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Die
Erfindung bezieht sich auf eine transparente Scheibe mit partiell
abdunkelbarem Sichtfeld mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs
1 und auf ein Verfahren zum Steuern eines elektrochrom verfärbbaren
Flächenelements
in einer solchen transparenten Scheibe.
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Mit
dem Schutz von Fahrzeugführern
gegen Blendung durch Scheinwerfer entgegenkommender Fahrzeuge oder
sonstige Lichtquellen (tiefstehende Sonne, Straßenbeleuchtungen etc.) befassen
sich zahlreiche Veröffentlichungen.
Eine technische Familie davon beschreibt das partielle Abdunkeln
von Fahrzeugscheiben, insbesondere Fahrzeug-Windschutzscheiben,
mithilfe von elektrisch steuerbaren Elementen, die bestimmte Flächenanteile
der Sichtscheiben variabel eintönen
oder undurchsichtig machen.
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DE 198 51 904 A1 sieht
zu diesem Zweck ein dreieckiges Flächenelement vor, dessen eine
Seite auf der Fahrerseite unmittelbar an der Kante einer Windschutzscheibe
liegt, dessen Oberseite sich horizontal in Scheitelhöhe des Fahrers
befindet und dessen dritte Seite parallel zum perspektivisch vom
Fahrer wahrgenommenen Verlauf des Mittelstreifens einer gerade verlaufenden
Straße
angeordnet ist. Dieses Flächenelement
kann durch Flüssigkristalle
oder mithilfe einer elektrochromen Beschichtung eingedunkelt werden,
wobei eine automatische Funktionsweise durch Erfassung des einfallenden
Lichtes mittels einer Fotozelle gesteuert wird, wobei die Filterwirkung
entsprechend der Stärke
des einfallenden Lichtes gesteuert werden soll. Das Flächenelement ist
in sich nicht unterteilt und somit nur als Ganzes abdunkelbar. Es überdeckt
den bei Gegenverkehr auf gleicher Höhenlage am meisten blendgefährdeten
Flächenbereich
der Windschutzscheibe.
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DE 100 57 393 A1 beschreibt
ein optisches System mit einer Empfangseinheit, welche die Helligkeit
in der Umgebung eines Fahrzeugs erfasst und bei dem in oder auf
der Windschutzscheibe des Fahrzeugs angeordnete Mittel entsprechend
der Helligkeitsverteilung angesteuert und dadurch bestimmte Bereiche
der Windschutzscheibe verdunkelt werden. Als Ausführungsbeispiel
wird eine in die Windschutzscheibe integrierte Flüssigkristallmatrix
mit einer großen
Anzahl von Dünnfilmtransistoren
erörtert,
die pixelweise nach Maßgabe
der Signale der Empfangseinheit ansteuerbar sein sollen. Dies ermöglicht im Gegensatz
zum erstgenannten System auch eine dynamische lokale Verfolgung
des blen denden Lichteinfalls und damit eine Reduzierung des eingedunkelten
Flächenanteils.
Es soll ferner eine nach der Intensität des einfallenden Lichts differenzierte
mehr oder weniger starke Eindunkelung steuerbar sein.
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DE 100 46 103 A1 beschreibt
eine transparente Scheibe mit einer ähnlichen Ausstattung, die es ermöglicht,
auf elektrochromem Wege nur bestimmte Sektoren reversibel zu verdunkeln,
deren Ort in der Scheibenfläche
von einer Sensorsteuerung bestimmt wird. Als Voraussetzung für die partielle
Verdunkelung wird eine geeignete Segmentierung und Ansteuerung voneinander
unabhängiger
Sektoren genannt. Die Scheibe soll um eine Funktionsschicht erweitert werden,
die in Segmente, z. B. matrixartig in eine Vielzahl aneinander grenzender
Rechtecke, unterteilt wird. Besagte Segmente sollen dann jeweils
einzeln verdunkelt werden.
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Im
idealen Fall wird damit die Wirkung einer Sonnenbrille erzielt,
d. h. die Lichtintensität
wird auf ein erträgliches
Maß begrenzt,
ohne jedoch die Durchsicht in der betreffenden Zone völlig zu
verhindern.
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Ein
grundsätzliches
Problem dieser und prinzipgleicher Vorrichtungen ist die genaue
Lageortung des Durchgangs der die Blendung bewirkenden Lichtstrahlen
durch die betreffende Fensterscheibe („Lichtdurchtrittsort"). Dieser wird von
mehreren Variablen und/oder Parametern beeinflusst.
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Innerhalb
des Fahrzeugs ist das im Wesentlichen die Sitzposition des Fahrers
oder Insassen, der vor Blendung geschützt werden soll. Mit statistischen
Auswertungen wurde schon vor längerer
Zeit ein begrenzter räumlicher
Bereich ermittelt, in dem sich die Augen des (geradeaus in Fahrtrichtung
blickenden) Insassen mit größter Wahrscheinlichkeit befinden.
Man nennt diesen Bereich auch „95%-Augenellipse", weil er durch eine
geschlossene, ellipsenförmige
Kurve umschrieben werden kann (SAE J941). Eine anschauliche Darstellung
dieses Begriffs gibt J. Hudelmaier, „Die Erfassung personenindividueller
Sichtverhältnisse
im Pkw – das
Sichtanalysesystem ARGUS" (Brandenburgische
Umwelt Berichte 10, Seiten 108-115 (2001)), zu finden unter http://pub.ub.uni-potsdam.de/zsr/bub/separata/vol10/BUB10108.pdf.
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Nicht
nur die Körpergröße des Insassen, sondern
auch seine Sitzposition beeinflussen die Augenposition, die infolge
vielfältiger
und individuell ausgeschöpfter
Sitzverstelloptionen sehr starke Abweichungen von einer „Normposition" haben kann. Allerdings
kann die seitliche Positionierung, also z. B. der Abstand von der
Fahrzeug-Mitte, bei jedem Fahrzeug recht genau bestimmt werden,
weil hier angenommen werden kann, dass jeder Insasse mitten auf dem
Sitz sitzt und dieser nicht seitlich verstellbar ist.
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Ein
fahrzeuginterner Parameter ist ferner der Abstand der Fensterscheibe
von der Augenposition und ggf. der Anstellwinkel (Abweichung aus
der Vertikalen) der Scheibe.
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Außerhalb
des Fahrzeugs kann die Position der blendrelevanten Lichtquellen
im Verhältnis
zum Fahrzeug ebenfalls sehr stark variieren. In der Regel werden
statische Lichtquellen wie Straßenbeleuchtung,
Leuchtreklamen, Hausbeleuchtungen etc. nicht sehr störend wahrgenommen.
Tiefstehende Sonne und vor allem (ggf. nicht abgeblendete) Scheinwerfer entgegen
kommender Fahrzeuge sind weit wichtigere Blendfaktoren. Deren frontale
Einstrahlung wird jedoch wiederum entscheidend von der Relativposition des
in Rede stehenden Fahrzeugs mit einer Blendschutz-Einrichtung zur
Lichtquelle bestimmt, wobei die Lichteinfallrichtung durch die Eigenbewegung des
Fahrzeugs im Raum und im Falle des blendenden Gegenverkehrs auch
von dessen Bewegung bzw. von der Relativbewegung zwischen den sich
begegnenden Fahrzeugen beeinflusst wird.
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Ferner
wirkt sich der Verlauf der befahrenen Strecke erheblich auf den
Ort des Lichtdurchtritts durch die Windschutzscheibe aus. Im einfachsten Fall
einer ebenen, geraden Fahrbahn mag ein statisches System gemäß der eingangs
erörterten
DE 198 51 904 A1 genügen, doch
kann dieses die in der Praxis weit häufigeren Fahrbahnverläufe in Kurven, in
Steigungen und Gefällen
sowie mit Kuppen und Wannen bei weitem nicht berücksichtigen.
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Demgegenüber erscheinen
die anderen bekannten Systeme mit nachführbaren relativ kleinen Abblendbereichen
als bei weitem zu kompliziert und aufwändig, um in realen Fahrzeugen
den Anforderungen zu genügen.
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Man
kann und muss für
die wirksame dynamische Positionierung eines Blendschutzes zumindest
annehmen, dass der Fahrer eines Fahrzeugs stets in Richtung der
von ihm zu befahrenden Fahrbahn blickt, und zwar mit einem gewissen
Voraus-Abstand zum eigenen Fahrzeug, der bei Nachtfahrt durch die
Reichweite der eigenen Scheinwerfer begrenzt wird, der aber stets
das aus Fahrtrichtung einfallende Licht auffangen wird.
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In
jeder Windschutzscheibe realer Fahrzeuge ist dementsprechend ein
sogenanntes „A-Sichtfeld" oder Hauptsichtfeld
definierbar, durch das der Blick des Fahrers während des weitaus größten Zeitanteils
jeder Fahrt fällt
(und das von jeder Sichtbeeinträchtigung
frei sein muss). Dieses A-Sichtfeld hält allseitig zu den Umgrenzungen
des gesamten Sichtbereichs bestimmte Abstände ein und ist bei einer Gesamtfläche von
mehreren Quadratdezimetern in der Regel breiter als hoch, also etwa
rechteckig (wobei bei besonders flach angestellten Windschutzscheiben
eine Annäherung
an ein Quadrat in der vertikalen Projektion auf die Scheibenfläche möglich ist).
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In
Anhang 18 der ECE R43 ist dieses A-Sichtfeld anhand von bestimmten
Parametern einer beliebigen Fahrzeugumgebung definiert.
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Funktional
ist das A-Sichtfeld ein Pendant zu der vorgenannten Definition der
Augenellipse, da auch bei der Definition des Hauptsichtfeldes die räumliche
Position (insbesondere die Höhe)
der Augen des Fahrzeuginsassen im Fahrzeug und im Verhältnis zur
Windschutzscheibe berücksichtigt
werden muss.
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In
Kurven wird der Blick des Fahrers stets dem Verlauf der Kurve folgen
und vorauseilen, so dass im Falle des Gegenverkehrs in Linkskurven
die Blendgefahr eher auf der linken Seite des Fahrers und in Rechtskurven
auf der rechten Seite besteht, und zwar auch außerhalb des A-Sichtfeldes.
Infolge des zumeist asymmetrischen Abblendlichts ist dabei in Ländern mit
Rechtsfahr-Regelung die Blendung in Linkskurven meist stärker als
die in Rechtskurven. Für
Länder
mit Linksverkehr gilt die umgekehrte Betrachtung.
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Demgegenüber kann
in Rechtskurven (wiederum für
Länder
mit Rechtsverkehr) die Seitwärtsbewegung
des blendrelevanten Lichteinfallortes über die Windschutzscheibe wesentlich
größer als
in Linkskurven sein.
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Bei
der Fahrt über
eine Kuppe wird das Licht des Gegenverkehrs und auch der tiefstehenden
Sonne eher durch den unteren Bereich einer Windschutzscheibe störend einfallen,
während
beim Befahren einer Wanne oder Senke der Blick des Fahrers eher durch
den oberen Teil der Windschutzscheibe gerichtet sein wird. Werden
diese Gelände-
oder Fahrbahnstrukturen in Kurven durchfahren, so überlagern sich
noch die relativen Seitwärtsbewegungen
zwischen dem betrachteten Fahrzeug und der blendrelevanten Lichtquelle.
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Es
kommt ferner hinzu, dass im Gegenverkehr meist nicht nur ein Fahrzeug
eine Blendwirkung ausübt,
sondern häufig
mehrere hintereinander fahrende Fahrzeuge, so dass es in der Realität nicht
genügt,
sich punktuell auf eine „am
meisten störende" Lichtquelle zu konzentrieren.
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Auf
nasser Fahrbahn können
auch noch von der Fahrbahn reflektierte Lichtstrahlen als „virtuelle Lichtquelle" sehr störende Blendwirkungen
entfalten.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine weitere transparente
Scheibe anzugeben, deren partielle Abdunkelung an bestimmte Standardsituationen
angepasst ist, die im Straßenverkehr
häufig auftreten,
und ein Verfahren anzugeben, mit dem diese partielle Abdunkelung
steuerbar ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 hinsichtlich der Scheibe und mit
den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 15 hinsichtlich
des Verfahrens gelöst.
Die den unabhängigen
Ansprüchen jeweils
nachgeordneten Unteransprüche
geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.
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Ein
statistisch gesicherter Bereich für häufige Durchtritte blendrelevanter
Lichtstrahlen lässt
sich spezifisch für
jeden Fahrzeug- bzw. Karosserietyp durch Definition von bestimmten
Zonen im Zusammenhang mit dem A-Sichtfeld einer Windschutzscheibe,
aber auch außerhalb
dieses A-Sichtfeldes schaffen. Dieser Bereich wird erfindungsgemäß vorrangig
mit einer Abdunkelungs- oder Abblendeinrichtung versehen. Da in
fast allen Fällen
von Blendung das A-Sichtfeld zumindest vorübergehend betroffen ist, sieht
die erfindungsgemäße Lösung vor,
in dessen Bereich oder Fläche
bei jedem Auftreten einer Blendungssituation eine zumindest partielle
Abdunkelung einzusteuern.
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Dies
kann insbesondere dazu genutzt werden, in einem anderen Teil des
A-Sichtfeldes immer noch eine nicht verdunkelte Durchsicht beizubehalten.
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Ergänzend zur
der erforderlichen automatischen Erfassung der Stärke des
einfallenden Lichts kann die Abdunkelung oder Abblendung partieller Flächen der
Fensterscheibe erfindungsgemäß außerdem von
der Erfassung der Lage des Fahrzeugs im Raum unterstützend gesteuert
werden, d. h. es wird berücksichtigt,
ob sich das Fahrzeug in einer Kurve, in Steigung/Gefälle etc.
befindet. Diese zusätzlichen
Informationen tragen dazu bei, situationsgerecht die zusätzlich abzudunkelnden
Flächensegmente
der Scheibe auszuwählen
und anzusteuern.
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Für die Gewinnung
und Auswertung dieser Lageinformationen kommen verschiedene Systeme in
Betracht, die sich im Fahrzeug und/oder außerhalb des Fahrzeugs befinden
können.
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Beispielsweise
kann in einem Fahrzeug eine Kreiselplattform Änderungen von Fahrbahnneigungen
und entsprechend Abweichungen der Bewegung des Fahrzeugs von der
Horizontalen erfassen, ggf. aber auch Kurvenfahrten. Es ist auch
möglich,
Stellungsinformationen aus dem GPS-System und/oder Systemen zur
Zielführung
zu erhalten, die normalerweise dazu dienen, dem Fahrer Informationen über die
vor ihm liegende Fahrtroute zu geben.
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Die
erfindungsgemäße Integration
solcher positions- und/oder lagebestimmender Instrumente und/oder
Einrichtungen in die Steuerung der Aktivierung individueller Flächensegmente
ermöglicht
mit einer hohen Zuverlässigkeit
den Verzicht auf eine ständige
Bestimmung der eigentlichen Blickrichtung des Fahrzeugführers oder
anderer Insassen. Mit einer hohen Wahrscheinlichkeit lassen sich
in Echtzeit solche Flächensegmente
aktivieren bzw. verdunkeln, durch welche blendrelevante Lichtstrahlen
ins Fahrzeuginnere eingestrahlt werden. Sie lassen sich aber auch
mit einer Sensorik für
den Augpunkt oder die Augenellipse kombinieren, um so zu einer noch
besseren Trefferquote zu gelangen.
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Für die eigentliche
Abdunkelung der Fensterscheiben-Teilflächen sind ebenfalls mehrere
an sich bekannte Systeme verwendbar, z. B. die eingangs schon erwähnten Flüssigkristall-Systeme, elektrochrome
Schichtsysteme etc. Es kommt darauf an, dass die jeweilige Abdunkelung
rasch anspricht und auch schnell wieder abgebaut wird, denn gerade bei
Nachtfahrten mit erhöhter
Blendgefahr durch den Gegenverkehr ist jede unnötige Einschränkung der Sicht
durch die Fensterscheibe kritisch.
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Durch
Auslegung, Anordnung und (lokale) elektrische Ansteuerung von Elektroden
eines an sich bekannten elektrochromen Festkörper-Schichtsystems (im folgenden
EC-System) lassen sich kurze Schaltzeiten zwischen Hell- und Dunkelzustand
und auch unterschiedliche Verdunklungsgrade erreichen.
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Durch
die Anordnung separat ansteuerbarer bzw. mit Spannung beaufschlagbarer
Elektroden im Bereich der Fläche,
die von der elektrochromen Schicht bedeckt ist, und entsprechender
Unterteilung dieser Schicht lässt
sich auch mit dieser Technologie eine Unterteilung in mehrere separat
ansteuerbare Felder erreichen.
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Mit
besonderem Vorzug lässt
sich diese Erfindung bei solchen EC-Festkörper-Schichtsystemen einsetzen,
die auf der Grundlage einer reversiblen Kationen-Einlagerung in
eine elektrochrome Funktionsschicht arbeiten. Die Transmissions-
und Farbunterschiede sind die äußeren Anzeichen
unterschiedlicher Oxidationszustände
des elektrochromen Materials (das z. B. Wolframoxid enthält).
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Generell
haben die zu verwendenden Schichtsysteme jeweils eine substratnahe
transparente Flächen-Elektrode,
die vorzugsweise aus Indium-Zinn-Oxid („ITO") besteht, auf welcher das eigentliche,
im Ruhezustand durchsichtige EC-System aufgebracht ist. Dieses wiederum
ist mit einer weiteren transparenten Flächenelektrode überdeckt.
Wird letztere segmentiert, so müssen
jedenfalls solche Flächensegmente,
die nicht am Rand der damit ausgestatteten Fensterscheibe liegen,
mithilfe von Hilfselektroden, vorzugsweise in Gestalt von feinen Drähten, elektrisch
kontaktiert werden. Derartige Drähte
sind an sich bei Antennen- und Heizscheiben bereits bekannt. In
einer Verbundscheibe eingebaut sind auch sie optisch kaum wahrnehmbar.
Diese Draht-Hilfselektroden bieten die Möglichkeit, sie einzeln oder
in Gruppen an ein benötigtes
elektrisches Potenzial anzuschließen, und dadurch die jeweils
zugeordneten Flächensegmente
des EC-Systems gesondert zu verdunkeln.
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Bevorzugt
wird das EC-Festkörper-Schichtsystem
durch sehr schmale, optisch kaum wahrnehmbare Schnittlinien in Sektoren
unterteilt, wobei es wahlweise möglich
ist, die substratnahe Elektrode ebenfalls zu unterteilen oder sie
unversehrt zu lassen.
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Die
Aktivierung der jeweiligen Einfärbung und
Entfärbung
des EC-Elements wird erfindungsgemäß über geeignete automatische
Schaltmittel gesteuert, die insbesondere geeignete Sensoren für den Lichteinfall
sowie für
die Position des Fahrzeugs gegenüber
der oder den Blendungsquellen sowie auch entlang einem Streckenverlauf
umfassen kann. Dabei können
ein oder mehrere Sensoren (z. B. Fotodioden oder vergleichbare lichtempfindliche
Wandler) auf oder an der mit dem EC-Element ausgestatteten Fensterscheibe
selbst oder auch örtlich
davon getrennt vorgesehen werden.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile des Gegenstands der Erfindung gehen aus
der Zeichnung mehrerer Ausführungsbeispiele
und deren sich im folgenden anschließender eingehender Beschreibung
hervor.
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Es
zeigen in vereinfachter, nicht maßstäblicher Darstellung
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1 eine
Ansicht einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Fahrzeug-Windschutzscheibe,
in der schematisch die Anordnung eines in Flächensegmente unterteilten EC-Systems und
dessen Elektroden gezeigt sind,
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2 eine
Ansicht eines Schnitts durch den Randbereich der in 1 dargestellten
Ausführungsform;
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3 eine
Ansicht einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Fahrzeug-Windschutzscheibe
mit einer anderen Unterteilung des EC-Systems, und
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4 eine
Ansicht einer dritten Variante.
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Sämtliche
Figuren zeigen eine Windschutzscheibe 1 aus der Perspektive
eines Fahrzeugführers
eines links gesteuerten Fahrzeugs, wie in Europa üblich. Deshalb
befindet sich ein zum Blendschutz des Fahrers vorgesehenes EC-System 2 in
der linken Hälfte
der Windschutzscheibe und erstreckt sich global zwischen der linken
Seitenkante und etwa der Scheibenmitte. Elektroden-Anschlüsse für das EC-System
sind einerseits ebenfalls am linken Scheibenrand und andererseits
am oberen Scheibenrand vorgesehen. Das EC-System könnte auch über die Scheibenmitte hinaus
geführt
werden. In rechtsgesteuerten Fahrzeugen wäre es natürlich auf der anderen Seite
der Windschutzscheibe anzuordnen.
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Gemäß 1 ist
in einer als Verbundscheibe ausgeführten Windschutzscheibe 1 mit
etwa trapezförmigem
Umriss im Bereich der in Einbaulage linken Seitenkante ein vollflächiges EC-Element 2 mit
ebenfalls etwa trapezförmigem
asymmetrischem Umriss auf der im Verbund innen liegenden Scheibenfläche angeordnet.
Seine Fläche
ist hellgrau schattiert. Eine darin liegende dunkler schattierte
Fläche
bezeichnet das A-Sichtfeld 3 des Fahrzeugführers. Ersichtlich
ist die Fläche
des EC-Elements 2 größer als
die des A-Sichtfeldes,
das vollständig
von dem EC-Element abgedeckt ist.
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Zur
Oberkante der Windschutzscheibe der Windschutzscheibe 1 hält das EC-Element 2 einen Abstand
von mehreren Zentimetern. Dies ist der Streifen, der von den üblichen
Sonnenblenden oder äquivalenten
Abblendmitteln erfasst wird. In diesem Bereich tritt Blendung durch
Gegenverkehr eher selten auf.
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Seitlich
erstreckt sich das EC-Element 2 bis etwa zur Mitte der
Scheibe, mit einer Höhe
von mehreren Zentimetern. Gegenüber
der Unterkante der Scheibe hält
es ebenfalls einen Abstand von mehreren Zentimetern, wobei in diesem
tiefen Bereich ebenfalls eher keine blendenden Lichtstrahlen durchtreten.
Zur Mitte der Scheibe hin wird der untere freie Rand jedoch kleiner;
in der unteren Scheibenmitte können
noch Blendwirkungen durch Gegenverkehr in Rechtskurven an Kuppen
auftreten.
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Somit
liegen drei von vier Kanten des EC-Elements im Sichtfeld der Scheibe 1.
Im Rahmen dieser Prinzipbeschreibung können keine absoluten Abstände und
Abmessungen angegeben werden, weil die Anordnung des EC-Elements
in jeder Windschutzscheibe individuell und vor allem an der Lage des
A-Sichtfeldes ausgerichtet werden muss. Da jedoch letzteres für jede Windschutzscheibe
eindeutig definierbar ist, genügen
relative Angaben für
die Ausrichtung des erfindungsgemäßen EC-Elements.
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Man
erkennt innerhalb der Fläche
des EC-Elements 2 ein Gitternetz von im wesentlichen horizontal
verlaufenden Trennlinien 4 und vertikal verlaufenden Trennlinien 5.
Diese schließen
zwischen sich Flächen-Segmente 6 des
EC-Elements 2 ein, die unabhängig voneinander aktivierbar
sind. In der hier beschriebenen Ausführungsform bilden die Linien 4 „totale" Schnitte durch die
gesamte Dicke des EC-Elements, während
die Linien 5 dieses nur auf einem Teil seiner Dicke, also
partiell durchtrennen. Diese Maßnahmen
sind Teile der matrixartigen Ansteuerbarkeit der Segmente 6,
auf die später
noch näher
eingegangen wird. Die Gestalt der Segmente ist hier nur als Ausführungsbeispiel
zu verstehen.
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Entlang
dem Rand der Windschutzscheibe 1 ist auf einer im Verbund
innen liegenden Scheibenfläche
ein opaker umlaufender Rahmen 7 aus einer dünnen Siebdruck-Beschichtung
oder dgl. ausgebildet, der in weit verbreiteter Weise zum optischen
Kaschieren einerseits einer Verklebung der Windschutzscheibe 1 in
einer Fahrzeugkarosserie, andererseits von elektrischen Außenanschlüssen des EC-Elements
dient. Der Rahmen 3 und das EC-Element 2 sind
vorzugsweise auf unterschiedlichen innen liegenden Scheibenflächen bzw.
-ebenen angeordnet.
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Der
Rahmen 7 überdeckt
in der vertikalen Projektion auf die Scheibenfläche in einem schmalen Streifen
den seitlichen Rand des EC-Elements 2. Abweichend von der
vereinfachten zeichnerischen Darstellung wird man den Übergang
vom opaken Rahmen zum Sichtfeld durch Punktraster oder dgl. auflösen, wobei
die Ränder
des EC-Elements 2 vorzugsweise im flächig opaken Bereich liegen.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die gesamte Scheibenfläche
mit einer transparenten und elektrisch leitfähigen Beschichtung 8 bedeckt,
vorzugsweise einem transparenten leitfähigen Oxid („TCO"). Sie dient als
substratnahe Flächenelektrode des
EC-Elements 2 und
ist dessen integraler Bestandteil.
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Für dessen
Funktion würde
es zwar grundsätzlich
genügen,
die Beschichtung 8 nur auf der vom EC-Element 2 überdeckten
Fläche
zuzüglich
eines geringen randseitigen Überstandes
für die
Außenkontaktierungen
vorzusehen. Die Beschichtung ist jedoch vollflächig einfacher produzierbar,
da man auf eine Teil-Maskierung des Substrats verzichten kann. Außerdem hat
die ganzflächige
Beschichtung den Vorteil, dass sie mit geeigneten Anschlüssen versehen
auch (in an sich bekannter Weise) zum Beheizen der Verbundscheibe
genutzt werden könnte.
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Obwohl
es möglich
wäre, die
Beschichtung 8 vor dem Zuschneiden der Scheibe aufzubringen, wird
sie im vorliegenden Fall ebenso wie das EC-Element 2 selbst
auf die fertige, ggf. gebogene Scheibe abgeschieden. Sie kann eine
Indium-Zinn-Oxid(ITO)-Schicht umfassen, jedoch können ggf. auch andere leitfähige, ggf.
aus mehr als einer transparenten Schicht aufgebaute Schichtsysteme
als Flächenelektrode
verwendet werden, die im Stand der Technik mannigfach beschrieben
sind. Die Beschichtung 8 kann ferner Wärme dämmende (Infrarotstrahlen reflektierende)
Eigenschaften haben.
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Bevorzugt
werden diese Beschichtungen in an sich bekannter Weise durch magnetfeldunterstützte Kathodenzerstäubung (Sputtern/PVD-Verfahren)
direkt auf die Scheibenoberfläche
abgeschieden. Es ist jedoch auch möglich, sie durch CVD-Verfahren
abzuscheiden.
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Auf
der Elektrodenschicht 8 ist unmittelbar ein elektrochromes
Schichtsystem (das selbst mehrere Schichten umfassen kann) nach
dem eingangs erörterten
Stand der Technik aufgebracht. Oberhalb des elektrochromen Schichtsystems
ist noch eine weitere transpa rente Flächenelektrode als substratferne
Gegenelektrode aufgebracht. Diese hat die gleichen Flächenabmessungen
wie das EC-Element 2 selbst bzw. dessen Funktionsschichtsystem
(also entsprechend der in 1 hell abgetönten Fläche); auf
sie wird anhand von 2 noch näher eingegangen. Diese Elektrode
darf keine direkte elektrisch leitende Verbindung mit der Beschichtung 2 haben.
Der insgesamte Schichtaufbau des so gebildeten EC-Elements 2 wird
anhand von 2 später noch näher erörtert. Seine Schichten können jedenfalls wirtschaftlich
durch Sputtern auf industriellen Anlagen aufgebracht werden.
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Eine
Verdunkelung des EC-Elements 2 bzw. seiner Segmente 6 tritt
dann auf, wenn zwischen der unteren und der oberen Flächenelektrode
eine elektrische Spannung angelegt wird.
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Um
eine definierte lokale elektrische Ansteuerung der Segmente 6 des
EC-Elements 2 im Sinne der vorliegenden Erfindung zu erreichen,
sind mehrere Elektrodenanschlüsse
erforderlich.
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Zunächst ist
hierzu die Beschichtung 8 mithilfe der schon erwähnten Trennlinien 4 (die
sich durch die gesamte Dicke des EC-Elements 2, also durch sämtliche
Schichten erstrecken, aus denen es besteht) in sechs im Wesentlichen
horizontale Streifen A bis F unterteilt, die am linken Rand der
Scheibe 1 individuell an Leitungen 9 angeschlossen
sind. Letztere können
von einer Steuerung individuell oder in beliebigen Gruppen an ein
bestimmtes elektrisches Potenzial gelegt werden. Sie werden außerhalb
der Windschutzscheibe 1 vorzugsweise in einer Mehrfachleitung 10 abgeführt, wie
an ihrem oberen Ende angedeutet. Man wird diese (niederohmigen)
Leitungen in an sich bekannter Weise als Mehrfach-Flachbandleitung
(vorzugsweise in Form von zwischen zwei Kunststofffolien eingebetteten
Leiterstreifen) ausführen,
dessen geringe Dicke den Einbau in einen Scheibenverbund ermöglicht.
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Alternativ
könnten
die Leitungen 9 auch wenigstens in den entlang der Scheibenkante
verlaufenden Abschnitten durch Siebdrucken einer elektrisch leitfähigen Paste
auf die entsprechende Oberfläche hergestellt
werden (sofern ihre gegenseitige elektrische Isolierung z. B. durch
flächiges
Entfernen jeglicher elektrisch leitfähigen Beschichtung in dem betreffenden
Flächenbereich
sichergestellt ist), wobei dann eine entsprechende Anschlussschnittstelle
für Außenanschlüsse am äußeren Rand
der Scheibe vorzusehen ist (z. B. ein Mehrfach-Lötanschlussfeld).
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Eine
Trennlinie 11 erstreckt sich entlang dem linken Rand der
Windschutzscheibe 1 und teilt einen (von dem opaken Rahmen 7 überdeckten)
Randstreifen von der Beschichtung 8 ab. Auf diesem Randstreifen
verlaufen zunächst
auch die (gegeneinander elektrisch iso lierten) Leitungen 9.
Man könnte
in diesem Randstreifen die hier funktionslose Beschichtung vollständig entfernen.
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Die
Trennlinien 4 zwischen den Streifen A bis F erstrecken
sich über
diese Trennlinie 11 hinweg, so dass für eine völlige elektrische Trennung
der Streifen A bis F gesorgt ist. Es versteht sich, dass auch am
rechten Rand des EC-Elements jede direkte elektrische Verbindung
zwischen den Streifen A bis F durch Auftrennen der Beschichtung 8 aufgehoben wird.
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Die
Leitungen 9 überbrücken die
Trennlinie 11 und sind mit dem ihnen jeweils zugewiesenen Streifen
A bis F der Beschichtung 8 verbunden. Bei Bedarf kann am
rechten Rand des EC-Elements 2, der sich in der Sichtfläche der
Scheibe 1 befindet, ebenfalls eine individuelle Kontaktierung
der Streifen A bis F vorgesehen werden, die hier jedoch zur Vereinfachung
nicht dargestellt ist. Damit kann das jeweils anzulegende Potenzial
von zwei Seiten her an jeden Streifen gelegt werden, und eine homogene Hell-Dunkel-Schaltung
noch begünstigen.
Man kann ferner anstelle der hier dargestellten einzelnen Leitungen
eine Mehrzahl paralleler Zweige für jeden Streifen A bis F vorsehen,
um das elektrische Potenzial auf möglichst breiter Front in die
Streifen einzuleiten.
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Entlang
dem oberen Rand der Windschutzscheibe 1 ist in dem vom
Rahmen 7 überdeckten
Bereich eine weitere Sammelleitung 12 angeordnet. Von ihr
gehen dünne
niederohmige Drähte
a bis h aus und erstrecken sich über
sämtliche
Streifen A bis F des EC-Elementes 2 hin bis in die Nähe von dessen
unterem Rand. Sie liegen in der Fläche des EC-Elements 2 zwischen den Trennlinien 5 und
sind dabei mit dessen erwähnter
oberen Flächenelektrode
elektrisch kontaktiert, wobei jedes Flächensegment 6 mit
genau einem der Drähte
elektrisch verbunden ist. Die Trennlinien 5 durchdringen
nur die obere Elektrode und die Funktionsschicht des EC-Elements 2,
nicht jedoch die Beschichtung 8, welche die untere Elektrode
bildet. Es ist wohlgemerkt nicht möglich, die Beschichtung 8 selbst
als Strompfad zur Kontaktierung der oberen Flächenelektrode zu nutzen.
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Solche
Drahtanordnungen sind als solche vor allem bei elektrisch mit Draht-Heizfeldern
beheizbaren Verbundscheiben bekannt. Die einzelnen Drähte sind
so dünn,
dass sie mit unbewehrtem Auge kaum wahrnehmbar sind, und sind optisch
zusätzlich durch
die leichte Tönung
des EC-Elements 2 kaschiert. Die Drähte bestehen meist aus Wolfram
und sind mechanisch hoch belastbar, so dass sie trotz minimaler
Drahtdurchmesser die zur maschinellen Verlegung erforderliche Festigkeit
haben.
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Der
Bereich der Beschichtung 8, den die Drähte a bis h außerhalb
(oberhalb) des EC-Elements 2 berühren, ist ebenfalls durch Trennlinien
von dem letzteren elektrisch so isoliert, dass jeder Kurzschluss
zwischen der oberen und der unteren Elektrode durch die Drähte a bis
h ausgeschlossen ist (ein solcher Kurzschluss würde die Abdunkelung des EC-Elements
verhindern).
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Man
kann dazu das gesamte Feld der Beschichtung 8, in dem die
Drähte
a bis h liegen, einheitlich von der restlichen Beschichtung durch
Trennlinien abteilen.
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Es
wäre als
Alternative auch denkbar, statt einer vollflächigen Beschichtung des Substrats 1 mit der
Beschichtung 8 diese Flächenelektrode
z. B. mithilfe von Masken nur in dem Flächenanteil aufzubringen, den
das EC-Element 2 überdeckt,
sowie in den zur Kontaktierung benötigten Randbereichen.
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Wenn
man eine pixelweise Ansteuerung der Felder des EC-Elements 2 erhalten
will, müssen
ferner auch die Drähte
a bis h gegeneinander elektrisch isoliert werden. Dies kann im Bereich
der Beschichtung 8 z. B. wiederum durch feine Trennlinien
erreicht werden, die sich jeweils zwischen zwei Drähten parallel
zu diesen erstrecken -als Fortsetzungen der Trennlinien 5 über die
Oberkante des EC-Elements hinaus, wie in 1 angedeutet-
und die Beschichtung 8 in Streifen unterteilen.
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Für die erwähnte pixelweise
Ansteuerung ist ferner statt der Sammelleitung 12 eine
individuelle Einspeisung in jeden Draht a bis h vorzusehen, analog
zu den Leitungen 9 am linken Rand des EC-Elementes.
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Die
hier dargestellten Einzel-Drähte
a bis h könnten
jeweils durch eine Schar paralleler Drähte ersetzt werden, um der
oberen Flächenelektrode
das elektrische Potenzial möglichst
gleichmäßig über die zugeordneten
Streifen zwischen den Trennlinien 5 zuzuleiten.
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Man
kann folglich durch Anlegen einer Spannung an einen oder mehrere
der Streifen A bis F und an einen oder mehrere Drähte a bis
h selektiv jeweils eines oder mehrere Segmente 6 des EC-Elements individuell
aktivieren und abdunkeln.
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Wenn
die Drähte
a bis h, wie hier gezeigt, an einer gemeinsamen Sammelleitung und
damit stets auf gleichem elektrischem Potenzial liegen, so kann man
jeweils einen oder mehrere Streifen A bis F auf ganzer Breite ansteuern.
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Wenn
die Drähte
a bis h jedoch individuell mit elektrischem Potenzial beaufschlagt
werden können,
so kann beispielsweise durch Anlegen einer Spannung zwischen dem
Streifen A und dem Draht h nur das Segment 6 in der rechten
oberen Ecke des EC-Elements 2 verdunkelt.
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Legt
man diese Spannung auch an die Streifen B bis F an (bei weiterhin
individueller Kontaktierung des Drahtes h), so verdunkelt sich der
gesamte (vertikale) Streifen des EC- Elements zwischen dessen rechtem Rand
und der ersten Trennlinie 5 links von diesem Rand.
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Legt
man z. B. Spannung an die Streifen A, B und C sowie an die Drähte f, g
und h, so verdunkelt sich ein relativ großer oberer rechter Eckbereich
des EC-Elements 2. Damit würde man einer Blendung durch
Gegenverkehr in einer Rechtskurve bergauf begegnen können.
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Ebenso
lässt sich
durch Anlegen der Spannung an mehrere Drähte, z. B. c bis g, und an
einen oder mehrere Streifen, z. B. die Streifen B bis E, praktisch
das gesamte A-Sichtfeld verdunkeln.
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2 veranschaulicht
mit einer stark schematisierten Schnittansicht den inneren Aufbau
des EC-Elements 2 aus 1. Die Bezugszeichen
wurden so weit möglich
beibehalten. Der Schnitt verläuft von
der linken Seitenkante der Windschutzscheibe 1 etwa parallel
zum unteren Rand des EC-Elements 2 im Streifen F bis zum
Draht d und der nach rechts auf diesen folgenden Trennlinie 5.
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Man
erkennt, dass die Windschutzscheibe 1 aus zwei starren
Scheiben 1.1, 12 und einer diese flächig-adhäsiv verbindenden
Zwischenschicht 1.3 besteht. Letztere ist horizontal strichpunktiert
unterteilt, um anzudeuten, dass sie real deutlich dicker als das EC-Element 2 bzw.
dessen Einzelschichten ist. Das Material der Zwischenschicht ist
nach Verträglichkeit mit
der Ausführung
der Schichten des EC-Elements 2 auszuwählen.
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In
der einschlägigen
Literatur finden sich entsprechende Hinweise. Die Funktionsschicht
des EC-Elements 2 benötigt
einen bestimmten Wassergehalt für
den Ladungstransport, der ihr nicht durch das Material der Zwischenschicht
entzogen werden darf. Wegen ihrer starken hygroskopischen Eigenschaften
kommen deshalb die bei Verbundscheiben üblichen Klebefolien aus PVB
hier weniger in Betracht. Man bevorzugt derzeit thermoplastische
Polyurethan-Klebefolien, andere wenig hygroskopische Klebe-Materialien
sind jedoch ebenfalls denkbar.
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Im
Einbauzustand als Fahrzeug-Windschutzscheibe liegt die in 2 obere
Scheibe 1.1 außen,
die untere Scheibe 1.2 ist dem Fahrzeug-Innenraum zugewandt.
Man erkennt am rechten Rand die Lage des Rahmens 7 auf
der im Verbund innen liegenden Scheibenfläche der oberen Scheibe 1.1 (in der
Fachsprache auf Seite 2 der Verbundscheibe). Auf die ihr
gegenüber
liegende Innenfläche
der unteren Scheibe 1.2 (Seite 3) ist unmittelbar
die Beschichtung 8 als untere Elektrode des EC-Elements 2 aufgetragen.
Man erkennt die Trennlinie 11 und einen kurzen Abschnitt
einer der Leitungen 9, welche diese Trennlinie überbrücken. Um
das erwähnte
Risiko einer Dehydrierung des EC-Elements noch weiter zu verringern,
kann die Zwischenschicht 1.3 durch eine außen umlaufende
Dichtung 1.4 (z. B. eine Butylmasse) versiegelt werden.
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Im
Einbauzustand in einer Fahrzeugkarosserie sind die Ränder der
Windschutzscheibe von einer Innenverkleidung abgedeckt, so dass
auch von innen her die besagten Rand- und Anschluss-Bereiche optisch kaschiert
sind.
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Auf
der Beschichtung 8 liegen (wie schon erwähnt) eine
Funktionsschicht 2F und darüber die weitere Flächenelektrode 2E des
EC-Elements 2. Die Funktionsschicht 2F ist hier
vereinfacht als einheitliche Schicht dargestellt; real besteht sie
aus mehreren Einzelschichten, auf die hier jedoch nicht näher eingegangen
werden muss, da sie als bekannt vorausgesetzt werden können.
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Man
erkennt, dass die Trennlinien 5 nur die Flächenelektrode 2E und
die Funktionsschicht 2F, nicht jedoch die Beschichtung 8 durchdringen.
Folglich wird der Streifen F (sowie auch die anderen Streifen A
bis E) nicht unterteilt. Es würde
grundsätzlich auch
genügen,
nur die Flächenelektrode 2E abzuteilen,
da die Funktionsschicht 2F des EC-Elements anisotrop leitfähig ist,
d. h. in ihrer Flächenerstreckung einen
viel höheren
Widerstand hat als im Normalen-Sinn (direkt zwischen den Flächenelektroden 8 und 2E).
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Eine
zwischen die Beschichtung 8 und den Draht c angelegte Spannung
ist durch ein Symbol U und einen Pfeil repräsentiert. Das entsprechende Segment
der Funktionsschicht 2F ist dementsprechend selektiv dunkler
als das rechts daneben liegende Feld.
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Schematisch
ist ferner noch die Anordnung eines Sensors 13 in Lichteinfallrichtung
hinter der Windschutzscheibe 1 angedeutet. Ein Lichtstrahl 14 trifft
durch die Scheibe 1 auf das EC-Element 2 und auf
den Sensor 13; letzterer aktiviert nach Maßgabe der
Steuerung, die die relative Lage des Fahrzeugs zur Lichtquelle auswertet,
das entsprechende Segment 6, wodurch der Lichtstrahl 14 nur
noch abgeschwächt
(durch gestrichelte Darstellung angedeutet) durchtreten kann.
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3 zeigt
ein anderes Ausführungsbeispiel einer
möglichen
Unterteilung des EC-Elements 2 in lediglich drei etwa dreieckig-streifenförmige horizontale
Segmente 6.1, 6.2, 6.3 durch Trennlinien 4,
welche die gesamte Dicke des EC-Elements einschließlich der
Beschichtung 8 aufteilen. Somit entsprechen die Segmente 6.1 bis 6.3 funktional
den Streifen A bis F der Konfiguration aus 1. Jedes
dieser Segmente überdeckt
einen Teil des A-Sichtfeldes sowie je nach Position auch Flächen über, neben
und unter dem A-Sichtfeld. Auf eine detaillierte Darstellung der zugehörigen Anschlüsse wurde
hier verzichtet; lediglich auf der linken Seite ist ein Kontaktierungsbereich 9' angedeutet,
in dem analog zu der Anordnung gemäß 1 jedes
der drei Segmente 6.1, 6.2, 6.3 mit einem
Außen anschluss
verbunden wird. Folglich kann jedes dieser drei Segmente individuell
aktiviert und verdunkelt werden.
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Da
auf eine Unterteilung des EC-Elements in Querrichtung (vertikale
Trennlinien) verzichtet wurde, kann bei dieser Konfiguration die
obere Flächenelektrode
mit einem gleichmäßigen Raster
aus parallelen Drähten
stets gleichen elektrischen Potenzials belegt werden, die hier allerdings
nicht dargestellt sind. Es ist beispielsweise denkbar, dass diese
Drähte
stets an Masse liegen, während
eine Aktivierung des/der jeweils zu verdunkelnden Segments bzw.
Segmente durch Aufschalten der benötigen Spannung an eines oder
mehrere seitliche Anschlüsse
erreicht wird.
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Eine
Verdunklung des oberen Segments 6.1 wird z. B. eingesteuert
bei einer Blendung durch tiefstehende Sonne, oder durch Gegenverkehr
bei Durchfahrt durch eine Fahrbahnwanne, wenn der Fahrer zur Weiterfahrt
nach oben schauen muss.
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Das
mittlere Segment 62 wird verdunkelt, wenn auf ebener Fahrbahn
eine Blendung auftritt (dies wird der häufigste Blendungsfall sein).
Das untere Segment 6.3 kann bei Fahrt über eine Kuppe oder auch bei
Blendung auf nasser Fahrbahn aktiviert werden.
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Es
lassen sich natürlich
noch weitere Varianten von Segment-Unterteilungen des EC-Elements 2 darstellen.
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So
zeigt 4 noch eine weitere Variante, analog etwa zu 3,
mit einer weiteren Differenzierung der Flächenaufteilung des EC-Elements.
Man hat hier fünf
Segmente 6.1 bis 6.5 vorgesehen, die im Vergleich
mit der Konfiguration gemäß 3 durch eine
weitere Unterteilung des Segments 6.2 und eine Vergrößerung der überdeckten
Fläche
zum unteren Scheibenrand hin entstanden. Wiederum überdeckt jedes
der Segmente einen Teil der Fläche
des A-Sichtfeldes 3.
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Dabei
hat jedes Segment von der linken Seite her einen direkten Anschluss
ohne vertikale Trennung. Bei den Segmenten 6.2 und 6.5,
deren Flächenanteil
im Wesentlichen in der Scheibenmitte liegt, wird dies durch Abteilen
nur relativ schmaler Streifen des EC-Elements 2 am linken
Rand durch die Trennlinien 4 erreicht, die auch in dieser
Konfiguration wieder sämtliche
Schichten des EC-Elements einschließlich der substratnahen Elektrode/Beschichtung 8 durchtrennen.
Dies hat den Vorteil, dass man wieder die Kontaktierung der oberen
Flächenelektrode
einheitlich lassen kann, da eine individuelle Ansteuerung der Flächensegmente 6.1 bis 6.5 ausschließlich über ihre
Anschlüsse
aus dem Kontaktbereich 9' möglich ist.
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Die
Segmente 6.1, 62 und 6.5 werden wiederum
vorzugsweise dann angesteuert, wenn sich das Fahrzeug in einer Rechtskurve
befindet und vom Gegenverkehr blendendes Licht abgestrahlt wird;
dabei kann die relative Lage des Fahrzeugs zum Gegenverkehr für die Aktivierung
des einen oder des anderen Segments mitbestimmend sein. Das Segment 6.3 wird
für den
häufigsten
Blendungsfall bei Gegenverkehr auf ebener Fahrbahn aktiviert (wobei „eben" hier auch eine steigende
oder abfallende Fahrbahnebene umfasst). Das Segment 6.4 kommt
vor allem dann zum Einsatz, wenn eine Blendung beim Passieren einer
Kuppe auftritt oder wenn auf nasser Straße blendende Lichtstrahlen
von unten durch die Scheibe 1 treten.