DE102006002636A1 - Tansparente Scheibe mit einem beheizbaren Schichtsystem - Google Patents

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Abstract

In einer transparenten Scheibe (1) mit einem elektrisch beheizbaren transparenten Schichtsystem (2), das sich über einen wesentlichen Teil der Fläche der Scheibe, insbesondere über deren Sichtfeld (A) erstreckt und mit mindestens zwei einander gegenüber liegenden niederohmigen Sammelleitern (4, 5) elektrisch so verbunden ist, dass nach Anlegen einer elektrischen Speisespannung an die Sammelleiter ein Strom zwischen den Sammelleitern über ein vom Schichtsystem gebildetes Heizfeld fließt, wobei in das Heizfeld, ausgehend von mindestens einem der Sammelleiter (4, 5) dünne Leiterelemente hineingeführt und mit dem Schichtsystem elektrisch leitend verbunden sind, deren ohmscher Widerstand geringer ist als der des Schichtsystems, sind die Leiterelemente erfindungsgemäß als auf das Schichtsystem aufgelegte oder diesem unterlegte dünne Drähte (4D, 5D) ausgeführt, die mit einer elektrisch leitfähigen Teilschicht (2L) des Schichtsystems (2) jeweils an mindestens einer Stelle über Kontaktstellen (2K) verbunden sind, an denen zumindest dielektrische Deckschichten (2D) des Schichtsystems (2) durchbrochen sind.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine transparente Scheibe mit einem elektrisch beheizbaren Schichtsystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Merkmale der Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen dieser Erfindung an.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Auch damit kann eine gewisse Minderung der Lichttransmission verbunden sein, die zwar die Scheibe in diesem Bereich stärker tönen mag, jedoch nicht undurchsichtig macht.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Es zeigen in vereinfachter, nicht maßstäblicher Darstellung
  • 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,
  • 2 eine zweite Ausführungsform, bei der die beheizbare Beschichtung mithilfe von Trennlinien in Strompfade gegliedert ist, und bei dem Kontaktstellen als Stromverteiler ausgeführt sind;
  • 3 einen Teil-Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Scheibe entlang der Linie III-III in 1;
  • 4 ein Detail aus 3 mit einer Kontaktstelle zwischen einem Draht und einer leitfähigen Teilschicht des beheizbaren Schichtsystems;
  • 5 eine Variante der Ausführung einer Kontaktstelle nach 4;
  • 6 eine zweite Variante der Ausführung einer Kontaktstelle;
  • 7 eine vergrößerte Ansicht einer Kontaktstelle gemäß 2 und 6.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • An sich sind jedoch hier die Zusammensetzung und die Herstellung des Schichtsystems von untergeordneter Bedeutung, so dass nicht noch näher darauf einzugehen sein wird.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Im Vergleich mit dem Schichtsystem 2 haben die Sammelleiter stets vernachlässigbare ohmsche Widerstände und heizen sich im Betrieb der Heizung nicht nennenswert auf.
  • 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.
  • Auf die Außenanschlüsse an sich wird hier nicht näher eingegangen, da diese im Stand der Technik mannigfach vorbeschrieben wurden.
  • 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.
  • 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.
  • Auch vom unteren Sammelleiter 5 erstrecken sich in einem Streifen oder Bereich 7 Drähte 5D in das B-Sichtfeld der Verbundscheibe 1 hinein.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (27)

  1. Transparente Scheibe (1) mit einem elektrisch beheizbaren transparenten Schichtsystem (2), das sich über einen wesentlichen Teil der Fläche der Scheibe, insbesondere über deren Sichtfeld (A) erstreckt und mit mindestens zwei einander gegenüber liegenden niederohmigen Sammelleitern (4, 5) wenigstens mittelbar elektrisch so verbunden ist, dass nach Anlegen einer elektrischen Speisespannung an die Sammelleiter ein Strom zwischen den Sammelleitern über ein vom Schichtsystem gebildetes Heizfeld fließt, wobei in das Heizfeld ausgehend von mindestens einem der Sammelleiter (4, 5) dünne Leiterelemente hineingeführt und mit dem Schichtsystem elektrisch leitend verbunden sind, deren ohmscher Widerstand geringer ist als der des Schichtsystems, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterelemente als auf das Schichtsystem aufgelegte oder diesem unterlegte dünne Drähte (4D, 5D) ausgeführt sind, die mit einer elektrisch leitfähigen Teilschicht (2L) des Schichtsystems (2) jeweils an mindestens einer Stelle über Kontaktstellen (2K) verbunden sind, an denen zumindest dielektrische Deckschichten (2D) des Schichtsystems (2) durchbrochen sind.
  2. Scheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine oder mehrere Kontaktstellen (2K) an beliebiger Stelle eines jeden Drahtes (4D, 5D), vorzugsweise jedoch in der Nähe von oder in dessen am weitesten von dem jeweiligen Sammelleiter (4, 5) entferntem Bereich befinden.
  3. Scheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch mechanisches Einwirken, insbesondere Schwingungen, auf die Drähte (4D, 5D) zum Durchbrechen der dielelektrischen Deckschicht (2D) hergestellte Kontaktstellen (2K) vorgesehen sind.
  4. Scheibe nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstellen (2K) durch vor oder nach dem Aufbringen der Beschichtung auf das Substrat aufgetragene, insbesondere aufgedruckte leitfähige Strukturen (4L) hergestellt sind.
  5. Scheibe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturen (4L) durch Siebdrucken oder durch Tintenstrahldrucken hergestellt sind.
  6. Scheibe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturen (4L) Punkt- oder Linienform haben.
  7. Scheibe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass linienförmige Strukturen winklig, insbesondere im Wesentlichen senkrecht zur globalen Längserstreckung der Drähte orientiert sind.
  8. Scheibe nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Material unter dem Schichtsystem (2) auf die Scheibenoberfläche und/oder nach dem Abscheiden des Schichtsystems (2) auf die Schichtoberfläche aufgebracht ist.
  9. Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Drähte (4D, 5D) im Heizfeld nur außerhalb eines zentralen Sichtfeldes (A) der Scheibe (1) erstrecken und vor dessen äußerer Grenze enden.
  10. Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom in dem von den Drähten (4D, 5D) nicht berührten Teil des Heizfeldes im Wesentlichen parallel zu deren globaler Längserstreckung fließt.
  11. Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte (4D, 5D) und die Strukturen an den Kontaktstellen nicht mehr als 0,5 mm, vorzugsweise nicht mehr als 0,3 mm breit oder dick sind, auf die Scheibenfläche projiziert gemessen.
  12. Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte (4D, 5D) mit gleichmäßigen oder nicht gleichmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind.
  13. Scheibe nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte (4D, 5D) alle mit gleicher Länge oder mit unterschiedlichen Längen ausgeführt sind.
  14. Scheibe nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte (4D, 5D) nur über einen Teil der Längserstreckung eines oder beider Sammelleiter (4, 5) angeordnet sind.
  15. Scheibe nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte (4D, 5D) als Linien, offene oder geschlossene Schleifen, Geraden, Bögen und/oder Mäander ausgeführt sind.
  16. Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, deren Rand zumindest auf einem Teil ihres Umfangs, insbesondere im Bereich der Sammelleiter (4, 5), von einer opaken Farbschicht (3) bedeckt ist, wobei sich die Bereiche (6, 7) über die von der Farbschicht bedeckte Fläche hinaus in das Sichtfeld der Scheibe erstrecken.
  17. Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, deren Sammelleiter (4, 5) durch Drucken und/oder aus Metallfolien hergestellt sind.
  18. Scheibe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass gedruckte Sammelleiter vor oder nach dem Aufbringen der Beschichtung auf das jeweilige Substrat aufgedruckt sind.
  19. Scheibe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass aus Metallfolien hergestellte Sammelleiter (4, 5) elektrisch mit der Beschichtung und mit den weiteren Leiterelementen (4D, 5D) durch Löten zumindest an diskreten Kontaktstellen verbunden sind.
  20. Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche in einer Ausführung als Fahrzeug-Windschutzscheibe, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Bereiche (6, 7) sich höchstens bis zur Grenze des genormten A-Sichtfeldes dieser Windschutzscheibe erstrecken.
  21. Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens entlang ihrem oberen oder unteren Rand ein getönter Farbstreifen erstreckt, welcher dort angeordnete Leiterelemente (4D, 5D) wenigstens teilweise überdeckt.
  22. Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (2) im Sichtfeld durch Trennlinien (2S) in parallele Strompfade unterteilt ist.
  23. Scheibe nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennlinien (2S) den Stromfluss durch die Beschichtung 2 in einem primären Sichtbereich oder A-Sichtfeld bündeln.
  24. Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Rand der kontinuierlichen Beschichtung (2) allseitig geringfügig vom Außenrand der Scheibe (1) nach innen rückversetzt ist oder dass ein Randstreifen (2T) von der vollflächigen Beschichtung (2) mittels einer Trennlinie (2T) abgeteilt ist.
  25. Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem zumindest in dem von den Drähten (4D, 5D) überdeckten Bereich (6, 7) mit einer erhöhten Leitfähigkeit ausgeführt ist.
  26. Verbundscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei starre Scheiben (1.1, 1.2) aus Glas und/oder Kunststoff und eine diese flächig verbindende Klebeschicht (1.3) umfasst, wobei die elektrisch beheizbare Beschichtung (2), die Sammelleiter (4, 5) und die Leiterelemente (4D, 5D) auf im Verbund innenliegenden Flächen der Scheibe angeordnet sind.
  27. Verbundscheibe nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebeschicht (1.3) in dem oder den von den Drähten überdeckten Bereichen (6, 7), in denen sie in Kontakt mit dem Schichtsystem (2) und mit den Sammelleitern (4, 5) ist, elektrisch leitfähig gemacht ist.
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