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Die Erfindung betrifft eine beheizbare Verbundscheibe, sowie eine Heizanordnung umfassend eine beheizbare Verbundscheibe.
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Eine Herausforderung beim Autofahren ist die Beheizung der Scheiben, insbesondere der Windschutzscheibe, und der Seitenscheiben, um Vereisungen oder Beschlagen der Scheibe, welche eine Sichtbehinderung darstellen, verhindern zu können oder zu beseitigen. Die Beheizung der Scheiben findet standardmäßig über erwärmte Luft statt, welche über Zuläufe auf die Scheiben geblasen wird. Zusammengefasst wird diese Art der Beheizung unter der Heating, Ventilation and Air Conditioning (HVAC) -Methode. Neben dem enormen Energieverbrauch erfordern die Zuläufe, über die die heiße Luft transportiert und auf die Scheiben geblasen wird, einen hohen Platzbedarf. Weiterhin müssen die Auslassdüsen in bestimmter geometrischer Relation zu den Scheiben angebracht werden, was wiederum die Auslegungs- und Konstruktionsfreiheit erheblich einschränkt.
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Beheizbare Verbundscheiben sind als solche bekannt. Sie werden insbesondere als beheizbare Windschutzscheiben in Kraftfahrzeugen eingesetzt und eröffnen die Möglichkeit, die Windschutzscheibe komfortable durch Beheizung von Vereisung oder kondensierter Feuchtigkeit zu befreien. Sie weisen transparente, elektrisch leitfähige Beschichtungen auf, insbesondere mit Silberschichten. Die Beschichtungen sind elektrisch kontaktiert, so dass ein Strom durch sie geleitet werden kann. Dabei erwärmt sich die Beschichtung, worauf die Heizwirkung beruht. Beispielhaft sei auf
WO2013/104438A1 verwiesen.
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Ein Problem von elektrisch leitfähigen Beschichtungen ist ihr häufig 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.
WO 2013/104439 A1 und
EP 2803246 B1 offenbaren eine elektrisch leitfähige Beschichtung zur Beheizung einer Scheibe, welche aus unterschiedlichen Schichten besteht mit denen der Flächenwiderstand etwas reduziert werden kann.
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Weiterhin ist auch der Wärme- und damit Energieverlust durch Konvektion über die, meist großen Scheibenoberflächen sehr hoch.
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Ein Nachteil von beheizbaren Beschichtungen ist zudem, dass zum Beispiel Silberschichten für Hochfrequenzstrahlung nicht durchlässig sind. Dadurch wird beispielsweise der Empfang von Mobilfunksignalen, die Kommunikation mit Cloudservern („Internet of Things“) und ähnliches beeinträchtigt. Dies kann insbesondere im Falle von Elektrofahrzeugen zu Problemen führen.
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Manche Fahrzeughersteller, insbesondere Elektrofahrzeughersteller, lehnen daher die Verwendung von silberhaltigen Beschichtungen ab.
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Eine weitere Herausforderung an oft mehrlagig ausgebildete elektrisch-leitfähige Beschichtungen zur Beheizung von Verbundscheiben ist die Einhaltung von erforderlichen Standards, beispielsweise hinsichtlich der Lichttransmission und der Farbneutralität, insbesondere bei Verbundscheiben für Fahrzeuge.
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Es besteht Bedarf an verbesserten, insbesondere effektiven und energieeffizienten Heizeinrichtungen für Verbundscheiben, insbesondere auch für Seitenscheiben oder Windschutzscheiben von Fahrzeugen. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Heizeinrichtung, beziehungsweise beheizbare Verbundscheiben bereitzustellen, mit der zusätzlich die Vorgaben an erforderliche Standards, wie Lichttransmission der Verbundscheiben, erfüllt werden können, sowie einfach und kostengünstig herzustellen sind. Zudem soll die Transmission elektromagnetischer Signale, insbesondere die Transmission von Hochfrequenzstrahlung, weitestgehend nicht beeinträchtigt werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine beheizbare Verbundscheibe gemäß Anspruch 1 sowie einer Heizanordnung gemäß Anspruch 7 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Erfindungsgemäß wird eine beheizbare Verbundscheibe bereitgestellt, die eine Außenscheibe mit einer außenseitigen Oberfläche (I) und einer innenraumseitigen Oberfläche (II), und eine Innenscheibe mit einer außenseitigen Oberfläche (III) und einer innenraumseitigen Oberfläche (IV), die über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind und mindestens eine Heizeinrichtung umfasst, wobei die Heizeinrichtung eine transparente Heizschicht aus photothermischem Material (PTM) ist, welches eine Absorption von größer 70%, bevorzugt größer 85 % im IR-Wellenlängenbereich > 0,8 µm, bevorzugt, > 0,9 µm, besonders bevorzugt > 1,0 µm aufweist.
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Die Heizschicht kann vollflächig oder mindestens in einem Teilbereich auf der außenseitigen Oberfläche (I) und/oder der innenraumseitigen Oberfläche (II) der Außenscheibe, und/oder auf der außenseitigen Oberfläche (III) oder der innenraumseitigen Oberfläche (IV) der Innenscheibe und/oder in oder auf der thermoplastischen Zwischenschicht angeordnet sein. Mit anderen Worten kann die Heizschicht mindestens teilweise auf die Flächen der Außenscheibe, der Innenscheibe oder der Zwischenschicht, beispielsweise als Beschichtung, aufgebracht sein. Vorteilhafterweise kann so die Beheizung der Verbundscheibe auch lokal begrenzt, genau da ermöglicht und bewirkt werden, wo dies erforderlich und/oder gewünscht ist. Dies ermöglicht eine energieeffiziente Beheizung da nur die relevanten Bereiche beheizt und dadurch der Energiebedarf für die Heizung optimiert werden kann. Dies kann in einem Fahrzeug beispielsweise eine Seitenscheibe, genauer der Bereich einer Seitenscheibe sein, der einem Fahrer die Sicht auf den Seitenspiegel gibt. Ein anderes Beispiel ist das Sichtfeld in einer Windschutzscheibe für einen Fahrer. Die Heizschicht kann dann beispielsweise auf den entsprechenden Flächenbereich auf der Außenseite I oder der Außenscheibe oder auf der Außenseite IV der Innenscheibe aufgebracht sein und von einer IR-Strahlenquelle bestrahlt und hierdurch beheizt werden. Die Strahlenquelle könnte m Fall einer Seitenscheibe eines Fahrzeugs beispielsweise im Bereich des Seitenspiegels angeordnet werden. Im Falle einer Windschutzscheibe könnte die IR-Strahlenquelle beispielsweise im Bereich hinter dem Lenkrad positioniert und auf den mit der photothermischen Schicht ausgebildeten Sichtbereich der Scheibe gerichtet sein.
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Die Heizschicht aus photothermischem Material kann alternativ auch vollflächig die Scheibenoberfläche der Verbundscheibe belegen. Die Heizschicht kann vorteilhafterweise durch die hohe Absorption im IR-Wellenlängenbereich zusätzlich auch eine Sonnenschutzfunktion, bzw. Wärmeschutzfunktion übernehmen und so bisher zu diesem Zweck eingesetzte I R-reflektive Schichten ersetzen und zum Klimakomfort beitragen.
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Die erfindungsgemäße Beheizung, also die Enteisung oder die Entfernung von kondensierter Feuchtigkeit mittels IR-Strahlung kann deutlich schneller und effizienter, insbesondere energiesparender, erfolgen als über die bisher bekannten elektrisch beheizbaren Schichten oder eine Beheizung unter der Heating, Ventilation and Air Conditioning (HVAC) -Methode. Auf Auslässe, beispielsweise im Armaturenbrett, zur Belüftung der Verbundscheibe kann verzichtet werden, so dass diese Räume und Flächen zur freieren optischen und funktionellen Gestaltung und Designumsetzungen zur Verfügung stehen. Die Auslegungs- und Konstruktionsfreiheit wird gegenüber der HVAC-Methode deutlich erhöht. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass auf voll- oder großflächig eingebrachte, elektrisch beheizbare Schichten, wie zum Beispiel Silberschichten verzichtet werden kann. Dies führt zu einer vereinfachten, kostengünstigeren Herstellung der Verbundscheibe. Die Durchlässigkeit von Hochfrequenzstrahlung, beispielsweise für den Empfang von Mobilfunksignalen, die Kommunikation mit Cloudservern („Internet of Things“) und ähnliches wird durch die erfindungsgemäß eingebrachte Heizschicht nicht beeinträchtigt, so dass hier weitere Vorteile erwachsen. Die photothermische Heizschicht kann weiterhin, insbesondere in der Sommerzeit auch eine Sonnenschutzfunktion übernehmen und so bisher zu diesem Zweck eingesetzte IR-reflektive Schichten ersetzen.
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Die Verbundscheibe ist dafür vorgesehen, in einer Fensteröffnung (insbesondere einer Fensteröffnung eines Fahrzeugs) den Innenraum gegenüber der äußeren Umgebung abzutrennen. Mit Innenscheibe wird im Sinne der Erfindung die dem Innenraum zugewandte Scheibe der Verbundscheibe bezeichnet. Mit Außenscheibe wird die der äußeren Umgebung zugewandte Scheibe bezeichnet. Die Verbundscheibe ist bevorzugt eine Fahrzeugscheibe, beispielsweise eine Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs, Schienenfahrzeugs, Schiffs oder Luftfahrzeugs. Sie ist besonders bevorzugt die Windschutzscheibe, Seitenscheibe, Heckscheibe oder Dachscheibe eines Personenkraftwagens oder Lastkraftwagens, ganz besonders bevorzugt die Seitenscheibe oder Windschutzscheibe. Das Fahrzeug ist in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ein Elektrofahrzeug.
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Die Außenscheibe und die Innenscheibe weisen jeweils eine außenseitige und eine innenraumseitige Oberfläche (Hauptfläche) auf und eine dazwischen verlaufende, umlaufende Seitenkantenfläche. Mit außenseitiger Oberfläche wird im Sinne der Erfindung diejenige Hauptfläche bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt zu sein. Mit innenraumseitiger Oberfläche wird im Sinne der Erfindung diejenige Hauptfläche bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage dem Innenraum zugewandt zu sein. Die innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe und die außenseitige Oberfläche der Innenscheibe sind einander zugewandt und durch die thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden. In Einbaulage wird die nach oben weisende Kante als Oberkante (beispielsweise in einem Kraftfahrzeug die Dachkante), die nach unten weisende Kante der Verbundscheibe (beispielsweise in einem Kraftfahrzeug die Motorkante) als Unterkante bezeichnet. Die dazwischen verlaufenden Kanten werden als Seitenkanten bezeichnet.
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Die Außenscheibe und die Innenscheibe sind bevorzugt aus Kalk-Natron-Glas gefertigt, was für Fensterscheiben üblich ist. Die Glasscheibe kann grundsätzlich aber auch aus anderen Glasarten (beispielsweise Borosilikatglas, Quarzglas, Aluminosilikatglas) gefertigt sein. Die Dicke der Außenscheibe und der Innenscheibe kann breit variieren. Vorzugsweise werden Scheiben mit einer Dicke im Bereich von 0,5 mm bis 10 mm, bevorzugt von 1 mm bis 5 mm. Die IR-Strahlung wird auch zu einem geringen Anteil von den Scheiben absorbiert, so dass diese in geringem Umfang erwärmt werden, was auch vorteilhaft zur Heizwirkung, also der gewünschten Enteisung oder der Entfernung von kondensierter Feuchtigkeit, beiträgt.
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Die Außenscheibe und die Innenscheibe sind bevorzugt transparent. Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet „transparent“, dass die Gesamttransmission der Verbundscheibe den gesetzlichen Bestimmungen beispielsweise für Windschutzscheiben (beispielsweise den Richtlinien der europäischen Union ECE-R43) entspricht und für sichtbares Licht bevorzugt eine Durchlässigkeit von mehr als 50% und insbesondere von mehr als 60%, beispielsweise mehr als 70%, aufweist. Mit „transparenter Innenscheibe“ und „transparenter Außenscheibe“ ist somit gemeint, dass die Innenscheibe und die Außenscheibe derart transparent sind, dass die Durchsicht durch einen Durchsichtbereich der Verbundscheibe die gesetzlichen Bestimmungen für die gewünschte Verwendung, beispielsweise für Windschutzscheiben, erfüllt sind. Die transparente Heizschicht erfüllt die gleichen Voraussetzungen und weist ebenfalls einen Lichttransmissionsgrad bevorzugt von mehr als 50 % % und insbesondere von mehr als 60%, beispielsweise mehr als 70%, auf.
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Mit „transparenter Außenscheibe“ und „transparenter Innenscheibe“ ist im Sinne der Erfindung gemeint, dass die Durchsicht durch die Innenscheibe und die Außenscheibe möglich ist. Bevorzugt beträgt der Lichttransmissionsgrad der transparenten Außenscheibe und der transparenten Innenscheibe mindestens 55 %, besonders bevorzugt mindestens 60 % und insbesondere mindestens 70 %. Dies gilt auch für die transparente Heizschicht.
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Die thermoplastische Zwischenschicht umfasst zumindest eine Lage eines thermoplastischen Verbindungsmaterial, welche bevorzugt Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB) oder Polyurethan (PU) oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon enthält, besonders bevorzugt PVB. Die Zwischenschicht ist typischerweise aus zumindest einer thermoplastischen Folie ausgebildet. Die Dicke der Folie beträgt bevorzugt von 0,3 mm bis 2 mm, wobei besonders die Standarddicken von 0,36 mm und 0,76 mm gebräuchlich sind. Die Zwischenschicht kann auch mehrere Lagen thermoplastischen Materials umfassen und beispielsweise aus mehreren flächig übereinander angeordneten Polymerfolien ausgebildet sein.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundscheibe ist die Heizeinrichtung eine transparente Heizschicht enthaltend oder auf Basis von Cäsium-Wolfram-Oxid (CWO), nicht-stöchiometrischem Wolframoxid WOx oder einem transparenten Material enthaltend Nanopartikel mit einer Oberflächenplasmonresonanz im Wellenlängenbereich > 0,8 µm, bevorzugt, > 0,9 µm, besonders bevorzugt > 1,0 µm. Schichten aus Cäsium-Wolfram-Oxid haben beispielsweise eine hohe Transmission für sichtbares Licht und eine hohe Absorption im nahen Infrarot Wellenlängenbereich. Die Absorption liegt bei Wellenlängen von > 1 µm bei >85 %.
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Ist eine Schicht auf Basis eines Materials ausgebildet, so besteht die Schicht mehrheitlich aus diesem Material, insbesondere im Wesentlichen aus diesem Material, beispielsweise zu mehr als 90 Gew.-%, bevorzugt zu mehr als 95 Gew.-%, besonders bevorzugt zu mehr als 98 Gew.-%, neben etwaigen Verunreinigungen oder Dotierungen.
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Die transparente Heizschicht kann in mindestens in einem Teilbereich auf der außenseitigen Oberfläche (I) und/oder der innenraumseitigen Oberfläche (II) der Außenscheibe, und/oder auf der außenseitigen Oberfläche (III) oder der innenraumseitigen Oberfläche (IV) der Innenscheibe und/oder in oder auf der thermoplastischen Zwischenschicht angeordnet sein.
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Die transparente Heizschicht kann in einer weiteren Ausführungsform auch als Beschichtung auf einer transparenten Trägerfolie angeordnet sein. Die Trägerfolie kann beispielsweise aus Polyethylentherephthalat sein. Handelt es sich um eine beschichtete, transparente Folie können zur Herstellung beispielsweise die Beschichtungsverfahren CVD oder PVD angewendet werden.
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Die Heizschicht kann, insbesondere wenn diese auf einer zur Umgebung gerichteten äußeren Oberfläche der Verbundscheibe angeordnet ist, in einer Ausführungsform zusätzlich mit einer Schutzschicht versehen werden, die insbesondere die Kratzfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und damit die Haltbarkeit verbessert. Auch die Verbesserung der Kratzfestigkeit der Glasoberfläche ist wünschenswert, so dass die Schutzschicht auch einschließlich der gesamten zur Umgebung exponierten, nach außen gerichteten, Oberfläche der Außenscheibe oder auf der zum Innenraum gerichteten Oberfläche der Innenscheibe (die in diesem Fall nicht von der Heizschicht bedeckt ist) aufgebracht werden kann. Ein Beispiel für eine geeignete Schutzschicht sind DLC-Schichten. Solche, diamantähnliche Kohlenstoff (DLC)-Dünnschichten eignen sich grundsätzlich gut zum Schutz und beispielsweise zur Verbesserung der Kratzfestigkeit einer Oberfläche, da sie einen niedrigen Reibungskoeffizienten und eine ausreichend hohe Härte aufweisen. Es sind aber auch andere Schutzschichten möglich.
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Methoden zur Herstellung von DLC-Beschichtungen sind bekannt. Beispielsweise beschreibt
WO 2004/071981 A1 ein Verfahren zum Abscheiden von DLC-Schichten mittels lonenstrahltechnik.
WO 2016/171627 A1 betrifft das Beschichten eines Substrats, wobei die Beschichtung eine Kohlenstoffschicht wie DLC umfasst, die mittels einer physikalischen Dampfabscheidung, z.B. mittels Hochleistungsimpuls-Magnetronsputtern, aufgebracht werden kann. Weitere Verfahren und Vorrichtungen für die DLC-Beschichtung werden z.B. in
CN 20383434012 und
JP 2011 -
068940 erwähnt. Die
WO 2019/020481 A1 beschreibt ein Verfahren zur Abscheidung von DLC-Schichten durch ein PECVD-Magnetronverfahren.
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Die erfindungsgemäße Verbundscheibe ist beispielsweise eine Seitenscheibe, eine Windschutzscheibe, eine Heckscheibe oder eine Dachscheibe eines Fahrzeugs.
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Die Erfindung umfasst weiterhin eine Heizanordnung für ein Fahrzeug umfassend eine beheizbare Verbundscheibe, wie sie vorstehend in verschiedenen Ausgestaltungen beschrieben ist, wobei mindestens eine Strahlenquelle für IR-Strahlung im nahen IR-Wellenlängenbereich > 0,8 µm, bevorzugt, > 0,9 µm, besonders bevorzugt > 1,0 µm, in oder am Fahrzeug, also im Fahrzeuginnenraum, beispielsweise auf dem Armaturenbrett hinter dem Lenkrad, oder außen, beispielsweise am Rahmen des Seitenspiegels, angeordnet ist und diese IR-Strahlenquelle auf mindestens eine Heizeinrichtung gerichtet ist. Die IR-Strahlenquelle kann beispielsweise eine LED sein.
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Die mindestens eine Strahlenquelle emittiert bevorzugt Strahlung im NIR-A- oder NIR-B Bereich (780 nm bis 3000 nm). Dabei ist es nicht nötig, dass die Emissionsbande der Strahlenquelle die genannten Bereiche komplett abdecken muss. Die Emissionsbande sollte aber (zumindest teilweise) innerhalb dieser Bereiche liegen. Der Wellenlängenbereich der Strahlenquelle ist dabei zweckmäßigerweise auf das für die Heizeinrichtung verwendete PTM also den Wellenlängenbereich des photothermischen Materials für die möglichst maximale IR-Absorption optimiert abgestimmt.
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Die IR-Strahlenquelle kann insbesondere eine Strahlungsquelle nach Art einer LED sein, die analog auch als „IR-emittierende Diode“ bezeichnet werden kann. Weitere Strahlungsquellen sind beispielsweise Laserdioden, die den Vorteil haben besonders leistungsstark und effizient zu sein. Die IR-Strahlenquellen können beispielsweise bandförmig oder spotförmig ausgebildet sein. Andere geometrische Formen sind möglich. Mehrere einzelne Strahlungsquellen können auch nebeneinander beabstandet, oder bandförmig (dicht aneinander) ausgebildet, angeordnet werden. Werden mehrere spotförmige LED nebeneinander angeordnet kann also mit anderen Worten eine mehrteilige, bandförmige Strahlungsquelle ausgebildet werden. Dies ermöglicht es, flexibel die Anzahl und Intensität der Strahlungsquellen an die für die Beheizung der jeweiligen Verbundscheibe benötigten Anforderungen, beispielsweise hinsichtlich der räumlichgeometrischen Gegebenheiten und den benötigten energetischen Bedarf für eine effiziente Heizwirkung, anzupassen.
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Die IR-Strahlenquelle ist in einer bevorzugten Ausgestaltung mit mindestens einem Steuergerät und/oder einer Bordelektronik verbunden. Vorteilhafterweise muss nicht die Heizeinrichtung selbst, also die Heizschicht der erfindungsgemäßen Verbundscheibe für die Heizfunktion mit Anschlüssen und Leitungen, beispielsweise einer Stromversorgung oder Busbars, versehen werden.
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In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung sind zwei oder mehr IR-Strahlenquellen in oder am Fahrzeug angeordnet, die einer, zwei oder mehr Heizeinrichtungen zugeordnet sind und diese unabhängig voneinander geschaltet und betrieben werden können.
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In einer anderen Ausgestaltung weist die beheizbare Verbundscheibe lediglich die Außenscheibe mit der außenseitigen Oberfläche (I) und der innenraumseitigen Oberfläche (II) und die Heizeinrichtung auf, wobei die Heizeinrichtung die transparente Heizschicht aus photothermischem Material (PTM) ist, welches eine Absorption von größer 70%, bevorzugt größer 85 % im IR-Wellenlängenbereich > 0,8 µm, bevorzugt, > 0,9 µm, besonders bevorzugt > 1,0 µm aufweist und die Heizschicht zusätzlich mit einer Schutzschicht versehen ist, die insbesondere die Kratzfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und damit die Haltbarkeit verbessert.
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Erfindungsgemäß umfasst ist auch ein Fahrzeug enthaltend mindestens eine beheizbare Verbundscheibe und/oder eine Heizanordnung, jeweils wie vorstehend in verschiedenen Ausgestaltungen beschrieben.
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Die Herstellung der Verbundscheibe kann mittels an sich bekannten Verfahrensschritten erfolgen.
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Das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe oder Heizanordnung umfasst zumindest die Schritte:
- (a) Bereitstellen einer Außenscheibe, einer Innenscheibe und einer thermoplastischen Zwischenschicht,
- (b) Aufbringen oder Anordnen mindestens einer Heizschicht aus photothermischem Material in oder auf zumindest einen Teilbereich der außenseitigen Oberfläche (I) und einer innenraumseitigen Oberfläche (II) der Außenscheibe, und/oder der außenseitigen Oberfläche (III) und/oder innenraumseitigen Oberfläche (IV) der Innenscheibe (2), und /oder der Zwischenschicht, wobei die Heizschciht aus photothermischem Material ausgebildet ist, welches eine Absorption von größer 70%, bevorzugt größer 85 % im IR-Wellenlängenbereich > 0,8 µm, bevorzugt, > 0,9 µm, besonders bevorzugt > 1,0 µm aufweist,
- (c) Zusammenlegen der Innenscheibe, der thermoplastischen Zwischenschicht und der Außenscheibe in dieser Reihenfolge zu einem Schichtstapel,
- (d) Laminieren des Schichtstapels zu einer Verbundscheibe,
- (e) Optionales Aufbringen einer Schutzschicht mindestens auf die Heizschicht
- (f) Bereitstellen und Ausrichten einer IR-Strahlenquelle auf die Verbundscheibe, so dass die IR-Strahlung auf die Heizschicht trifft.
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Schritt b) des Verfahrens erfolgt wahlweise vor, während oder nach den Schritten a) bis d). Die Heizschicht kann beispielsweise auch als Beschichtung auf einer Trägerfolie, beispielsweise aus PET zwischen zwei PVB-Folien zur Ausbildung der Zwischenschicht in den Schichtstapel eingebracht werden.
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Die Laminierung des Schichtstapels erfolgt unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und/oder Druck, wobei die einzelnen Schichten durch mindestens eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden (laminiert) werden. Es können an sich bekannte Verfahren zur Herstellung einer Verbundscheibe verwendet werden. Es können beispielsweise sogenannte Autoklav-Verfahren 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 130 °C bis 145 °C. Die Außenscheibe, die Innenscheibe und die thermoplastische Zwischenschicht können auch in einem Kalander zwischen mindestens einem Walzenpaar zu einer Verbundscheibe verpresst werden. Anlagen dieser Art sind zur Herstellung von Verbundscheiben 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 Außenscheibe und die Innenscheibe 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 können.
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Die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung können einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein. Insbesondere sind die vorstehend genannten und nachstehend zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen, es sei denn sie sind explizit nur als Alternativen zueinander möglich und beschrieben.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Figuren genommen wird. Es zeigen in vereinfachter, schematischer und nicht maßstabsgetreuer Darstellung:
- 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Verbundscheibe in einer Ausgestaltung als Seitenscheibe, eingebaut in ein Fahrzeug (nur ausschnittsweise dargestellt) in seitlicher Ansicht;
- 2 eine Draufsicht auf die Verbundscheibe aus 1 in einer Draufsicht auf das Fahrzeug (nur ausschnittsweise dargestellt);
- 3 einen Querschnitt einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundscheibe mit Heizschicht aus photothermischem Material in der Zwischenschicht;
- 4 einen Querschnitt einer anderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundscheibe mit Heizschicht aus photothermischem Material auf einer Trägerfolie in der Zwischenschicht;
- 5 einen Querschnitt einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundscheibe mit Heizschicht aus photothermischem Material auf der Außenscheibe;
- 6 einen Querschnitt einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundscheibe mit Heizschicht aus photothermischem Material auf der Innenscheibe;
- 7 einen Querschnitt einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundscheibe mit Heizschicht aus photothermischem Material auf der Außenscheibe mit einer Schutzschicht;
- 8a Transmissionsspektrum einer Cäsium-Wolfram-Oxid-Schicht;
- 8b Reflexionsspektrum einer Cäsium-Wolfram-Oxid-Schicht
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1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Verbundscheibe 100 in einer Ausgestaltung als Seitenscheibe, eingebaut in ein Fahrzeug, welches aber nur ausschnittsweise dargestellt ist, in seitlicher Ansicht. Die Seitenscheibe ist in eine Fahrzeugtür eingebaut und weist eine Oberkante, eine Unterkante und Seitenkanten S1 und S2 auf. Die Begriffe „Oberkante“ und „Unterkante“ beziehen sich auf die Einbaulage. Die erfindungsgemäße Seitenscheibe weist in einem Teilbereich H (Heizschichtbereich) eine transparente Heizschicht 4 aus photothermischem Material auf, welches eine hohe Absorption im nahen Infrarotspektrum besitzt. Eine oder mehrere Strahlenquellen für Infrarotstrahlung (nicht gezeigt) sind in oder am Außenspiegel 5 angeordnet. Die gezeigten Pfeile zeigen schematisch die IR-Strahlen, die auf die Heizschicht 4 gerichtet sind und so vorteilhafterweise lokal, genau im gewünschten Bereich, eine effiziente, energiesparende Heizwirkung, und damit beispielsweise Enteisung oder die Entfernung von kondensierter Feuchtigkeit bewirken. Erfindungsgemäß ist alternativ auch eine vollflächige Ausbildung der Verbundscheibe 100 mit einer Heizschicht 4 möglich. Dies hat den Vorteil, dass die Heizschicht 4 mit der hohen Absorption im Infrarot-Wellenlängenbereich zusätzlich zu der Heizmöglichkeit auch eine Sonnen- bzw. Wärmeschutzfunktion übernehmen und so eine üblicherweise dafür vorgesehene IR-Strahlen reflektierende Beschichtung der Verbundscheibe 100 ersetzen kann.
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2 zeigt eine Draufsicht auf die Verbundscheibe 100 aus 1 in einer Draufsicht auf das Fahrzeug (nur ausschnittsweise dargestellt) von oben.
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3 zeigt einen Querschnitt einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundscheibe 100 mit einer Heizschicht 4 aus photothermischem Material in der Zwischenschicht 3. Die Verbundscheibe 100 weist eine Außenscheibe 1 mit einer außenseitigen Oberfläche (I) und einer innenraumseitigen Oberfläche (II), und eine Innenscheibe 2 mit einer außenseitigen Oberfläche (III) und einer innenraumseitigen Oberfläche (IV) auf, die über die thermoplastische Zwischenschicht 3 miteinander verbunden sind und die in dieser Ausführungform die transparente Heizschicht 4 aus photothermischem Material (PTM) umfasst. Das PTM weist eine Absorption von größer 70%, bevorzugt größer 85 % im nahen IR-Wellenlängenbereich > 0,8 µm, bevorzugt, > 0,9 µm, besonders bevorzugt > 1,0 µm auf. Die Heizschicht 4 ist in dieser Ausgestaltung sandwichartig in der Zwischenschicht 3 angeordnet. Die Heizschicht 4 ist vorteilhafterweise somit vor Umwelteinflüssen geschützt.
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4 zeigt einen Querschnitt einer anderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundscheibe 100 mit Heizschicht 4 aus photothermischem Material in der Zwischenschicht, wobei in dieser Ausgestaltung die Heizschicht 4 auf einer Trägerfolie 6, beispielsweise aus PET (Polyethylentherephthalat) aufgebracht ist. Dies kann beispielsweise in der Fertigung einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe 100 vorteilhaft sein, wenn die Heizschicht 4 nur in einem Teilbereich der Scheibenfläche angeordnet werden soll. Für eine teilweise Beschichtung auf einer Scheibenoberfläche müsste eine Maskierung vorgenommen werden, was gegebenenfalls aufwendiger wäre als eine entsprechend mit der Heizschicht 4 beschichtete Trägerfolie 6, beispielsweise für die nachfolgende Lamination zur Verbundscheibe 100 entsprechend einzubringen und anzuordnen.
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5 zeigt einen Querschnitt einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundscheibe 100 mit Heizschicht 4 aus photothermischem Material auf der innenraumseitigen Oberfläche II der Außenscheibe 1 und 6 zeigt einen Querschnitt mit einer Heizschicht 4 aus photothermischem Material auf der außenseitigen Oberfläche III der Innenscheibe 2. Beide Ausführungsformen haben den Vorteil, dass die Heizschicht 4 jeweils vor Umwelteinflüssen geschützt ist.
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7 zeigt einen Querschnitt einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundscheibe 100 mit einer Heizschicht 4 aus photothermischem Material auf der Außenscheibe 1, genauer gesagt als Beschichtung auf der außenseitigen Oberfläche I der Außenscheibe 1. Die Heizschicht 4 ist in dieser Ausführungsform mit einer flächig darauf aufgebrachten Schutzschicht 7 vor äußeren Einflüssen, insbesondere vor Verschmutzung und Verkratzen geschützt. Die Schutzschicht 7 bildet somit mindestens im Bereich der Heizschicht 4 die zur äußeren Umgebung gerichtete und zur umgebenden Atmosphäre exponierte Oberfläche der Verbundscheibe 100. Die mit der Schutzschicht 7 bedeckte Fläche, insbesondere die Heizschicht 4, wird hierdurch vorteilhaft vor äußeren Einflüssen, geschützt. Der erfindungsgemäße Schutzfilm 7, beispielsweise eine diamantähnliche DLC-Schicht, ist vorteilhafterweise widerstandsfähig und kratzfest. Ist die Heizschicht 4 nur teilweise auf die Fläche der Verbundscheibe 100 aufgebracht kann in einer hier nicht dargestellten Ausführungsform auch die weitere, nicht durch die Heizschicht 4 belegte, Fläche mit einer Schutzschicht 7 versehen werden. Dies hat den Vorteil, dass die damit verbundenen schützenden Eigenschaften ebenfalls ganzflächig bereitgestellt werden können. Dies ist in weiteren nicht dargestellten Ausführungsformen alternativ oder zusätzlich auch in analogen Ausgestaltungen auch für die dem Innenraum zugewandte Oberfläche IV der Verbundscheibe 100 möglich.
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Bei allen gezeigten oder beschriebenen Ausgestaltungen ist es prinzipiell möglich die IR-Strahlenquelle von der Außenseite oder der Innenseite auf die Heizschicht 4 zu richten, also im Falle eines Fahrzeugs die IR-Strahlenquelle außen am Fahrzeug, beispielsweise am Außenspiegel, oder im Fahrzeuginnenraum, beispielsweise im oder am Armaturenbrett anzuordnen.
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8a zeigt ein Transmissionsspektrum (T %) und die
8b das entsprechende Reflexionsspektrum (R %) einer Cäsium-Wolfram-Oxid-basierten Beschichtung. Der Bereich A zeigt einen besonders bevorzugten Wellenlängenbereich für die gewünschte hohe Absorption bei ca. 1000 nm. Der Absorptionsanteil ergibt sich aus der folgenden Formel:
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Aus den Spektren lässt sich für die Cäsium-Wolfram-Oxid-basierte Beschichtung bei einer Wellenlänge von 1 µm (1000nm) gemäß dieser Formel
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Eine Absorption von ca. 85 % ablesen (berechnen), die genau im gewünschten Bereich für eine Heizschicht 4 liegt. Darüber hinaus weist die Schicht die gewünschte hohe Transmission im sichtbaren Wellenlängenbereich auf. Vorteilhafterweise können die Heizschichten 4 in der erfindungsgemäßen Verbundscheibe 100 funktionell die mögliche Heizwirkung und eine Wärmeschutzfunktion in sich vereinen. Auf voll- oder großflächig eingebrachte, elektrisch beheizbare Schichten, wie zum Beispiel Silberschichten kann verzichtet werden. Dies führt zu einer vereinfachten, kostengünstigeren Herstellung der Verbundscheibe 100. Die Durchlässigkeit von Hochfrequenzstrahlung, beispielsweise für den Empfang von Mobilfunksignalen, die Kommunikation mit Cloudservern („Internet of Things“) und ähnliches wird durch die erfindungsgemäß eingebrachte Heizschicht 4 nicht beeinträchtigt, so dass hier weitere Vorteile erwachsen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Verbundscheibe
- 1
- Außenscheibe
- 2
- Innenscheibe
- 3
- thermoplastische Zwischenschicht
- 4
- Heizschicht (Heizeinrichtung)
- 5
- Außenspiegel (Auto)
- 6
- Trägerfolie
- 7
- Schutzschicht
- I
- außenseitige Oberfläche der Außenscheibe 1
- II
- innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe 1
- III
- außenseitige Oberfläche der Innenscheibe 2
- IV
- innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe 2
- S1
- Seitenkante
- S2
- Seitenkante
- O
- Oberkante (Einbaulage)
- U
- Unterkante (Einbaulage)
- A
- Bereich
- H
- Heizschichtbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2013/104438 A1 [0003]
- WO 2013/104439 A1 [0004]
- EP 2803246 B1 [0004]
- WO 2004/071981 A1 [0026]
- WO 2016/171627 A1 [0026]
- CN 20383434012 [0026]
- JP 2011 [0026]
- JP 068940 [0026]
- WO 2019/020481 A1 [0026]
