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Die Erfindung betrifft ein elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug mit einer Scheibe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Scheibe gemäß Anspruch 9.
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Aus der
DE 21 61 645 A ist ein Beschichtungsmittel für Scheiben bekannt, das ein Polymer auf Acrylat- und/oder Methacrylatbasis ist. Das Polymer enthält Säurereste oder Aminreste, die neutralisiert sind. 30–50 μm starke Beschichtungen auf Scheiben haben ein Quellvermögen im Bereich 20–200%. Entsprechende Scheiben sind geeignet zum Verbau in Gebäuden und Kraftfahrzeugen.
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Eine ähnliche Schicht mit verbesserten Hafteigenschaften ist aus der
DE 35 31 031 A1 bekannt. Zur Verbesserung der Hafteigenschaften wird hier das Polymer durch Copolymerisation mit einem Silan hergestellt. Wie in der zuvor beschriebenen Schrift sind die Polymere geeignet zum Herstellen einer beschlagfreien Scheibenbeschichtung.
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Aus der
EP 1 040 963 B1 ist ein beschlagfreier Spiegel bekannt, der mit einer oxidischen Beschichtung versehen ist. Als Oxide eignen sich hierfür Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Zirconiumoxid, Ceriumoxid sowie Titandioxid. Die erhaltenden Schichten sind transparent und hydrophil, so dass ein sich auf einem beschichteten Spiegel bildender Wasserfilm das Reflektionsvermögen des Spiegels kaum beeinträchtigt.
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Aus der
DE 10 204 057 322 A1 ist eine hinter einer Kraftfahrzeugfrontscheibe angeordnete Kamera bekannt, wobei die Frontscheibe im Bereich der Kamera mit einer Antibeschlagschicht ausgerüstet ist. Zusätzlich kann die Frontscheibe oder der Rahmen der Kamera beheizt sein.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug mit einer energieeffizienten Scheibenbeheizung auszustatten.
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Diese Aufgabe wird bei einem elektrisch beheizbaren Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Eine entsprechende Scheibe ist im Patentanspruch 9 beschrieben. Die Unteransprüche zeigen besonders bevorzugte Ausführungsformen.
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Das erfindungsgemäße, elektrisch betreibbare Kraftfahrzeug ist mit einer Sekundärbatterie ausgestattet. Solche Batterien sind wiederaufladbar, haben jedoch ein verhältnismäßig hohes Gewicht bezogen auf die gespeicherte Energie, und sind relativ teuer. Vornehmlich wird eine solche Batterie daher zum Antrieb des Elektromotors eingesetzt, je nach klimatischen Bedingungen wird jedoch auch ein erheblicher Teil der gespeicherten Energie zu Komfortzwecken benötigt. Hierunter fällt insbesondere die Klimatisierung, wobei neben der Kühlung und Heizung auch ein Beschlagfreihalten der Scheiben erforderlich ist. Insbesondere die Frontscheibe, jedoch auch die Heckscheibe und/oder eine oder mehrere Seitenscheiben können mit dem erfindungsgemäßen System beschlagfrei gehalten werden.
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Da zur Vermeidung von Innenbeschlag auf Frontscheiben bei elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen die konventionelle Abwärme des Motors meist nicht ausreichend ist, wird bei diesen die Heizung elektrisch, das heißt mit Strom aus der Sekundärbatterie betrieben. Geeignete Heizelemente sind insbesondere Hochvolt-PTC's, die die Luft erwärmen und hierdurch eine Frontscheibe, gegebenenfalls auch weitere Scheiben, beschlagfrei halten.
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Wie bereits beschrieben, ist es bei Elektrofahrzeugen jedoch wichtig, den Klimaenergiekomfortbedarf so gering wie möglich zu halten, um die Reichweite des Fahrzeuges zu maximieren. Ein Ansatz ist hierzu der Betrieb des Klimagerätes in Umluftstellung, insbesondere im Heizbetrieb. Dies führt jedoch bei zu hoher Luftfeuchtigkeit zu einem erhöhten Beschlag an den Scheiben, der durch Energieeinsatz (stärkere Belüftung, stärkeres Aufheizen der Luft) wiederum minimiert werden muss.
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Erfindungsgemäß wird dieser Energiebedarf dadurch verringert, dass die Scheibe in ihrem Durchsichtbereich zumindest teilweise mit einer wasserspeichernden Beschichtung versehen ist. Der Durchsichtsbereich der Scheibe ist der Bereich, der die Durchsicht vom Innenraum des Kraftfahrzeugs, also für Passagiere, nach außen gestattet. Hierbei ist üblicher Weise nicht der gesamte, von außen sichtbare Bereich der Scheibe der Durchsichtsbereich, da auf der Scheibe meist die Durchsicht verhindernde Objekte, wie Randeinschwärzung, Innenspiegel, Kamera etc. angebracht sind. Der Durchsichtsbereich der Scheibe beträgt mindestens 20%, insbesondere mindestens 40% und insbesondere mindestens 60% der von Außen sichtbaren Scheibenoberfläche. Mit einem solchen Durchsichtsbereich ist ein sicherer Betrieb des Kraftfahrzeuges möglich, wobei insbesondere auch gesetzlichen Erfordernissen zu entsprechen ist.
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Vorzugsweise ist mindestens 30% des Durchsichtsbereichs und insbesondere mindestens 50% des Durchsichtsbereichs mit der wassersorbierenden Beschichtung versehen. Je nach Ausbildung der wassersorbierenden Beschichtung kann diese auch über mindestens 80% des Durchsichtsbereichs bis hin zur gesamten (inneren) Scheibenoberfläche erfolgen. Durch eine insbesondere ganzflächige Beschichtung der Scheibe mit der wassersorbierenden Beschichtung wird neben einer hohen Wasseraufnahme auch eine Gleichmäßigkeit der Scheibenoberfläche erreicht.
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Entsprechend wird die erfindungsgemäße Aufgabe auch mit einer klar durchsichtigen Scheibe, insbesondere Kraftfahrzeugscheibe gelöst, bei der mindestens über 20%, vorzugsweise mindestens 40% der Fläche einer Scheibenseite übereinander liegend eine Heizschicht und eine wasserabsorbierende Beschichtung aufgebracht sind, wobei die wasserabsorbierende Beschichtung außen liegt.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die mit der wassersorbierenden Beschichtung versehenen Scheibe auch mit einer direkten Beheizung versehen. Die direkte Beheizung ist mit der Scheibe verbunden und beheizt diese unmittelbar auf ihrer Fläche. Solche Heizungen können beispielsweise aus leitenden, durchsichtigen Beschichtungen (z. B. Iridium-Zinnoxid) oder durch feine Drähte, die vorzugsweise im Inneren der Scheibe verlaufen, gefertigt sein. Vorteilhaft ist die Scheibe hierbei als Verbundscheibe ausgeführt, so dass ein einfacher und üblicher Aufbau möglich ist. Je nach gewünschter Art und Anordnung der Scheibe kann diese jedoch auch aus einschichtigem Glas oder aus Kunststoff, z. B. Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat aufgebaut sein.
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Mit der direkten Beheizung der Scheibe ist es möglich, das von der wassersorbierenden Beschichtung aufgenommene Wasser mit geringstem Energieaufwand „abzudampfen”, wodurch die Scheibe regeneriert wird und erneut ihrer zweckbestimmten Aufnahme von Luftfeuchtigkeit zur Verfügung steht. Bei besonders hoher Luftfeuchtigkeit kann die direkte Scheibenbeheizung auch nach der Regeneration der wassersorbierenden Beschichtung weiter betrieben werden, um über die Erwärmung der Scheibe eine erneute Aufnahme von Wasser aus der Luftfeuchtigkeit zu minimieren oder zu unterbinden.
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Die erfindungsgemäße Verglasung dient insbesondere als Frontscheibenverglasung, da hier das Erfordernis für die freie Durchsicht zwingend ist und gleichzeitig der größte Nutzen der vorliegenden Erfindung erreicht wird.
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Mit der vorliegenden Erfindung werden zwei wesentliche Punkte zur Beschlagsminderung erfüllt. Zum einen wird mit der wassersorbierenden Beschichtung eine zeitliche Verzögerung von auftretendem Beschlag durch kondensierte Luftfeuchtigkeit an der Scheibe erreicht und zum anderen kann die aufgenommene Feuchtigkeit mit verhältnismäßig geringem Energieaufwand wieder entfernt werden. Die wassersorbierende Beschichtung nimmt hierbei Feuchtigkeit aus der Innenraumluft auf und speichert sie in der Schicht, ohne dabei zu beschlagen.
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Vorzugsweise wird der Füllstand (die Menge des aufgenommenen Wassers bzw. die Feuchtigkeitsmenge in der Beschichtung) mittels eines Feuchtesensors detektiert. Hierdurch ist es möglich, gezielte Antibeschlagmaßnahmen, insbesondere das Beheizen der Scheibe, vorzunehmen, wodurch eine besonders wirtschaftliche Energienutzung der mitgeführten Elektroenergie für die Beschlagfreihaltung der Scheibe erreicht wird. Mit dem Feuchtesensor ist es möglich, den Zeitpunkt kurz vor Einsetzen eines Beschlags (Sättigung der Beschichtung) der Scheibe zu bestimmen. Vorzugsweise ist der Feuchtesensor hierbei derart aufgebaut, dass er mindestens eine elektrische Eigenschaft der wassersorbierenden Beschichtung misst. Insbesondere kann er hierbei ihren Widerstand und/oder ihre Kapazität bestimmen. Dies kann beispielsweise durch Elektroden, die aus Metal oder leitenden, durchsichtigen Beschichtungen gefertigt sind, erfolgen, die insbesondere unmittelbar unter der wassersorbierenden Beschichtung angeordnet sind.
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Durch die Antibeschlagsteuerung, insbesondere in Verbindung mit mindestens einem Feuchtesensor, der vorzugsweise direkt mit der Scheibe verbunden ist, wird die Beschlagfreihaltung mit höchster Energieeffiziens möglich. In einer gesamtheitlichen Energiebetrachtung ist diese Art der Beschlagfreihaltung der Scheibe günstiger, als das bisher übliche Anblasen der Scheibe mit in elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen aus der Sekundärbatterie elektrisch erwärmter Luft.
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Die wassersorbierende Beschichtung kann ein Polymer oder eine anorganische Beschichtung sein. Solche Beschichtungen sind beispielsweise aus der
EP 0 807 650 A1 ,
EP 0 218 881 A1 ,
EP 1 040 963 B1 ,
DE 35 31 031 A1 und
DE 21 61 645 A bekannt. Die Beschichtung ist hierbei nicht auf die in diesen Schriften offenbarten Beschichtungen begrenzt, vielmehr können alle für den Betrieb eines Kraftfahrzeugs genügend klar durchsichtigen Beschichtungen eingesetzt werden, wobei insbesondere auch Modifikationen der in den genannten Schriften beschriebenen Beschichtungen möglich sind. Insbesondere die beschriebenen Beschichtungen sind vorteilhaft einsetzbar, da sie gut haften, eine hohe Transparenz haben und bei guter Wasseraufnahme auch genügend abriebstabil sind.
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Die Beschichtungen werden vorzugsweise hinsichtlich ihres Materials und ihrer Dicke derart gewählt, dass die beschichtete Scheibe an der Beschichtung je Quadratmeter mindestens 5 g, vorzugsweise mindestens 10 g und insbesondere mindestens 25 g Wasser reversibel aufnehmen kann.
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Die wassersorbierende Beschichtung wird üblicher Weise in einer Stärke von mindestens 5 μm, vorzugsweise mindestens 10 μm und insbesondere mindestens 20 μm aufgetragen. Als Obergrenze wird vorzugsweise eine Schichtdicke von 0,5 mm nicht überschritten, insbesondere sind Schichten ≤ 0,1 mm bevorzugt. Mit solchen Schichten, die insbesondere bei Polymerbeschichtungen einen Quellgrad von 200% erreichen können, lassen sich bei einer Kraftfahrzeugscheibe zwischen 10 und 200 g Wasser in der Beschichtung reversibel einlagern. Ein Verfahren zur Bestimmung des Quellwertes und damit der Wassereinlagerung ist beispielsweise in der
DE 21 61 645 A erläutert.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher beschrieben.
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Es zeigen
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1 ein elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug; und
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2 einen Schnitt durch eine Scheibe des elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs.
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Das in 1 gezeigte Elektrofahrzeug 1 hat eine übliche Verglasung mit einer Frontscheibe 4 und weiteren Scheiben 4' an der Seite und hinten. Weiterhin weist das Elektrofahrzeug 1 eine Batterie 2 und einen Elektroantrieb 3 auf, die dem Antrieb des Elektrofahrzeugs 1 dienen.
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Die Frontscheibe 4 hat einen Durchsichtsbereich 9, der für eine sichere und vorschriftsmäßige Bedienung des Elektrofahrzeugs 1 frei von jeglichem Beschlag, innen wie außen, zu halten ist.
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Die Frontscheibe 4 ist in der 2 bezüglich Ihres Aufbaus näher dargestellt. Die Scheibe 4 wird im Wesentlichen von einer durchsichtigen, tragenden Schicht 7 gebildet, die aus einem Polycarbonat hergestellt ist. Außen ist die Tragschicht 7 mit einer Hartbeschichtung 11 versehen, die der tragenden Schicht 7 eine genügende Widerstandsfähigkeit gegen übliche Betriebsbedingungen hinsichtlich zerkratzen verleiht. Zur Innenseite hin ist die tragende Schicht 7 mit einer transparenten Heizschicht 6 aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) versehen, auf der eine wassersorbierende Kunststoffschicht 5 aufgebracht ist.
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Im Durchsichtbereich 9 der Frontscheibe 4 ist die Heizschicht 6 unterbrochen 12 derart, dass die Heizschicht eine Elektrode 8 ausbildet. Über eine Steuerung 10 wird von der Elektrode 8 zur Heizschicht 6 hin der ohmsche Widerstand und die Kapazität bestimmt, woraus wiederum der Feuchtigkeitsgrad der wassersorbierenden Schicht 5 abgeleitet wird. Sobald dieser Wassergehalt einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird die Heizschicht 6 bestromt, so dass das Wasser aus der wassersorbierenden Schicht 5 ausgetrieben wird.
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Alternativ hierzu kann die Bestromung der Heizschicht 6 auch manuell eingeschaltet werden, um beispielsweise eine Vereisung der Frontscheibe 4 zu verhindern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektrofahrzeug
- 2
- sekundäre Batterie
- 3
- Elektromotor
- 4
- Frontscheibe
- 4'
- Scheiben
- 5
- wassersorbierende Beschichtung
- 6
- Heizschicht
- 7
- Tragschicht
- 8
- Elektrode
- 9
- Durchsichtsbereich
- 10
- Steuerung
- 11
- Hartbeschichtung
- 12
- Unterbrechung (Feuchtesensor)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2161645 A [0002, 0020, 0022]
- DE 3531031 A1 [0003, 0020]
- EP 1040963 B1 [0004, 0020]
- DE 10204057322 A1 [0005]
- EP 0807650 A1 [0020]
- EP 0218881 A1 [0020]
