DE102008018147A1

DE102008018147A1 - Transparente Scheibe mit einer beheizbaren Beschichtung und niederohmigen leitenden Strukturen

Info

Publication number: DE102008018147A1
Application number: DE102008018147A
Authority: DE
Inventors: Guenther Schall
Original assignee: Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH and Co KG; Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH
Current assignee: Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH and Co KG; Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH
Priority date: 2008-04-10
Filing date: 2008-04-10
Publication date: 2009-10-15
Also published as: PL2274251T3; CN101998938A; US20150232067A1; EP2274251A1; PL2274251T5; US9815433B2; EP2274251B2; WO2009124646A1; CN101998938B; US20110108537A1; US9573846B2; EP2274251B1; DE202008017848U1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine transparente Scheibe mit einer elektrisch beheizbaren Beschichtung, die sich über einen wesentlichen Teil der Fläche der Scheibe erstreckt und mit mindestens zwei einander gegenüberliegenden niederohmigen Sammelleitern elektrisch verbunden ist, wobei mindestens eine leitende Struktur (4G, 5G) das Heizfeld nur außerhalb eines zentralen Sichtfeldes überdeckt, um die Distanz zwischen den Sammelleitern (4, 5) elektrisch zu verkürzen, und dass der Strom in dem von mindestens einer leitenden Struktur (4G, 5G) nicht überdeckten Teil des Heizfeldes fließt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine transparente Scheibe mit einer elektrisch beheizbaren Beschichtung 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 Beschichtungen 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 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 Drähten werden aber nicht von allen Abnehmern akzeptiert.
Das Patent DE 1 256 812 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 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 weniger 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.
Aus WO 03/024 155 A2 ist eine einschlägige transparente Scheibe mit beheizbarer Beschichtung bekannt, bei der einerseits eine Betriebsspannung von maximal 42 V angegeben 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 heizbarer 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 Solarzelle 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.
Das Patent DE 10 2004 050 158 B3 beschreibt eine transparente Scheibe mit einer beheizbaren Beschichtung.
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 heizbarer Beschichtung zu schaffen, die bei verringerter 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.
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 niederohmige Hilfsleiterstrukturen überbrückt wird. Ferner 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 niederohmige leitfähigen Strukturen 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 15 V Gleichspannung, wobei dem natürlich eine möglichst niederohmige Beschichtung sehr entgegen kommt. Die Länge der Hilfsleiter wird abhängig vom effektiven Flächenwiderstand der jeweiligen Beschichtung dimensioniert; je besser leitfähig die Beschichtung selbst ist, desto kürzer 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.
Da die transparente Scheibe in fast allen Fällen als Verbundscheibe ausgeführt wird, wobei die Beschichtung selbst auf einer im Verbund innen liegenden Fläche angeordnet ist, könnten die leitenden Strukturen außer durch Drucken auch als feine Drähte oder Drahtgitter ausgeführt werden, die beispielsweise in an sich bekannter Weise auf einer Verbund-Klebefolie fixiert und dann mit dieser Folie auf die Beschichtung aufgelegt werden, wobei sie in elektrischen Kontakt mit der Beschichtung treten. Dieser Kontakt ist nach dem endgültigen Verkleben der Verbundscheibe langzeitstabil.
In der Ausführung als Siebdruck-Strukturen werden die niederohmigen leitenden Strukturen vorzugsweise vor dem Abscheiden der Beschichtung auf ein Substrat (Glas- oder Kunststoffscheibe oder auch Kunststofffolie) aufgebracht. Dies kann in einem Arbeitsgang mit dem Aufbringen der eigentlichen Sammelleiter oder bus bars geschehen.
Es ist ferner möglich, mit angepassten niederohmigen leitenden Strukturen 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 entsprechende Strukturen 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, mit bandförmigen Sammelleitern und Leiterelementen,
2 einen Ausschnitt aus einer leitenden Struktur mit kreisförmigen Strukturen,
3 einen Ausschnitt aus einer leitenden Struktur mit quadratischen Strukturen,
4 ähnlich wie 1 eine Windschutzscheibe mit Bereichen hoher Sichtfähigkeit durch freie Strukturen,
5, 6, 8 und 9 einen Ausschnitt aus einer leitenden Struktur mit karierten Strukturen,
7 einen Ausschnitt aus einer leitenden Struktur mit Zickzack Strukturen,
10 einen Ausschnitt aus einer leitenden Struktur mit quadratischen Strukturen.
11 eine Windschutzscheibe mit Kommunikationsfenstern,
12 zeigt einen Querschnitt durch eine Verbundscheibe.
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. Der äußere Rand der kontinuierlich beschichteten Fläche ist allseitig vom Außenrand der Verbundscheibe 1 nach innen rückversetzt oder ein Randstreifen ist von der vollflächigen Beschichtung abgeteilt. Man erreicht so einerseits eine elektrische Isolierung nach außen, andererseits einen Schutz der Beschichtung gegen vom Außenrand vordringende Korrosionsschäden. Der Einzug des äußeren Randes 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.
Die Beschichtung selbst besteht bevorzugt und in an sich bekannter Weise aus einem thermisch hoch belastbaren Schichtsystem mit mindestens einer metallischen Teilschicht, das die zum Biegen von Glasscheiben erforderlichen Temperaturen von mehr als 600°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 Glasoder 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.
Der bevorzugte Flächenwiderstand der Schichtsysteme liegt im Bereich von 0.5 Ω/Flächeneinheit bis 1.5 Ω/Flächeneinheit bei einer Spannung von 12 Volt bis 15 Volt.
Fahrzeug-Windschutzscheiben mit solchen Schichtsystemen müssen insgesamt eine Lichttransmission von mindestens größer oder gleich 70% aufweisen.
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 Beschichtung 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 angedeutet durch eine gestrichelte Linie. Beide Sammelleiter 4 und 5 sind mit der Beschichtung 2 und der niederohmigen leitenden Struktur 4G und 5G direkt elektrisch leitend verbunden.
Unterhalb des Sammelleiters 4 ist in Scheibenmitte noch ein Kommunikationsfenster 2C in 6 sichtbar, 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. Auch ein solcher Streifen kann dazu beitragen, das Kommunikationsfenster optisch zu kaschieren. Er kann auch in Kombination mit der leitenden Struktur G4 eingesetzt 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 die Beschichtung 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 der Beschichtung erreicht.
Die Sammelleiter 4 und 5 können, wie schon erwähnt, alternativ oder ergänzend durch Aufdrucken einer leitfähigen Paste hergestellt werden, die vor dem Biegen und oder 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 der Beschichtung 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 der Beschichtung, 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 ein B-Sichtfeld, in dem geringfügige Sichteinschränkungen durch Einbauten etc. zulässig sind.
Vom oberen Sammelleiter 4 ausgehend erstreckt sich eine leitende Struktur 4G in das Sichtfeld der Verbundscheibe 1 aus dem von der Farbschicht 3 überdeckten Randbereich hinein. Sie ist elektrisch mit dem Sammelleiter 4 und mit der Beschichtung 2 verbunden und ihrerseits im Vergleich mit der letzteren niederohmig. Auch vom unteren Sammelleiter 5 erstreckt sich eine leitende Struktur 5G in das B-Sichtfeld der Verbundscheibe 1 hinein.
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 mit den leitenden Strukturen gemäß der vorliegenden Erfindung je nach Ausdehnung des A-Sichtfelds auf Werte zwischen 50 und 80% verkürzt werden.
Für die bereits weiter oben erörterten Zwecke der vorliegenden Erfindung müssen die leitenden Strukturen 4G bzw. 5G neben ihrer guten Leitfähigkeit auch einen elektrischen Kontakt mit der Beschichtung haben.
Bevorzugt werden die Gitterelemente aus einer gut leitfähigen, silberhaltigen Siebdruckpaste gedruckt. Die leitenden Strukturen 4G/5G haben vorzugsweise dunkle Farben.
Verwendet man gedruckte Sammelleiter 4 und 5, so können letztere mit den leitenden Strukturen 4G/5G in einem Arbeitsgang und aus derselben Druckpaste hergestellt werden. Danach sind keine gesonderten Arbeitsgänge mehr zum elektrischen Kontaktieren der leitenden Strukturen und den Sammelleitern mehr erforderlich.
Verwendet man hingegen Sammelleiter aus Metallfolienbändern, so müssen diese mit der Beschichtung und den leitenden Strukturen niederohmig elektrisch verbunden werden. Man wird die verzinnten Folienbänder vorzugsweise mit den leitenden Strukturen in an sich bekannter Weise verlöten. Grundsätzlich lassen sich die hier verwendeten Druckpasten mit hohem Metallanteil gut mit verzinnten Metallbändern verlöten.
Die Längen und gegenseitigen Abstände der leitenden Strukturen 4G und 5G, 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 leitenden Strukturen 4G und 5G möglichst optisch sichtbar und haben ein ansehnliches Design.
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 einer leitenden Struktur zu kombinieren. Bei relativ geringem Abstand zwischen den beiden Sammelleitern 4 und 5 können die leitenden Struktur selbst auch verkürzt werden.
2 bis 10 zeigen unterschiedliche Strukturen für die Oberfläche der leitenden Strukturen (4G) und (5G), die allgemein als Leiterelemente bezeichnet werden. Die Strukturen können kreisförmige oder invers kreisförmige Muster haben, wie in 2 gezeigt. Sie können aber auch ein schachbrettförmiges Muster haben, wie in 3 dargestellt. Die Strukturen können auch gedruckte feine, leitfähige Strukturen (Mesh) M mit hoher Leitfähigkeit haben, wie in 4 dargestellt. Ein kariertes Muster für die Leiterelemente ist in den 5, 6, 8 und 9 dargestellt. Die Muster können verschiedene Größen haben, so haben die Kreise in 2 einen Durchmesser von 0,1–10 mm, vorzugsweise von 0,2–5 mm. Die Karos und Quadrate in den 5, 6, 8, 9 und 10 haben Ausmaße von 0,1–10 mm, vorzugsweise 0,5–5 mm.
7 zeigt ein Zickzack Muster.
11 zeigt eine Frontscheibe mit Kommunikationsfenster 2C. Das Kommunikationsfenster 2C kann kreis-, oval-, quadrat-, rechteck-, oder dreiecksförmig sein. Das Kommunikationsfenster 2C ist vorzugsweise ein Bereich, der frei ist von leitfähiger, gedruckter Struktur. Die leitfähige, elektrisch beheizbare Beschichtung kann im Kommunikationsfenster 2C entfernt werden. Das Kommunikationsfenster 2C' kann für ein besseres Erscheinungsbild mit einem nicht leitfähigen Druck kaschiert sein.
12 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. Die leitfähige Glasbeschichtung 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.
Erkennbar liegt die Beschichtung 2, auf der Scheibe 1.2 oberhalb des Sammelleiters 5 und des an diesen anschließenden Gitterelements 5G, 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), den Sammelleiter 5 und den an letzteren direkt anschließenden Abschnitt der leitenden Struktur 5G. Die leitende Struktur 5G verläuft jedoch im Weiteren über den Rand 3R der opaken Farbschicht 3 in das Sichtfeld der Scheibe 1 hinein.
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 1256812 B1 [0005]
- WO 00/72635 A1 [0010]
- WO 03/024155 A2 [0014]
- DE 3644297 A1 [0015]
- WO 2004/032569 A2 [0016]
- DE 2936398 A1 [0017]
- WO 03/075351 A1 [0018]
- DE 19702448 A1 [0019]
- DE 19832228 A1 [0020]
- DE 102004050158 B3 [0021]
- DE 19829151 C1 [0022]

Claims

Transparente Scheibe mit einer elektrisch beheizbaren Beschichtung, die sich über einen wesentlichen Teil der Fläche der Scheibe erstreckt und mit mindestens zwei einander gegenüber liegenden niederohmigen Sammelleitern elektrisch verbunden ist, wobei mindestens eine leitende Struktur (4G, 5G) das Heizfeld nur außerhalb eines zentralen Sichtfeldes überdeckt, um die Distanz zwischen den Sammelleitern (4, 5) elektrisch zu verkürzen, und dass der Strom in dem von mindestens einer leitenden Struktur (4G, 5G) nicht überdeckten Teil des Heizfeldes fließt.
Scheibe nach Anspruch 1, wobei 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 weiteren leitenden Strukturen (4G, 5G) über die von der Farbschicht bedeckte Fläche hinaus in das Sichtfeld der Scheibe erstrecken.
Scheibe nach Anspruch 1, wobei die leitende Struktur (4G, 5G) über die Breite (B) homogen ist.
Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche wobei die leitenden Strukturen (4G, 5G) als gedruckte gleichmäßige Muster, sowie als Linien und/oder als Drähte ausgebildet sind.
Scheibe nach Anspruch 4, wobei Linien oder Drähte von nicht mehr als 0,5 mm, vorzugsweise nicht mehr als 0,3 mm Breite oder Dicke, auf die Scheibenfläche projiziert sind, wobei die leitenden Strukturen (4G, 5G) als Punkte, Quadrate, Kreise, Vierecke, Linien oder berührende Linien, ausgebildet sind.
Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei deren Sammelleiter (4, 5) durch Drucken und/oder aus Metallfolien hergestellt sind.
Scheibe nach Anspruch 6, wobei gedruckte Sammelleiter (4, 5) vor oder nach dem Aufbringen der Beschichtung auf das jeweilige Substrat aufgedruckt sind.
Scheibe nach Anspruch 6, wobei aus Metallfolien hergestellte Sammelleiter (4, 5) elektrisch mit der Beschichtung und mit den weiteren leitenden Strukturen (4G, 5G) durch Löten zumindest an diskreten Kontaktstellen verbunden sind.
Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die weiteren leitenden Strukturen (4G, 5G) mit gleichmäßigen oder nicht gleichmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind.
Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die weiteren leitenden Strukturen (4G, 5G) alle mit gleicher Länge oder mit unterschiedlichen Längen ausgeführt sind.
Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die weiteren leitenden Strukturen (4G, 5G) nur über einen Teil der Längserstreckung eines oder beider Sammelleiter (4, 5) angeordnet sind.
Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die weiteren leitenden Strukturen (4G, 5G) als Linien, offene oder geschlossene Schleifen, Geraden, Bögen und/oder Mäander ausgeführt sind.
Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, in einer Ausführung als Fahrzeug-Windschutzscheibe, wobei die weiteren Leiterelemente sich höchstens bis zur Grenze des genormten A-Sichtfeldes dieser Windschutzscheibe erstrecken.
Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich mindestens entlang ihrem oberen Rand ein getönter Farbstreifen erstreckt, welcher dort angeordnete leitende Strukturen (4G) wenigstens teilweise überdeckt.
Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens ein nicht bedruckter Bereich in den leitenden Strukturen vorgesehen ist.
Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche der Leiterelemente kreisförmige, invers kreisförmige, schachbrettförmige, karierte Strukturen, Zickzack Strukturen, Karos und Quadrate aufweist.
Verbundscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sie zwei starre Scheiben (1.1, 1.2) aus Glas und/oder Kunststoff und eine Kunststofffolie (1.3) umfasst, wobei die elektrisch beheizbare Beschichtung (2), die Sammelleiter (4, 5) und das oder die niederohmigen leitenden Strukturen (4G, 5G) auf im Verbund innenliegenden Flächen der Scheibe angeordnet sind.
Verbundscheibe nach Anspruch 16, wobei zwischen einer Innenseite 1.2 und einer Außenseite 1.1 eine leitfähige Glasbeschichtung 1.4, eine gedruckte, niederohmige leitende Struktur 1.5, eine Kunststofffolie 1.2 und ein nicht leitfähiger Schwarzdruck 1.6 enthalten ist.