DE19630813A1 - Verfahren zur Herstellung eines elektrochromen Scheibenaufbaus - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines elektrochromen Scheibenaufbaus

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines lichtdurchlässigen Scheibenaufbaus für Fahrzeuge, insbesondere eines lichtdurchlässigen Deckels für Schiebedächer, Hebedächer und dergleichen, bei dem eine äußere Scheibe aus Einscheibensicherheitsglas und eine Kunst­ stoffscheibe in für den Scheibenaufbau gewünschter Weise vorgeformt und in einem späteren Arbeitsschritt zu einem Scheibenverbund zusammengefügt werden.
Soll mittels dem eingangs genannten Verfahren ein Scheibenaufbau hergestellt werden, dessen Lichtdurchlässigkeit z. B. unter Zwischenfügung eines elektrochromen Elements einstellbar ist, müssen bei dem Wölben der beiden Scheiben sehr genaue Toleranzen eingehalten werden. Falls der das elektrochrome Element aufnehmende Spalt zwischen den beiden Scheiben toleranzbedingt in seiner Dicke variiert, hat dies Schwankungen der Einfärbung des elektrochromen Elements und somit eine sog. "Wolkenbildung" zur Folge.
Ein Verfahren zur Ausbildung eines gewölbten Solargenerators ist aus DE 35 38 986 A1 be­ kannt. Gemäß dem in dieser Druckschrift offenbarten Verfahren werden sowohl eine äußere Glasscheibe als auch ein Träger, z. B. eine Folie, ein Blech oder eine weitere Glasscheibe, in die Form der gewünschten Wölbung gebracht. Nach Einlegen von Solarzellen und Kleberfolien zwischen diese beiden Scheiben wird der gesamte Verbund verschmolzen. Da bei diesem Verfahren die beiden Scheiben vor dem Zusammenmontieren in die endgültige Form der Wölbung gebracht werden, lassen sich aufgrund von Toleranzen die oben beschriebenen Probleme nicht ausschließen.
Aufgrund der erforderlichen sehr geringen Fertigungstoleranzen wäre es sinnvoll, die beiden Scheiben gemeinsam zu wölben. Ohne übermäßigen technischen Aufwand ist dies derzeit nur für thermisch nicht-vorgespannte Gläser möglich, die jedoch nur dann den im Kraftfahrzeugbau gebräuchlichen Sicherheitsanforderungen genügen, wenn sie mit einer PVB-Folie zusammenlaminiert werden, was wiederum bei elektrochromen Scheiben nicht machbar ist.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines lichtdurchlässigen Scheibenaufbaus der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem toleranzbedingte Änderungen in der Dicke des zwischen den beiden Scheiben gebildeten Spaltes minimiert werden.
Diese Aufgabe wird bei der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art daß im Zuge des Verfahrens
  • (A) die äußere Scheibe aus Einscheibensicherheitsglas in die gewünschte Wölbung gebracht wird;
  • (B) die Kunststoffscheibe in eine der gewünschten Wölbung mindestens näherungsweise entsprechende Form gebracht wird;
  • (C) die Innenseite der Kunststoffscheibe durch Anpressen gegen die äußere Scheibe der Kontur der äußeren Scheibe angepaßt wird; und
  • (D) die äußere Scheibe und die Kunststoffscheibe zusammengefügt werden.
Dadurch, daß das Wölben der Kunststoffscheibe somit in zwei separaten Arbeitsschritten erfolgt, nämlich dem anfänglichen "groben" Vorwölben und dem recht exakten Nachwölben durch Anpressen der Kunststoffscheibe an die äußere Scheibe, lassen sich toleranzbedingte Fehler weitgehend vermeiden.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens kommen insbesondere bei dessen Anwendung auf Verbundscheibensysteme zum Tragen, bei welchen zwischen die beiden Scheiben ein elektrochromes Element zur Steuerung der Lichtdurchlässigkeit des Scheibenverbundes eingebracht wird. Zu diesem Zweck kann die äußere Scheibe an ihrer Innenseite und die innerer Scheibe an ihrer Außenseite mit jeweils einer transparenten Elektrodenschicht versehen werden. Auf die Elektrodenschicht jeder der beiden Scheiben kann wiederum jeweils eine Redoxschicht aufgebracht werden, wobei das Absorptionsvermögen von mindestens einer der Redoxschichten im sichtbaren Wellenlängenbereich durch eine reversible elektrochemische Dotierung veränderbar ist. Zur Vervollständigung des elektrochromen Elements wird vor dem Zusammenfügen der beschichteten Scheiben ein transparenter Elektrolyt zwischen die beiden Redoxschichten ein­ gebracht. In diesem Fall kann der Elektrolyt zugleich der gegenseitigen Verklebung der beiden beschichteten Scheiben dienen.
Das Aufbringen der Elektrodenschichten und Redoxschichten erfolgt vorzugsweise, bevor die genannten Verfahrensschritte (C) und (D), d. h. das "Feinwölben" und Zusammenfügen der beiden Scheiben, ausgeführt werden. Auf diese Weise werden Toleranzen in der Beschichtung, d. h. Elektroden- und/oder Redoxschicht, bei dem "Feinwölben" der Kunststoffscheibe berücksichtigt. Es versteht sich jedoch, daß der Elektrolyt erst bei der Endmontage der beiden Scheiben, d. h. nach dem "Feinwölben" der Kunststoffscheibe, eingebracht wird.
Sollte es beispielsweise aus verfahrenstechnischen Gründen einfacher sein, können die Elektrodenschichten und die Redoxschichten auch erst aufgebracht werden, nachdem die Kunststoffscheibe in ihre endgültige Form gebracht wurde.
Um eine Beschädigung des elektrochromen Elements unter Temperatureinfluß zu vermeiden, kann die Viskosität des Elektrolyten so eingestellt werden, daß die Elektrolytschicht wärme­ bedingte unterschiedliche Längenausdehnungen der beiden Scheiben mindestens teilweise aufnimmt.
Um Beeinträchtigungen des Scheibenaufbaus durch Temperatureinfluß entgegenzuwirken, kann bei der Herstellung der inneren Scheibe ein Kunststoff benutzt werden, der einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von höchstens 65·10-6 1/K aufweist, und der somit nur geringfügig von jenem der Einscheibensicherheitsglasscheibe abweicht. Bevorzugte Werkstoffe zur Ausbildung der inneren Scheibe sind beispielsweise Polycarbonat, Polymethylmethacrylat oder Polymethylmethylimid, wobei Polymethylmethylimid aufgrund von dessen niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten bevorzugt wird.
Eine besonders vorteilhafte elektrochrome Wirkung läßt sich erzielen, wenn für eine der beiden Redoxschichten ein reduktiv färbender Werkstoffe wie z. B. WO₃, MoO₃, Nb₂O₅, V₂O₅ oder TiO₂, benutzt wird, und/oder für die andere der beiden Redoxschichten ein oxidativ färbender Werkstoff, wie z. B. NiOx, IrOx, CoOx, Polyanilin, Polypyrrol oder Polythiophen, benutzt wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Verfahren dahingehend ergänzt werden, daß unter der äußeren Scheibe außerhalb der inneren Scheibe Solarzellen angeordnet werden. Somit läßt sich die Verstellung der Transmission des Scheibenaufbaus unabhängig von der Batterie des Fahrzeugs machen. Durch eine entsprechend niedrige Auslegung der maximal erzeugbaren Spannung wird in einfacher Weise eine selbsttätige Regelung der Lichtdurchläs­ sigkeit der elektrochromen Elemente in Abhängigkeit von der Sonnenintensität erreicht.
Die Regelung der Lichtdurchlässigkeit kann der selbsttätigen Regelung überlagert oder auch unabhängig von einer solchen mittels eines einstellbaren Widerstandes erfolgen, der zwischen Solarzellen und eine der Elektroden geschaltet ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen im Detail beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Querschnittansicht eines nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Scheibenaufbaus im Einbauzustand in ein Fahrzeugdach;
Fig. 2 eine schematische Ansicht des Scheibenaufbaus während dem Anfügen der inneren Scheibe an die äußere Scheibe; und
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht der bei dem Scheibenaufbau von Fig. 1 benutzten Komponenten in größerem Maßstab.
Zur Ausbildung des in Fig. 1 allgemein mit dem Bezugszeichen 30 bezeichneten Scheiben­ aufbaus wird zuerst, beispielsweise mittels eines Pressbending-Werkzeugs, eine äußere (obere) Scheibe 10 aus Einscheibensicherheitsglas (eine sog. ESG-Scheibe) gefertigt. Die Scheibe 10 wird dabei mit einer Wölbung versehen, die der Wölbung der festen Dachfläche 28 des Fahrzeugs entspricht. Anschließend wird eine innere Scheibe 16 entsprechend der Größe des Durchsichtsbereichs des Glasdeckels, d. h. entsprechend dem inneren Rand eines Deckelinnenblechs 12 zugeschnitten, auf dem im fertig montierten Zustand die äußere Scheibe 10 mit ihrem Rand ruht. Die aus Kunststoff gefertigte innere Scheibe 16 wird sodann unter Temperatureinfluß zumindest näherungsweise der konkaven Wölbung der äußeren Scheibe 10 nachgeformt bzw. vorgewölbt.
Die endgültige Form der Kunststoffscheibe 16 wird in einem weiteren Arbeitsgang festgelegt. In der schematischen Ansicht von Fig. 2 ist die äußere Scheibe 10 aus Gründen der Anschau­ lichkeit mit einer übertrieben starken Wölbung dargestellt. Die vorgeformte innere Scheibe 16 wird auf eine Anpreßvorrichtung aufgebracht, die über eine Mehrzahl von Saugern 40 verfügt. Die Sauger 40 wiederum sind über federnd nachgiebige, in ihrer Länge einstellbare Stempel 42 an einem Träger 44 befestigt. Durch entsprechendes Einstellen der Länge der Stempel 42 wird die vorgeformte Scheibe 16 gegen die äußere Scheibe 10 angelegt, wobei die in den Stempeln vorgesehenen Federelemente eine jegliche Spaltbildung zwischen den beiden Scheiben 10 und 16 verhindert.
Nachdem die Kontur der Innenseite der ESG-Scheibe 10 der Kontur der Innenseite der Kunst­ stoffscheibe 16 aufgeprägt wurde, können die beiden Scheiben erneut voneinander getrennt werden, um zwischen diese ein elektrochromes Element zum Einstellen der Lichtdurchlässig­ keit des Scheibenaufbaus einzubringen. Die bevorzugte Verfahrensweise besteht jedoch darin, vor dem "Feinwölben" der Kunststoffscheibe die bei dem Aufbau des elektrochromen Elements benutzten Elektroden- und Redoxschichten auf die Scheiben aufzubringen, und nach dem Trennen der beiden Scheiben nur noch die Elektrolytschicht einzubringen, wie unter Bezugnahme auf Fig. 3 näher erläutert wird.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch den in Fig. 1 gezeigten Scheibenaufbau in größerem Maßstab. Auf die Unterseite der ESG-Scheibe 10 wurde eine Elektrode 18 und auf die Oberseite der inneren Scheibe 16 eine Elektrode 20 aufgebracht, wobei für die Herstellung der Elektroden 18 und 20 beispielsweise Indium-Zinn-Oxid (ITO) benutzt werden kann. Bei dem in Fig. 3 schematisch dargestellten Scheibenaufbau wurde auf die Unterseite der Elektrode 18 eine Redoxschicht 22 aufgebracht, und auf der Oberseite der Elektrode 20 wurde eine Redoxschicht 24 angeordnet. Vorzugsweise ist eine der beiden Redoxschichten 22, 24 reduktiv färbend während die andere Redoxschicht oxidativ färbend ist. Als Beispiele für reduktiv färbende Werkstoffe sind unter anderem WO₃, MoO₃, Nb₂O₅, V₂O₅ oder TiO₂ zu nennen, wohingegen sich für die Ausbildung der oxidativ färbenden Redoxschicht beispielsweise NiOx, IrOx, CoOx, Polyanilin, Polypyrrol oder Polythiophen eignet.
Für das Verschieben von Ladungen zwischen den beiden Redoxschichten 22 und 24 dient ein zwischen diesen Schichten anzuordnender Elektrolyt 26, der vorteilhaft zugleich als Kleber zum Zusammenfügen der beiden beschichteten Scheiben 10 und 16 genutzt werden kann. Vorteilhafterweise wird der Elektrolyt 26 in seiner Viskosität 50 eingestellt, daß bei Tempera­ tureinfluß zumindest ein Teil der unterschiedlichen Längenausdehnung der beiden Scheiben 10, 16 aufgenommen wird.
Die beiden Scheiben werden nach dem Zusammenfügen derselben mit einem Einfaßrahmen 14, beispielsweise aus Polyurethan, umschäumt und ferner mit einer Randdichtung 32 versehen, die den von den Scheiben 10, 16 gebildete lichtdurchlässige Deckel 30 in dem in Fig. 1 veranschaulichten geschlossenen Zustand gegen die feste Dachfläche 28 eines Fahrzeugs abdichtet.
Im Außenbereich, d. h. unterhalb der äußeren Scheibe 10 jedoch seitlich außerhalb der inneren Scheibe 16 können ferner Solarzellen 17 angeordnet werden, die über einen an dem Einfaß­ rahmen 14 gelagerten verstellbaren Widerstand 19 mit den Elektroden 18 bzw. 20 verbunden sind. Die maximal erzeugbare Leistung der Solarzellen 17 kann - vorzugsweise falls diese nur zur Stromversorgung des elektrochromen Elements und nicht zur Speisung der Fahrzeugbatte­ rie oder des Bordnetzes dienen - so ausgelegt sein, daß bei Ausschalten des Widerstandes 19 eine selbsttätige Regelung der Lichtdurchlässigkeit in Abhängigkeit von der Einstrahlungs­ dichte und somit des erzeugten Solarstromes erfolgt.
Das geschilderte Verfahren zur Herstellung eines gewölbten Scheibenaufbaus läßt sich gegebenenfalls auch für die Front- und/oder die Heckscheibe und/oder Seitenfenster eines Fahrzeugs benutzen.

Claims (19)

1. Verfahren zur Herstellung eines lichtdurchlässigen Scheibenaufbaus für Fahrzeuge, ins­ besondere eines lichtdurchlässigen Deckels für Schiebedächer, Hebedächer und derglei­ chen, bei dem eine äußere Scheibe (10) aus Einscheibensicherheitsglas und eine Kunst­ stoffscheibe (16) in für den Scheibenaufbau gewünschter Weise vorgeformt und in einem späteren Arbeitsschritt zu einem Scheibenverbund zusammengefügt werden, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge des Verfahrens
  • (A) die äußere Scheibe (10) aus Einscheibensicherheitsglas in die gewünschte Wölbung gebracht wird;
  • (B) die Kunststoffscheibe (16) in eine der gewünschten Wölbung mindestens nähe­ rungsweise entsprechende Form gebracht wird;
  • (C) die Innenseite der Kunststoffscheibe (16) durch Anpressen gegen die äußere Scheibe (10) der Kontur der äußeren Scheibe angepaßt wird; und
  • (D) die äußere Scheibe (10) und die Kunststoffscheibe (16) zusammengefügt werden.
2. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Scheibe (10) an ihrer Innenseite und die innerer Scheibe (16) an ihrer Außenseite mit jeweils einer trans­ parenten Elektrodenschicht (18, 20) versehen werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Elektrodenschicht (18, 20) jeder der beiden Scheiben (10, 16) jeweils eine Redoxschicht (22, 24) aufgebracht wird, wobei das Absorptionsvermögen von mindestens einer der Redoxschichten im sichtbaren Wellenlängenbereich durch eine reversible elektrochemi­ sche Dotierung veränderbar ist, und daß vor dem Zusammenfügen der beschichteten Scheiben ein transparenter Elektrolyt (26) zwischen die beiden Redoxschichten einge­ bracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenschich­ ten (18, 20) und die Redoxschichten (22, 24) aufgebracht werden, bevor die Verfahrens­ schritte (C) und (D) ausgeführt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen der Elektrodenschichten (18, 20) und der Redoxschichten (22, 24) zwischen den Verfahrensschritten (C) und (D) erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt (26) zugleich der gegenseitigen Verklebung der beiden beschichteten Scheiben (10, 16) dient.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vis­ kosität des Elektrolyten (26) so eingestellt wird, daß die Elektrolytschicht wärme­ bedingte unterschiedliche Längenausdehnungen der beiden Scheiben (10, 16) mindestens teilweise aufnimmt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffscheibe (16) in der Größe des inneren Durchsichtsbereichs der äußeren Scheibe zugeschnitten wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der inneren Scheibe (16) ein Kunststoff mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von höchstens 65·10-6 1/K benutzt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung der inneren Scheibe (16) Polycarbonat, Polymethylmethacrylat oder Polymethylmethylimid benutzt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ausbildung der Elektroden (18, 20) Indium-Zinn-Oxid (ITO) benutzt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung von einer der beiden Redoxschichten (22, 24) ein reduktiv färbender Werk­ stoff benutzt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem reduktiv färbenden Werkstoff um WO₃, MoO₃, Nb₂O₅, V₂O₅ oder TiO₂ handelt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung von einer der beiden Redoxschichten (22, 24) ein oxidativ färbender Werk­ stoff benutzt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem oxidativ färbenden Werkstoff um NiOx, IrOx, CoOx, Polyanilin, Polypyrrol oder Polythiophen handelt.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ferner unter der äußeren Scheibe (10) außerhalb der inneren Scheibe Solarzellen (17) angeordnet werden, die der Stromversorgung des Scheibenaufbaus und/oder einer Fahrzeugbatterie oder des Bordnetzes dienen.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Solarzellen (17) erzeugbare Spannung so ausgelegt ist, daß eine selbsttätige Anpassung der Licht­ durchlässigkeit der Redoxschichten (22, 24) in Abhängigkeit von der Sonneneinstrahlung erfolgt.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein einstell­ barer Widerstand (19) zwischen den Solarzellen (17) und einer der Elektroden (18 bzw. 20) angeordnet wird.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffscheibe (16) eine Dicke von mindestens 3 mm hat.
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