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Die Erfindung bezieht sich auf eine Scheibe mit beheizbaren, optisch transparenten Sensorfeld.
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Viele Fahrzeuge, Flugzeuge, Hubschrauber und Schiffe sind mit verschiedenen optischen Sensoren ausgestattet. Beispiele für optische Sensoren sind Kamerasysteme, wie Videokameras, Nachtsichtkameras, Restlichtverstärker oder passive Infrarotdetektoren wie FLIR (Forward Looking Infrared). Die Kamerasysteme können Licht im ultravioletten (UV), sichtbaren (VIS) und infraroten Wellenlängenbereich (IR) nutzen. Damit lassen sich auch bei schlechten Witterungsverhältnissen, wie Dunkelheit und Nebel, Gegenstände, Fahrzeuge sowie Personen präzise erkennen. Diese Kamerasysteme können in Kraftfahrzeugen hinter der Windschutzscheibe im Fahrgastraum platziert werden. Damit bieten sie auch im Straßenverkehr die Möglichkeit, Gefahrensituationen und Hindernisse rechtzeitig zu erkennen.
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Weitere Einsatzbereiche für optische Sensoren liegen in der elektronischen Distanzmessung (EDM), beispielsweise mit Hilfe von Laserentfernungsmessern. Hierbei kann die Entfernung zu anderen Fahrzeugen bestimmt werden. Derartige Systeme sind im militärischen Anwendungsbereich weit verbreitet, aber auch im zivilen Bereich ergeben sich viele Anwendungsmöglichkeiten. Durch Abstandsmessungen zum vorausfahrenden Fahrzeug lässt sich der notwendige Sicherheitsabstand bestimmen und die Verkehrssicherheit deutlich erhöhen. Bei automatischen Warnsystemen verringert sich die Gefahr eines Auffahrunfalls deutlich.
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Aufgrund ihrer Empfindlichkeit gegenüber Witterungseinflüssen oder Fahrtwinden müssen derartige Sensoren aber in allen Fällen durch entsprechende Scheiben geschützt werden. Der Sensor kann entweder innerhalb eines Fahrzeuges angebracht sein oder außerhalb wie bei Wärmebildkameras von Hubschraubern. Hierbei ist der Sensor in einem schwenkbaren Gehäuse außen am Hubschrauber angebracht. Um eine optimale Funktion der optischen Sensoren zu gewährleisten, sind bei beiden Möglichkeiten saubere und beschlagsfreie Scheiben zwingend notwendig. Beschlag und Vereisungen behindern die Funktionsweise deutlich, da sie die Transmission elektromagnetischer Strahlung deutlich reduzieren. Während für Wassertropfen und Schmutzpartikel Wischsysteme eingesetzt werden können, reichen diese in der Regel bei Vereisung nicht aus. Hierbei sind Systeme notwendig, die das dem Sensor zugeordnete Scheibensegment bei Bedarf zumindest kurzzeitig aufheizen und damit einen unterbrechungsfreien Einsatz ermöglichen. Um den Energieverbrauch und die benötigte Spannung gering zu halten, sollte nur das für den Sensor erforderliche Sichtfeld der Scheibe auf diese Art und Weise beheizt werden.
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Neben der äußeren Scheibenoberfläche muss vor allem die innen liegende Scheibe beschlagsfrei gehalten werden. Damit keine Schmutz- und Staubpartikel den Sensor verschmutzen, wird die Anordnung aus Sensor und Scheibe in der Regel eingekapselt. Dringt in diesen eingekapselten Raum Feuchtigkeit ein, so kann diese Feuchtigkeit vor allem bei kalten Außentemperaturen an der Scheibeninnenseite kondensieren und die Funktionsfähigkeit des Sensors einschränken.
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DE 10 2007 001 080 A1 offenbart eine elektrisch beheizbare Fensterscheibe. Diese wird mit Hilfe von elektrischen Sammelleitern mit Strom versorgt und so geheizt. Die Anordnung der Leiter erfolgt dabei so, dass sich nur geringe elektromagnetische Felder entwickeln. Damit ist ein Betrieb von Geräten, die empfindlich auf elektromagnetische Felder reagieren, auch im Bereich der Scheibe möglich.
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DE 101 56 850 A1 offenbart einen Sensor in einer Fahrzeugfensterscheibe, dessen Linse vom Fahrzeuginnenraum durch eine Einkapselung abgeschlossen ist. Dieser Aufbau verhindert die Ablagerung von Staubpartikeln auf der Linse. Zum Luftaustausch ist ein Partikelfilter vorgesehen.
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DE 10 2004 054 161 A1 offenbart einen Infrarotlicht-Erfassungsbereich in einer Fahrzeugwindschutzscheibe. Der Infrarotlicht-Erfassungsbereich ist von Heizelementen umgeben, die diesen durch Wärmeleitung eis- und beschlagsfrei halten.
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EP 1 605 729 A2 offenbart eine elektrisch beheizbare Scheibe mit einem Kamerafenster. Dieses Kamerafenster wird über eine Heizvorrichtung beschlags- und eisfrei gehalten. Das Heizelement wird an der Position des Kamerafensters in die Scheibe einlaminiert. Zusätzlich kann an der Scheibenoberfläche noch ein zusätzliches Heizelement angebracht werden. Das zusätzliche Heizelement wird bevorzugt als leitfähige Paste auf die Scheibenoberfläche gedruckt.
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Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Scheibe mit beheizbaren, optisch transparenten Sensorfeld bereitzustellen, welche einfach aus fertigen, standardmäßigen Scheiben ohne größere Umbaumaßnahmen herstellbar ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Scheibe mit beheizbaren, optisch transparenten Sensorfeld, nach dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Die Scheibe mit beheizbaren, optisch transparenten Sensorfeld umfasst mindestens eine Scheibe und mindestens ein optisch transparentes Sensorfeld. Im Sinne der Erfindung umfasst der Ausdruck „optisch transparentes Sensorfeld” den Teil der Scheibe, welcher den Sensor mit den entsprechenden optischen und elektromagnetischen Informationen oder Signalen versorgt. Dies kann ein beliebiger Teil der Scheibe oder ein eingesetztes Scheibensegment sein, das für die entsprechenden optischen und elektromagnetischen Signale eine hohe Transmission aufweist. Das Merkmal „optisch transparent” bezieht sich im Rahmen der Erfindung auf den Wellenlängenbereich von 200 nm bis 2000 nm, bevorzugt 400 nm bis 1300 nm. Die Transmission beträgt im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 1300 nm, bevorzugt mehr als 70%.
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Das optisch transparente Sensorfeld nimmt bevorzugt weniger als 10%, besonders bevorzugt weniger als 5% der Scheibenoberfläche ein. Die auf dem optisch transparenten Sensorfeld angeordnete beheizbare Folie umfasst mindestens eine Trägerfolie, eine beheizbare Beschichtung und/oder Heizdrähte sowie eine an der beheizbaren Beschichtung und/oder den Heizdrähten angebrachte elektrische Kontaktierung. Die beheizbare Beschichtung und/oder die Heizdrähte können im Sinne der Erfindung sowohl an der der Scheibe zugewandten Seite der Trägerfolie als auch und/oder auf der der Scheibe abgewandten Seite der Trägerfolie angebracht sein. Die Trägerfolie weißt bevorzugt eine Dicke von 20 μm bis 500 µm, besonders bevorzugt von 30 µm bis 200 µm auf. Die beheizbare Beschichtung und/oder Heizdrähte fungieren als elektrische Widerstände und sind direkt auf der Folie angebracht. Die Schichtdicke bzw. Drahtdicke richten sich nach der benötigten Heizleistung. Die Heizdrähte haben bevorzugt eine Dicke von 10 µm bis 100 µm, die elektrische Beschichtung weißt bevorzugt einen Flächenwiderstand von 0,5 Ohm pro Quadrat bis 3 Ohm pro Quadrat, bei einer Spannung von 12 V bis 15 V auf. Die gemittelte Transmission der gesamten Anordnung aus Sensorfeld und beheizbarer Folie beträgt bevorzugt mehr als 60%, besonders bevorzugt mehr als 70%.
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An dem optisch transparenten Sensorfeld und der beheizbaren Folie ist eine Einkapselung und ein in der Einkapselung angebrachter Sensor befestigt. Die Einkapselung schützt den Sensor vor Schmutz- und Staubpartikeln sowie unerwünschten Lichteinfall. Die Einkapselung ist bevorzugt im oberen Scheibenbereich angeordnet, bevorzugt nicht mehr als 30% der Scheibenhöhe vom oberen und/oder unteren Rand entfernt. Die Einkapselung enthält bevorzugt ein Polymer, besonders bevorzugt Polybutylenterephthalat, Polyamide, Polycarbonat, Polyurethane, Polybutylen, Polypropylen, Polyethylen, Polyethylenterephthalat, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Acrylnitril-Butadien-Styrol, Ethylenvinylacetat, Ethylenvinylalkohol, Polyimide, Polyester, Polyketone, Polyetheretherketone und/oder Polymethylmethacrylat sowie Gemische, Blockpolymere und Copolymere davon.
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Der Sensor umfasst bevorzugt Kameras für sichtbares Licht der Wellenlängen von 400 nm bis 800 nm und infrarotes Licht der Wellenlängen von 800 nm bis 1300 nm.
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Die Scheibe enthält bevorzugt Glas und/oder Polymere, bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas, Kalk-Natron-Glas, Polymethylmethacrylat und/oder Gemische davon.
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Die Scheibe umfasst bevorzugt Einscheibensicherheitsglas (ESG) oder Verbundscheibensicherheitsglas (VSG).
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Das Sensorfeld weist bevorzugt eine optische Transparenz für sichtbares Licht (VIS) und/oder Infrarotstrahlung (IR) von > 60%, bevorzugt > 70% auf.
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Die Trägerfolie enthält bevorzugt Polybutylenterephthalat (PBT), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylennaphthalat (PEN), Polyvinylbutyral (PVB) und/oder Poly-Ethylvinylacetat (EVA) und/oder Gemische und/oder Copolymere davon.
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Die Trägerfolie weist bevorzugt eine optische Transparenz für sichtbares Licht (VIS) und/oder Infrarotstrahlung (IR) von > 80%, besonders bevorzugt > 90% auf.
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Die beheizbare Beschichtung und/oder die Heizdrähte enthalten bevorzugt Fluor dotiertes Zinndioxid (F:SnO2), Zinn dotiertes Indiumoxid (ITO), Silber, Kupfer, Zinn, Gold, Aluminium, Eisen, Wolfram, Chrom oder Legierungen davon und/oder mindestens ein elektrisch leitfähiges organisches Polymer.
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Die beheizbare Beschichtung weist bevorzugt eine Schichtdicke von 0,1 µm bis 50 µm, besonders bevorzugt 1 µm bis 10 µm auf.
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Die elektrische Kontaktierung enthält bevorzugt Silber, Kupfer, Zinn, Gold, Aluminium, Eisen, Wolfram, Chrom oder Legierungen davon und/oder mindestens ein elektrisch leitfähiges organisches Polymer.
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Die beheizbare Folie enthält bevorzugt eine optisch transparente wasserabsorbierende, hydrophile, hydrophobe oder lipophobe und hydrophobe Beschichtung. Beispiele für hydrophile Beschichtungen von Polyesterfolien finden sich in der
EP 1 777 251 A1 . Beschichtungslösungen für hydrophile Beschichtungen enthalten beispielsweise Sulfopolyester aus 90 Mol-% Isophthalsäure und 10 Mol-% Natriumsulfoisophthalsäure sowie ein Tensid wie Diethylhexylsulfosuccinat-Natriumsalz (AOT) mit jeweils 1 Gew.-% bis 5 Gew.-%. Beschichtungen mit halogenierten Kohlenwasserstoffen, insbesondere mit -CHF-, -CF
2- und -CF
3 Gruppen ermöglichen eine sowohl lipophobe, Fett oder unpolare Kohlenwasserstoffe abweisende als auch hydrophobe, wasserabweisende Beschichtung. Wasserabsorbierende Beschichtungen enthalten beispielsweise quellfähige hydrophile Polymere wie Polysacharide, Cellulosederivate und Polyethylenoxide.
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Die beheizbare Folie enthält bevorzugt einen Klebstoff, besonders bevorzugt Acrylatklebstoffe, Methylmethacrylatklebstoffe, Cyanacrylatklebstoffe, Polyepoxide, Silikonklebstoffe und/oder silanvernetzende Polymerklebstoffe sowie Gemische und/oder Copolymere davon. Die beheizbare Folie enthält bevorzugt eine selbstklebende Folie.
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Die Einkapselung ist bevorzugt im oberen Bereich der Windschutzscheibe und/oder Heckscheibe, besonders bevorzugt hinter einem Abdeckstreifen, Sonnenblende und/oder Bandfilter angebracht. In dieser Ausführung ist bevorzugt eine Aussparung für das optisch transparente Sensorfeld angeordnet.
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Die Einkapselung enthält bevorzugt wasserabsorbierende Materialien oder Trockenmittel, besonders bevorzugt Kieselgel, CaCl2, Na2SO4, Aktivkohle, Silikate, Bentonite, Zeolithe und/oder Gemische davon. Die Trockenmittel können in die Oberfläche der Einkapselung eingearbeitet sein und/oder in offenen Behältnissen in der Einkapselung angeordnet sein. Die Trockenmittel sind bevorzugt so angeordnet, dass ein Luft- und Feuchtigkeitsaustausch mit der Luft im Inneren der Einkapselung möglich ist, die Materialien aber nicht umherfliegen können und fixiert sind. Dies kann bevorzugt durch Einschließen der Trockenmittel in einen luft- und feuchtigkeitsdurchlässigen Polymerfilm oder in einem feinmaschigen Netz erfolgen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein.
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Es zeigen:
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1 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Scheibe (1),
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2 einen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Scheibe (1) mit beheizbaren, optisch transparenten Sensorfeld (2),
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3 einen Querschnitt des beheizbaren, optisch transparenten Sensorfelds (2),
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4 einen weiteren Querschnitt des beheizbaren, optisch transparenten Sensorfelds (2) und
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5 einen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform des beheizbaren, optisch transparenten Sensorfelds (2).
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1 zeigt eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Scheibe (1). Auf einem optisch transparenten Sensorfeld (2) ist eine beheizbare Folie (3) angeordnet. Das optisch transparente Sensorfeld (2) umfasst den Teil der Scheibe (1), welcher den in 2 gezeigten Sensor (7) mit den entsprechenden optischen und elektromagnetischen Informationen oder Signalen versorgt. Dies kann ein beliebiger Teil der Scheibe (1) oder ein eingesetztes Scheibensegment sein, das für die entsprechenden optischen und elektromagnetischen Signale eine hohe Transmission aufweist. Die beheizbare Folie (3) ist mit einer elektrischen Kontaktierung (4) verbunden, welche an einer Spannungsquelle, beispielsweise eine Autobatterie, angeschlossen ist.
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2 zeigt einen Querschnitt entlang der Scheibenhöhe I nach I' in 1 einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Scheibe (1) mit beheizbaren, optisch transparenten Sensorfeld (2). Im Bereich des optisch transparenten Sensorfelds (2) ist eine beheizbare Folie (3) auf der Scheibeninnenseite der Scheibe (1) angeordnet. Der auf das optisch transparente Sensorfeld (2) ausgerichtete Sensor (7) befindet sich in einer am optisch transparenten Sensorfeld (2) befestigten Einkapselung (6). Innerhalb der Einkapselung (6) sind Trockenmittel (8) angeordnet. Die Trockenmittel (8) sind bevorzugt in die Oberfläche der Einkapselung (6) eingearbeitet.
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3 zeigt einen Querschnitt des beheizbaren, optisch transparenten Sensorfelds (2). Auf dem optisch transparenten Sensorfeld (2) ist die beheizbare Folie (3) mit der elektrischen Kontaktierung (4) angeordnet. Die beheizbare Folie (3) enthält eine Trägerfolie (3a) und auf der dem optisch transparenten Sensorfeld (2) abgewandten Seite der Trägerfolie (3a) eine beheizbare Beschichtung (3b) und/oder Heizdrähte (3c). Diese können mit den gängigen Techniken wie chemical vapor deposition (CVD) oder physical vapor deposition (PVD), wie Kathodenzerstäubung (Sputtern), aufgebracht werden.
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4 zeigt einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform des beheizbaren, optisch transparenten Sensorfelds (2). Auf dem optisch transparenten Sensorfeld (2) ist die beheizbare Folie (3) mit der elektrischen Kontaktierung (4) angeordnet. Die beheizbare Folie (3) enthält eine Trägerfolie (3a) und auf der dem optisch transparenten Sensorfeld (2) zugewandten Seite der Trägerfolie (3a) eine beheizbare Beschichtung (3b) und/oder Heizdrähte (3c). Diese können mit den gängigen Techniken wie chemical vapor deposition (CVD) oder physical vapor deposition (PVD), wie Kathodenzerstäubung (Sputtern), aufgebracht werden.
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5 zeigt einen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform des beheizbaren, optisch transparenten Sensorfelds (2). Auf dem optischen Scheibensegment ist die beheizbare Folie (3) mit der elektrischen Kontaktierung (4) angeordnet. Die beheizbare Folie (3) enthält eine Trägerfolie (3a) und eine beheizbare Beschichtung (3b) und/oder Heizdrähte (3c). Auf der beheizbaren Beschichtung (3b) und/oder Heizdrähten (3c) ist eine Deckschicht (3d) aus einer Polymerfolie angebracht. Die Deckschicht (3d) ist bevorzugt überstehend angeordnet, so dass die Trägerfolie (3a) und die beheizbare Beschichtung (3b) über die Deckschicht (3d) auf der Scheibenoberfläche (1, 2) laminiert sowie fixiert werden. Die Deckschicht (3d) enthält eine hydrophile, hydrophobe oder lipophobe und hydrophobe Beschichtung (3e).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007001080 A1 [0006]
- DE 10156850 A1 [0007]
- DE 102004054161 A1 [0008]
- EP 1605729 A2 [0009]
- EP 1777251 A1 [0024]
