DE102008029987A1

DE102008029987A1 - Transparente Scheibe mit einer beheizbaren Beschichtung

Info

Publication number: DE102008029987A1
Application number: DE102008029987A
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: 2008-06-24
Filing date: 2008-06-24
Publication date: 2010-01-07

Abstract

Eine transparente Scheibe (1) mit einer elektrisch beheizbaren Beschichtung ist mit mehreren in Kontakt mit der leitenden Schicht stehenden im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Elektroden (7, 8, 9, 10, 11) versehen. Die Elektroden (7, 8, 9, 10, 11) weisen auf oder innerhalb der Scheibe (1) selbst keine leitende Verbindung untereinander auf. Jede Elektrode (7, 8, 9, 10, 11) ist mit einem eigenen Anschlusselement (17, 18, 19, 20, 21) für die Verbindung mit einem Stromzuführungskabel oder für ein außerhalb der Scheibe (1) versehen vorzusehende Verbindungskabel für eine Parallelschaltung der Elektroden (7, 8, 9, 10, 11) versehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine transparente Scheibe mit einer elektrisch beheizbaren Beschichtung und mit mehreren in Kontakt mit der leitenden Schicht stehenden im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Elektroden (Stromzuführungsleitern).
Glasscheiben mit einer elektrisch beheizbaren transparenten Beschichtung finden für unterschiedliche Zwecke Anwendung, unter anderem im Fahrzeugbereich insbesondere als Windschutzscheiben und als Heckscheiben. Sie bestehen meistens aus Verbundglas, da die transparente Heizschicht zum Schutz vor mechanischen und/oder atmosphärischen Einflüssen innerhalb der Verbundglasscheibe liegt, indem sie auf der an der thermoplastischen Klebeschicht anliegenden Oberfläche einer der beiden Einzelglasscheiben angeordnet ist. Sie kann aber auch auf einer zwischen den beiden Einzelglasscheiben angeordneten Trägerfolie aus einem geeigneten Polymer angeordnet sein, die als solche über zwei Klebefolien mit den Einzelglasscheiben verbunden ist.
Da die Glasscheiben im allgemeinen eine hohe Transmission für das sichtbare Licht aufweisen sollen, müssen die Heizschichten sehr dünn sein. Das bedeutet, dass der elektrische Flächenwiderstand dieser Schichten verhältnismäßig hoch ist. So beträgt bei einer Transmission im sichtbaren Spektrum von beispielsweise 70% der heute übliche Flächenwiderstand in der Größenordnung von 0,5 bis 6 Ω/Quadrateinheit, vorzugsweise 0,7 bis 2 Ω/Quadrateinheit. Um mit solchen dünnen Schichten eine ausreichende Heizleistung zu erzielen, sind verhältnismäßig hohe Spannungen erforderlich. In bestimmten Fällen, wie insbesondere in Kraftfahrzeugen, sind jedoch nur Spannungen unterhalb eines bestimmten Maximalwertes zulässig, und man ist daher bestrebt, Heizscheiben im Kraftfahrzeug mit der üblichen Bordspannung von 12 bis 14 Volt zu betreiben.
Bei Glasscheiben, die in einer Richtung nur eine verhältnismäßig geringe Ausdehnung haben, kann eine niedrige Spannung für den Heizbetrieb ausreichen, wenn die den Heizstrom in die transparente Heizschicht einkoppelnden Elektroden entlang den Längskanten der Glasscheiben angeordnet sind. Sobald jedoch die Entfernung zwischen den Elektroden über ein bestimmtes Maß hinausgeht, sind besondere Maßnahmen erforderlich, um die nötige Heizleistung zu erzielen.
Eine aus der DE 1 256 812 bekannte Maßnahme zum Betreiben einer Heizscheibe mit einem verhältnismäßig hohen Flächenwiderstand sieht vor, zwei verhältnismäßig breite Elektroden (Stromzuführungsleiter) entlang zweier gegenüber liegender Randbereiche der Scheibe anzuordnen, und jede Elektrode in Richtung auf die Gegenelektrode durch eine Reihe von zueinander parallelen Drähten zu verlängern. Diesen Drähten sind jeweils Drähte benachbart, die von der anderen Elektrode ausgehen, wobei diese Drähte jeweils vor der anderen Elektrode enden. Die parallel zueinander verlaufenden Drähte sind daher abwechselnd mit dem positiven und dem negativen Pol des Stromnetzes verbunden, so dass auf diese Weise eine kammartige Elektrodenanordnung gebildet wird.
In der DE 20 2005 016 384 U1 sind weitere Vorschläge beschrieben, bei Scheiben mit dünnen Heizschichten trotz des zwangsläufig hohen Flächenwiderstandes der Heizschicht die erforderliche Heizleistung zumindest im eigentlichen Sichtfeld zu erreichen. Dabei ist insbesondere entlang wenigstens eines der entlang der oberen und der unteren Kante der Glasscheibe angeordneten Stromzuführungsleiter ein Übergangsbereich des Heizfeldes vorgesehen ist, dessen effektiver Flächenwiderstand geringer ist als der Flächenwiderstand in dem zentralen Sichtfeld der transparenten Scheibe.
Die Erniedrigung des Flächenwiderstandes im Übergangsbereich kann bei dieser bekannten Scheibe dadurch erzielt werden, dass sich von den beiden Stromzuführungsleitern her senkrecht zu diesen und in das von der Beschichtung gebildete Heizfeld hinein zusätzliche Leiter- oder Gitterelemente erstrecken, die vor dem eigentlichen Sichtfeld enden.
Die zum Einkoppeln und Auskoppeln des Heizstroms in solche Beschichtungen dienenden Elektroden (Stromzuführungsleiter oder auch Sammelleiter genannt) bestehen in der Regel aus dünnen Metallstreifen oder aus einem Streifen einer gegebenenfalls eingebrannten Leitsilberpaste, die meist mit Hilfe des Siebdruckverfahrens vor oder nach dem Aufbringen der leitfähigen Beschichtung auf das beschichtete Substrat aufgedruckt werden. Aus der EP 0527680 B1 ist es auch bekannt, zunächst Leitstreifen aus einer geeigneten Leitpaste aufzudrucken und einzubrennen, und mit diesen Leitstreifen eine bandförmige metallische Stromzuführungselektrode zu verlöten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine transparente Scheibe mit elektrisch beheizbarer transparenter Beschichtung zu schaffen, die auch bei verhältnismäßig großen Scheibenflächen verschiedene Möglichkeiten für die Gestaltung und den Betrieb der Scheibenheizung bietet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die jeweils gleichpoligen Elektroden auf oder innerhalb der Scheibe selbst ohne leitende Verbindung miteinander sind, und dass jede Elektrode mit einer eigenen Anschlussfläche oder einem Anschlusselement für die Verbindung mit dem Stromzuführungskabel oder für außerhalb der Scheibe vorzusehende Verbindungskabel für die Parallelschaltung der Elektroden vorgesehen ist.
Da die erfindungsgemäße Heizscheibe innerhalb der Scheibenfläche auf Stromzuführungsleiter verzichtet, die den nötigen Leitungsquerschnitt für den gesamten Heizstrom aufweisen und die deshalb verhältnismäßig breit sein müssen, wird die Optik dadurch nicht beeinträchtigt. Ferner weist die Scheibe den Vorteil auf, dass eine unterschiedliche Beschaltung der einzelnen Heizfelder auch nachträglich möglich ist, da der Scheibenaufbau als solcher dadurch nicht berührt wird.
In ihrer einfachsten Ausführungsform ist je eine Elektrode entlang den gegenüber liegenden Kanten der Scheibe angeordnet und für die Ankoppelung an den einen Pol des Stromnetzes vorgesehen, während eine weitere Elektrode zwischen diesen angeordnet und für die Ankoppelung an den anderen pol des Stromnetzes vorgesehen ist. Auf diese Weise wird eine Heizscheibe mit zwei Heizfeldern verwirklicht, die jeweils einen Flächenwiderstand aufweisen, der nur halb so groß ist wie der Flächenwiderstand einer Scheibe ohne diese Mittelelektrode.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung weist die erfindungsgemäße Scheibe eine Reihe von parallel zueinander angeordneten Elektroden auf, so dass mehr als zwei voneinander unabhängige Heizfelder gebildet werden. Die Elektroden können in gleich bleibenden gegenseitigen Abständen oder in verschiedenen gegenseitigen Abständen angeordnet sein. Ebenso können die Elektroden für den Anschluss an verschiedene Heizspannungen vorgesehen sein.
Heizscheiben mit den Merkmalen der Erfindung können durch unterschiedliche Beschaltung der einzelnen Elektroden für unterschiedliche Heizspannungen und/oder mit unterschiedlichen Heizleistungen der einzelnen Heizfelder vorgesehen werden. So lassen sich zum Beispiel mehrere Heizfelder hintereinander schalten, indem eine oder mehrere der Elektroden nicht beschaltet werden.
Die Elektroden sind vorzugsweise schmale, nur etwa 1 bis 3 mm breite Streifen aus einer aufgedruckten und eingebrannten Leitpaste, wobei zur Vergrößerung des Leiterquerschnitts drahtförmige metallische Leiter mit beliebigen Leiterquerschnitten wie rund, dreieckig, viereckig, fünfeckig, sechseckig, oval usw. mit den aufgedruckten Leitern leitend verbunden sind. Derartig schmale Leiter im Sichtfeld der Glasscheibe haben keine wesentliche Beeinträchtigung der Durchsicht zur Folge.
Bei der elektrisch beheizbaren Beschichtung kann es sich beispielsweise um an sich bekannte Schichtsysteme handeln. Besonders geeignet sind thermisch hoch belastbare Schichtsysteme. Solche Schichtsysteme können auf plane Glasscheiben mit Hilfe der magnetfeldunterstützten Katodenzerstäubung aufgebracht werden. Sie weisen in der Regel wenigstens eine metallische Teilschicht mit der erforderlichen elektrischen Leitfähigkeit auf und überstehen hohe Temperaturen bis zu etwa 600°C schadlos, d. h. ohne Verschlechterung ihrer optischen, Wärme reflektierenden und elektrischen Eigenschaften, so dass derart beschichtete Glasscheiben auch gebogen und/oder thermisch vorgespannt werden können.
Es können jedoch auch andere elektrisch leitfähige Schichten oder Schichtsysteme mit geringerer Temperaturbelastbarkeit verwendet werden, die dann jedoch auf die bereits gebogenen Glasscheiben oder auf geeignete Substrate aus Polymerfolien (vorzugsweise PET-Folien) abgeschieden werden. Für die Erfindung sind jedoch die Zusammensetzung und die Herstellung der Heizschichten von untergeordneter Bedeutung, so dass darauf nicht näher eingegangen zu werden braucht.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.
Von den Zeichnungen zeigt
1 eine erfindungsgemäß ausgebildete heizbare Verbundglasscheibe in der Ansicht, und
2 eine Schnittdarstellung entlang der Linie II-II in 1
Die dargestellte Heizscheibe 1 ist eine Verbundglasscheibe mit den beiden Einzelglasscheiben 2 und 3, die über die thermoplastische Klebeschicht 4 aus beispielsweise einer Polyvinylbutyralfolie miteinander verbunden sind. Die transparente, zur elektrischen Beheizung dienende Schicht 6 ist auf der mit der Klebeschicht 4 verbundenen Seite der Einzelglasscheibe 2 angeordnet.
Auf der Heizschicht 6 sind in gleich bleibenden gegenseitigen Abständen und parallel zueinander Elektroden 7, 8, 9, 10, 11 aus einer druckfähigen Leitpaste angeordnet, die vorzugsweise bei erhöhter Temperatur eingebrannt wurden und den elektrischen Kontakt mit der Schicht 6 sicherstellen. Die Elektroden 7 bis 11 erstrecken sich von der oberen Kante der Glasscheibe 2 bis zur unteren Kante. Statt aus einer aufgedruckten Leitpaste können die Elektroden 7 bis 11 auch aus dünnen Metallfolienstreifen bestehen, die vor dem Zusammenlegen des Schichtpakets auf der thermoplastischen Folie 4 fixiert werden. Beim späteren Verbindeprozess unter Anwendung von Wärme und Druck, beispielsweise im Druckautoklaven, wird ein sicherer Kontakt zwischen diesen Metallstreifen und der Heizschicht 6 erreicht.
Jede Elektrode ist mit einem eigenen Stromanschlusselement für die Verbindung mit dem Stromkabel versehen. Im Bereich jedes Stromanschlusselementes ist die Einzelglasscheibe 3 jeweils mit einer Ausnehmung 14 versehen, die den Zugang zu dem jeweiligen Stromanschlusselement ermöglicht. Stattdessen können die Elektroden, wenn es sich um Metallstreifen oder Drähte handelt, zur Verbindung mit dem zugehörigen Stromkabel auch aus der Stirnseite der Verbundglasscheibe heraus geführt werden.
Die Elektroden 7 bis 11 sollen aus optischen Gründen möglichst schmal ausgeführt sein und haben vorzugsweise eine Breite von 2–4 mm. Sie können aus schmalen Metallstreifen bestehen, die vor dem Zusammenlegen des Schichtpakets auf der thermoplastischen Folie 4 fixiert werden, und die beim späteren Verbindeprozess unter Anwendung von Wärme und Druck einen sicheren Kontakt mit der Heizschicht herstellen.
Vorzugsweise Fall bestehen die Elektroden 7 bis 11 aus einer auf die transparente Heizschicht 6 aufgedruckten Leitsilberpaste. Wenn diese schmalen aufgedruckten Elektroden für die Stromversorgung nicht ausreichen, kann, wie es die 2 zeigt, ihr Querschnitt durch einen hinter ihnen liegenden metallischen Draht 12, beispielsweise einen 1 mm dicken Kupferdraht, entsprechend vergrößert werden. Der erforderliche elektrische Kontakt des Drahtleiters 12 mit der aufgedruckten Elektrode wird durch den mechanischen Druck sichergestellt, der nach dem Verbindeprozess auf den Drahtleiter 12 einwirkt. Es ist jedoch auch möglich, einen Drahtleiter zu verwenden, der mit einem niedrig schmelzenden Lot beschichtet ist, das bei entsprechender Erhitzung auf der gesamten Länge des Drahtleiters eine sichere Lötverbindung mit der aufgedruckten Elektrode herstellt. Die Lötverbindung kann beispielsweise auch nach dem Verbindeprozess durch induktive Erwärmung des Drahtleiters 12 hergestellt werden.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Heizscheibe 1 fünf parallel zueinander verlaufende Elektroden 7 bis 11 auf, von denen jede mit einem eigenen Anschlusselement 17 bis 21 versehen ist. Bei dieser Anordnung sind verschiedene Beschaltungen der Heizscheibe möglich.
Beispielsweise können die Anschlusselemente 17, 19 und 21 mit dem Pluspol des Stromnetzes, und die Anschlusselemente 18 und 20 mit dem Minuspol des Stromnetzes verbunden werden. In diesem Fall sind alle zwischen jeweils zwei benachbarten den Elektroden liegenden Heizfelder mit der gleichen Spannung beaufschlagt, und die elektrischen Flächenwiderstände zwischen den Elektroden sind ebenfalls alle gleich. Unter diesen Bedingungen ist die Heizleistung auf der gesamten zwischen den äußeren Elektroden 7 und 11 liegenden Fläche überall gleich.
Ebenso ist es möglich, die Stromanschlusselemente 17, 19 und 21 mit verschieden hohen Spannungen zu versorgen. Wird beispielsweise die mittlere Elektrode 9 mit einer höheren Spannung versorgt als die beiden Elektroden 7 und 11, dann erhält man zwischen den Elektroden 8 und 10 ein mittleres Heizfeld mit entsprechend höherer Heizleistung. Desgleichen kann man durch gestaffelte Erhöhung oder Verringerung der Spannung von der Elektrode 7 über die Elektrode 9 bis zur Elektrode 11 eine Heizscheibe realisieren, deren Heizleistung in den einzelnen Heizfeldern dementsprechend ansteigt oder abfällt.
Selbstverständlich ist es auch möglich, eine oder mehrere der Elektroden gar nicht mit einem Pol des Stromnetzes zu verbinden und so den elektrischen Flächenwiderstand zwischen den beaufschlagten Elektroden entsprechend zu verändern. Wenn zum Beispiel nur die Elektroden 7 und 11 mit den beiden Polen des Stromnetzes verbunden werden, stellt die gesamte Fläche zwischen diesen beiden Elektroden den Heizwiderstand dar, so dass die Heizscheibe dann mit einer wesentlich höheren Spannung betrieben werden kann. Andererseits ist es auch möglich, nur die Elektrode 9 mit dem einen Pol des Stromnetzes zu verbinden, und die beiden Elektroden 7 und 11 mit dem anderen Pol. Auf diese Weise lässt sich der Flächenwiderstand im Vergleich zu dem vorauf gehenden Beispiel halbieren und dadurch die Heizleistung entsprechend erhöhen.
Anhand der Zeichnungen wurde eine Heizscheibe mit fünf Elektroden beschrieben. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf diese Anzahl von Elektroden beschränkt; sie muss mindestens drei voneinander unabhängige Elektroden aufweisen, während die Anzahl der Elektroden nach oben grundsätzlich nicht begrenzt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 1256812 [0005]
- DE 202005016384 U1 [0006]
- EP 0527680 B1 [0008]

Claims

Transparente Scheibe (1) mit einer elektrisch beheizbaren Beschichtung und mit mehreren in Kontakt mit der leitenden Schicht stehenden im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Elektroden (Stromzuführungsleitern), dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (7, 8, 9, 10, 11) auf oder innerhalb der Scheibe (1) selbst keine leitende Verbindung untereinander aufweisen, und dass jede Elektrode (7, 8, 9, 10, 11) mit einem eigenen Anschlusselement (17, 18, 19, 20, 21) für die Verbindung mit einem Stromzuführungskabel oder für ein außerhalb der Scheibe vorzusehendes Verbindungskabel für die Parallelschaltung der Elektroden (7, 8, 9, 10, 11) versehen ist.
Transparente Scheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden äußeren Elektroden (7, 11) unmittelbar entlang zweier einander gegenüber liegender Kanten der Scheibe (1) angeordnet sind.
Transparente Scheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (7 bis 11) in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind, so dass die jeweils zwischen zwei Elektroden (7, 11) liegenden Heizfelder den gleichen Flächenwiderstand aufweisen.
Transparente Scheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (7 bis 11) in unterschiedlichen Abständen voneinander angeordnet sind, so dass die zwischen den Elektroden (7 bis 11) liegenden Heizfelder unterschiedliche Flächenwiderstände aufweisen.
Transparente Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Beschichtung auf einer Polymerfolie angeordnet ist, die unter Zwischenschaltung zweier Klebeschichten mit zwei Silikatglasscheiben verbunden ist.
Transparente Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Beschichtung (6) auf der Oberfläche einer Silikatglasscheibe (2) angeordnet ist, die mit Hilfe einer thermoplastischen Klebeschicht (4) mit einer weiteren Silikatglasscheibe (3) zu einer Verbundsicherheitsglasscheibe verbunden ist.
Transparente Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (7 bis 11) aus dünnen Metallfolienstreifen bestehen, die infolge der Verbindung der beiden Einzelglasscheiben (2, 3) über die thermoplastische Zwischenschicht (4) mit der elektrisch leitenden Beschichtung (6) in mechanischem Kontakt stehen.
Transparente Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (7 bis 11) aus einer auf die Einzelglasscheibe (2) oder auf die elektrisch leitende Beschichtung (6) aufgedruckten und gegebenenfalls eingebrannten Leitpaste bestehen.
Transparente Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die im Sichtfeld der Scheibe (1) angeordneten Elektroden (7 bis 11) aus etwa 2 bis 4 mm breiten Streifen einer aufgedruckten und eingebrannten Leitpaste bestehen, und dass zur Vergrößerung des Leiterquerschnitts jeweils ein drahtförmiger metallischer Leiter (12) mit der aufgedruckten Elektrode (7 bis 11) leitend verbunden ist.
Transparente Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei 12–14 Volt eine durchschnittliche Heizleistung von 300–800 W/m², vorzugsweise 400–650 W/m² erreicht wird.
Transparente Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtwiderstand 0,5–6 Ω/Quadrat, vorzugsweise 0,7–2 Ω/Quadrat beträgt.