbereich zu liefern vermag.
  9. Kraftfahrzeug (14; 18; 22), umfassend wenigstens eine Schutzscheibe (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder ein System (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 8.
  10. Kraftfahrzeug (14; 18; 22) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein Elektrofahrzeug (22) handelt.
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