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Die
Erfindung bezieht sich auf eine transparente Scheibe mit einem elektrisch
beheizbaren Schichtsystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des
Patentanspruchs 1.
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Besonders
für Fahrzeug-Windschutzscheiben
besteht eine große
Marktnachfrage nach beheizbaren Ausführungen, wobei die Heizung
als solche optisch möglichst
wenig wahrnehmbar bzw. störend sein
soll. Deshalb wird zunehmend eine beheizbare transparente Beschichtung
der Scheiben nachgefragt.
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Ein
generelles Problem von heizbaren Schichtsystemen mit geringer Lichtabsorption
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. 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
(Teil-)Schichten dicker sein müssten.
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Aus
diesen technischen Gründen
werden derzeit noch drahtbeheizte Scheiben bevorzugt verbaut, die
sich ohne weiteres mit der üblichen
Bordspannung speisen lassen. Diese Verbundscheiben mit eingelegten
Heizfeldern aus sehr dünnen
(nur wenige Mikrometer dicken) Drähten werden aber nicht von
allen Abnehmern akzeptiert. Darüber
hinaus ist ihre Fertigung relativ aufwändig.
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Das
Patent
DE 12 568 12
B1 beschreibt eine Glasscheibe, die mittels einer flächig auf
ihre Oberfläche
aufgebrachten elektrisch leitfähigen
Schicht aus Metall oder Metalloxid beheizbar ist. Diese Veröffentlichung
mit Anmeldepriorität
aus 1963 geht von einem sehr hohen Schichtwiderstand von 200 Ω/Flächeneinheit
aus. Um diese Schicht trotzdem mit einer verhältnismäßig geringen Spannung über zwei
seitliche niederohmige Sammelleiter homogen zu beheizen, sind von
den letzteren ausgehend sich über
das gesamte Sichtfeld der Scheibe erstreckende schmale, gedruckte,
niederohmige Kammelektroden vorgesehen. Diese kämmen mit abwechselnden Polaritäten miteinander.
Sie enden erst jeweils kurz vor dem jeweils gegenüber liegenden
Sammelleiter. Damit wird zwar erreicht, dass der Heizstrom quer
zur Längserstreckung
der einzelnen Linien der Kammelektroden nur verhältnismäßig kurze Wege innerhalb der
Schicht zurücklegen
muss.
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Als
Vorteil im Vergleich mit Scheiben, die nur mithilfe von gedruckten
schmalen Heizleitern beheizt werden, wird dort die homogene Heizleistung
bei relativ großen
gegenseitigen Abständen
der Kammelektroden genannt.
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Die
besagten, optisch schraffurartigen Linien stören jedoch die Durchsicht und
die optische Anmutung des Haupt-Sichtfeldes der so ausgeführten Scheibe.
Der optische Vorteil einer transparenten Heizschicht bleibt ungenutzt.
Diese Scheibe ist nur als Heckscheibe für Automobile vorgesehen. Als Windschutzscheibe
dürfte
sie auch gegenwärtig
nicht eingesetzt werden, da bei diesen jedenfalls in einem genormten
sogenannten A-Sichtfeld keinerlei Sichtbeeinträchtigungen vorliegen dürfen.
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Ein
weiteres Problem bei Heizbeschichtungen kann dadurch entstehen,
dass sie mitunter nicht homogen über
die gesamte Fläche
der transparenten Scheibe aufgebracht werden können, sondern dass man eine
oder mehrere Unterbrechungen, sogenannte „Kommunikationsfenster", darin vorsehen muss,
welche den Fluss des Heizstroms beeinträchtigen und ggf. zur Ausbildung
von „hot
spots" (lokalen Überhitzungen)
an ihren Rändern
führen.
Solche Kommunikationsfenster dienen dazu, die an sich kurzwellige
bzw. infrarote Strahlen reflektierende Beschichtung lokal für bestimmte
Informationsflüsse oder
-signale durchlässiger
zu machen.
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Zum
Einleiten und Abführen
des Heizstroms in solche Beschichtungen wird mindestens ein Paar von
(streifenförmigen)
Elektroden oder Sammelleitern (auch „bus bars") vorgesehen, welche die Ströme in die
Schichtfläche
möglichst
gleichmäßig und einleiten
und auf breiter Front verteilen sollen. Bei Fahrzeugscheiben, die
wesentlich breiter als hoch sind, liegen die Sammelleiter meist
entlang den längeren
(in Einbaulage oberen und unteren) Kanten der Scheibe, so dass der
Heizstrom den kürzeren
Weg über
die Scheibenhöhe
fließen
kann. Zugleich liegen die erwähnten
Kommunikationsfenster zumeist an der oberen Scheibenkante und erstrecken
sich dort über
mehrere Zentimeter Breite.
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Das
Dokument WO 00/72 635 A1 beschreibt ein transparentes Substrat mit
IR-reflektierender Beschichtung und einem durch flächiges Entfernen
oder Fortlassen der Beschichtung hergestellten Kommunikationsfenster.
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Offensichtlich
bildet jegliches die Homogenität
der Beschichtung verändernde
Kommunikationsfenster eine Störung
der Stromflüsse.
Es entstehen lokale Temperaturspitzen („hot spots"), die zu Schäden am Substrat (Wärmespannungen)
und an der Beschichtung selbst führen
können.
Das ist nicht nur dann der Fall, wenn die Beschichtung großflächig fehlt,
sondern auch dann, wenn das Kommunikationsfenster durch eine mehr
oder weni ger große
Anzahl von einzelnen, nicht zusammenhängenden Schlitzen gebildet
wird. Auch diese bilden in dem betreffenden Flächenbereich eine merkliche
Erhöhung des
Schichtwiderstandes und lassen zugleich ebenfalls die erwähnten hot
spots entstehen.
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Das
zuletzt genannte Dokument schlägt
als Maßnahme
zum Vermindern der Störwirkung
des großflächigen Kommunikationsfensters
vor, an dessen Rand ein elektrisch leitfähiges Band vorzusehen, das
einen sehr viel geringeren ohmschen Widerstand pro Quadrateinheit
hat als die Heizschicht. Es soll die Ströme um den Ausschnitt herum
leiten. Bevorzugt wird ein Kommunikationsfenster vollständig von
einem solchen Band umrahmt. Das Band kann durch Aufdrucken und Einbrennen
einer leitfähigen,
Silber enthaltenden Siebdruckpaste hergestellt werden. Es kann aber
auch durch Auftragen eines elektrisch leitfähigen Lacks oder durch Auflegen
eines metallischen Streifens angebracht werden. In allen Fällen ist
natürlich
eine elektrisch leitende Verbindung des Bandes mit der Beschichtung
funktionsnotwendig.
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Das
Band kann optisch durch Überlagern
eines opaken, elektrisch nicht leitfähigen Maskierungsstreifens,
z. B. aus schwarzem Email kaschiert werden. Solche Maskierungsstreifen
bestehen in der Regel aus einem nicht leitfähigen, schwarz gefärbten einbrennbaren
Material (Siebdruckpaste). Infrarot-Strahlung wird von diesem Material
nicht reflektiert, sondern absorbiert.
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Das
Patent
DE 103 33 618
B3 offenbart eine transparente Scheibe mit beheizbarer
Beschichtung und einem darin eingebrachten Kommunikationsfenster.
Um dieses elektrisch für
den Heizstrom zu überbrücken, ist
ein an einen der Sammelleiter direkt angeschlossener Überzug aus
einem Material vorgesehen, dessen ohmscher Widerstand geringer als der
Flächenwiderstand
der beheizbaren Beschichtung ist. Der Überzug erstreckt sich lediglich
entlang einem Teil des Sammelleiters. Er ist aus einem opaken, vorzugsweise
aufdruckbaren Material hergestellt, das eine Anzahl von Schlitzen
oder anderen Ausnehmungen aufweist.
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DE 198 29 151 C1 beschreibt
ein Verfahren zum elektrischen Kontaktieren eines leitfähigen Dünnschichtsystems
auf einer Glasscheibe, bei dem zum Überwinden des hohen Widerstandes
einer dielektrischen Deckschicht des Schichtsystems mithilfe von
Ultraschall-Schweißen
Kontaktstellen zwischen Sammelleitern und der eigentlichen leitfähigen Teilschicht
hergestellt werden.
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Aus
WO 03/024 155 A2 ist eine einschlägige transparente Scheibe mit
beheizbarer Beschichtung bekannt, bei der einerseits eine Betriebsspannung von
maximal 42 V angege ben wird, die aber auch das Problem von „hot spots" an den Rändern eines
Kommunikationsfensters zu lösen
sucht. Generell werden mehrere unterschiedliche Spannungsniveaus
verwendet, wobei an (z. B. wegen des Kommunikationsfensters) verkürzte Strompfade
eine geringere Spannung angelegt wird, um lokale Überhitzungen
zu vermeiden. Speziell wird der Bereich des Kommunikationsfensters
aus der beheizbaren Fläche
ausgespart, indem man einen gesonderten Sammelleiter zwischen das
Kommunikationsfenster und den anderseitigen Sammelleiter legt.
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Bekannt
ist ferner aus
DE 36
44 297 A1 eine Vielzahl von Beispielen zum Unterteilen
beheizbarer Beschichtungen einer Fahrzeug-Windschutzscheibe. Unterteilungen
können
demnach durch flächig schichtfreie
Abschnitte und/oder durch mechanisch oder mit Laserstrahlung eingebrachte
Einschnitte realisiert werden. Sie dienen zum gezielten Einstellen
und Lenken eines Stromflusses innerhalb der beschichteten Fläche und
sollen eine möglichst
gleichmäßige Stromdichte
in den betreffenden Flächen
gewährleisten.
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Aus
WO 2004/032569 A2 ist eine weitere Gestaltung einer transparenten
Scheibe mit heizbarer Beschichtung bekannt, die ebenfalls eine Homogenisierung
der Heizleistung in der Fläche
durch in die Beschichtung eingebrachte Trennlinien zu erreichen
sucht.
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DE 29 36 398 A1 befasst
sich mit Maßnahmen,
bei einer transparenten Scheibe mit heizbarer Beschichtung Stromspitzen
im Übergang
von den Sammelleitern zur Beschichtung zu verhindern. Generell wird
angestrebt, die abrupte Widerstandsdifferenz zwischen Beschichtung
und Sammelleitern durch Verwendung höherohmiger Materialien oder Formgebungen
für die
letzteren, oder auch mit Zwischenwiderständen, zu verringern. Für die Beschichtung
werden dort Flächenwiderstände zwischen
1 und 10 Ohm pro Flächeneinheit
angegeben. In einer von mehreren dort beschriebenen Lösungsvarianten wird
die zum jeweils gegenüber
liegenden Sammelleiter weisende Kante jedes Sammelleiters wellenförmig ausgebildet.
Die Ausbildung von zur Heizbeschichtung gerichteten Spitzen soll
dabei vermieden werden. Mit diesem Ansatz wird eine merkliche Verlängerung
der Übergangslinie
zwischen dem Sammelleiter und der Beschichtung und damit eine Verringerung
der Stromdichte in diesem Übergang
angestrebt. All diese Maßnahmen
erscheinen jedoch wenig dazu geeignet, die beheizbare Schicht mit
einer verhältnismäßig geringen
Spannung speisen zu können.
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Es
ist auch bekannt, auf der Lichteinfallseite von photovoltaischen
Solarzellen sogenannte Gitter- oder Kammelektroden vorzusehen (vgl.
beispielsweise WO 03/075 351 A1). Sie werden häufig durch Siebdrucken hergestellt
und bestehen aus einem am Rand der So larzelle angeordneten Sammelleiter
und einer Mehrzahl von sehr schmalen Kammzinken, die sich vom Sammelleiter
ausgehend über
die Fläche der
Solarzelle erstrecken. Sie ermöglichen
ein flächenhaftes
Abgreifen der photovoltaischen Spannung, die an den beiden Flächenseiten
des Absorbers bzw. zwischen der frontseitigen Kammelektrode und
der metallisch-vollflächigen
Rückelektrode
anliegt, ohne den Lichteintritt in den Absorber zu stark zu mindern.
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DE 197 02 448 A1 offenbart
einen beheizbaren Spiegel, auf dessen Glaskörper zwei kammartig ausgebildete
und ineinander verzahnte Leiterbahnen oder Elektroden mit einer
sie überdeckenden
und die Zwischenräume
zwischen den Kammzinken ausfüllenden
PTC-Beschichtung aufgebracht sind. Hier stellt sich allerdings nicht
das Problem, die Beheizung optisch unauffällig zu gestalten, weil die
Leiterbahnen und die Heizschicht hinter der Spiegelschicht liegen
können.
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DE 198 32 228 A1 beschreibt
eine Fahrzeugscheibe mit einer elektrisch leitfähigen und als Antenne genutzten
optisch transparenten Beschichtung. Aus der Antennenschicht werden
hochfrequente Funksignale rein kapazitiv mithilfe einer Koppelelektrode
abgegriffen, die aus mehreren miteinander verbundenen dünnen Drähten besteht,
die in einem im Vergleich zu ihrem Durchmesser großen Abstand
parallel zueinander angeordnet sind, sich vom Rand in das Sichtfeld
der Scheibe hinein erstrecken und dort blind enden. Es besteht keine
galvanische Kopplung zwischen der Beschichtung und diesen Drähten, da sie
jeweils in unterschiedlichen Ebenen der Verbundscheibe angeordnet
sind. Die Drähte
der Koppelelektrode können
mithilfe einer Transferfolie auf die Scheibenfläche aufgebracht werden. Letzterer
Vorgang wird in
DE
43 32 320 C1 näher
beschrieben.
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Die
schon mehrfach erwähnten
Sammelleiter können
sowohl durch (Sieb-)Drucken vor oder nach dem Auftragen der Beschichtung
auf die Scheibe hergestellt werden, oder durch Auflöten von
dünnen
Metallband-Streifen, vorzugsweise aus (verzinntem) Kupfer. Es gibt
auch Kombinationen von gedruckten und Metallband-Sammelleitern (vgl.
z. B.
DE 198 29 151
C1 ). Die Sammelleiter werden zwar meist bandförmig und
schmal ausgeführt,
sind jedoch undurchsichtig. Aus optischen Gründen werden sie deshalb jeweils
in der Nähe
des Außenrandes
der betreffenden transparenten Scheiben angeordnet. Meist können sie
durch opake (meist ebenfalls durch Siebdrucken hergestellte) Randbeschichtungen
kaschiert werden. Auch die erwähnten
Kommunikationsfenster können
durch diese Randbeschichtungen kaschiert werden, sofern letztere
für die
zu übertragende
Strahlung hinreichend durchlässig
sind.
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Bei
gängigen
Fahrzeug-Windschutzscheiben sind diese opaken Beschichtungen als
Rahmen ausgeführt,
die als weitere Funktion die Klebeverbindung zwischen der Scheibe
und der Karosserie gegen UV-Strahlen abschirmen. Diese Rahmen umschreiben
das Sichtfeld der Scheiben. Bei Windschutzscheiben unterscheidet
man ferner noch ein A-Sichtfeld inmitten der Scheibenfläche, in
dem es keinerlei Sichtbeeinträchtigungen
(z. B. Färbungen, Drähte, oder
auch Schäden)
geben darf, und das näher
zum Rand liegende B-Sichtfeld.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine transparente Scheibe
mit beheizbarer transparenter Beschichtung zu schaffen, die bei
geringer Beeinträchtigung
der Durchsicht mit verhältnismäßig geringen
Betriebsspannungen betrieben werden kann und dennoch eine homogene
Wärmeverteilung leistet.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Merkmale der Unteransprüche geben
vorteilhafte Weiterbildungen dieser Erfindung an.
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Gängige beheizbare
Schichtsysteme mit hoher Lichtdurchlässigkeit haben bekanntlich
dielektrische Deckschichten (Entspiegelungs- oder Antireflexschichten),
die an sich elektrische Nicht- oder Schlechtleiter sind und Ströme quer
zur Schichtebene blockieren, selbst wenn sie nur wenige Nanometer dick
sind. Wenn nun erfindungsgemäß Hilfsleiter
als feine Drähte
ausgeführt
werden, genügt
es nicht, sich darauf zu verlassen, dass beim Auflegen oder auch Andrücken der
Drähte
auf die Beschichtung der elektrische Kontakt der Drähte mit
der oder den elektrisch leitfähigen
Teilschichten) des Schichtsystems von selbst entsteht.
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Im
Folgenden wird stets nur eine leitfähige Teilschicht erwähnt, ohne
damit Schichtsysteme mit mehreren leitfähigen Teilschichten von der
Anwendung der Erfindung ausschließen zu wollen. Diese Teilschichten
sind in der Regel metallisch, und am häufigsten auf Silberbasis. Jedoch
lässt sich
die Erfindung grundsätzlich
mit beliebigen leitfähigen
und transparenten oder transparent gemachten Schichten ausführen. Auch
die Deckschicht kann in sich mehrschichtig sein; vereinfachend wird
hier aber auch stets von nur einer Deckschicht die Rede sein, ohne
Mehrfachschichten ausschließen
zu wollen.
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Es
wäre zwar
technisch möglich,
das beheizbare Schichtsystem auf eine schon mit den aufgelegten
Drähten
bestückte
Scheibe abzuscheiden. Dabei würde
mit erhöhter
Sicherheit ein hinreichender elektrischer Kontakt zwischen den vergleichsweise
dünnen
leitfähigen
Schicht und den Drähten
erreicht. Jedoch würde
dieses Vorgehen einen industriell nicht vertretbaren erhöhten Aufwand
verlangen, da jedenfalls die Substrate nicht mehr großflächig beschichtet und
anschließend
zugeschnitten werden könnten, sondern
die Beschichtung auf die schon fertig konfektionierten Substrate
abgeschieden werden müsste.
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In
einer praxisgerechten Lösung
sollten die auf das vorhandene Schichtsystem aufgelegten Drähte an vorgesehenen
Kontaktstellen unter Durchdringen der besagten dielektrischen Deck-Teilschicht mit
der leitfähigen
Teilschicht eigens kontaktiert werden, um einen zuverlässigen Stromfluss
zwischen Draht und Schichtsystem sicherzustellen.
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Da
die transparente Scheibe als Verbundscheibe ausgeführt wird,
wobei das Schichtsystem selbst auf einer im Verbund innen liegenden
Fläche angeordnet
ist, liegen die feinen Drähte
ebenfalls geschützt
innerhalb des Verbundes. Sie werden beispielsweise in an sich bekannter
Weise auf einer Verbund-Klebefolie oder auf einer Transferfolie
fixiert und dann mit dieser Folie auf das Schichtsystem aufgelegt.
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Die
Kontaktstellen werden so angelegt, dass der Heizstrom möglichst
kurze Wege über
das Schichtsystem fließen
muss, d. h. in der Regel am äußersten
Ende der Drähte
bzw. möglichst
weit vom längs
des Scheibenrandes verlaufenden Sammelleiter entfernt. Dies schließt aber
nicht aus, dass Kontaktstellen auch näher am Sammelleiter vorgesehen werden,
oder dass Drähte
mit mehreren Kontaktstellen zur leitfähigen Teilschicht versehen
werden.
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Die
drahtförmigen
Leiterelemente enden blind vor den Grenzen des zentralen Sichtfeldes;
sie können
auch schleifenförmig
verlegt werden. Anders als gemäß
DE 12 56 812 gibt es keine
kämmenden gegenpoligen
Leiterelemente. Im Bereich des zentralen Sicht- und Heizfeldes fließt der Strom
nach Anlegen der Spannung im Wesentlichen in Normalenrichtung zu
den Sammelleitern, bzw. parallel zur globalen Längserstreckung der blind endenden
Leiterelemente. Unter deren „globaler
Längserstreckung" wird unabhängig von
ihrer konkreten Form die generelle Richtung verstanden, in der sie
sich ausgehend vom Sammelleiter in das Heizfeld hinein erstrecken.
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Mit
diesen Merkmalen und Maßnahmen
erreicht man eine relative Verkürzung
des Weges des Stromflusses innerhalb der vergleichsweise hochohmigen
Beschichtung selbst, weil ein Teil der Distanz zwischen den eigentlichen
Sammelleitern und dem zentralen Haupt-Heizfeld durch Drahtabschnitte als (relativ)
niederohmige Hilfsleiter überbrückt wird. Man
kann dies auch als elektrische gegenseitige Annäherung der Sammelleiter ansehen.
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Dabei
bleibt aber das eigentliche (zentrale) Sichtfeld der Scheibe optisch
ungestört.
Die mit den Leiterelementen oder -flächen belegten Bereiche überdecken
lediglich entlang den Sammelleitern einen (randseitigen) Teil des
Heizfelds.
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Zum
Herstellen der Kontaktstellen zwischen den Drähten und der leitfähigen Teilschicht
sind mehrere Optionen offen. Man kann die Drähte durch mechanische Einwirkung
(Reibung, Oszillation, Ultraschalleinwirkung) die dielektrische
Schicht durchbrechen lassen. Dies wird man verfahrensseitig durch mechanisches
Andrücken
der zu kontaktierenden Stelle des Drahtes auf die Beschichtung und
gleichzeitiges Einleiten einer (hochfrequenten) Schwingung erreichen
können.
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Eine
andere Option besteht darin, an den Kontaktstellen zusätzliches
elektrisch niederohmig leitfähiges
Material vorzusehen, das in Kontakt mit der leitfähigen Teilschicht
steht und die dielektrische Deckschicht zu den Drähten hin
durchdringt, so dass dieses Material eine leitfähige Brücke zwischen dem jeweiligen
Draht und der leitfähigen
Schicht bildet. Dann ist keine direkte Berührung zwischen Draht und leitfähiger Schicht
notwendig.
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Das
zusätzliche
leitfähige
Material kann bevorzugt durch Siebdrucken, aber auch durch beliebige
andere Techniken wie Tintenstrahldrucken, Photolithographie etc.
aufgebracht werden, wobei solche Techniken zu bevorzugen sind, mit
denen das aufgebrachte Material optisch möglichst wenig wahrnehmbar ist.
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Im
Gegensatz zu den Dünnschichten
des beheizbaren Schichtsystems kann das zusätzliche Material bislang nur
in Dickschichttechnik mit hohen Metallanteilen aufgebracht werden,
so dass es illusorisch erscheint, diese Materialaufträge selbst
lichtdurchlässig
oder gar vollends unsichtbar zu machen. Man wird sie deshalb mit
möglichst
geringer Strichstärke
bzw. Punktdicke erzeugen. Sie müssen
sich auch nicht besonders hoch über
die generelle Oberfläche
des Schichtsystems erheben, sondern nur so weit, dass sie sicher
mit den Drähten
kontaktierbar sind.
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Eine
weitere Option für
die punktuelle Kontaktierung der Drähte mit der leitfähigen Teilschicht
ist eine Art Sandwich, bei dem der Draht zwischen Abschnitten aus
einem Grund- und
einem Deckfolienband eingeklemmt ist. Das Grundfolienband kann in an
sich bekannter Weise mittels Ultraschall-Löten mit der leitfähigen Teilschicht
verbunden werden, und das Deckfolienband wird anschließend aufgelötet.
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Die
Drähte
können
erfindungsgemäß in Einfach-
oder Schleifenverlegung, mit geraden, gekrümmten oder wellenförmigen Verläufen verlegt werden,
wobei man sich zu ihrer Ab lage auf dem Schichtsystem in an sich
bekannter Weise einer Transferfolie bedienen kann.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann es sinnvoll sein,
die zusätzlichen
Materialaufträge
nicht nur als punktförmige
Kontaktstellen, sondern auch als Stromverteiler zu gestalten. Das
ist so zu verstehen, das sich das Material selbst über die
eigentliche Kontaktstelle mit dem Draht hinaus erstreckt und einen
Miniatur-Sammelleiter bildet, mit dem der Strom auf verbreiterter
Front in das Schichtsystem übergehen
oder aus diesem abgeleitet werden kann.
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In
weiterer Entwicklung der vorstehenden Variante können Brücken aus dem zusätzlichen
Material auch nebeneinander liegende Drähte miteinander elektrisch
verbinden. Die sich hieraus ergebenden, im Verhältnis zu den Drahtdicken (wenige
Mikrometer) großen
Quererstreckungen von Streifen aus dem zusätzlichen Material können ggf.
hinreichend unauffällig
mithilfe von opaken oder getönten
Streifen kaschiert werden, sofern sie nicht von sich aus unauffällig genug
sind, um nicht zu stören.
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Es
ist darüber
hinaus natürlich
möglich,
die drahtförmigen
Heizleiter mit anderen Maßnahmen zur
elektrischen Verkürzung
der Distanz zwischen den Sammelleitern zu kombinieren, wenn eine
davon allein nicht den gewünschten
Erfolg bringen sollte, oder wenn andere Überlegungen oder Anforderungen
dies erforderlich machen.
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So
können
beispielsweise die von den Drähten überstrichenen
bandartigen Bereiche der Beschichtung mit höherer Leitfähigkeit ausgeführt werden.
Eine solche lokal höhere
Leitfähigkeit
kann beispielsweise durch größere Teilschichtdicken
in einem vorhandenen System oder durch lokales Hinzufügen weiterer
leitfähiger/metallischer
Schichten erreicht werden. Erfahrungsgemäß geht damit allerdings ein geringer
Rückgang
der Lichttransmission einher. Auch diese bandartigen Bereiche werden
sich bei Fahrzeug-Windschutzscheiben höchstens bis zur Grenze des
zentralen Sichtfeldes erstrecken, um dort die benötigte und
vorgeschriebene hohe Lichttransmission (75 % des sichtbaren Lichts)
sicherzustellen.
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Es
ist ferner denkbar, die klebende Zwischenschicht einer Verbundscheibe
für die
erfindungsgemäße lokale
Widerstands-Absenkung mit zu nutzen. Dazu ist diese in dem dazu
vorgesehenen Flächenbereichen
elektrisch leitfähig
zu machen. Dies kann beispielsweise durch Mischen einer Kunststofffolie
mit elektrisch leitfähigen
Partikeln erreicht werden, die mit der Heizbeschichtung in leitfähigem Kontakt
kommen und diese lokal überbrücken.
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Auch
damit kann eine gewisse Minderung der Lichttransmission verbunden
sein, die zwar die Scheibe in diesem Bereich stärker tönen mag, jedoch nicht undurchsichtig
macht.
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Als
Nebeneffekt dieser Maßnahmen
wird der Übergangswiderstand
zwischen dem Sammelleiter und der Beschichtung durch starke Vergrößerung der Kontaktflächen weiter
verringert. In der Folge wird auch die benötigte Spannung zum Treiben
des Heizstroms über
die Heizfläche
geringer.
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Zwar
wird diese Ausgestaltung ganz bevorzugt bei Windschutzscheiben angewendet,
bei denen es für
einen sicheren Fahrbetrieb auf eine gute Durchsicht in dem zentralen
Sichtfeld ankommt, jedoch können
erfindungsgemäße beheizbare
Scheiben auch an anderer Stelle in Fahrzeuge sowie weitere bewegliche
Maschinen und Geräte
sowie auch in Gebäuden
eingebaut werden.
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Während bei
den herkömmlichen
Solarzellen mit Gitter- oder Kammelektroden die Spannung über die
Dicke der Absorberschicht anliegt, wird bei der erfindungsgemäßen Anwendung
eine Spannung mit dem Ziel angelegt, einen Strom in der Fläche der
Beschichtung fließen
zu lassen. Die erfindungsgemäßen Leiterelemente
haben somit die Wirkung, die wie üblich am Rand der Scheibe angeordneten
Sammelleiter elektrisch einander anzunähern, ohne jedoch das Sichtfeld
der Scheibe wesentlich zu beeinträchtigen.
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Im
Einsatz in Fahrzeugen ermöglicht
die erfindungsgemäße Ausgestaltung
insbesondere das direkte Speisen der Windschutzscheiben-Heizung mit
der üblichen
Bordspannung von 12 bis 14 V Gleichspannung, wobei dem natürlich eine
möglichst niederohmige
Beschichtung sehr entgegen kommt. Die Länge der drahtförmigen Hilfsleiter
wird abhängig vom
effektiven Flächenwiderstand
der jeweiligen Beschichtung dimensioniert; je besser leitfähig die
Beschichtung selbst ist, desto kürzer
bzw. schmaler werden die Hilfsleiter sein können.
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Gleichwohl
kann mit dieser Konfiguration die vollflächige Beschichtung der transparenten
Scheibe -abgesehen von eventuell vorzusehenden Kommunikationsfenstern-
beibehalten werden, so dass weder Maskierungs- noch Entschichtungsmaßnahmen
notwendig werden. Somit bleiben die positiven Eigenschaften der
Beschichtung, nämlich
insbesondere Infrarot-Reflexion (Wärmedämmung) und homogene Farberscheinung
auf ganzer Fläche,
erhalten.
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Die
Bereiche erhöhter
Leitfähigkeit
der Beschichtung beeinträchtigen
die Durchsicht durch die Scheibe nur sehr unwesentlich, denn selbst
wenn diskrete Leiterelemente bzw. Gitter elemente vorgesehen werden,
so werden diese möglichst
dünn und optisch
kaum wahrnehmbar ausgeführt.
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Bei
Auftrag des zusätzlichen
leitfähigen
Materials in Siebdruck-Technik kann dieses vor oder nach dem Abscheiden
des Schichtsystems auf ein Substrat (Glas- oder Kunststoffscheibe
oder auch Kunststofffolie) aufgebracht werden. Dies kann in einem
Arbeitsgang mit dem Aufbringen der eigentlichen Sammelleiter oder
bus bars geschehen. In beiden Fällen
entsteht mit hinreichender Sicherheit leitfähiger elektrischer Kontakt
zwischen dem Material und der leitfähigen Teilschicht.
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Es
ist ferner möglich,
mit den Drähten
ein etwa am Rand der Scheibe in die Beschichtung eingebrachtes Kommunikationsfenster
niederohmig zu überbrücken, ohne
die Ausbildung von hot spots befürchten
zu müssen.
Die Ströme
in den bekannten Problemzonen an den seitlichen Rändern solcher Kommunikationsfenster
werden durch die Drähte sehr
stark reduziert.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile des Gegenstands der Erfindung gehen aus
der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels
in Gestalt einer Fahrzeug-Windschutzscheibe 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
Ausführungsform
einer transparenten Scheibe mit einer elektrisch heizbaren Beschichtung,
bei der bandförmige
Sammelleiter mit fingerartig sich in die Scheibenfläche erstreckenden Gitter-
oder Leiterelementen verbunden sind,
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2 eine
zweite Ausführungsform,
bei der die beheizbare Beschichtung mithilfe von Trennlinien in
Strompfade gegliedert ist, und bei dem Kontaktstellen als Stromverteiler
ausgeführt
sind;
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3 einen
Teil-Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Scheibe entlang der Linie
III-III in 1;
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4 ein
Detail aus 3 mit einer Kontaktstelle zwischen
einem Draht und einer leitfähigen Teilschicht
des beheizbaren Schichtsystems;
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5 eine
Variante der Ausführung
einer Kontaktstelle nach 4;
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6 eine
zweite Variante der Ausführung einer
Kontaktstelle;
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7 eine
vergrößerte Ansicht
einer Kontaktstelle gemäß 2 und 6.
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Gemäß 1 ist
in einer heizbaren Verbundscheibe 1 mit im Wesentlichen
trapezförmigem
(geschwungenem) Umriss in an sich bekannter Weise eine vollflächige transparente
und elektrisch leitfähige
Beschichtung 2 eingebettet. Die Scheibe 1 ist
hier nur etwa zur Hälfte
dargestellt; ihre andere Hälfte
ist gleichartig ausgeführt.
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Eine
mit 2T bezeichnete gestrichelte Linie deutet an, dass der äußere Rand
der kontinuierlich beschichteten Fläche allseitig geringfügig vom
Außenrand
der Verbundscheibe 1 nach innen rückversetzt ist oder dass ein
Randstreifen von der vollflächigen
Beschichtung abgeteilt ist. Man erreicht so einerseits eine elektrische
Isolierung nach außen,
andererseits einen Schutz der Beschichtung gegen vom Außenrand
vordringende Korrosionsschäden.
Der Einzug des äußeren Randes 2T kann
durch Entfernen der Beschichtung entlang dem Rand der Scheibe, durch
Maskieren des Substrats vor dem Abscheiden der Beschichtung oder
auch durch Einbringen einer die Beschichtung durchdringenden, entlang
dem Außenrand
der Scheibe umlaufenden Trennlinie hergestellt sein, welche den
Zwecken Isolation und Korrosionsschutz genügen kann.
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Das
Schichtsystem selbst ist bevorzugt und in an sich bekannter Weise
ein thermisch hoch belastbares Schichtsystem mit mindestens einer
metallischen Teilschicht, das die zum Biegen von Glasscheiben erforderlichen
Temperaturen von mehr als 650°C
schadlos, d. h. ohne Verschlechterung seiner optischen, Wärme reflektierenden
und elektrischen Eigenschaften erträgt. Das Schichtsystem umfasst neben
metallischen Schichten (vorzugsweise Silber) noch weitere Teilschichten
wie Entspiegelungsschichten sowie ggf. Blockerschichten.
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Im
Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung können jedoch auch andere elektrisch
leitfähige
Schichtsysteme mit geringerer Temperaturbelastbarkeit verwendet
werden, und insbesondere auch solche Schichtsysteme, die nicht unmittelbar auf
einer starren Glas- oder
Kunststoffscheibe, sondern auf einer Kunststofffolie (vorzugsweise
PET-Folie) abgeschieden sind. All diese Schichtsysteme werden bevorzugt
durch Sputtern (Magnetron-Kathodenzerstäubung) abgeschieden.
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Der
Flächenwiderstand
gängiger
Schichtsysteme der vorstehend erwähnten Art liegt zwischen 2 und
5 Ω/Flächeneinheit.
Fahrzeug-Windschutzscheiben mit solchen Schichtsystemen müssen insgesamt eine
Lichttransmission von mindestens 75 % erreichen.
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An
sich sind jedoch hier die Zusammensetzung und die Herstellung des
Schichtsystems von untergeordneter Bedeutung, so dass nicht noch
näher darauf
einzugehen sein wird.
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Auf
den Rand der Verbundscheibe 1 ist eine opake Farbschicht 3 rahmenförmig aufgebracht,
deren innerer Rand 3R das Sichtfeld der transparenten Scheibe 1 umschreibt.
Sie kann in einer anderen (im Verbund innen oder außen liegenden)
Ebene der Verbundscheibe als das Schichtsystem 2 liegen.
Sie dient als Schutzschicht gegen UV-Strahlung für einen Klebestrang, mit dem
die fertige Scheibe in eine Fahrzeugkarosserie eingeklebt wird.
Außerdem
kann sie optisch Anschlusselemente für elektrische Zusatzfunktionen
der Scheibe 1 kaschieren.
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So
erkennt man entlang dem oberen Rand der Verbundscheibe 1 im von
der Farbschicht 3 überdeckten
Flächenbereich
einen ersten Sammelleiter 4 und entlang dem unteren Rand
einen zweiten Sammelleiter 5. Beide Sammelleiter 4 und 5 sind
mit dem Schichtsystem 2 in an sich bekannter Weise direkt elektrisch
leitend verbunden. Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung allerdings
nicht zwingend erforderlich, einen direkten elektrischen Kontakt
zwischen den Sammelleitern und dem Schichtsystem herzustellen, weil
die Heizströme
auch allein durch die Drähte
in das Schichtsystem übergehen
können.
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Unterhalb
des Sammelleiters 4 ist in Scheibenmitte noch ein Kommunikationsfenster 2C zur Hälfte angedeutet,
das ebenfalls von der Farbschicht 3 überdeckt und somit optisch
kaschiert ist.
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Viele
Fahrzeug-Windschutzscheiben sind mit einem hier nicht dargestellten
getönten,
jedoch lichtdurchlässigen
Streifen („Bandfilter") entlang ihrer Oberkante
ausgestattet, der insbesondere Blendung durch Sonnenstrahlen vermindert.
Ein solcher Streifen kann darüber
hinaus dazu beitragen, bestimmte Bauteile oder Funktionskomponenten
der betreffenden Scheibe (z. B. das Kommunikationsfenster bzw. dessen
Ränder)
optisch zu kaschieren. Er kann auch einen Teils der Breite des Streifens
der Farbschicht 3 entlang der Oberkante der Scheibe ersetzen
oder ergänzend
dazu vorgesehen werden.
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Die
Verbundscheibe 1 besteht in der Regel aus zwei starren
Scheiben aus Glas und/oder Kunststoff und einer diese flächig verbindenden
Klebeschicht. Die Sammelleiter 4 und 5 werden
auf die Klebeschicht (z. B. eine thermoplastische Klebefolie aus Polyvinylbutyral „PVB", aus Ethylen-Vinyl-Acetat „EVA" oder auch Polyurethan „PU") aufgelegt und an deren
Oberfläche
fixiert, bevor die Klebeschicht mit den starren Scheiben zusammengelegt
und verklebt wird.
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Die
Sammelleiter 4 und 5 können aus dünnen und schmalen Metallfolienstreifen
(Kupfer, Aluminium) bestehen, die meist auf der Klebefolie vorfixiert
und beim Zusammenlegen der Verbundschichten auf das Schichtsystem
mit elektrischem Kontakt aufgelegt werden. Der elektrische Kontakt
kann aber auch durch Auflöten
der Sammelleiter 4 und 5 sichergestellt werden.
Im späteren
Autoklavprozess wird durch Einwirkung von Wärme und Druck ein sicherer Kontakt
zwischen den Sammelleitern und dem Schichtsystem erreicht.
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Die
Sammelleiter 4 und 5 können, wie schon erwähnt, alternativ
oder ergänzend
durch Aufdrucken einer leitfähigen
Paste hergestellt werden, die beim Biegen der Glasscheiben eingebrannt
wird. Dies ist auch wesentlich weniger aufwändig als das Auflegen von Metallbandabschnitten.
Allerdings haben gedruckte Sammelleiter jedenfalls bei industrieller Durchlauf-Fertigung
einen höheren
ohmschen Widerstand als solche aus Metallfolienstreifen. Eine Festlegung
auf Metallfolien- oder Siebdruck-Sammelleiter ist daher nur abhängig von
dem individuellen Scheibentyp und ggf. von dem Gesamtwiderstand
des Heizschichtsystems möglich.
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Im
Vergleich mit dem Schichtsystem 2 haben die Sammelleiter
stets vernachlässigbare
ohmsche Widerstände
und heizen sich im Betrieb der Heizung nicht nennenswert auf.
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Man
kann in an sich bekannter Weise zwei (oder noch mehr) getrennt elektrisch
speisbare Heizfelder in der Verbundscheibe 1 vorsehen (mit
vertikaler Teilung z. B. in der Scheibenmitte), die natürlich auch über separate
Außenanschlüsse an die
jeweilige Spannungsquelle anzuschließen sind. Man kann in diesem
Fall für
beide Heizfelder einen gemeinsamen Masseleiter verwenden, so dass
nur der Sammelleiter 4 oder der Sammelleiter 5 in
zwei Abschnitte unterteilt werden muss, während der jeweils andere durchgängig ist.
In der ersten Variante sind vier Außenanschlüsse notwendig, in der zweiten
nur drei.
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Auf
die Außenanschlüsse an sich
wird hier nicht näher
eingegangen, da diese im Stand der Technik mannigfach vorbeschrieben
wurden.
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Innerhalb
des vom Rand 3R der Farbschicht 3 umschriebenen
Sichtfelds ist mit einer strichpunktierten Linie A das sogenannte
A-Sichtfeld der Windschutzscheibe schematisch angedeutet. Die Linie
A ist keine reale Kante oder dgl. in der Scheibe oder dem Schichtsystem,
sondern dient nur zur optischen Verdeutlichung der ungefähren Lage
des gedachten A-Sichtfelds. Letzteres ist in Anhang 18 der
ECE R43 anhand von bestimmten Parametern einer beliebigen Fahrzeugumgebung
definiert. In diesem Feld ist jede Art der Sichtbeeinträchtigung
unzulässig.
Außen
um das A-Sichtfeld herum erstreckt sich das B-Sichtfeld, in dem geringfügige Sichteinschränkungen
durch Einbauten etc. zulässig
sind.
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Vom
oberen Sammelleiter 4 ausgehend erstreckt sich in einem
Streifen oder Bereich 6 eine Schar von Drähten 4D in
das Sichtfeld der Verbundscheibe 1 aus dem von der Farbschicht 3 überdeckten
Randbereich in das B-Sichtfeld hinein. Sie enden im B-Sichtfeld blind,
mehr oder weniger weit vor der äußeren Grenze
A des A-Sichtfeldes. Sie stellen Hilfsleiter dar, die elektrisch
mit dem Sammelleiter 4 und mit dem Schichtsystem 2 verbunden
sind und ihrerseits im Vergleich mit letzterem niederohmig sind. Eine
Mehrzahl von ihnen überbrückt ferner
das Kommunikationsfenster 2C, so dass eine direkte Stromversorgung
auch der vom Sammelleiter 4 aus gesehen jenseits des Kommunikationsfensters
liegenden Fläche
des Schichtsystems 2 gewährleistet ist. Optisch sind
sie einerseits durch die Farbschicht 3 kaschiert. Eine
weitere Kaschierung kann ggf., wie schon erwähnt, ein hier nicht dargestellter
getönter Farbstreifen
(Bandfilter) leisten.
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Auch
vom unteren Sammelleiter 5 erstrecken sich in einem Streifen
oder Bereich 7 Drähte 5D in
das B-Sichtfeld der Verbundscheibe 1 hinein.
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Es
ist einerseits nicht zwingend notwendig, an beiden Sammelleitern 4 und 5 solche
Drähte
vorzusehen. Sind beidseits Drähte 4D und 5D vorgesehen,
so erstrecken sich diese in keinem Fall so weit, dass gegenpolige
Drähte
miteinander kämmen
bzw. sich in der Projektion quer zu ihrer globalen Längserstreckung überdecken.
Somit bleibt der zentrale Teil des Sicht- und Heizfeldes (mindestens
das A-Sichtfeld) unbeeinträchtigt
durchsichtig.
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Insgesamt
bilden die Bereiche 6 und/oder 7 Bereiche mit
einer gegenüber
dem Schichtsystem 2 deutlich erhöhten effektiven elektrischen
Leitfähigkeit.
In diesen Bereichen sind Parallelschaltungen des Schichtsystems 2 selbst
und der Drähte 4D bzw. 5D geschaffen.
Während
bei konventionellen Scheiben mit Schichtheizung dieses Typs der
Heizstrom über
den gesamten Abstand zwischen den Sammelleitern nur über die
Beschichtung fließen
muss, kann diese Distanz mithilfe der Bereiche 6 und 7 gemäß der vorliegenden
Erfindung je nach Ausdehnung des A-Sichtfelds um die Breite der
Bereiche 6 und/oder 7 auf Werte zwischen 50 und
80 % verkürzt
werden, wobei eine Teilmenge des Stroms die restliche Distanz in
den Drähten überbrückt. Im
Haupt-Sichtfeld der Scheibe fließt der Strom im Wesentlichen
senkrecht zu den Sammelleitern 4 und 5 und parallel
zur globalen Längsausrichtung
der Drähte 4D/5D.
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Nach
wie vor bleibt aber ein wenn auch verringerter Stromfluss über die
Gesamtfläche
des Schichtsystems auch in den Bereichen zwischen den Drähten 4D bzw. 5D erhalten,
da ja die Sammelleiter in den Abschnitten zwischen den Gitterelementen nicht
vom Schichtsystem abgetrennt werden. Dieser Stromfluss kann jedoch
insbesondere nicht zur Ausbildung von hot spots an den Rändern des
Kommunikationsfensters 2C führen.
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Die
Längen
und gegenseitigen Abstände
der Drähte 4D und 5D,
ihre Anzahl sowie die Abmessungen der Sammelleiter können hier
nur schematisch repräsentiert
werden. Erkennbar sind jedoch die relativen Abmessungen; während die
eigentlichen Sammelleiter 4 und 5 in der üblichen
Bandform mit mehreren Millimetern Breite ausgeführt werden, sind die Drähte 4D und 5D möglichst
dünn und
optisch unauffällig,
jedoch deutlich länger
als die Breiten der Sammelleiter. Üblicherweise werden derartige
Drähte
aus Wolfram hergestellt, das auch bei äußerst geringen Drahtdicken
noch eine sehr hohe mechanische Festigkeit behält.
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Die
individuelle Konfiguration in einer konkreten Verbundscheibe kann
zwar durch Simulationen in weiten Grenzen vorherbestimmt werden, bleibt
jedoch sehr stark von der Größe bzw.
den Abmessungen der konkreten Scheibe, von der Bauart der Sammelleiter
und von den elektrischen Eigenschaften der realen Beschichtung abhängig.
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Es
kann beispielsweise auch genügen,
nur einen der Sammelleiter mit Drähten zu kombinieren. Bei relativ
geringem Abstand zwischen den beiden Sammelleitern 4 und 5 können die
Drähte
selbst auch verkürzt
werden.
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Man
hat für
einen konkreten Scheibentyp gegenseitige Abstände von 25 mm zwischen den
einzelnen Drähten
als brauchbar ermittelt. Durch Variation der Abstände können jedoch
die verfügbaren Flächen-Heizleistungen
bei gegebenem Widerstand der Drähte
nach Bedarf eingestellt werden. Ferner werden hier vereinfachend
nur geradlinig verlegte Drähte
gezeigt. Dies schließt
nicht aus, dass man sie in der Praxis mit gekrümmten und/oder gewellten oder
auch schleifenförmigen
Verläufen
herstellen wird, die möglicherweise
optisch weniger auffällig sind.
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Auch
für die
schon vorher erwähnten,
hier jedoch nicht dargestellten Optionen zum Ausführen der Bereiche 6 und/oder 7 in
Form von höher
leitfähigen Flächenbereichen
des Schichtsystems 2 oder in Form eines leitfähig gemachten
Bereichs der Zwischenschicht in einer Verbundscheibe gelten die
vorstehenden Erörterungen
sinngemäß. Aufgrund
ihrer gleichmäßigeren
flächigen
Verteilung in den Bereichen 6 und/oder 7 können diese
Maßnahmen
optisch etwas weniger wahrnehmbar sein als diskrete Drähte, wenn
sie auch mit einer geringen Tönung
der Scheibe einhergehen. Letzteres kann in der Kombination mit den
Drähten
aber noch zusätzlich
zum optischen Kaschieren der Drähte
beitragen.
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Für die bereits
weiter oben erörterten
Zwecke der vorliegenden Erfindung müssen die Drähte 4D bzw. 5D neben
ihrer guten Leitfähigkeit
auch zuverlässigen
galvanischen Kontakt mit der leitfähigen Teilschicht haben.
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Die 2 zeigt
eine Variante, bei der das Schichtsystem 2 im Sichtfeld
durch Trennlinien 2S unterteilt ist. Die Trennlinien 2S können die
gesamte Schichtfolge bis zur Substratoberfläche durchdringen oder auch
nur bis zur substratnächsten
leitfähigen Teilschicht
vordringen. Sie untergliedern das an sich kontinuierliche Schichtsystem
zwischen den Bereichen 6 und 7 in parallele Strompfade.
Es gibt verschiedene Technologien zum Erzeugen solcher Trennlinien,
unter denen das Laserschneiden derzeit die gebräuchlichste, weil am Ergebnis
gemessen wirtschaftlichste ist. Insbesondere sind die damit herstellbaren
Trennlinien extrem schmal und mit dem bloßen Auge nur schlecht wahrnehmbar.
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Stellt
man sich die Ansicht der 2 aus der Sicht eines Fahrzeugführers (in
einem links gesteuerten Fahrzeug) vor, so wird er am häufigsten
durch den Flächenanteil
schauen müssen,
in dem die Trennlinien 2S am nächsten beisammen liegen. Diese
verfolgen den Zweck, den Stromfluss durch die Beschichtung 2 im
A-Sichtfeld genau in diesem primären
Sichtbereich zu bündeln,
um dort bei Sichtbehinderungen durch Schnee, Eis oder kondensierte Wassertröpfchen die
höchste
Wärmeleistung
bereitzustellen und am schnellsten für klare Sicht zu sorgen.
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Das
Layout der Trennlinien
2S ist hier ebenfalls nur schematisch
angedeutet und erlaubt nur bedingt Rückschlüsse auf reale Konfigurationen.
Es ist ferner nicht immer zweckmäßig, die
Trennlinien stets durchlaufend einzubringen, sondern es ist denkbar, einzelne
oder alle Trennlinien segmentiert, sozusagen gestrichelt, auszuführen bzw.
statt längerer Trennlinien
einzelne kurze Abschnitte zum Lenken des Stroms in vorgegebene Pfade
vorzusehen. Auch dies ist jedoch an sich aus dem vorstehend erwähnten Dokument
DE 36 44 297 A1 bekannt.
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In 2 erkennt
man an den freien Enden der Drähte 4D kurze
Querstriche 4L. Dies sind Kontaktstellen gemäß der vorliegenden
Erfindung, an denen die Drähte 4D durch
zusätzliches
leitfähiges
Material mit der darunter liegenden leitfähigen Teilschicht verbunden
sind. Über
die reine Kontaktierungsfunktion hinaus sind diese Kontaktstellen
hier ferner als Stromverteiler ausgeführt. Hierauf wird anhand der 4 bis 7 noch
näher eingegangen. Ein
strichpunktierter und mit VII bezeichneter Kreis umschreibt ein
in 7 näher
erkennbares Detail.
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Es
sei ausdrücklich
angemerkt, dass es keine zwingende Kombination zwischen einem mit Trennlinien 2S versehenen
Schichtsystem und den in 2 gezeigten linienförmigen Kontaktstellen
gibt, sondern dass letztere selbstverständlich auch in einer Konfiguration
gemäß 1 ohne
Trennlinien vorgesehen werden können.
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3 zeigt
eine Schnittansicht durch den Rand der Scheibe 1 entlang
der Linie III-III in 1. Man erkennt zwei starre Einzelscheiben 1.1, 1.2 (aus Glas
oder Kunststoff) sowie eine diese in der üblichen Weise miteinander adhäsiv verbindende,
optisch klar transparente, elektrisch isolierende Klebeschicht 1.3.
Letztere ist horizontal strichpunktiert unterteilt, um anzudeuten,
dass sie real deutlich dicker als das auf der unteren Scheibe 1.2 abgeschiedene transparente
Schichtsystem 2. Dieses ist hier ihrer Sichtbarkeit wegen
grau schattiert gezeichnet. Die Klebeschicht kann in der üblichen
Weise durch eine etwa 0,76 mm dicke PVB-Folie gebildet sein.
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Die
Bezugszeichen aus 1 und 2 wurden
beibehalten. Erkennbar liegt das Schichtsystem 2, deren äußerer Randbereich
mit der Trennlinie 2T abgeteilt ist, auf der Scheibe 1.2 oberhalb
des Sammelleiters 5 und des an diesen anschließenden Gitterelements 5D,
die hier vor dem Abscheiden der Beschichtung 2 als Siebdruck-Strukturen
aufgetragen wurden. Die opake Farbschicht 3 ist hier auf
der im Verbund innenliegenden Fläche
der Scheibe 1.1 aufgedruckt und überdeckt in der vertikalen
Projektion (Durchsichtrichtung) die Trennlinie 2T, den
Sammelleiter 5 und den an letzteren direkt anschließenden Abschnitt
des Drahtes 5D. Letzteres verläuft jedoch im Weiteren über den
Rand 3R der opaken Farbschicht 3 in das Sichtfeld
der Scheibe 1 hinein.
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Der
Sammelleiter 5 ist hier in Form von zwei aufeinander liegenden
dünnen
Metallbändern
dargestellt, die zwischen sich das eine Ende des Drahtes 5D einschließen. Damit
wird eine gute elektrische Kontaktierung zwischen dem (Wolfram-)Draht
und den üblicherweise
verzinnten Metallbändern
sichergestellt. Ferner ist schematisch angedeutet, dass das dem
Schichtsystem 2 zugewandte Metallband in die Deckschicht
eingetaucht ist; man wird entsprechend dem Stand der Technik geeignete
Maßnahmen
treffen, um sicher elektrische Verbindungen zwischen dem Sammelleiter
und der leitfähigen
Teilschicht herzustellen.
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Die
opake Farbschicht 3 könnte
abweichend von dieser Darstellung auch auf den hier nicht sichtbaren
Außenflächen einer
der Scheiben 1.1 oder 1.2 liegen, oder auch auf
derselben Oberfläche
wie die Beschichtung 2 und die Sammelleiter 4 und 5.
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Der
Bereich 7 aus 1 ist hier wieder angedeutet;
man erkennt hier besser, dass seine Breite sich aus der Breite des
Sammelleiters 5 und der Länge der Drähte 5D zusammensetzt.
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Man
erkennt leicht, dass der Draht 5D im Wesentlichen auf der
(dielektrischen) Deckschicht des Schichtsystems aufliegt. An seinem
im B-Sichtfeld der Scheibe liegenden freien Ende ist deshalb eine
Kontaktstelle 2K angedeutet, an der der Draht 5D mit
der leitfähigen
Teilschicht verbunden ist.
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4 verdeutlicht
eine erste Ausführung
der Kontaktstelle 2K entsprechend 3 in vergrößerter Ansicht.
Man erkennt schematisch den inneren Aufbau des Schichtsystems 2 mit
je einer oberen und unteren Deckschicht 2D und einer von
diesen eingeschlossenen leitfähigen
Teilschicht 2L. Das freie Ende des Drahtes 5D ist
an der Kontaktstelle 2K durch mechanische Einwirkung hinreichend
weit durch die obere Deckschicht 2D in das Schichtsystem
hineingetrieben worden, um einen sicheren elektrischen Kontakt mit
der leitfähigen
Teilschicht 2L zu erhalten.
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Selbstverständlich muss
der Draht 5D in diesem Fabrikationsstadium in geeigneter
Weise auf der oberen Deckschicht fixiert werden. Dies kann z. B. mithilfe
einer Transferfolie 5T erreicht werden, die hier als strichpunktierte
Linie über
dem Draht 5D erscheint. Die Transferfolie wird nach dem
Herstellen der Kontaktstelle entweder abgezogen und durch die Klebeschicht 1.3 ersetzt,
oder sie verbleibt -falls sie aus einem gleichen thermoplastischen
Material (PVB) wie die Klebeschicht 1.3 oder einem damit
verträglichen
Material besteht- in dem endgültigen
Verbund und verschmilzt beim thermischen Verbindeprozess mit der
Klebeschicht 1.3. Man kann abweichend von der Darstellung
vorsehen, dass das freie Ende des Drahtes etwas über die Transferfolie hinausragt,
damit diese der mechanischen Einwirkung nicht im Weg ist.
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5 zeigt
eine andere Ausführung
einer Kontaktstelle 2K, die hier durch Zufügen von
leitfähigem
Material geschaffen ist. Dieses Material kann z. B. durch Siebdrucken
mittels einer Siebdruckschablone zugefügt werden, die auf die fixierten
Drähte 5D aufgelegt.
Man kann davon ausgehen, dass das relativ körnige Material (eine Glasfritte
mit hohem Silberanteil) unter dem Druck der Rakel auch die obere Deckschicht 2D und
einen Teil der leitfähigen
Schicht 2L durchdringt (oder spätestens beim Einbrennen durch
Diffusion), so dass es jedenfalls eine elektrische Brücke bzw.
Kontaktstelle zwischen dem Draht 5D und der leitfähigen Schicht 2L herstellt.
Auch hier können
die zu überdruckenden
Drähte
mithilfe einer Transferfolie am Platz gehalten werden, wobei wiederum
die Drahtenden über
die Folie hinausstehen sollten.
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Verwendet
man -abweichend von der Darstellung in 3- gedruckte
Sammelleiter 4 und 5, so können letztere zusammen mit
dem zusätzlichen
leitfähigen
Material an den Kontaktstellen in einem Arbeitsgang und aus derselben
Druckpaste hergestellt werden. Da nach sind keine gesonderten Arbeitsgänge mehr
zum elektrischen Kontaktieren der Drähte und der Sammelleiter mehr
erforderlich.
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6 zeigt
noch eine weitere Variante, in der schon vor dem Aufbringen des
Schichtsystems ein zusätzliches
Kontaktmaterial auf die Scheibe 1.2 aufgetragen (z. B.
aufgedruckt) wurde (vorzugsweise in einem Arbeitsgang mit dem zugehörigen Sammelleiter).
Sodann werden die Drähte 5D aufgelegt
und bei Bedarf noch einmal analog zu 5 mit einem
kleinen Punkt oder einem Streifen des zusätzlichen Materials überdruckt.
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In
dieser Ausführung
ist es zweckmäßig, das zusätzliche
Material auf die Scheibe 12 nicht punktförmig, sondern
in Form einer Linie aufzubringen, damit sich keine übermäßigen Ansprüche an die
genaue Positionierung der Drähte
stellen. Dies führt
zu Konfigurationen, wie sie bereits in 2 angedeutet wurden,
und nun anhand der 7 noch etwas detaillierter gezeigt
werden.
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7 stellt
als Detail aus 2 (Kreis VII) eine Draufsicht
auf die freien Ende zweier Drähte 4D in
Kombination mit einer Kontaktstelle 2K dar, welche durch
linienförmiges
Aufbringen 4L eines zusätzlichen
leitfähigen
Materials nach 5 oder 6 hergestellt
wurde. Der Rand einer Transferfolie 4T ist hier gestrichelt
angedeutet und springt wiederum geringfügig gegenüber den freien Enden der Drähte 4D zurück. Die
Dickenverhältnisse
können
hier nicht maßstäblich wiedergegeben
werden, doch werden die Drähte 4D in
der Regel dünner
sein als noch so feine Linien eines zusätzlich aufgetragenen leitfähigen Materials.
Man erkennt, dass sich die Linie 4L neben ihrer Brückenfunktion
zu der leitfähigen
Teilschicht auch über
beide Drähte
hin erstreckt und zugleich noch zur Verbreiterung der Stromein-
oder -ausleitung zwischen den Drähten
und der leitfähigen Teilschicht
dient. Es ist evident, dass mit einer solchen, immer noch optisch
sehr unauffälligen
Maßnahme
die Bildung von hot spots an den Kontaktstellen noch besser vermeiden
lassen wird.