DE202022002766U1 - Elektronische Anordnung für mehrere beheizbare Kamerafenster - Google Patents
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Abstract
Scheibe (100) mit elektrisch beheizbarem Sensorbereich (3), mindestens umfassend:
- eine erste Scheibe (1) mit einer Oberfläche,
- mindestens eine erste und eine zweite elektrisch heizfähige Beschichtung (10.1, 10.2), die jeweils auf einem Teil der Oberfläche aufgebracht sind und keinen direkten Kontakt miteinander haben,
- mindestens einen ersten und einen zweiten, zum Anschluss an eine Spannungsquelle (5) vorgesehenen Sammelleiter (9.1, 9.2), welche derart mit der mindestens ersten und der zweiten elektrisch heizfähigen Beschichtung (10.1, 10.2) verbunden sind, dass mindestens ein erster Strompfad über die erste elektrisch heizfähige Beschichtung (10.1) und ein zweiter Strompfad über die zweite heizfähige Beschichtung (10.2) für einen Heizstrom geformt ist,
- mindestens eine die erste und die zweite heizfähige Beschichtung (10.1, 10.2) umgebende Heizschicht (6),
- mindestens zwei zum Anschluss an die Spannungsquelle (5) oder an eine weitere Spannungsquelle vorgesehenen äußeren Sammelleiter, welche mit der Heizschicht (6) so verbunden sind, dass zwischen den äußeren Sammelleitern ein Strompfad für einen Heizstrom geformt ist. wobei
der erste Sammelleiter (9.1) mindestens
- einen Anschlussbereich (7.1), der dafür vorgesehen ist, mit einer Anschlussleitung mit der Spannungsquelle (5) verbunden zu sein und
- einen ersten und einen zweiten Kontaktbereich (8.1, 8.2), welche elektrisch leitend mit dem Anschlussbereich (7.1) verbunden sind, umfasst, wobei der erste Kontaktbereich (8.1) mit der ersten elektrisch heizfähigen Beschichtung (10.1) und der zweite Kontaktbereich (8.2) mit der zweiten elektrisch heizfähigen Beschichtung (10.2) verbunden ist,
wobei die erste und die zweite heizfähige Beschichtung (10.1, 10.2) durch jeweils eine beschichtungsfreie Trennlinie (11) vollständig von der umgebenden Heizschicht (6) galvanisch und stofflich getrennt sind.
- eine erste Scheibe (1) mit einer Oberfläche,
- mindestens eine erste und eine zweite elektrisch heizfähige Beschichtung (10.1, 10.2), die jeweils auf einem Teil der Oberfläche aufgebracht sind und keinen direkten Kontakt miteinander haben,
- mindestens einen ersten und einen zweiten, zum Anschluss an eine Spannungsquelle (5) vorgesehenen Sammelleiter (9.1, 9.2), welche derart mit der mindestens ersten und der zweiten elektrisch heizfähigen Beschichtung (10.1, 10.2) verbunden sind, dass mindestens ein erster Strompfad über die erste elektrisch heizfähige Beschichtung (10.1) und ein zweiter Strompfad über die zweite heizfähige Beschichtung (10.2) für einen Heizstrom geformt ist,
- mindestens eine die erste und die zweite heizfähige Beschichtung (10.1, 10.2) umgebende Heizschicht (6),
- mindestens zwei zum Anschluss an die Spannungsquelle (5) oder an eine weitere Spannungsquelle vorgesehenen äußeren Sammelleiter, welche mit der Heizschicht (6) so verbunden sind, dass zwischen den äußeren Sammelleitern ein Strompfad für einen Heizstrom geformt ist. wobei
der erste Sammelleiter (9.1) mindestens
- einen Anschlussbereich (7.1), der dafür vorgesehen ist, mit einer Anschlussleitung mit der Spannungsquelle (5) verbunden zu sein und
- einen ersten und einen zweiten Kontaktbereich (8.1, 8.2), welche elektrisch leitend mit dem Anschlussbereich (7.1) verbunden sind, umfasst, wobei der erste Kontaktbereich (8.1) mit der ersten elektrisch heizfähigen Beschichtung (10.1) und der zweite Kontaktbereich (8.2) mit der zweiten elektrisch heizfähigen Beschichtung (10.2) verbunden ist,
wobei die erste und die zweite heizfähige Beschichtung (10.1, 10.2) durch jeweils eine beschichtungsfreie Trennlinie (11) vollständig von der umgebenden Heizschicht (6) galvanisch und stofflich getrennt sind.
Description
- Die Erfindung betrifft eine transparente Scheibe mit mehr als einer heizfähigen Beschichtung.
- Fahrzeuge sind zunehmend mit verschiedenen Sensoren oder Kamerasystemen ausgestattet. Beispiele sind Kamerasysteme, wie Videokameras, Nachtsichtkameras, Restlichtverstärker, Laserentfernungsmesser oder passive Infrarotdetektoren. Auch werden beispielsweise zur Mauterfassung zunehmend Fahrzeug-Identifikationssysteme eingesetzt.
- 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.
- Aufgrund ihrer Empfindlichkeit gegenüber Witterungseinflüssen oder Fahrtwinden müssen derartige Sensoren aber in allen Fällen durch für Strahlung transparente Scheiben geschützt werden. Um eine optimale Funktion der optischen Sensoren zu gewährleisten, sind saubere und beschlagfreie 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.
- Scheiben können daher eine elektrische Heizfunktion aufweisen. So sind Verbundscheiben bekannt, die auf einer innenseitigen Oberfläche einer der Einzelscheiben eine transparente, elektrisch leitfähige Beschichtung aufweisen. Durch eine externe Spannungsquelle kann ein elektrischer Strom durch die elektrisch leitfähige Beschichtung geleitet werden, der die Beschichtung und damit die Scheibe erwärmt.
WO2012/052315 A1 offenbart beispielsweise eine solche beheizbare, elektrisch leitfähige Beschichtung auf Metallbasis. - Die elektrische Kontaktierung der elektrischen Heizschicht erfolgt typischerweise über Sammelleiter, wie aus der
US2007/0020465 A1 bekannt ist. Die Sammelleiter bestehen beispielsweise aus einer aufgedruckten und eingebrannten Silberpaste. Die Sammelleiter verlaufen typischerweise entlang der oberen und unteren Kante der Scheibe. Die Sammelleiter sammeln den Strom, der durch die elektrisch leitfähige Beschichtung fließt und leiten ihn zu externen Zuleitungen, die mit einer Spannungsquelle verbunden sind. - Die an der oberen und unteren Kante verlaufenden Sammelleiter können auch zur Erwärmung mehrerer Segmente einer Heizschicht verwendet werden, um somit eine gleichmäßigere Heizleistungsverteilung bereitzustellen. So eine Anordnung ist beispielsweise aus
US20150334779A1 ,US20170036646A1 undUS2878357A1 bekannt. Die Segmente sind hierbei beispielsweise durch entschichtete Trennungslinie mit einer Breite von 30 bis 200 Mikrometern ausgebildet. Die Sammelleiter weisen eine typische streifenförmige Form auf. Die Umgebung der Heizschicht ist frei von elektrisch leitfähigen Beschichtungen. - Die
US20120103961A1 offenbart eine beschichtete und beheizbare Scheibe, welche in einem örtlich abgegrenzten Bereich teilweise entschichtet ist. Der teilweise entschichtete Bereich kann beispielsweise als ein Sensorfenster verwendet werden. Der örtlich abgegrenzte Bereich weist zwei Sammelleiter auf, welche im Wesentlichen parallel zur oberen Kante der Scheibe angeordnet und über einen ohmschen Widerstand miteinander verbunden sind. Hierdurch kann die Homogenität des elektrischen Feldes über die Scheibe verbessert, was Heiß- und Kaltstellen auf der Scheibe minimiert.US20030019860A1 offenbart eine Heizschicht über einer Windschutzscheibe, welche in mehrere Regionen unterteilt ist und welche mittels einer Multi-Zonen-Sammelleiter-Anordnung elektrisch erwärmt werden können. - Ein Beispiel für einen Heizbereich auf einer Scheibe zusammen mit einem kapazitativen Touch-Sensor ist in
US10638549B2 - Ein generelles Problem von heizbaren Beschichtungen ist ihr noch relativ hoher Flächenwiderstand, der jedenfalls bei großen Abmessungen der zu beheizenden Scheibe bzw. bei langen Strompfaden eine hohe Betriebsspannung erfordert, die jedenfalls höher als die üblichen Bordspannungen von Fahrzeugen ist. Ein weiteres Problem in diesem Zusammenhang ist der resultierende, ebenfalls erhöhte Stromverbrauch, aufgrund der hohen benötigten Spannung. Würde man den Flächenwiderstand absenken wollen, so geht dies bei den bisher bekannten Schichtsystemen mit einer Verringerung der Transmission von sichtbarem Licht einher, da die leitfähigen Schichten dicker sein müssten. Dieses Problem wird besonders dann relevant, wenn der Sensorbereich in seiner Flächenausdehnung besonders groß ist, wie es zum Beispiel bei der Anwendung von mehr als einem Sensor notwendig sein kann.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine verbesserte Scheibe mit elektrisch beheizbarem Sensorbereich bereitzustellen, welche schnell beheizbar ist bei möglichst geringer Spannung und Stromverbrauch.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Scheibe gemäß des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
- Die erfindungsgemäße Scheibe mit elektrisch beheizbarem Sensorbereich umfasst zumindest die folgenden Merkmale:
- - eine erste Scheibe mit einer Oberfläche,
- - eine erste und eine zweite elektrisch heizfähige Beschichtung und
- - mindestens einen ersten und einen zweiten zum Anschluss an eine Spannungsquelle vorgesehenen Sammelleiter.
- Die erste und zweite elektrisch heizfähige Beschichtung sind jeweils auf einem Teil der Oberfläche aufgebracht und haben keinen stofflichen Kontakt miteinander.
Der mindestens erste und der mindestens zweite Sammelleiter sind dabei derart mit der ersten und der zweiten elektrisch heizfähigen Beschichtung verbunden, dass ein erster Strompfad über die erste elektrische heizfähige Beschichtung und ein zweiter Strompfad über die zweite elektrisch heizfähige Beschichtung für einen Heizstrom geformt ist. Hierbei ist der erste Sammelleiter sowohl mit der ersten elektrisch heizfähigen Beschichtung als auch mit der zweiten elektrisch heizfähigen Beschichtung elektrisch verbunden. Der elektrische Gegenpol zum ersten Sammelleiter, damit ein Heizstrom über die erste heizfähige Beschichtung und die zweite heizfähige Beschichtung geformt werden kann, kann entweder nur der zweite Sammelleiter oder der zweite und ein dritter Sammelleiter sein. ist nur der zweite Sammelleiter der elektrische Gegenpol zum ersten Sammelleiter, so ist dieser sowohl mit der ersten elektrisch heizfähigen Beschichtung als auch mit der zweiten elektrisch heizfähigen Beschichtung elektrisch verbunden. Alternativ ist der zweite Sammelleiter nur mit der ersten elektrisch heizfähigen Beschichtung elektrisch verbunden und der dritte Sammelleiter ist mit der zweiten elektrisch heizfähigen Beschichtung elektrisch verbunden. - Der erste Sammelleiter umfasst dabei mindestens einen Anschlussbereich und einen ersten sowie einen zweiten Kontaktbereich. Der Anschlussbereich ist dafür vorgesehen, mit einer Anschlussleitung mit der Spannungsquelle verbunden zu sein und der erste und zweite Kontaktbereich sind elektrisch leitend mit dem Anschlussbereich verbunden. Der erste Kontaktbereich ist außerdem mit der ersten elektrisch heizfähigen Beschichtung und der zweite Kontaktbereich mit der zweiten elektrisch heizfähigen Beschichtung stofflich und elektrisch verbunden. Der erste Kontaktbereich und der zweite Kontaktbereich sind vorzugsweise streifenförmig ausgebildet.
- Der Strompfad verläuft dabei insbesondere über bzw. durch die erste und zweite elektrisch heizfähige Beschichtung auf der Oberfläche der Scheibe.
Der mindestens erste und der mindestens zweite Sammelleiter sowie die mindestens erste und die mindestens zweite heizfähige Beschichtung sind in einem Sensorbereich angeordnet. Der Sensorbereich kann ein erstes und ein zweites Sensorfenster umfassen, welche vollständig innerhalb der jeweils ersten oder zweiten heizfähigen Beschichtung angeordnet sind. Wobei das erste Sensorfenster der ersten heizfähigen Beschichtung zugeordnet ist und das zweite Sensorfenster der zweiten heizfähigen Beschichtung zugeordnet ist. Mit Sensorfenster ist im Sinne der Erfindung der Bereich auf der erfindungsgemäßen Scheibe gemeint, welcher zur Durchsicht für einen optischen Sensor vorgesehen ist, sodass optische Strahlen, welche durch das Sensorfenster verlaufen von dem Sensor detektiert werden können. - Mit dem Ausdruck „stofflich verbunden“ oder „räumlich direkt verbunden“ ist im Sinne der Erfindung gemeint, dass ein direkter räumlicher Kontakt der beschriebenen Gegenstände besteht. Diese können überlappen oder auch angrenzend sein.
- Mit dem Ausdruck „elektrisch verbunden“ oder „elektrisch leitend“ ist im Sinne der Erfindung gemeint, dass die beschriebenen Gegenstände so miteinander verbunden sind, dass ein elektrischer Strom beim Anlegen einer elektrischen Spannung durch sie fließen kann. Die beschriebenen Gegenstände können dazu in stofflichem Kontakt miteinander sein oder über eine oder mehrere elektrische Verbindungen (beispielsweise ein Kabel) miteinander verbunden sein.
- Scheiben mit einem elektrisch beheizbaren Sensorbereich, welcher für die Durchsicht von mehr als einem Sensor geeignet ist und bei dem die Sensoren benachbart zueinander sind, weisen üblicherweise eine großflächigere heizfähige Beschichtung auf als sie für einzelne Sensoren vorgesehen ist. Die heizfähige Beschichtung muss zudem eine möglichst hohe Transmission erlauben, damit optische Sensoren richtig funktionieren können. Dies bedeutet häufig jedoch, dass die elektrisch beheizbare Beschichtung möglichst dünn auf oder innerhalb der Scheibe angeordnet ist, was zu einem erhöhten elektrischen Widerstand und dem damit verbundenen elektrischen Leistungsverbrauch sowie möglicherweise einer erhöhten notwendigen elektrischen Spannung führt. Dieser Zusammenhang beruht auf der Formel zu Berechnung der elektrischen Leistung, welche durch Umformung ergibt:
- In diesem Fall ist P die Leistung [W], U die Spannung [V] und R der elektrische Widerstand [Ω]. Für die Erhitzung einer homogenen beschichteten Fläche, wie es der Fall bei der elektrisch heizfähigen Beschichtung ist, kann die Formel pro Flächeneinheit umgeschrieben werden:
- In diesem Fall ist Ps die Leistung pro Flächeneinheit [W m-2], Rsder Schichtwiderstand [Ω sq-1] und L die Distanz zwischen den Sammelleitern [m]. Die Distanz zwischen den Sammelleitern bezieht sich in diesem Zusammenhang auf die Länge des Strompfades, der sich zwischen den Sammelleitern ausbildet. Also der Distanz zwischen den Kontaktpunkten der unterschiedlichen Sammelleiter, welche mit der ersten und zweiten heizfähigen Beschichtung verbunden sind. Wie aus der Formel hervorgeht, kann die elektrische Spannung bei gleicher Leistung verringert werden, wenn die Distanz zwischen den Sammelleitern verkleinert wird.
- Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass durch die Anordnung des mindestens ersten und zweiten Sammelleiters die Distanz, welche ein Heizstrom durchfließen muss, verringert werden kann. Es wird dabei die Distanz des ersten Sammelleiters an der Stelle des Kontaktes mit der zweiten elektrisch heizfähigen Beschichtung zum zweiten Sammelleiter an der Stelle des Kontaktes mit der zweiten elektrisch heizfähigen Beschichtung gemessen. Dies wird analog für die erste elektrisch heizfähige Beschichtung und den Kontaktpunkten des ersten und zweiten Sammelleiters gemessen. Aufgrund der Erfindung kann elektrische Arbeit eingespart werden oder die benötigte Spannung zur Beheizung des Sensorbereiches erniedrigt werden. Dieser Vorteil ist besonders wirksam bei modernen elektrischen Fahrzeugen, bei denen ein erhöhter elektrischer Leistungsverbrauch mit einer geringeren Fahrreichweite verbunden ist. In klassischen Verbrennungsmotoren ist wiederum ein möglichst standardisierte, nicht über 14 V erhöhte Spannung gewünscht, da es ansonsten zu zusätzlichen Materialkosten kommen könnte, zum Beispiel für den Einsatz eines Gleichspannungswandlers.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der erste Kontaktbereich und der zweite Kontaktbereich des ersten Sammelleiter senkrecht zu ihrer Erstreckungsrichtung versetzt angeordnet. Der erste Kontaktbereich und der zweite Kontaktbereich sind zusätzlich bevorzugt streifenförmig ausgebildet und parallel zueinander angeordnet. Der erste Sammelleiter ist hierbei beispielsweise über eine obere Kante der erfindungsgemäßen Scheibe mit einer Spannungsquelle verbunden. Der erste Sammelleiter sowie der erste und der zweite Kontaktbereich erstrecken sich vorzugsweise senkrecht zur oberen Kante der Scheibe. Der erste Kontaktbereich und der zweite Kontaktbereich können mittels eines Verbindungsbereiches, welcher im Wesentlichen senkrecht zur Erstreckungsrichtung des ersten und des zweiten Kontaktbereiches angeordnet ist, verbunden sein. Dies ergibt beispielsweise in Draufsicht auf die Scheibe eine Art J-Form. Alternativ sind der erste und der zweite Kontaktbereich jeweils direkt mit dem Anschlussbereich elektrisch verbunden. Hieraus ergibt sich in Draufsicht auf die Scheibe vorzugsweise eine gabelhafte Form (symmetrische oder asymmetrische Y-Form). Die senkrechte Versetzung des ersten und des zweiten Kontaktbereiches bietet sich besonders bevorzugt an, wenn die erfindungsgemäße Scheibe als Windschutzscheibe in ein Fahrzeug eingebaut ist. Die elektrische Kontaktierung von Sammelleitern geschieht hier in der Regel über die obere oder die untere Kante der Windschutzscheibe. Die Sensorfenster sind hierbei vorzugsweise nebeneinander entlang der oberen oder unteren Kante und nicht entlang der die obere und untere Kante verbindenden Seitenkanten angeordnet. In so einer Konstellation wird die vorteilhafte Verwendung des erfindungsgemäßen Sammelleiters mit den beiden Kontaktbereichen im Vergleich zu zwei Sammelleitern mit jeweils nur einem Kontaktbereich besonders deutlich.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der erste Kontaktbereich und der zweite Kontaktbereich des ersten Sammelleiters nicht miteinander in räumlichem Kontakt (also sie berühren sich nicht). Besonders bevorzugt sind der erste Kontaktbereich und der zweite Kontaktbereich des ersten Sammelleiters mit einem Abstand von 10 mm bis 10 cm, bevorzugt 50 mm bis 5 cm, voneinander entfernt angeordnet. Vorzugsweise sind der erste Kontaktbereich und der zweite Kontaktbereich parallel zueinander angeordnet. Vorzugsweise ist keine elektrisch leitfähige Schicht zwischen dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontaktberiech angeordnet. Alternativ kann eine elektrisch leitfähige Schicht, vorzugsweise die Heizschicht, zwischen dem ersten und dem zweiten Kontaktbereich angeordnet sein. In diesem Fall sind der erste Kontaktbereich und der zweite Kontaktbereich des ersten Sammelleiters nicht mit der Heizschicht elektrisch verbunden. Der erste Kontaktbereich und der zweite Kontaktbereich des ersten Sammelleiters sind vorzugsweise zwischen der ersten heizfähigen Beschichtung und der zweiten heizfähigen Beschichtung angeordnet. Aufgrund des Abstands zwischen den Kontaktbereichen ist es möglich, mit möglichst wenig Material viele unterschiedliche Bereiche selektiv zu beheizen. Der Abstand spielt insbesondere bei der Erwärmung von Sensorfenstern eine Rolle, da diese meist nicht direkt benachbart zueinander, sondern mit einem Abstand zueinander angeordnet sind. Die zusätzliche Erwärmung dieses Bereiches zwischen zwei Sensorfenstern erfordert zusätzliches Material (elektrisch heizfähige Beschichtung) und Energie. Aus Kostengründen sollte dies daher vermieden werden.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Anschlussbereich des ersten Sammelleiters räumlich direkt mit dem ersten und zweiten Kontaktbereich des ersten Sammelleiters verbunden. Diese Ausgestaltung des ersten Sammelleiters ähnelt bevorzugt in der Draufsicht auf den Sensorbereich der Form einer zweizackigen Gabel bzw. einer „Y“-Form. Alternativ ähnelt der erste Sammelleiter in der Draufsicht einer „J“-Form. Der erste Kontaktbereich und der zweite Kontaktbereich des ersten Sammelleiters sind vorzugsweise mit einem Abstand von 10 mm bis 10 cm, bevorzugt 50 mm bis 5 cm, voneinander entfernt angeordnet. Diese Ausgestaltung erfordert besonders geringe Materialkosten, da keine zusätzlichen Bauelemente zur Verbindung der Kontaktbereiche benötigt werden.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Anschlussbereich nur mit dem ersten oder zweiten Kontaktbereich räumlich verbunden. Ein Verbindungsbereich verbindet räumlich direkt und elektrisch leitend den ersten und zweiten Kontaktbereich. Der Verbindungsbereich liegt dabei bevorzugt ausschließlich zwischen dem ersten und zweiten Kontaktbereich, sodass möglichst wenig Material verwendet werden muss. Diese Ausgestaltung verringert den benötigten Platzaufwand, da der Anschlussbereich ohne Verbreiterung des Kontaktbereiches verbunden werden kann. Da Sammelleiter in der Regel aus optischen Gründen auf der Scheibe maskiert werden, ist eine Reduzierung des benötigten Platzes sinnvoll.
- In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der zweite Sammelleiter mindestens einen Anschlussbereich, der dafür vorgesehen ist, mit einer Anschlussleitung mit der Spannungsquelle verbunden zu sein, und einen ersten und einen zweiten Kontaktbereich, welche elektrisch leitend mit dem Anschlussbereich verbunden sind. Der erste Kontaktbereich ist dabei mit der ersten elektrisch heizfähigen Beschichtung und der zweite Kontaktbereich mit der zweiten elektrisch heizfähigen Beschichtung verbunden.
- Alternativ ist der Anschlussbereich des zweiten Sammelleiters nur mit dem ersten oder zweiten Kontaktbereich räumlich direkt verbunden und ein Verbindungsbereich verbindet räumlich direkt und elektrisch leitend den ersten Kontaktbereich und den zweiten Kontaktbereich des zweiten Sammelleiters.
- Aufgrund dieser Ausgestaltung werden besonders wenig Materialkosten und Platzaufwand benötigt, da sowohl die erste als auch die zweite elektrisch heizfähige Beschichtung an insgesamt nur zwei Sammelleitern angeschlossen ist. Diese Anordnung reduziert außerdem den Verfahrensaufwand zum Anbringen der Sammelleiter bzw. ihrer Verbindungen zur Spannungsquelle.
- In einer ganz besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite Sammelleiter mit der ersten elektrisch heizfähigen Beschichtung und ein dritter Sammelleiter mit der zweiten elektrisch heizfähigen Beschichtung räumlich direkt und elektrisch leitend verbunden. Der zweite und dritte Sammelleiter sind dabei derart mit den elektrisch heizfähigen Beschichtungen verbunden, dass zwischen dem ersten Sammelleiter und dem zweiten Sammelleiter der erste Strompfad über die erste elektrisch heizfähige Beschichtung und zwischen dem ersten Sammelleiter und dem dritten Sammelleiter der zweite Strompfad über die zweite heizfähige Beschichtung für einen Heizstrom geformt ist. Vorzugsweise ist der erste Kontaktbereich und der zweite Kontaktbereich zwischen dem zweiten und dem dritten Sammelleiter angeordnet. Eine angelegte elektrische Spannung lässt sich so individuell für jede der elektrisch heizfähigen Beschichtungen einstellen. Durch die individuelle Einstellung wird auch eine Bedarfsabhängige Beheizung der Sensorfenster ermöglicht. So kann beispielsweise der Sensor, welcher in Durchsicht durch die erste elektrisch heizfähige Beschichtung optische Strahlen detektiert, keine Sichteinschränkung haben. Andererseits kann der Sensor, welcher in Durchsicht durch die zweite elektrisch heizfähige Beschichtung optische Strahlen detektiert, einer Sichteinschränkung in Form von Vereisung des Sensorfensters unterworfen sein. In diesem Fall lässt sich individuell nur der Heizstrom für die zweite heizfähige Beschichtung einstellen, wohingegen über die erste heizfähige Beschichtung kein Strom fließt. Dadurch kann elektrische Arbeit gespart werden.
- Die Anzahl der Sammelleiter und der elektrisch heizfähigen Beschichtungen, welche in dem Sensorbereich angeordnet sind, kann frei bestimmt werden. Mit jeder weiteren elektrisch heizfähigen Beschichtung wird bevorzugt ein weiterer Strompfad für einen Heizstrom geformt. Die Anzahl der verwendeten Sammelleiter ist dabei bevorzugt die Anzahl der elektrisch heizfähigen Beschichtungen oder eins weniger als die Anzahl der elektrisch heizfähigen Beschichtungen.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Scheibe, ist die erste elektrisch heizfähige Beschichtung zwischen dem ersten Kontaktbereich des ersten Sammelleiters und dem ersten Kontaktbereich des zweiten Sammelleiters angeordnet. Außerdem ist die zweite elektrisch heizfähige Beschichtung zwischen dem zweiten Kontaktbereich des ersten Sammelleiters und dem zweiten Kontaktbereich des zweiten Sammelleiters angeordnet. Der erste Kontaktbereich und der zweite Kontaktbereich des ersten Sammelleiters ist zwischen dem ersten Kontaktbereich und des zweiten Kontaktbereiches des zweiten Sammelleiters angeordnet. Auf diese Weise können zwei Bereiche nebeneinander mit nur zwei Sammeleitern beheizt werden. Die Anordnung der elektrisch heizfähigen Beschichtungen und der Kontaktbereiche des ersten Sammelleiters zwischen den Kontaktbereichen des zweiten Sammelleiters spart Materialkosten und ist besonders vorteilhaft, wenn mehrere Bereiche nebeneinander beheizt werden sollen.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Scheibe, weist die erste Scheibe eine die erste und die zweite heizfähige Beschichtung umgebende, elektrisch leitfähige Heizschicht auf. Insbesondere wenn kleinere Bereiche, in diesem Fall die erste und die zweite elektrisch heizfähige Beschichtung, von einer elektrisch leitfähigen Beschichtung umgeben sind, ist es wichtig die Menge und Anzahl an Sammelleitern gering zu halten. Sammelleiter müssen elektrisch isoliert über die umgebende elektrisch leitfähige Heizschicht geführt werden, um mit der ersten und der zweiten elektrisch heizfähigen Beschichtung verbunden werden zu können. Durch den erfindungsgemäßen Sensorbereich können daher Materialien und aufwendige Prozessschritte zur Isolierung der Sammelleiter reduziert werden.
- Außerdem sind die erste und zweite heizfähige Beschichtung teilweise und bevorzugt vollständig jeweils durch eine beschichtungsfreie Trennlinie von der umgebenden Beschichtung elektrisch bzw. galvanisch und/oder stofflich getrennt. Die Breite der Trennlinie beträgt bevorzugt von 30 µm bis 200 µm und besonders bevorzugt von 70 µm bis 140 µm.
- Die Trennlinie kann zwischen der ersten und der zweiten heizfähigen Beschichtung auch breiter ausfallen als in den übrigen Bereichen. Die Trennlinie zwischen der ersten und der zweiten heizfähigen Beschichtung weist besonders bevorzugt eine Breite von 1 cm bis 10 cm auf. Durch eine derartige Trennlinie lassen sich die elektrischen Strukturen innerhalb des Sensorbereiches Kurzschluss-frei von einer Heizschicht in der Umgebung des Sensorbereiches isolieren.
- Die Heizschicht ist bevorzugt transparent und elektrisch leitend ausgebildet. Sie kann auf einem Teil der Oberfläche der ersten Scheibe aufgebracht sein. Die Heizschicht kann eine IRreflektierende Wirkung aufweisen. Ungeachtet einer IR-reflektierenden Wirkung der Heizschicht, kann die galvanisch von der ersten und zweiten heizfähigen Beschichtung abgetrennte Beschichtung in der Umgebung auch zum Beheizen der übrigen Scheibe genutzt werden. Dazu sind bevorzugt mindestens zwei zum Anschluss an die Spannungsquelle oder an eine weitere Spannungsquelle vorgesehene äußere Sammelleiter mit der den Sensorbereich umgebenden Heizschicht so verbunden, dass zwischen den äußeren Sammelleitern ein Strompfad für einen Heizstrom geformt ist. Die äußeren Sammelleiter sind elektrisch nicht mit dem mindestens ersten, dem zweiten und dem gegebenenfalls dritten Sammelleiter verbunden. Die äußeren Sammelleiter sind bevorzugt im Randbereich entlang zweier gegenüberliegenden Seitenkanten der Heizschicht angeordnet.
- Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet „transparent“, dass die Gesamttransmission der Verbundscheibe den gesetzlichen Bestimmungen für Windschutzscheiben entspricht und für sichtbares Licht bevorzugt eine Durchlässigkeit von mehr als 50% und besonders bevorzugt von mehr als 60%, insbesondere von mehr als 70%, aufweist. Dies bedeutet, dass Schichten der Verbundscheibe zusammengenommen den gesetzlichen Bestimmungen für Windschutzscheiben entsprechen. Ist eine Schicht, beispielsweise die Heizschicht, transparent, so weist sie eine Lichttransmission auf, welche die Gesamttransmission der Verbundscheibe nicht auf ein unter den gesetzlichen Bestimmungen liegendes Maß reduziert. Dies bezieht sich auf den Durchsichtbereich der Verbundscheibe. Die Verbundscheibe kann Abschnitte aufweisen, welche nicht transparent sind.
Entsprechend bedeutet „opak“ eine Lichttransmission von weniger als 10 %, bevorzugt weniger als 5 % und insbesondere 0%. - Die Breite des mindestens ersten Sammelleiters innerhalb und gegebenenfalls außerhalb des Sensorbereiches beträgt bevorzugt von 2 mm bis 30 mm, besonders bevorzugt von 4 mm bis 20 mm und insbesondere von 10 mm bis 20 mm. Dünnere Sammelleiter führen zu einem zu hohen elektrischen Widerstand und damit zu einer zu hohen Erwärmung des Sammelleiters im Betrieb. Des Weiteren sind dünnere Sammelleiter nur schwer durch Drucktechniken wie Siebdruck herzustellen. Dickere Sammelleiter erfordern einen unerwünscht hohen Materialeinsatz. Des Weiteren führen sie zu einer zu großen und unästhetischen Einschränkung des Durchsichtbereichs der Scheibe. Die Länge des Sammelleiters richtet sich nach der Ausdehnung der zu beheizenden Fläche. Bei einem Sammelleiter, der in Form eines Streifens ausgebildet ist, wird die längere seiner Dimensionen als Länge und die weniger lange seiner Dimensionen als Breite bezeichnet.
- Wird die Heizschicht zum Heizen verwendet, werden typischerweise die äußeren Sammelleiter bevorzugt entlang einer Seitenkante auf der Heizschicht angeordnet und verlaufen insbesondere näherungsweise parallel zueinander. Die Länge des äußeren Sammelleiters ist typischerweise im Wesentlichen gleich der Länge der Seitenkante der Heizschicht, kann aber auch leicht größer oder kleiner sein. Es können auch mehr als zwei äußere Sammelleiter auf der Heizschicht angeordnet sein, bevorzugt im Randbereich entlang zweier gegenüberliegenden Seitenkanten der Heizschicht. Es können auch mehr als zwei äußere Sammelleiter auf der Heizschicht angeordnet sein, beispielsweise um zwei oder mehrere unabhängige Heizfelder.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der mindestens erste, zweite und/oder dritte Sammelleiter mittels Löten oder Kleben auf die Oberfläche der ersten Scheibe und/oder die Heizschicht und/oder die erste und zweite heizfähige Beschichtung aufgebracht. Die so aufgebrachten Sammelleiter sind bevorzugt als Draht oder Streifen einer elektrisch leitfähigen Folie ausgebildet. Die Sammelleiter enthalten dann beispielsweise zumindest Aluminium, Kupfer, verzinntes Kupfer, Gold, Silber, Zink, Wolfram und/oder Zinn oder Legierungen davon. Der Streifen hat bevorzugt eine Dicke von 10 µm bis 500 µm, besonders bevorzugt von 30 µm bis 300 µm. Sammelleiter aus elektrisch leitfähigen Folien mit diesen Dicken sind technisch einfach zu realisieren und weisen eine vorteilhafte Stromtragfähigkeit auf. Der Streifen kann mit der elektrisch leitfähigen Struktur beispielsweise über eine Lotmasse, über einen elektrisch leitfähigen Kleber oder durch direktes Auflegen elektrisch leitend verbunden sein.
- Alternativ ist der mindestens erste, zweite und/oder dritte Sammelleiter als aufgedruckte und eingebrannte leitfähige Struktur ausgebildet. Die aufgedruckten Sammelleiter enthalten bevorzugt zumindest ein Metall, eine Metalllegierung, eine Metallverbindung und/oder Kohlenstoff, besonders bevorzugt ein Edelmetall und insbesondere Silber. Die Druckpaste enthält bevorzugt metallische Partikel Metallpartikel und/oder Kohlenstoff und insbesondere Edelmetallpartikel wie Silberpartikel. Die elektrische Leitfähigkeit wird bevorzugt durch die elektrisch leitenden Partikel erzielt. Die Partikel können sich in einer organischen und/oder anorganischen Matrix wie Pasten oder Tinten befinden, bevorzugt als Druckpaste mit Glasfritten.
- Die Schichtdicke der aufgedruckten Sammelleiter beträgt bevorzugt von 5 µm bis 40 µm, besonders bevorzugt von 8 µm bis 20 µm und ganz besonders bevorzugt von 8 µm bis 12 µm. Aufgedruckte Sammelleiter mit diesen Dicken sind technisch einfach zu realisieren und weisen eine vorteilhafte Stromtragfähigkeit auf.
- Der spezifische Widerstand ρa des mindestens ersten, zweiten und/oder dritten Sammelleiter beträgt bevorzugt von 0,8 µOhm·cm bis 7,0 µOhm·cm und besonders bevorzugt von 1,0 µOhm·cm bis 2,5 µOhm·cm. Sammelleiter mit spezifischen Widerständen in diesem Bereich sind technisch einfach zu realisieren und weisen eine vorteilhafte Stromtragfähigkeit auf.
- Der mindestens erste, zweite und/oder dritte Sammelleiter können stofflichen Kontakt mit der umgebenden Heizschicht aufweisen. In diesem Fall sind jedoch der mindestens erste, zweite und/oder dritte Sammelleiter im Bereich des stofflichen Kontaktes mit der Heizschicht mit einer elektrischen Isolierschicht umgeben, sodass die Sammelleiter elektrisch nicht mit der Heizschicht verbunden sind. Die Isolierschicht ist bevorzugt eine polymere Ummantelung auf Polyimid-Basis.
- Je nach Material der Heizschicht und/oder elektrisch heizfähigen Beschichtung kann es vorteilhaft sein, die Beschichtungen mit einer Schutzschicht, beispielsweise einem Lack, einer Polymerfolie und/oder einer zweiten Scheibe zu schützen.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibe ist die Oberfläche der ersten Scheibe, auf der die erste und zweite heizfähige Beschichtung angeordnet sind, über eine thermoplastische Zwischenschicht mit einer zweiten Scheibe flächig verbunden ist.
- Als erste und gegebenenfalls zweite Scheibe sind im Grunde alle elektrisch isolierenden Substrate geeignet, die unter den Bedingungen der Herstellung und der Verwendung der erfindungsgemäßen Scheibe thermisch und chemisch stabil sowie dimensionsstabil sind.
- Mehrere Scheiben werden durch mindestens eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden. Die Zwischenschicht enthält vorzugsweise mindestens einen thermoplastischen Kunststoff, bevorzugt Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA) und/oder Polyethylenterephthalat (PET). Die thermoplastische Zwischenschicht kann aber auch beispielsweise Polyurethan (PU), Polypropylen (PP), Polyacrylat, Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC), Polymethylmetacrylat, Polyvinylchlorid, Polyacetatharz, Gießharze, Acrylate, fluoriniertes Ethylen-Propylen, Polyvinylfluorid und/oder Ethylen-Tetrafluorethylen, oder Copolymere oder Gemische davon enthalten. Die thermoplastische Zwischenschicht kann durch eine oder auch durch mehrere übereinander angeordnete thermoplastische Folien ausgebildet werden, wobei die Dicke einer thermoplastischen Folie bevorzugt von 0,25 mm bis 1 mm beträgt, typischerweise 0,38 mm oder 0,76 mm.
- Bei einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe aus einer ersten Scheibe, einer Zwischenschicht und einer zweiten Scheibe kann die Heizschicht und/oder die erste und die zweite elektrisch heizfähige Beschichtung direkt auf der erste Scheibe aufgebracht sein oder auf eine Trägerfolie oder auf die Zwischenschicht selbst aufgebracht sein. Die erste Scheibe und die zweite Scheibe weisen jeweils eine innenseitige Oberfläche und eine außenseitige Oberfläche auf. Die innenseitigen Oberflächen der ersten und der zweiten Scheibe sind einander zugewandt und über die thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden. Die außenseitigen Oberflächen der ersten und der zweiten Scheibe sind voneinander und von der thermoplastischen Zwischenschicht abgewandt. Die erste und zweite elektrisch heizfähige Beschichtung sind auf der innenseitigen Oberfläche der ersten Scheibe aufgebracht. Natürlich kann auch auf der innenseitigen Oberfläche der zweiten Scheibe eine weitere elektrisch heizfähige Beschichtung und/oder eine Heizschicht aufgebracht sein. Auch die außenseitigen Oberflächen der Scheiben können Beschichtungen aufweisen. Die Begriffe „erste Scheibe“ und „zweite Scheibe“ sind zur Unterscheidung der beiden Scheiben bei einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe gewählt. Mit den Begriffen ist keine Aussage über die geometrische Anordnung verbunden. ist die erfindungsgemäße Scheibe beispielsweise dafür vorgesehen, in einer Öffnung, beispielsweise eines Fahrzeugs oder eines Gebäudes, den Innenraum gegenüber der äußeren Umgebung abzutrennen, so kann die ersten Scheibe dem Innenraum oder der äußeren Umgebung zugewandt sein.
- Die erste und zweite elektrisch heizfähige Beschichtung enthalten typischerweise eine oder mehrere, beispielsweise zwei, drei oder vier elektrisch leitfähige, funktionelle Schichten. Die funktionellen Schichten enthalten bevorzugt zumindest ein Metall, beispielsweise Silber, Gold, Kupfer, Nickel und/oder Chrom oder eine Metalllegierung. Die funktionellen Schichten enthalten besonders bevorzugt mindestens 90 Gew. % des Metalls, insbesondere mindestens 99,9 Gew. % des Metalls. Die funktionellen Schichten können aus dem Metall oder der Metalllegierung bestehen. Die funktionellen Schichten enthalten besonders bevorzugt Silber oder eine silberhaltige Legierung. Solche funktionellen Schichten weisen eine besonders vorteilhafte elektrische Leitfähigkeit bei gleichzeitiger hoher Transmission im sichtbaren Spektralbereich auf. Die Dicke einer funktionellen Schicht beträgt bevorzugt von 5 nm bis 50 nm, besonders bevorzugt von 8 nm bis 25 nm. In diesem Dickenbereich der funktionellen Schicht wird eine vorteilhaft hohe Transmission im sichtbaren Spektralbereich und eine besonders vorteilhafte elektrische Leitfähigkeit erreicht. Die erste und die zweite elektrisch heizfähige Beschichtung erstrecken sich vorzugsweise jeweils über einen Bereich von 10 cm2 bis 1000 cm2, besonders bevorzugt von 20 cm2 bis 100 cm2.
- Typischerweise ist jeweils zwischen zwei benachbarten funktionellen Schichten der Beschichtung zumindest eine dielektrische Schicht angeordnet. Bevorzugt ist unterhalb der ersten und/oder oberhalb der letzten funktionellen Schicht eine weitere dielektrische Schicht angeordnet. Eine dielektrische Schicht enthält zumindest eine Einzelschicht aus einem dielektrischen Material, beispielsweise enthaltend ein Nitrid wie Siliziumnitrid oder ein Oxid wie Aluminiumoxid. Dielektrische Schichten können aber auch mehrere Einzelschichten umfassen, beispielsweise Einzelschichten eines dielektrischen Materials, Glättungsschichten, Anpassungsschichten, Blockerschichten und/oder Antireflexionsschichten. Die Dicke einer dielektrischen Schicht beträgt beispielsweise von 10 nm bis 200 nm.
- Dieser Schichtaufbau wird im Allgemeinen durch eine Folge von Abscheidevorgängen erhalten, die durch ein Vakuumverfahren wie die magnetfeldgestützte Kathodenzerstäubung durchgeführt werden.
- Die erste und zweite elektrisch heizfähige Beschichtung sowie die Heizschicht können besonders bevorzugt Indiumzinnoxid (ITO), fluordotiertes Zinnoxid (SnO2:F) oder aluminiumdotiertes Zinkoxid (ZnO:Al) enthalten.
- In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die erste und/oder die zweite elektrisch heizfähige Beschichtung als beschichtete Trägerfolien ausgebildet. Die Trägerfolie ist bevorzugt auf Basis von Polyethylenterephthalat ausgebildet. Die Beschichtung der Trägerfolie kann eine oder mehrere Schichten von Indiumzinnoxid (In2O3-SnO2) enthalten. Die Schichtdicke beträgt bevorzugt von 15 nm bis 300 nm. Die Verwendung von Trägerfolien mit einer Indiumzinnoxid-Beschichtung ist besonders vorteilhaft wenn eine möglichst hohe Lichttransmission erforderlich ist. im Vergleich zu Beschichtungen auf Basis von Silber ist der Verlust der Lichttransmission verringert; er liegt bei 1% bis 10% im Vergleich zu einem Verlust von 10% bis 20% bei Silber.
- Alternativ können die erste und zweit elektrisch heizfähige Beschichtung auch Carbo NanoBud (CNB) enthalten oder daraus bestehen. CNB sind eine Modifikation von Kohlenstoff. Die Kohlenstoffatome sind kovalent gebunden und bilden Fullerene, die als Röhrchen im Nanometerbereich angeordnet sind. Sie vereinen dabei Eigenschaften von Fullerenen mit denen von Nanoröhren, wodurch eine hohe mechanische Stabilität bei gleichzeitig guten elektrischen Eigenschaften gegeben ist.
- Die erste und zweite elektrisch heizfähige Beschichtung können vorteilhafterweise auch aus Drähten bestehen, wobei der Durchmesser der Drähte bevorzugt 2 µm oder kleiner, besonders bevorzugt 1 µm oder kleiner und insbesondere 300 nm oder kleiner beträgt. Mit dem Durchmesser des Drahtes ist im Sinne der Erfindung der Durchmesser der Grundfläche des Drahtes und nicht der Durchmesser der Mantelfläche gemeint. Die Drähte enthalten bevorzugt Kupfer oder bestehen daraus. Es hat sich gezeigt, dass sich mittels der Drähte eine verbesserte Heizleistung erzielen lässt.
- Die erste und zweite elektrisch heizfähige Beschichtung sowie die Heizschicht können prinzipiell jede Beschichtung sein, die elektrisch kontaktiert werden soll und eine ausreichende Transparenz aufweist. Die erste und zweite elektrisch heizfähige Beschichtung sowie die Heizschicht sind bevorzugt für elektromagnetische Strahlung transparent, besonders bevorzugt für elektromagnetische Strahlung einer Wellenlänge von 300 nm bis 1.300 nm und insbesondere für sichtbares Licht.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste und zweite elektrisch heizfähige Beschichtung und/oder die Heizschicht eine Schicht oder ein Schichtaufbau mehrerer Einzelschichten mit einer Gesamtdicke von kleiner oder gleich 2 µm, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 1 µm.
- Eine vorteilhafte elektrisch heizfähige Beschichtung und Heizschicht weisen einen Flächenwiderstand von 0,1 Ohm/Quadrat bis 100 Ohm/Quadrat auf. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die erste und zweite elektrisch heizfähige Beschichtung einen Flächenwiderstand von 0,4 Ohm/Quadrat bis 10 Ohm/Quadrat und insbesondere von 0,5 Ohm/Quadrat bis 1 Ohm/Quadrat auf. Beschichtungen mit derartigen Flächenwiderständen eignen sich besonders zur Beheizung von Fahrzeugscheiben bei typischen Bordspannungen von 12 V bis 48 V oder bei Elektrofahrzeugen mit typischen Bordspannungen von bis zu 500 V.
- Die Heizschicht kann sich über die gesamte Oberfläche der ersten Scheibe erstrecken. Die Heizschicht kann sich alternativ aber auch nur über einen Teil der Oberfläche der ersten Scheibe erstrecken. Die Heizschicht erstreckt sich bevorzugt über mindestens 50%, besonders bevorzugt über mindestens 70% und ganz besonders bevorzugt über mindestens 90% der innenseitigen Oberfläche der ersten Scheibe. Die Heizschicht kann über die beschichtungsfreien Zonen hinaus noch einen oder mehrere beschichtungsfreie Bereiche aufweisen.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Scheibe als Verbundscheibe weist die innenseitige Oberfläche der ersten Scheibe einen umlaufenden Randbereich mit einer Breite von 2 mm bis 50 mm, bevorzugt von 5 mm bis 20 mm auf, der nicht mit der Heizschicht versehen ist. Die Heizschicht weist dann keinen Kontakt zur Atmosphäre auf und ist im Inneren der Scheibe durch die thermoplastische Zwischenschicht vorteilhaft vor Beschädigungen und Korrosion geschützt.
- Die erste Scheibe und falls vorhanden die zweite Scheibe enthalten bevorzugt Glas, besonders bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas, Kalk-Natron-Glas, oder klare Kunststoffe, vorzugsweise starre klare Kunststoffe, insbesondere Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyamid, Polyester, Polyvinylchlorid und/oder Gemische davon. Die erste Scheibe und/oder die zweite Scheibe sind bevorzugt transparent, insbesondere für die Verwendung der Scheibe als Windschutzscheibe oder Rückscheibe eines Fahrzeugs oder anderen Verwendungen bei denen eine hohe Lichttransmission erwünscht ist. Für Scheiben, die nicht im verkehrsrelevanten Sichtfeld des Fahrers liegen, beispielsweise für Dachscheiben, kann die Transmission aber auch viel geringer sein, beispielsweise größer als 5 %.
- Die Dicke der Scheibe kann breit variieren und so hervorragend den Erfordernissen des Einzelfalls angepasst werden. Vorzugsweise werden Scheiben mit den Standardstärken von 1,0 mm bis 25 mm, bevorzugt von 1,4 mm bis 2,5 mm für Fahrzeugglas und bevorzugt von 4 mm bis 25 mm für Möbel, Geräte und Gebäude, insbesondere für elektrische Heizkörper, verwendet. Die Größe der Scheibe kann breit variieren und richtet sich nach der Größe der Verwendung. Die erste Scheibe und gegebenenfalls die zweite Scheibe weisen beispielsweise im Fahrzeugbau und Architekturbereich übliche Flächen von 200 cm2 bis zu 20 m2 auf.
- Die Scheibe kann eine beliebige dreidimensionale Form aufweisen. Vorzugsweise hat die dreidimensionale Form keine Schattenzonen, sodass sie beispielsweise durch Kathodenzerstäubung beschichtet werden kann. Bevorzugt sind die erste Scheibe und/oder die zweite Scheibe planar oder leicht oder stark in einer Richtung oder in mehreren Richtungen des Raumes gebogen. Insbesondere werden planare Scheiben verwendet. Die Scheiben können farblos oder gefärbt sein.
- Der mindestens erste, zweite und/oder dritte Sammelleiter wird durch eine oder mehrere Anschlussleitungen elektrisch kontaktiert. Die Anschlussleitung ist bevorzugt als flexibler Folienleiter (Flachleiter, Flachbandleiter) ausgebildet. Darunter wird ein elektrischer Leiter verstanden, dessen Breite deutlich größer ist als seine Dicke. Ein solcher Folienleiter ist beispielsweise ein Streifen oder Band enthaltend oder bestehend aus Kupfer, verzinntem Kupfer, Aluminium, Silber, Gold oder Legierungen davon. Der Folienleiter weist beispielsweise eine Breite von 2 mm bis 16 mm und eine Dicke von 0,03 mm bis 0,1 mm auf. Der Folienleiter kann eine isolierende, bevorzugt polymere Ummantelung, beispielsweise auf Polyimid-Basis aufweisen. Folienleiter, die sich zur Kontaktierung von elektrisch heizfähigen Beschichtungen oder Heizschichten in Scheiben eignen, weisen lediglich eine Gesamtdicke von beispielsweise 0,3 mm auf. Derart dünne Folienleiter können ohne Schwierigkeiten zwischen den einzelnen Scheiben in der thermoplastischen Zwischenschicht eingebettet werden. In einem Folienleiterband können sich mehrere voneinander elektrisch isolierte, leitfähige Schichten befinden.
- Alternativ können auch dünne Metalldrähte als elektrische Anschlussleitung verwendet werden. Die Metalldrähte enthalten insbesondere Kupfer, Wolfram, Gold, Silber oder Aluminium oder Legierungen mindestens zweier dieser Metalle. Die Legierungen können auch Molybdän, Rhenium, Osmium, Iridium, Palladium oder Platin enthalten.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die mindestens eine elektrische Anschlussleitung mit einem Kontaktband verbunden, beispielsweise mittels einer Lotmasse oder eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs. Das Kontaktband ist dann mit dem mindestens ersten, zweiten und/oder dritten Sammelleiter verbunden. Das Kontaktband ist im Sinne der Erfindung eine Verlängerung der Anschlussleitung, so dass die Verbindungsfläche zwischen Kontaktband und Sammelleiter als die Kontaktfläche zu verstehen ist, ab der der Abstand in Erstreckungsrichtung des Sammelleiters verläuft. Das Kontaktband enthält bevorzugt zumindest ein Metall, besonders bevorzugt Kupfer, verzinntes Kupfer, Silber, Gold, Aluminium, Zink, Wolfram und/oder Zinn. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die elektrische Leitfähigkeit des Kontaktbandes. Das Kontaktband kann auch Legierungen enthalten, welche bevorzugt eines oder mehrere der genannten Elemente und gegebenenfalls weitere Elemente enthält, beispielsweise Messing oder Bronze.
- Das Kontaktband ist bevorzugt als Streifen einer dünnen, elektrisch leitfähigen Folie ausgebildet. Die Dicke des Kontaktbandes beträgt bevorzugt von 10 µm bis 500 µm, besonders bevorzugt von 15 µm bis 200 µm, ganz besonders bevorzugt von 50 µm bis 100 µm. Folien mit diesen Dicken sind technisch einfach herzustellen und leicht verfügbar und weisen zudem einen vorteilhaft geringen elektrischen Widerstand auf.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Anschlussleitung des mindestens ersten und/oder zweiten Sammelleiters bevorzugt in der Form eines Kontaktbandes oder Kabels ausgebildet ist, wobei die Anschlussleitung über den Randbereich der Scheibe hinausreicht. Das Kabel oder das Kontaktband kann an den Randbereich der erfindungsgemäßen Scheibe mittels Löten oder Kleben an die elektrische Anschlussleitung angebracht sein.
- Die erfindungsgemäße Scheibe mit elektrisch beheizbarem Sensorbereich kann durch ein Verfahren hergestellt werden, welches mindestens umfasst:
- (a) Das Aufbringen von mindestens einer ersten und einer zweiten elektrisch heizfähigen Beschichtung auf einem Teil der Oberfläche einer ersten Scheibe, sodass die erste und zweite elektrisch heizfähige Beschichtung keinen direkten Kontakt miteinander haben.
- (b) Das Aufbringen von einem ersten und einem zweiten zum Anschluss an eine Spannungsquelle vorgesehenen Sammelleiter, welche derart mit der mindestens ersten und der zweiten elektrisch heizfähigen Beschichtung verbunden werden, dass zwischen den Sammelleitern mindestens ein Strompfad über die erste elektrisch heizfähige Beschichtung und ein zweiter Strompfad über die zweite heizfähige Beschichtung für einen Heizstrom geformt ist. Der erste Sammelleiter umfasst dabei mindestens einen Anschlussbereich, der dafür vorgesehen ist, mit einer Anschlussleitung mit der Spannungsquelle verbunden zu sein und einen ersten und einen zweiten Kontaktbereich, welche elektrisch leitend mit dem Anschlussbereich verbunden werden. Der erste Kontaktbereich wird außerdem mit der ersten elektrisch heizfähigen Beschichtung und der zweite Kontaktbereich mit der zweiten elektrisch heizfähigen Beschichtung verbunden.
- Das Aufbringen der ersten und zweiten elektrisch heizfähigen Beschichtung in Verfahrensschritt (a) kann durch an sich bekannte Verfahren erfolgen, bevorzugt durch magnetfeldunterstützte Kathodenzerstäubung. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine einfache, schnelle, kostengünstige und gleichmäßige Beschichtung der ersten Scheibe. Die elektrisch heizfähigen Beschichtungen können aber auch beispielsweise durch Aufdampfen, chemische Gasphasenabscheidung (chemical vapour deposition, CVD), plasmagestützte Gasphasenabscheidung (PECVD) oder durch nasschemische Verfahren aufgebracht werden.
- Die erste Scheibe kann während oder nach Verfahrensschritt (a) einer Temperaturbehandlung unterzogen werden. Dabei wird die erste Scheibe mit der mindestens ersten und zweiten elektrisch heizfähigen Beschichtung auf eine Temperatur von mindestens 200 °C, bevorzugt mindestens 300 °C erwärmt. Die Temperaturbehandlung kann der Erhöhung der Transmission und/oder der Verringerung des Flächenwiderstands der ersten und zweiten elektrisch heizfähigen Beschichtung dienen.
- Die erste Scheibe kann nach Verfahrensschritt (a) gebogen werden, typischerweise bei einer Temperatur von 500 °C bis 700 °C. Da es technisch einfacher ist, eine plane Scheibe zu beschichten, ist dieses Vorgehen vorteilhaft, wenn die erste Scheibe gebogen werden soll. Alternativ kann die erste Scheibe aber auch vor oder während Verfahrensschritt (a) gebogen werden, beispielsweise, wenn die erste und/oder zweite elektrisch heizfähige Beschichtung nicht dazu geeignet ist, einen Biegeprozess ohne Beschädigungen zu überstehen.
- Das Aufbringen des mindestens ersten und/oder zweiten Sammelleiters in Verfahrensschritt (b) erfolgt bevorzugt durch Aufdrucken und Einbrennen einer elektrisch leitfähigen Paste in einem Siebdruckverfahren oder in einem Inkjet-Verfahren. Alternativ kann der Sammelleiter als Streifen einer elektrisch leitfähigen Folie auf die elektrisch heizfähige Beschichtung aufgebracht, bevorzugt aufgelegt, angelötet oder angeklebt werden.
- Bei Siebdruckverfahren erfolgt die laterale Formgebung durch die Maskierung des Gewebes, durch das die Druckpaste mit den Metallpartikeln gedrückt wird. Durch eine geeignete Formgebung der Maskierung kann beispielsweise die Breite des Sammelleiters besonders einfach vorgeben und variiert werden.
- Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens umfasst mindestens die folgenden weiteren Schritte:
- (c) das flächige Anordnen der beschichteten Oberfläche der ersten Scheibe über eine thermoplastische Zwischenschicht mit einer zweiten Scheibe zu einem Schichtstapel und
- (d) die Laminierung des erhaltenen Schichtstapels zu einer Verbundscheibe.
- In Verfahrensschritt (c) wird die erste Scheibe so angeordnet, dass diejenige ihrer Oberflächen, welche mit der ersten und zweiten elektrisch heizfähigen Beschichtung versehen ist, der thermoplastischen Zwischenschicht zugewandt ist. Die Oberfläche wird dadurch zur innenseitigen Oberfläche der ersten Scheibe.
- Die thermoplastische Zwischenschicht kann durch eine einzelne oder auch durch zwei oder mehrere thermoplastische Folien, die flächenmäßig übereinander angeordnet werden, ausgebildet werden.
- Die Laminierung von erster und zweiter Scheibe in Verfahrensschritt (d) erfolgt bevorzugt unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und/oder Druck. Es können an sich bekannte Verfahren zur Herstellung einer Verbundscheibe verwendet werden.
- Es können beispielsweise sogenannte Autoklavverfahren bei einem erhöhten Druck von etwa 10 bar bis 15 bar und Temperaturen von 130 °C bis 145 °C über etwa 2 Stunden durchgeführt werden. An sich bekannte Vakuumsack- oder Vakuumringverfahren arbeiten beispielsweise bei etwa 200 mbar und 80 °C bis 110 °C. Die erste Scheibe, die thermoplastische Zwischenschicht und die zweite Scheibe können auch in einem Kalander zwischen mindestens einem Walzenpaar zu einer Verbundscheibe verpresst werden. Anlagen dieser Art sind zur Herstellung von Scheiben bekannt und verfügen normalerweise über mindestens einen Heiztunnel vor einem Presswerk. Die Temperatur während des Pressvorgangs beträgt beispielsweise von 40 °C bis 150 °C. Kombinationen von Kalander- und Autoklavverfahren haben sich in der Praxis besonders bewährt. Alternativ können Vakuumlaminatoren eingesetzt werden. Diese bestehen aus einer oder mehreren beheizbaren und evakuierbaren Kammern, in denen die erste Scheibe und die zweite Scheibe innerhalb von beispielsweise etwa 60 Minuten bei verminderten Drücken von 0,01 mbar bis 800 mbar und Temperaturen von 80 °C bis 170 °C laminiert werden.
- Die erfindungsgemäße Scheibe kann mit elektrischer Kontaktierung in Gebäuden, insbesondere im Zugangsbereich, Fensterbereich, Dachbereich oder Fassadenbereich, als Einbauteil in Möbeln und Geräten, in Fortbewegungsmitteln für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, in Zügen, Schiffen und insbesondere Kraftfahrzeugen beispielsweise als Windschutzscheibe, Heckscheibe, Seitenscheibe und/oder Dachscheibe verwendet werden. Die Verwendung umfasst optische Sensoren und Kamerasysteme, insbesondere für visionsbasierte Fahrerassistenzsysteme, FAS oder Advanced Driver Assistance Systems, ADAS, deren Strahlengang durch den Sensorbereich verläuft.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Figuren genommen wird. Es zeigen in vereinfachter, nicht maßstabsgetreuer Darstellung:
-
1A eine Draufsicht auf eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibe mit elektrisch beheizbarem Sensorbereich, -
1 B eine vergrößerte Darstellung einer Ausgestaltung eines ersten Sammelleiters, -
1C eine vergrößerte Darstellung des Sensorbereiches aus1A , -
1D eine Querschnittsdarstellung entlang der Schnittlinie A-A' durch die Scheibe, nach1A , -
2A eine vergrößerte Darstellung einer weiteren Ausgestaltung des ersten Sammelleiters, -
2B eine weitere vergrößerte Darstellung der Ausgestaltung des Sensorbereiches mit dem Sammelleiter aus2A und -
3-6 verschiedene, vergrößerte Ausgestaltungen des Sensorbereiches der erfindungsgemäßen Scheibe. -
1A zeigt eine Draufsicht auf eine beispielhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Scheibe 100 mit elektrisch beheizbarem Sensorbereich 3.1B zeigt eine vergrößerte Darstellung eines ersten Sammelleiters 9.1, welcher im Sensorbereich 3 verbaut ist.1C zeigt eine vergrößerte Darstellung des Sensorbereiches 3 aus1A und1D zeigt einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Scheibe 100 aus1A entlang der Schnittlinie A-A'. - Wie in
1A dargestellt umfasst die erfindungsgemäße Scheibe 100 unter anderem eine Heizschicht 6, die auf der ersten Scheibe 1 aufgebracht ist. Die Heizschicht 6 ist ein Schichtensystem, welches beispielsweise drei elektrisch leitfähige Silberschichten enthält, die durch dielektrische Schichten voneinander getrennt sind. Die Heizschicht 6 leitet elektrischen Strom und ist transparent. Fließt ein Strom durch die Heizschicht 6, so wird sie infolge ihres elektrischen Widerstands und joulscher Wärmeentwicklung erwärmt. Die Heizschicht 6 kann zum Beispiel über zwei oder mehr Sammelleiter, welche im Randbereich an der Oberkante und Unterkante oder den Seitenkanten auf der Außenfläche III der ersten Scheibe 1 und mit der Heizschicht 6 in stofflichem und elektrischem Kontakt sind mit Strom versorgt werden (hier nicht dargestellt). - Wie in
1A dargestellt, ist die Heizschicht 6 beispielsweise auf der Außenfläche III der ersten Scheibe 1 angeordnet und erstreckt sich über die gesamte Außenfläche III der ersten Scheibe 1 abzüglich des Sensorbereiches 3, und einen die erste Scheibe 1 umlaufenden rahmenförmigen und unbeschichteten Bereichs mit einer Breite von beispielsweise 8 mm. Der unbeschichtete Bereich dient der elektrischen Isolierung zwischen der Heizschicht 6 und der Fahrzeugkarosserie. Der unbeschichtete Bereich ist durch Verkleben mit der thermoplastischen Zwischenschicht 14 hermetisch versiegelt, um den Sensorbereich 3 und die Heizschicht 6 vor Beschädigungen und Korrosion zu schützen. -
1C zeigt einen vergrößerten Sensorbereich 3 in der Draufsicht auf die Außenseite III der Scheibe 100. Der Sensorbereich 3 ist von einer beschichtungsfreien Trennlinie 11 umgeben, die eine erste und zweite elektrische heizfähige Beschichtung 10.1, 10.2 im Innern des Sensorbereiches 3 stofflich und galvanisch (also für Gleichströme) von der umgebenden Heizschicht 6 trennt. Die Trennlinie 11 weist beispielsweise eine Breite von 100 µm auf, in der die Heizschicht 6 vollständig entfernt ist. Die Trennlinie 11 wird beispielsweise durch Laserstrukturierung (Laserablation) hergestellt. Die Trennlinie 11 kann zwischen der ersten und zweiten heizfähigen Beschichtung 10.1, 10.2 eine größere Breite aufweisen. - Die erste und zweite heizfähige Beschichtung 10.1, 10.2 sind innerhalb des Sensorbereiches 3 angeordnet und bestehen jeweils beispielsweise aus einer PET-Folie, die mit einer oder mehrerer Indiumzinnoxid-Beschichtungen beschichtet ist. Die Schichtdicke aller Schichten liegt beispielsweise in einem Bereich von 15 nm bis 50 nm. Die erste und zweite heizfähige Beschichtung 10.1, 10.2 sind in keinem stofflichen Kontakt zueinander, sondern durch einen unbeschichteten Bereich getrennt. Sie sind in Draufsicht auf die Scheibe 100 von der linken Seitenkante der Scheibe 100 zur rechten Seitenkante der Scheibe 100 nebeneinander angeordnet. Wie in
4 dargestellt ist eine Anordnung von der Oberkante der Scheibe 100 zur Unterkante der Scheibe 100, also von oben nach unten, ebenfalls möglich. Die Silberschicht weist beispielsweise eine Dicke von 300 nm auf und die PET-Folie weist beispielsweise eine Dicke von 0,1 mm auf. Die heizfähigen Beschichtungen 10.1, 10.2 sind auf der ersten Scheibe 1 angeordnet. Die erste und zweite heizfähige Beschichtung 10.1, 10.2 sind dazu geeignet, die Durchsicht für einen optischen Sensor 12 zu gewährleisten. Zwei Sensorfenster 2.1, 2.2, also die Bereiche der Scheibe 100 durch den ein optischer Sensor 12 einen optischen Strahlengang detektieren kann, sind aus diesem Grund vollständig innerhalb der heizfähigen Beschichtungen 10.1, 10.2 angeordnet. Wobei das eine Sensorfenster 2.1 innerhalb der ersten heizfähigen Beschichtung 10.1 und das andere Sensorfenster 2.2 innerhalb der zweiten heizfähigen Beschichtung 10.2 angeordnet ist. Aufgrund dieser Anordnung ist beispielsweise die Anbringung von zwei optischen Sensoren 12 mit jeweils beheizbarem Sensorfenster 2.1, 2.2 an der erfindungsgemäßen Scheibe 100 möglich. In1D ist einer der Sensoren 12 im Querschnitt schematisch gezeigt. - Zur elektrischen Kontaktierung ist jeweils ein linker zweiter Sammelleiter 9.2 am linken Randbereich der ersten heizfähigen Beschichtung 10.1 und ein rechter dritter Sammelleiter 9.3 am rechten Randbereich der zweiten heizfähigen Beschichtung 10.2 auf den heizfähigen Beschichtungen 10.1, 10.2 angeordnet. Diese äußeren Sammelleiter 9.2, 9.3 sind mit einer Gesamtdistanz M im Bereich der heizfähigen Beschichtungen 10.1, 10.2 voneinander entfernt. Außerdem ist ein mittlerer erster Sammelleiter 9.1 zwischen dem zweiten und dritten Sammelleiter 9.2, 9.3 angeordnet. Der mittlere erste Sammelleiter 9.1 kann in drei Bereiche unterteilt werden: einen Anschlussbereich 7.1, einen ersten Kontaktbereich 8.1 und einen zweiten Kontaktbereich 8.2. Der Anschlussbereich 7.1 ist elektrisch mit einer Spannungsquelle 5 und stofflich sowie elektrisch mit den beiden Kontaktbereichen 8.1, 8.2 verbunden. Der mittlere erste Sammelleiter 9.1 ist in der Draufsicht auf den Sensorbereich 3 „Y“-förmig ausgebildet. Der mittlere erste Sammelleiter 9.1 ist mit dem ersten Kontaktbereich 8.1 am rechten Randbereich der ersten heizfähigen Beschichtung 10.1 und mit dem zweiten Kontaktbereich 8.2 am linken Randbereich der zweiten heizfähigen Beschichtung 10.2 angeordnet. Der linke zweite Sammelleiter 9.2 ist mit einer Distanz L.1 vom ersten Kontaktbereich 8.1 des mittleren ersten Sammelleiters 9.1 entfernt. Der rechte dritte Sammelleiter 9.3 ist mit einer Distanz L.2 vom zweiten Kontaktbereich 8.2 des mittleren ersten Sammelleiters 9.1 entfernt. Aufgrund der Anordnung der Sammelleiter 9.1, 9.2, 9.3 ist die Gesamtdistanz M größer als die aufsummierten einzelnen Distanzen L.1, L.2 ist. Die Sammelleiter 9.1, 9.2, 9.3 enthalten beispielsweise Silberpartikel und wurden im Siebdruckverfahren aufgebracht und anschließend eingebrannt. Der in
1C gezeigte erste, zweite und dritte Sammelleiter 9.1, 9.2, 9.3 können stofflichen Kontakt mit der den Sensorbereich 3 umgebenden Heizschicht 6 aufweisen. In diesem Fall sind jedoch die Sammelleiter 9.1, 9.2, 9.3 im Bereich des stofflichen Kontaktes mit der Heizschicht 6 mit einer elektrischen Isolierschicht umgeben, sodass die Sammelleiter 9.1, 9.2, 9.3 elektrisch nicht mit der Heizschicht 6 verbunden sind. Die Isolierschicht ist beispielsweise eine polymere Ummantelung auf Polyimid-Basis. - Der zweite und dritte Sammelleiter 9.2, 9.3 haben ein zum mittleren ersten Sammelleiter 9.1 unterschiedliches, elektrisches Potential. Dies ist notwendig, damit ein elektrischer Strom zwischen dem linken zweiten Sammelleiter 9.2 und dem mittleren ersten Sammelleiter 9.1 als auch dem rechten dritten Sammelleiter 9.3 und dem mittleren ersten Sammelleiter 9.1 fließen kann. Die elektrische Spannung, welche über der ersten und zweiten heizfähigen Beschichtung 10.1, 10.2 angelegt werden kann, lässt sich individuell über den äußeren zweiten und dritten Sammelleiter 9.2, 9.3 für jede Beschichtung 10.1, 10.2 einstellen. Durch den elektrischen Strom, der durch die heizfähigen Beschichtungen 10.1, 10.2 fließt, können der Sensorbereich 3 und insbesondere die Sensorfenster 2.1, 2.2. beheizt werden. Eine derartige Anordnung aus heizfähigen Beschichtungen 10.1, 10.2 und Sammelleitern 9.1, 9.2, 9.3 ermöglicht eine individuelle Einstellung der Spannung der ersten und zweiten heizfähigen Beschichtung 10.1, 10.2. Dadurch können die Sensorfenster 2.1, 2.2 unabhängig voneinander und nach Bedarf durch einen Heizstrom erwärmt werden.
- Außerdem kann aufgrund der Anordnung des mittleren ersten Sammelleiters 9.1 der elektrische Widerstand über den Sensorbereich 3 verringert werden. Dies hängt mit den geringeren Distanzen L.1, L.2 zwischen dem linken zweiten Sammelleiter 9.2 und dem ersten Kontaktbereich 8.1 als auch dem rechten dritten Sammelleiter 9.3 und dem zweiten Kontaktbereich 8.2 im Vergleich zur Gesamtdistanz M zusammen. Der geringere Widerstand erfordert eine geringere Spannung und damit verbunden einen geringeren Leistungsverbrauch, als es bei einem gattungsgemäßen Beispiel erforderlich wäre, bei dem ein Heizstrom über eine heizfähige Beschichtung mit der Gesamtdistanz M fließen muss.
- Jeder Sammelleiter 9.1, 9.2, 9.3 ist zu einem Anbindungsbereich geführt, der jeweils mit einer Anschlussleitung 4.1. 4.2, 4.3 versehen ist, der die Sammelleiter 9.1, 9.2, 9.3 mit einer Spannungsquelle 5 verbindet. Die Anschlussleitungen 4.1, 4.2, 4.3 können als an sich bekannte Folienleiter ausgebildet sein, die über eine Kontaktfläche mit dem ersten, zweiten und dritten Sammelleiter 9.1, 9.2, 9.3 elektrisch leitend verbunden sind, beispielsweise mittels einer Lotmasse, eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs oder durch einfaches Aufliegen und Andruck innerhalb der Scheibe 100. Der Folienleiter enthält beispielsweise eine verzinnte Kupferfolie mit einer Breite von 10 mm und einer Dicke von 0,3 mm. Die Folienleiter können in Verbindungskabel übergehen, die mit der Spannungsquelle 5 verbunden sind. Die Spannungsquelle 5 stellt beispielsweise eine für Kraftfahrzeuge übliche Bordspannung, bevorzugt von 12 V bis 15 V und beispielsweise etwa 14 V bereit. Alternativ kann die Spannungsquelle 14 V auch höhere Spannungen aufweisen, beispielsweise von 35 V bis 45 V und insbesondere 42 V.
- Der erste, zweite und dritte Sammelleiter 9.1, 9.2, 9.3 haben im dargestellten Beispiel eine konstante Dicke von beispielsweise etwa 10 µm und einen konstanten spezifischen Widerstand von beispielsweise 2,3 pOhm·cm.
- Die erste und zweite heizfähige Beschichtung 10.1, 10.2 haben beispielsweise einen Flächenwiderstand von 1,0 Ohm/Quadrat.
- Wie in der Verglasungstechnik üblich, können der erste, zweite und dritte Sammelleiter 9.1, 9.2, 9.3 und die Anschlüsse sowie die Verbindungsleitungen 4.1, 4.2, 4.3 durch an sich bekannte opake Farbschichten als Abdeckdruck verdeckt werden (hier nicht dargestellt).
- Wie in
1D dargestellt umfasst die erfindungsgemäße Scheibe 100 eine erste Scheibe 1 und eine zweite Scheibe 13, die über eine thermoplastische Zwischenschicht 14 miteinander verbunden sind. Die Scheibe 100 ist beispielsweise eine Fahrzeugscheibe und insbesondere die Windschutzscheibe eines Personenkraftwagens, welche eine Oberkante und eine gegenüberliegende Unterkante sowie zwei kürzere Seitenkanten aufweist. Die erste Scheibe 1 ist beispielsweise dafür vorgesehen, in Einbaulage dem Innenraum zugewandt zu sein. Die erste Scheibe 1 und die zweite Scheibe 13 bestehen aus Kalk-Natronglas. Die Dicke der ersten Scheibe 1 beträgt beispielsweise 1,6 mm und die Dicke der zweiten Scheibe 13 beträgt 2,1 mm. Die thermoplastische Zwischenschicht 14 enthält beispielsweise zum größten Teil Polyvinylbutyral (PVB) und weist eine Dicke von 0,76 mm auf. Die zweite Scheibe 13 weist eine der äußeren Umgebung zugewandte Außenfläche I und eine dem Innenraum zugewandte Innenfläche II auf. Die erste Scheibe 1 weist eine der äußeren Umgebung zugewandte Außenfläche III und eine dem Innenraum zugewandte Innenfläche IV auf. - Die
2A zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung des mittleren ersten Sammelleiters 9.1. Die in2B gezeigte Variante entspricht im Wesentlichen der Variante aus1C , sodass hier nur auf die Unterschiede eingegangen wird und ansonsten auf die Beschreibung zur1C verwiesen wird. Im Unterschied zu1C kann der in2A und2B gezeigte erste Sammelleiter 9.1 in vier Bereiche unterteilt werden: einen Anschlussbereich 7.1, einen ersten Kontaktbereich 8.1, einen zweiten Kontaktbereich 8.2 und einen Verbindungsbereich 15.1. Der Anschlussbereich 7.1 ist elektrisch mit einer Spannungsquelle 5 und stofflich sowie elektrisch mit dem zweiten Kontaktbereich 8.2 verbunden. Er kann aber auch, anders als hier dargestellt, statt mit dem zweiten 8.2 mit dem ersten Kontaktbereich 8.1 verbunden sein. Der Verbindungsbereich 15.1 verbindet den ersten Kontaktbereich 8.1 stofflich und elektrisch mit dem zweiten Kontaktbereich 8.2. Der mittlere erste Sammelleiter 9.1 ist in der Draufsicht auf den Sensorbereich 3 „J“-förmig ausgebildet. - Die in
3 gezeigte Variante entspricht im Wesentlichen der Variante aus1C , sodass hier nur auf die Unterschiede eingegangen wird und ansonsten auf die Beschreibung zur1C verwiesen wird. Die äußeren ersten und zweiten Sammelleiter 9.2, 9.3 (dargestellt in1C ) wurden durch einen einzelnen äußeren zweiten Sammelleiter 9.2 ersetzt. Der in3 gezeigte äußere zweite Sammelleiter 9.2 kann in vier Bereiche unterteilt werden: einen Anschlussbereich 7.2, einen ersten Kontaktbereich 8.3, einen zweiten Kontaktbereich 8.4 und einen Verbindungsbereich 15.2. Der Anschlussbereich 7.2 ist elektrisch mit einer Spannungsquelle 5 und stofflich sowie elektrisch mit dem zweiten Kontaktbereich 8.4 verbunden. Er kann aber auch, anders als hier dargestellt, statt mit dem zweiten 8.4 mit dem ersten Kontaktbereich 8.3 verbunden sein. Der Verbindungsbereich 15.2 verbindet den ersten Kontaktbereich 8.3 stofflich und elektrisch mit dem zweiten Kontaktbereich 8.4. Der erste Kontaktbereich 8.3 ist am linken Randbereich der ersten heizfähigen Beschichtung 10.1 in teilweiser Überlappung mit der ersten heizfähigen Beschichtung 10.1 angeordnet. Der zweite Kontaktbereich 8.4 ist entsprechend am rechten Randbereich der zweiten heizfähigen Beschichtung 10.2 in teilweiser Überlappung mit der zweiten heizfähigen Beschichtung 10.2 angeordnet. Der zweite Sammelleiter 9.2 ist in der Draufsicht auf den Sensorbereich 3 „J“förmig ausgebildet. - Eine individuelle Beheizung der Sensorfenster 2.1, 2.2 ist bei dieser Ausführung zwar nicht möglich, es wird aber weniger Material zur Herstellung von Sammelleitern verbraucht und es sind zudem weniger Prozessschritte (Löten oder Kleben der Sammelleiter) zur Herstellung der erfindungsgemäßen Scheibe 100 notwendig, da nur der erste und zweite Sammelleiter 9.1, 9.2 benötigt werden.
- Die in
4 gezeigte Variante entspricht im Wesentlichen der Variante aus3 , sodass hier nur auf die Unterschiede eingegangen wird und ansonsten auf die Beschreibung zur3 verwiesen wird. Die erste und zweite heizfähige Beschichtung 10.1, 10.2 sind anders als in3 nicht von links nach rechts entlang der Ober- und Unterkante der Scheibe 100 angeordnet, sondern von oben nach unten entlang der Seitenkanten. Der erste und zweite Sammelleiter 9.1, 9.2 sind entsprechend nicht entlang der linken und rechten Randbereiche der heizfähigen Beschichtungen 10.1, 10.2 angeordnet, sondern entlang der oberen und unteren Randbereiche. Der Anschlussbereich 7.2 des äußeren zweiten Sammelleiters 9.2 ist außerdem in stofflichem und elektrischem Kontakt mit dem ersten und zweiten Kontaktbereich 8.3, 8.4. Der äußere zweite Sammelleiter 9.2 weist darüber hinaus keinen Verbindungsbereich 15.2 auf. Der erste Sammelleiter 9.1 ist „Y“-förmig ausgebildet, allerdings um 90° gedreht, sodass der erste und zweite Kontaktbereich 8.1, 8.2 parallel entlang der Ober- und Unterkante der Scheibe 100 angeordnet sind. Der Anschlussbereich 7.1 ist teilweise ebenfalls entlang der Ober- und Unterkante der Scheibe 100 angeordnet. Ein Teil des Anschlussbereiches ist entlang der Seitenkanten der Scheibe 100 angeordnet. Der erste und zweite Kontaktbereich 8.3, 8.4 des zweiten Sammelleiters 9.2 ist ebenfalls entlang der Ober- und Unterkante der Scheibe 100 angeordnet. Der Anschlussbereich 7.2 des zweiten Sammelleiters 9.2 ist linear entlang der Seitenkanten der Scheibe 100 angeordnet, sodass der Anschlussbereich 7.2 am rechten Randbereich des ersten und zweiten Kontaktbereiches 8.3, 8.4 mit diesen stofflich und elektrisch leitend verbunden ist. - Die in
5 gezeigte Variante entspricht im Wesentlichen der Variante aus4 , sodass hier nur auf die Unterschiede eingegangen wird und ansonsten auf die Beschreibung zur4 verwiesen wird. Der erste Sammelleiter 9.1 und der zweite Sammelleiter 9.2 sind linear ausgebildet und umfassen jeweils einen Anschlussbereich 7.1, 7.2, einen ersten Kontaktbereich 8.1, 8.3, einen Verbindungsbereich 15.1, 15.2 und einen zweiten Kontaktbereich 8.2, 8.4. Zudem ist der erste Sammelleiter 9.1 entlang des linken Randbereiches der ersten und zweiten heizfähigen Beschichtung 10.1, 10.2 angeordnet und mit den Beschichtungen 10.1, 10.2 elektrisch leitend und stofflich verbunden. Entsprechend ist der zweite Sammelleiter 9.2 entlang des rechten Randbereiches der ersten und zweiten heizfähigen Beschichtung 10.1, 10.2 angeordnet und mit den Beschichtungen 10.1, 10.2 elektrisch leitend und stofflich verbunden. Der erste Kontaktbereich 8.1, 8.3 des jeweils ersten und zweiten Sammelleiters 9.1, 9.2 ist mit der ersten heizfähigen Beschichtung 10.1 stofflich und elektrisch leitend verbunden. Entsprechend ist der zweite Kontaktbereich 8.2, 8.4 des jeweils ersten und zweiten Sammelleiters 9.1, 9.2 mit der zweiten heizfähigen Beschichtung 10.2 stofflich und elektrisch leitend verbunden. Der erste und zweite Sammelleiter 9.1, 9.2 sind so mit der ersten und zweiten heizfähigen Beschichtung 10.1, 10.2 verbunden, dass zwischen dem ersten und zweiten Sammelleiter 9.1, 9.2 und durch bzw. über die erste und zweite heizfähige Beschichtung 10.1, 10.2 jeweils ein Heizstrom fließen kann. Diese Ausführungsvariante ist besonders energiesparend und erfordert sehr wenig Materialaufwand. Die Anbringung der Sammelleiter 9.1, 9.2 ist zudem vom Verfahrensaufwand besonders vorteilhaft, da es sich um linear ausgebildete Sammelleiter handelt. - Die in
6 gezeigte Variante des elektrisch beheizbaren Sensorbereiches 3 stellt eine Erweiterung der in1C gezeigten Anordnung da. Der Sensorbereich 3 wurde um eine weitere heizfähige Beschichtung 10.3 und einen weiteren vierten Sammelleiter 9.4, welcher in Form des in1 B dargestellten Sammelleiters ausgebildet ist, erweitert. Auf diese Weise wird ein weiteres individuell beheizbares Sensorfenster 2.3 angeordnet. Es wird damit gezeigt, dass entsprechend der gewünschten Anzahl an Sensoren noch weitere heizfähige Beschichtungen 10.1, 10.2, 10.3 mit Sensorfenstern 2.1, 2.2, 2.3 und Sammelleitern 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 nebeneinander angeordnet werden können. Es versteht sich von selbst, dass die Formen der Sammelleiter 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 nicht auf die Formen, die in5 gezeigt sind, begrenzt ist. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- erste Scheibe
- 2.1, 2.2, 2.3
- Sensorfenster
- 3
- elektrisch beheizbarer Sensorbereich
- 4.1, 4.2, 4.3
- Anschlussleitung
- 5
- Spannungsquelle
- 6
- Heizschicht
- 7.1,7.2
- Anschlussbereich
- 8.1, 8.3
- erster Kontaktbereich
- 8.2, 8.4
- zweiter Kontaktbereich
- 9.1
- erster Sammelleiter
- 9.2
- zweiter Sammelleiter
- 9.3
- dritter Sammelleiter
- 9.4
- vierter Sammelleiter
- 10.1
- erste elektrisch heizfähige Beschichtung
- 10.2
- zweite elektrisch heizfähige Beschichtung
- 10.3
- weitere elektrisch heizfähige Beschichtung
- 11
- Trennlinie
- 12
- Sensor
- 13
- zweite Scheibe
- 14
- thermoplastische Zwischenschicht
- 15.1, 15,2
- Verbindungsbereich
- L.1, L.2
- Distanz
- M
- Gesamtdistanz
- I
- Außenfläche der zweiten Scheibe 13
- II
- Innenfläche der zweiten Scheibe 13
- III
- Außenfläche der ersten Scheibe 1
- IV
- Innenfläche der ersten Scheibe 1
- A-A'
- Schnittlinie
- 100
- Scheibe
- 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
-
- WO 2012052315 A1 [0005]
- US 20070020465 A1 [0006]
- US 20150334779 A1 [0007]
- US 20170036646 A1 [0007]
- US 2878357 A1 [0007]
- US 20120103961 A1 [0008]
- US 20030019860 A1 [0008]
- US 10638549 B2 [0009]
Claims (10)
- Scheibe (100) mit elektrisch beheizbarem Sensorbereich (3), mindestens umfassend: - eine erste Scheibe (1) mit einer Oberfläche, - mindestens eine erste und eine zweite elektrisch heizfähige Beschichtung (10.1, 10.2), die jeweils auf einem Teil der Oberfläche aufgebracht sind und keinen direkten Kontakt miteinander haben, - mindestens einen ersten und einen zweiten, zum Anschluss an eine Spannungsquelle (5) vorgesehenen Sammelleiter (9.1, 9.2), welche derart mit der mindestens ersten und der zweiten elektrisch heizfähigen Beschichtung (10.1, 10.2) verbunden sind, dass mindestens ein erster Strompfad über die erste elektrisch heizfähige Beschichtung (10.1) und ein zweiter Strompfad über die zweite heizfähige Beschichtung (10.2) für einen Heizstrom geformt ist, - mindestens eine die erste und die zweite heizfähige Beschichtung (10.1, 10.2) umgebende Heizschicht (6), - mindestens zwei zum Anschluss an die Spannungsquelle (5) oder an eine weitere Spannungsquelle vorgesehenen äußeren Sammelleiter, welche mit der Heizschicht (6) so verbunden sind, dass zwischen den äußeren Sammelleitern ein Strompfad für einen Heizstrom geformt ist. wobei der erste Sammelleiter (9.1) mindestens - einen Anschlussbereich (7.1), der dafür vorgesehen ist, mit einer Anschlussleitung mit der Spannungsquelle (5) verbunden zu sein und - einen ersten und einen zweiten Kontaktbereich (8.1, 8.2), welche elektrisch leitend mit dem Anschlussbereich (7.1) verbunden sind, umfasst, wobei der erste Kontaktbereich (8.1) mit der ersten elektrisch heizfähigen Beschichtung (10.1) und der zweite Kontaktbereich (8.2) mit der zweiten elektrisch heizfähigen Beschichtung (10.2) verbunden ist, wobei die erste und die zweite heizfähige Beschichtung (10.1, 10.2) durch jeweils eine beschichtungsfreie Trennlinie (11) vollständig von der umgebenden Heizschicht (6) galvanisch und stofflich getrennt sind.
- Scheibe (100) nach
Anspruch 1 , wobei der Anschlussbereich (7.1) räumlich direkt mit dem ersten und dem zweiten Kontaktbereich (8.1, 8.2) verbunden ist. - Scheibe (100) nach
Anspruch 1 , wobei der Anschlussbereich (7.1) nur mit dem ersten oder dem zweiten Kontaktbereich (8.1, 8.2) räumlich verbunden ist und ein Verbindungsbereich (15.1) den ersten und den zweiten Kontaktbereich (8.1, 8.2) räumlich miteinander verbindet. - Scheibe (100) nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , wobei der zweite Sammelleiter (9.2) mindestens - einen Anschlussbereich (7.2), der dafür vorgesehen ist, mit einer Anschlussleitung mit der Spannungsquelle (5) verbunden zu sein, und - einen ersten und einen zweiten Kontaktbereich (8.3, 8.4), welche elektrisch leitend mit dem Anschlussbereich (7.2) verbunden sind, umfasst, wobei der erste Kontaktbereich (8.3) mit der ersten elektrisch heizfähigen Beschichtung (10.1) und der zweite Kontaktbereich (8.4) mit der zweiten elektrisch heizfähigen Beschichtung (10.2) verbunden ist. - Scheibe (100) nach
Anspruch 4 , wobei die erste und die zweite elektrisch heizfähige Beschichtung (10.1, 10.2) parallel zueinander zwischen dem ersten Kontaktbereich (8.3) und dem zweiten Kontaktbereich (8.4) des zweiten Sammelleiters (9.2) angeordnet sind. - Scheibe (100) nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , wobei der zweite Sammelleiter (9.2) derart mit der ersten elektrisch heizfähigen Beschichtung (10.1) und ein dritter Sammelleiter (9.3) derart mit der zweiten elektrisch heizfähigen Beschichtung (10.2) verbunden ist, dass zwischen dem ersten Sammelleiter (9.1) und dem zweiten Sammelleiter (9.2) der erste Strompfad über die erste elektrisch heizfähige Beschichtung (10.1) und zwischen dem ersten Sammelleiter (9.1) und dem dritten Sammelleiter (9.3) der zweite Strompfad über die zweite heizfähige Beschichtung (10.2) für einen Heizstrom geformt ist, und sich eine angelegte elektrische Spannung individuell für jede der elektrisch heizfähigen Beschichtungen (10.1, 10.2) einstellen lässt. - Scheibe (100) nach einem der
Ansprüche 1 bis6 , wobei die Breite der beschichtungsfreien Trennlinie (11) bevorzugt von 30 µm bis 200 µm und besonders bevorzugt von 70 µm bis 140 µm beträgt. - Scheibe (100) nach einem der
Ansprüche 1 bis7 , wobei der mindestens erste, zweite und/oder dritte Sammelleiter (9.1, 9.2, 9.3) mittels Kleben auf die Oberfläche der ersten Scheibe (1) aufgebracht sind und insbesondere Kupfer mit einer Zinnschicht enthalten und bevorzugt einen spezifischen Widerstand ρa von 0,8 µOhm·cm bis 7,0 µOhm·cm und besonders bevorzugt von 1,0 µOhm·cm bis 2,5 µOhm·cm aufweisen. - Scheibe (100) nach einem der
Ansprüche 1 bis7 , wobei der erste Kontaktbereich (8.1) und der zweite Kontaktbereich (8.2) des ersten Sammelleiters (9.1) parallel nebeneinander angeordnet sind. - Scheibe (100) nach einem der
Ansprüche 1 bis9 , wobei der erste Sammelleiter (9.1) in Draufsicht auf die Scheibe (100) Y-förmig oder J-förmig ausgebildet ist.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP21167567.3 | 2021-04-09 | ||
| EP21167567 | 2021-04-09 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE202022002766U1 true DE202022002766U1 (de) | 2023-06-12 |
Family
ID=75441749
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE202022002766.4U Active DE202022002766U1 (de) | 2021-04-09 | 2022-03-30 | Elektronische Anordnung für mehrere beheizbare Kamerafenster |
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| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE202022002766U1 (de) |
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-
2022
- 2022-03-30 DE DE202022002766.4U patent/DE202022002766U1/de active Active
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