DE102012216625A1

DE102012216625A1 - Fenstermodul mit integriertem Elektropolymer-Sonnenschutz

Info

Publication number: DE102012216625A1
Application number: DE102012216625A
Authority: DE
Inventors: Thomas D. Hagen; Paul R. Dynes
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-09-23
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2013-03-28
Also published as: US8925286B2; US20130076057A1; CN103009970B; CN103009970A

Abstract

Ein Fenstermodul für ein Fahrzeug umfasst eine erste Glasscheibe und, in einer im Wesentlichen parallelen Anordnung zu dieser und durch ein Abstandselement davon getrennt, eine zweite Glasscheibe. Die erste Glasscheibe, die zweite Glasscheibe und das Abstandselement definieren ein geschlossenes Innenvolumen. Eine Elektropolymer-Abschattungsvorrichtung ist in dem Innenvolumen angeordnet und so ausgelegt, dass sie selektiv den Durchgang von Licht durch die erste und die zweite Glasscheibe abdunkelt. Die Elektropolymer-Abschattungsvorrichtung umfasst ein ausbreitbares Tönungsmaterial, das so ausgelegt ist, dass es sich in Ansprechen auf eine zwischen dem ausbreitbaren Tönungsmaterial und der ersten Glasscheibe angelegte Spannungsdifferenz selektiv über die erste Glasscheibe hinweg vorschiebt, eine photovoltaische Zelle, die mit der zweiten Glasscheibe gekoppelt ist und so ausgelegt ist, dass sie unter Einstrahlung von Licht elektrische Energie erzeugt, und einen Controller, der so ausgelegt ist, dass er die erzeugte elektrische Energie von der photovoltaischen Zelle empfängt und selektiv die Spannungsdifferenz zwischen dem ausbreitbaren Tönungsmaterial und der ersten Glasscheibe anlegt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Fenstermodul mit integriertem Elektropolymer-Sonnenschutz.
HINTERGRUND
Fahrzeuge wie beispielsweise Automobile umfassen Fenster, die den Insassen den freien Blick auf die Außenumgebung ermöglichen und dabei gleichzeitig Umwelteinflüsse, wie etwa Wärme, Kälte, Regen, Schnee, Graupelschauer usw. daran hindern, in den Insassenraum/Fahrzeuginnenraum einzudringen. An sonnigen Tagen kann Infrarotstrahlung durch die Fenster gelangen und kann einen ansonsten klimaregulierten Fahrzeuginnenraum erwärmen. Unter bestimmten Umständen kann es für die Insassen des Fahrzeugs wünschenswert sein, eine solche Strahlung abzublocken. Eine Art des Abblockens von Infrarotstrahlung bestand bislang darin, eine Tönungsfolie permanent auf das Fenster aufzukleben. Durch diese Strategie kann zwar an sonnigen Tagen auf wirksame Weise starke Infrarotstrahlung abgeblockt werden, es kann dadurch jedoch auch während der Nachtzeiten oder bei einem Betrieb unter schlechten Lichtbedingungen zu einer Verdunkelung der Sicht kommen. Daher kann es wünschenswert sein, über einen Tönungsmechanismus zu verfügen, der selektiv betätigt werden kann, um intensive Strahlung während sonniger Bedingungen abzuschirmen und dabei gleichzeitig eine vollständige Transparenz während schlechter Lichtverhältnisse zur erlauben.
KURZFASSUNG
Ein Fenstermodul für ein Fahrzeug umfasst eine erste Glasscheibe und eine zweite Glasscheibe, welche sich in einer im Wesentlichen parallelen Anordnung zu dieser befindet und durch ein Abstandselement davon getrennt ist. Die erste Glasscheibe, die zweite Glasscheibe und das Abstandselement definieren ein geschlossenes Innenvolumen, in welchem eine Elektropolymer-Abschattungsvorrichtung angeordnet sein kann, um selektiv den Durchgang von Licht durch die erste und die zweite Glasscheibe abzudunkeln.
Die Elektropolymer-Abschattungsvorrichtung kann ein ausbreitbares Tönungsmaterial, eine photovoltaische Zelle und einen Controller umfassen. Das ausbreitbare Tönungsmaterial kann so ausgelegt sein, dass es sich in Ansprechen auf eine zwischen dem Tönungsmaterial und der ersten Glasscheibe angelegte Spannungsdifferenz selektiv über die erste Glasscheibe hinweg vorschiebt. Die photovoltaische Zelle kann mit der zweiten Glasscheibe gekoppelt sein und so ausgelegt sein, dass sie unter Einstrahlung von Licht elektrische Energie erzeugt; und der Controller kann so ausgelegt sein, dass er die erzeugte elektrische Energie von der photovoltaischen Zelle empfangt und selektiv die Spannungsdifferenz zwischen dem ausbreitbaren Tönungsmaterial und der ersten Glasscheibe anlegt.
Der Controller kann weiterhin eine Energiespeichervorrichtung umfassen, die dafür ausgelegt ist, die von der photovoltaischen Zelle erzeugte elektrische Energie zu speichern. In einer Auslegung kann die Elektropolymer-Abschattungsvorrichtung energieautark sein, so dass sie keine externe Stromversorgung benötigt. So kann beispielsweise die photovoltaische Zelle dergestalt ausgelegt sein, dass sie eine ausreichende Menge elektrischer Energie erzeugt, um das ausbreitbare Tönungsmaterial in einem vorgeschobenen Zustand zu halten.
Das ausbreitbare Tönungsmaterial kann eine leitfähige Schicht umfassen und die erste Glasscheibe kann einen leitfähigen Überzug umfassen, der auf solche Weise angeordnet ist, dass eine Spannungsdifferenz zwischen der leitfähigen Schicht und dem leitfähigen Überzug bewirkt, dass sich das ausbreitbare Tönungsmaterial über die erste Glasscheibe hinweg vorschiebt. In einer Auslegung kann der Controller so ausgelegt sein, dass er das ausbreitbare Tönungsmaterial vorschiebt, nachdem er von der photovoltaischen Zelle eine Menge an elektrischer Energie empfangen hat, die über einem Schwellenwert liegt, und weiterhin, wenn er erfasst, dass sich das Fahrzeug im Stillstand befindet.
Das Abstandselement kann um den Umfang der ersten Glasscheibe herum angeordnet sein, wobei die photovoltaische Zelle und der Controller benachbart zu dem Abstandselement angeordnet sind. Darüber hinaus kann die zweite Glasscheibe einen vorstehenden Abschnitt aufweisen, der sich über das Abstandselement hinaus erstreckt. Der vorstehende Abschnitt der zweiten Glasscheibe kann für die Befestigung des Fenstermoduls an dem Fahrzeug ausgelegt sein. Das Fahrzeug kann beispielsweise ein Rahmenelement aufweisen, das eine Auflage umfasst, und der vorstehende Abschnitt kann so ausgelegt sein, dass er sich an der Ablage befestigen lässt, so dass ein ebener Übergang zwischen dem Rahmenelement und der zweiten Glasscheibe gegeben ist.
Eine undurchsichtige Farbschicht kann benachbart zu dem Umfang der zweiten Glasscheibe innerhalb des Innenvolumens vorgesehen sein. Die photovoltaische Zelle kann dergestalt situiert sein, dass sie an die undurchsichtige Farbschicht anstößt.
Die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich mit größerer Deutlichkeit aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung der besten Umsetzungsarten der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematischer Grundriss eines Fenstermoduls, das innerhalb eines Abschnitts eines Fahrzeugs angeordnet ist.
2 ist eine schematische, teilweise Querschnittsansicht des Fenstermoduls aus 1 entlang der Linie 2-2.
3 ist eine schematische, teilweise Querschnittsansicht des Fenstermoduls aus 2, wobei sich das ausbreitbare Tönungsmaterial über eine Glasscheibe hinweg vorschiebt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In den Zeichnungen, auf welche nun Bezug genommen wird und in denen gleiche Bezugszahlen verwendet werden, um in den verschiedenen Ansichten gleiche oder identische Bauteile zu identifizieren, veranschaulicht 1 schematisch ein Fenstermodul 10, das innerhalb eines Abschnitts eines Fahrzeugs 12 angeordnet ist. Das Fenstermodul 10 umfasst im Allgemeinen einen transparenten Mittelabschnitt 14, welcher im Allgemeinen durch einen undurchsichtigen Umfangsabschnitt 16 begrenzt sein kann. Wie in der in 2 gezeigten teilweisen Querschnittsansicht veranschaulicht, kann das Fenstermodul 10 eine erste Glasscheibe (d. h. die innere Glasscheibe 20) und eine zweite Glasscheibe (d. h. die äußere Glasscheibe 22) umfassen, welche sich in einer im Wesentlichen äquidistanten Anordnung zu dieser befindet und durch ein Abstandselement 24 davon getrennt ist. Das Abstandselement 24 kann den gesamten Umfang des Fenstermoduls 10 dergestalt umgeben, dass die äußere Glasscheibe 22, die innere Glasscheibe 20 und das Abstandselement 24 ein Innenvolumen 26 definieren. Die innere und die äußere Glasscheibe 20, 22 können jeweils abdichtend an dem Abstandselement 24 angebracht sein, so dass ein in dem Innenvolumen 26 enthaltenes Gas im Allgemeinen von der außerhalb des Moduls 10 vorhandenen Umgebungsluft isoliert ist. In einer Auslegung kann das Innenvolumen 26 mit einem trockenen oder inerten Gas befüllt sein, um eine Kondensatbildung an den Innenflächen der Glasscheiben 20, 22 zu verhindern.
Das Fenstermodul 10 kann so ausgelegt sein, dass es in einer Öffnung 30 des Fahrzeugs 12 sitzt und Umwelteinflüsse, wie beispielsweise Wind, Regen, Wärme oder kalte Luft daran hindert, in das Fahrzeug 12 einzudringen, und dabei gleichzeitig sichtbares Licht durchlässt. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform, bei welcher das Fahrzeug ein Automobil ist, die Öffnung 30 eine Öffnung 30 oberhalb der Hutablage eines Automobils, eine Öffnung 30 in einer hinteren Hubtür eines sportlichen Geländewagens (SUV), eines Crossover-Fahrzeugs, eines Fließheckfahrzeugs oder eines Transporters, oder aber eine Öffnung 30 in dem Dach sein. In einer Auslegung kann es sich bei dem Fenstermodul 10 um ein Dachverglasungsmodul handeln, das dazu verwendet wird, vom Innenraum des Fahrzeugs 12 aus eine Rundumsicht auf die Außenumgebung zu bieten.
Um das Fahrzeug 12 so aussehen zu lassen, dass es ein glattes, durchgehendes Äußeres aufweist, kann das gesamte Fenstermodul 10 in oder unter die Außenfläche 32 des Fahrzeugs 12 eingelegt sein. Beispielsweise kann die äußere Glasscheibe 22 einen vorstehenden Abschnitt umfassen, der sich um eine Strecke 34 über die innere Glasscheibe 20 hinaus erstrecken kann und so ausgelegt sein kann, dass er auf einer nahe bei der Öffnung 30 ausgebildeten Ablage 36 aufliegt. In einer Ausführungsform kann die Ablage 36 zu einem Strukturabschnitt der Fahrzeugkarosserie, beispielsweise einem geschlossenen Kastenträger-Rahmenelement 38 ausgeformt sein, das sich entlang der Dachlinie eines Automobils zwischen der A-Säule und der C-Säule erstrecken kann. Das Rahmenelement 38 kann beispielsweise durch einen Stanzvorgang gebildet sein, wobei mehrere ausgestanzte ”C-Kanal”-Elemente miteinander verbunden sind.
Das Fenstermodul 10 kann mit einem geeigneten Klebmittel 40, das zwischen der äußeren Glasscheibe 22 und der Ablage 36 angeordnet ist, an dem Fahrzeug 10 befestigt sein. Alternativ dazu kann das Fenstermodul 10 auch unter Verwendung jeder beliebigen Konfiguration von Schrauben, Spangen oder Befestigungselementen an dem Fahrzeug befestigt sein. Zusätzlich zu dem Klebmittel 40 kann an der Fuge zwischen der äußeren Glasscheibe 22 und dem Fahrzeug 12 ein Dichtungsstreifen 42 vorgesehen sein, um zu verhindern, dass Wasser in die Nähe der Verbindungsstelle zwischen Glas und Fahrzeug fließt oder dass es dort zu Schmutzablagerungen kommt. Der Dichtungsstreifen 42 kann aus einem Polymermaterial wie beispielsweise Vinyl, Urethan, Latex, Silikon oder Gummi gefertigt sein. In ähnlicher Weise kann auch eine ästhetisch ansprechende Zierleiste (nicht gezeigt) zwischen der inneren Glasscheibe 20 und dem Fahrzeug 12 vorgesehen sein, um die darunterliegende Fuge abzudecken.
Wie allgemein in 2 veranschaulicht, kann sich in dem Innenvolumen 26 des Fenstermoduls 10 eine Elektropolymer-Abschattungsvorrichtung 50 befinden, die dazu dienen kann, den Durchgang von elektromagnetischer Strahlung durch das Fenstermodul 10 selektiv zu verhindern. Die Elektropolymer-Abschattungsvorrichtung 50 kann beispielsweise so ausgelegt sein, dass sie die Übertragungseigenschaften des Fenstermoduls 10 selektiv abtönt, indem sie ein lichtabsorbierendes und/oder lichtreflektierendes Material über eine oder beide der Glasscheiben 20, 22 ausbreitet. Die Elektropolymer-Abschattungsvorrichtung 50 kann ein ausbreitbares Tönungsmaterial 52, einen Controller 54 und eine oder mehrere photovoltaische Zellen 56 umfassen.
In 3 ist schematisch veranschaulicht, wie das ausbreitbare Tönungsmaterial 52 an der inneren Glasscheibe 20 anliegend in einen ausgebreiteten Zustand gebracht wird. Das ausbreitbare Tönungsmaterial 52 kann aus einer elektrisch leitfähigen Schicht 60 und einer dielektrischen Schicht 62 bestehen. In einer Auslegung kann die elektrisch leitfähige Schicht 60 aus einem transparenten Leitermaterial, wie beispielsweise Indium-Zinnoxid und/oder Zinnoxid, gefertigt sein. Alternativ dazu kann die leitfähige Schicht 60 reflektierende Eigenschaften aufweisen, um die Sonneneinstrahlung abzublocken oder zu reflektieren. Diese Eigenschaften können beispielsweise dadurch bereitgestellt sein, dass die leitfähige Schicht 60 aus einem niedergeschlagenen Aluminium- oder Silbermaterial gebildet wird.
Bei der dielektrischen Schicht 62 des ausbreitbaren Tönungsmaterials 52 kann es sich um ein elastisches Material handeln, das elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist und sich über eine lange Lebensdauer hinweg auf zuverlässige Weise auf- und abspulen lässt. Als Beispiele für geeignete dielektrische Materialien sind unter anderem Polyethylenterephthalat (PET) oder Polyethylennaphtalat (PEN) zu nennen. Das ausbreitbare Tönungsmaterial 52 kann weiterhin eine integrierte, getönte und/oder eingefärbte Schicht (nicht gezeigt) umfassen, durch welche dem Tönungsmaterial 52 lichtabsorbierende Eigenschaften verliehen werden können. Alternativ dazu kann jede beliebige Färbung in separater Weise als getrennte Schicht/Folie angrenzend an das Tönungsmaterial 52 bereitgestellt werden.
Die innere Glasscheibe 20 kann ein Glassubstrat 64 und einen leitfähigen Überzug 66 umfassen, der auf jene Oberfläche des Substrats 64 aufgebracht ist, die an dem Innenvolumen 26 anliegt bzw. diesem zugewandt ist, und der benachbart zu dem ausbreitbaren Tönungsmaterial 52 sein kann. Der leitfähige Überzug 66 kann aus einem transparenten Leitermaterial, wie beispielsweise einem Indium-Zinnoxid und/oder einem Zinnoxid gefertigt sein. Somit kann die innere Glasscheibe 20 optisch transparent erscheinen, wenn das ausbreitbare Tönungsmaterial 52 zurückgezogen ist.
Sind keine externen oder induzierten Kräfte vorhanden, so kann das ausbreitbare Tönungsmaterial 52 in der Ausgangsstellung so angeordnet sein, dass es sich zu dem Rand des Fenstermoduls 10 (d. h. zu dem in 2 allgemein veranschaulichten Abstandselement 24) hin um sich selbst herumwickelt. Diese Bewegung kann die Folge eines Material-Formgedächtnisses oder einer von der polymeren, dielektrischen Schicht 62 angenommenen Anfangseinstellung sein. Wird eine Spannungsdifferenz zwischen den in 3 allgemein veranschaulichten, leitfähigen Schichten 60, 66 angelegt, so kann das Tönungsmaterial 52 über elektrostatische Kräfte, die bewirken, dass sich das Tönungsmaterial 52 über die Glasscheibe 20 hinweg ausbreitet, in Richtung zu der benachbarten Glasscheibe 20 hingezogen werden.
Um die selektive elektrostatische Betätigung bereitzustellen, kann der Controller 54 über eine erste elektrische Leitung 68 mit der leitfähigen Schicht 60 des Tönungsmaterials 52 elektrisch gekoppelt sein und kann er über eine zweite elektrische Leitung 70 mit dem leitfähigen Überzug 66 der inneren Glasscheibe 20 elektrisch gekoppelt sein. Der Controller 54 kann so ausgelegt sein, dass er eine Spannungsdifferenz über die beiden entsprechenden, leitfähigen Schichten 60, 66 hinweg anlegt, was zu der Erzeugung einer elektrostatischen Anziehung über die dielektrische Schicht 62 hinweg führen kann.
Die Dicken der verschiedenen Schichten und die Höhe der an die leitfähigen Schichten 60, 66 angelegten Spannung können entsprechend den Besonderheiten der gewünschten Anwendungen, darunter die Ausbreit-/Rückziehgeschwindigkeit, die Zuverlässigkeit, die Lichtundurchlässigkeit und die verfügbare elektrische Leistung, ausgewählt werden. In einer Ausführungsform kann die Gesamtdicke 72 des ausbreitbaren Tönungsmaterials 52 weniger als 500 μm betragen, während die Dicke des leitfähigen Überzugs 66 weniger als 5 μm betragen kann.
Der Controller 54 kann als ein oder eine Mehrzahl von digitalen Computern oder Datenverarbeitungseinrichtungen ausgeführt sein, die jeweils Folgendes aufweisen: einen Mikroprozessor oder eine zentrale Recheneinheit (CPU) bzw. eine Mehrzahl davon, einen Festwertspeicher (ROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen elektrisch löschbaren und programmierbaren Festwertspeicher (EEPROM), einen Taktgeber mit hoher Geschwindigkeit, eine Analog/Digital(A/D)-Wandlerschaltung, eine Digital/Analog(D/A)-Wandlerschaltung, eine Eingabe/Ausgabeschaltung (E/A-Schaltung), Leistungselektronik/Transformatoren und/oder Signalaufbereitungs- und -pufferelektronik. Alternativ dazu kann der Controller 54 als eine Sammlung von elementaren elektrischen Bauteilen wie beispielsweise Kondensatoren, Widerstanden, Transistoren, Relais ausgeführt sein.
Der Controller 54 kann für die Signalübertragung einen E/A-Kanal 80 umfassen, welcher die selektive Betätigung der Elektropolymer-Abschattungsvorrichtung 50 und/oder die Übermittlung des Zustands der Abschattungsvorrichtung 50 von dem Modul 10 nach außen bereitstellt. So können beispielsweise ein oder mehrere Schalter (nicht gezeigt) mit der E/A-Leitung 80 gekoppelt sein, um es einem Benutzer oder Insassen in dem Fahrzeug zu ermöglichen, das Tönungsmaterial 52 selektiv über den transparenten Mittelbereich 14 des Fenstermoduls 10 hinweg auszubreiten. Alternativ dazu kann ein solches selektives Betätigungssignal auch von einem elektrisch gekoppelten Fahrzeugsteuermodul (nicht gezeigt) empfangen werden.
Der Controller 54 kann mit einer oder mehreren photovoltaischen Zellen 56 elektrisch gekoppelt sein, die so ausgelegt sein können, dass sie entweder einen Teil oder die Gesamtheit der elektrischen Energie liefern, die für den Betrieb der Elektropolymer-Abschattungsvorrichtung 50 benötigt wird. So können beispielsweise in einer Ausführungsform die photovoltaischen Zellen 56 eine ausreichende Menge an Leistung liefern, um das Tönungsmaterial 52 ohne jegliche extern zugeführte elektrische Energie in einem ausgebreiteten Zustand zu halten. In einer anderen Ausführungsform können die photovoltaischen Zellen 56 eine ausreichende Menge an Leistung liefern, um das Tönungsmaterial 52 ohne Notwendigkeit einer extern zugeführten elektrischen Energie von einem eingerollten Zustand in einem ausgebreiteten Zustand vorzuschieben.
Wie festzustellen ist, können die photovoltaischen Zellen 56 Licht in Gleichstrom umwandeln (d. h., sie können einen ”photovoltaischen Effekt” aufweisen). Die photovoltaischen Zellen 56 können beispielsweise aus monokristallinem Silizium, polykristallinem Silizium, amorphem Silizium, Cadmiumtellurid, Kupfer-Indium-Gallium-Selenid/-Sulfid und/oder aus jedem beliebigen anderen Material, das bekanntermaßen einen photovoltaischen Effekt aufweist, gefertigt sein. Wie allgemein in 1 und 2 veranschaulicht, kann die eine oder können die mehreren photovoltaischen Zellen 56 dergestalt in dem Innenvolumen 26 des Fenstermoduls 10 angeordnet sein, dass sie sich benachbart zu der äußeren Glasscheibe 22 befinden und so in der Lage sind, Licht (z. B. Solarenergie) durch die äußere Glasscheibe 22 hindurch zu empfangen. In einer Auslegung können die photovoltaischen Zellen 56 unter Verwendung eines geeigneten Glas-Laminierverfahrens auf die äußere Glasscheibe 22 auflaminiert werden. Eine typische photovoltaische Zelle 56 mag zwar nur eine Ausgangsspannung von weniger als einem Volt aufweisen, es können jedoch mehrere Zellen 56 in einer Reihenanordnung ”gestapelt” werden, um höhere Ausgangsspannungen zu erzielen.
Der Controller kann eine oder mehrere elektrische Speichervorrichtungen 82 umfassen, die dafür ausgelegt sind, die von den photovoltaischen Zellen 56 erzeugte elektrische Energie zu speichern. Auf diese Weise können die elektrischen Speichervorrichtungen 82 Betriebsenergie für die Elektropolymer-Abschattungsvorrichtung 50 bereitstellen, so dass die Abschattungsvorrichtung 50 auch dann eine gewisse Zeit lang betrieben werden kann, wenn die Zellen 56 nicht direktem Sonnenlicht ausgesetzt sind. Zusätzlich können die elektrischen Speichervorrichtungen 82 als ein Puffer zwischen den Zellen 56 und den Steuer-/Antriebsschaltungen fungieren, die dazu verwendet werden, das Tönungsmaterial 52 auszubreiten. Auf diese Weise ist die Wahrscheinlichkeit geringer, dass sich eine beliebige Leistungsaufnahme negativ auf die photovoltaische Leistung oder Effizienz der Zellen 56 auswirkt. Die eine oder mehreren elektrischen Speichervorrichtungen 82 können wiederaufladbare Batterien, wie beispielsweise Lithium-Ionenbatterien, Nickel-Metallhydridbatterien oder Nickel-Cadmiumbatterien umfassen. Alternativ dazu können die eine oder mehreren elektrischen Speichervorrichtungen 82 einen oder mehrere Superkondensatoren oder Ultrakondensatoren umfassen, die beispielsweise unter Verwendung der elektrischen Doppelschichtkondensator-Technologie gebaut sein können.
Der Controller 54 kann weiterhin einen oder mehrere DC/DC-Wandler 84 umfassen, die dazu verwendet werden können, die Spannung der gespeicherten Elektrizität auf eine Betriebsspannung hinaufzutransformieren, die erforderlich sein kann, um das Tönungsmaterial 52 auszubreiten. In einer Auslegung kann die erforderliche Betriebsspannung mehr als 100 Volt betragen, während die elektrische Speichervorrichtung 82 weniger als 18 Volt Ausgangsspannung bereitzustellen in der Lage ist.
In einer Auslegung, in der das Fenstermodul 10 als ein Plattenelement innerhalb des Daches eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, kann der Controller 54 so ausgelegt sein, dass er das Tönungsmaterial 52 automatisch über das Fenstermodul 10 hinweg ausbreitet, wenn er erfasst, dass das Fahrzeug 12 in direktem Sonnenlicht positioniert ist. Der Controller 54 kann diese Bestimmung durchführen, indem er die von den photovoltaischen Zellen 56 bereitgestellte Spannung überwacht und diese Spannung mit einem Schwellenwert vergleicht. In einer alternativen Auslegung kann der Controller 54 das Tönungsmaterial 52 nur dann auf automatische Weise ausbreiten, wenn das Fahrzeug 12 in direktem Sonnenlicht positioniert ist und wenn es (über den E/A-Kanal 80) eine Anzeige empfängt, wonach sich der Motor des Fahrzeugs 12 entweder im abgeschalteten Zustand befindet oder wenn das Getriebe in die ”Park”-Stellung geschaltet worden ist. Auf diese Weise kann sich das Tönungsmaterial 52 automatisch ausbreiten und den Insassenraum des Fahrzeugs 12 beschatten, wenn das Fahrzeug 12 beispielsweise auf einem sonnigen Parkplatz geparkt ist.
Während des Betriebs kann, wenn eine Spannungsdifferenz zwischen der leitfähigen Schicht 60 des Tönungsmaterials 52 und dem leitfähigen Überzug 66 des Glases 20 angelegt ist, ein geringer Kriechstrom über die dielektrische Schicht 62 und/oder zurück durch den Controller 54 fließen. Dieser Kriechstrom kann den effektiven Haltestrom darstellen, der benötigt wird, um das Tönungsmaterial 52 in einem ausgebreiteten Zustand zu halten. Beispielsweise kann der ”Halte”-Strom, der von einer 12-Volt-Versorgung benötigt wird, um das Tönungsmaterial 52 in einem ausgebreiteten Zustand zu halten, ungefähr 160 μA betragen. Ein solcher parasitärer Stromverbrauch stellt zwar kein Problem dar, wenn das Fahrzeug 12 läuft und ständig Leistung erzeugt wird, wenn das Fahrzeug 12 jedoch abgeschaltet ist, kann ein solcher Verbrauch mit der Zeit die Fahrzeugbatterie entleeren (oder bewirken, dass sich der Sonnenschutz zurückzieht – was zu einem möglichen Temperaturanstieg in der Insassenkabine führen kann). Die photovoltaischen Zellen 56 sind optimalerweise dergestalt positioniert, dass sie diese Stromlast bereitstellen, ohne einen parasitären Verbrauch an einer Stromquelle des Fahrzeugs 12 zu verursachen. Das Tönungsmaterial 52 wird nämlich nur dann zu Abtönungszwecken benötigt, wenn sich das Fahrzeug 12 in direktem Sonnenlicht befindet. Das Vorhandensein dieses direkten Sonnenlichts kann demgemäß die photovoltaischen Zellen 56 in die Lage versetzen, der Elektropolymer-Abschattungsvorrichtung 50 stets den benötigten Haltestrom bereitzustellen.
Es kann vorteilhaft sein, die Bauteile der Elektropolymer-Abschattungsvorrichtung 50 innerhalb des Innenvolumens 26 des Fenstermoduls 10 bereitzustellen, um das folienförmige Tönungsmaterial 52 von Staub, luftübertragenem Schmutz, in der Luft vorhandenen Chemikalien und/oder von Feuchtigkeit abzuschirmen, die sich jeweils negativ auf sein Funktionsverhalten auswirken können. Zusätzlich können die Glasscheiben 20, 22 eine isolierende Barriere bereitstellen, die Gegenstände aus der an das Fenstermodul 10 angrenzenden Umgebung daran hindern kann, mit irgendwelchen Hochspannungskomponenten in Kontakt zu kommen. Zusätzlich zur Bereitstellung einer sauberen, elektrisch isolierten Betriebsumgebung für die Elektropolymer-Abschattungsvorrichtung 50 kann das Innenvolumen 26 selbst die thermische Beständigkeit (d. h. den R-Wert) des Fenstermoduls 10 verbessern.
In einer Auslegung können die photovoltaischen Zellen 56, der Controller und verschiedene elektrische Verbindungen innerhalb des undurchsichtigen Umfangsabschnitts 16 des Fenstermoduls 10 untergebracht sein, wie dies allgemein in 1–2 gezeigt ist. Der undurchsichtige Umfangsabschnitt 16 kann eine dunkelfarbige Tönungs- oder Farbschicht 90 umfassen, die auf die Unterseite einer oder beider der Glasscheiben 20, 22 aufgebracht ist. Der undurchsichtige Umfangsabschnitt 16 kann dazu dienen, die Sicht auf die verschiedenen Bauteile von außerhalb des Fenstermoduls 10 zu versperren oder abzudunkeln. Zusätzlich kann, wie dies in 2 gezeigt ist, die schwarze Farbschicht 90 dazu verwendet werden, die Sicht auf das Klebmittel 40 und das Rahmenelement 38 (oder andere Halterungselemente), die zum Befestigen des Fenstermoduls 10 an dem Fahrzeug 12 verwendet werden können, zu verdunkeln. In einer Ausführungsform können die photovoltaischen Zellen 56 dergestalt innerhalb der schwarzen Farbschicht 90 angeordnet sein, dass sie im Allgemeinen von der Farbschicht 90 begrenzt werden, jedoch nicht von der Farbschicht 90 abgedunkelt werden. In einer anderen Ausführungsform können die photovoltaischen Zellen 56 von der entgegengesetzten Seite der äußeren Glasscheibe 22 aus betrachtet sichtbar sein und an zumindest einer Seite an die schwarze Farbschicht 90 anstoßen.
Es sind hier zwar die besten Umsetzungsarten der Erfindung im Detail beschrieben, für den Fachmann auf dem Gebiet, zu welchem diese Erfindung gehört, sind jedoch verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen für die Umsetzung der Erfindung im Umfang der beigefügten Patentansprüche erkenntlich. Alle in der obigen Beschreibung enthaltenen oder in den beigefügten Zeichnungen gezeigten Inhalte sind lediglich als veranschaulichend und nicht als einschränkend zu betrachten.

Claims

Fenstermodul für ein Fahrzeug, welches umfasst: eine erste Glasscheibe und eine zweite Glasscheibe, welche sich in einer im Wesentlichen äquidistanten Anordnung zu dieser befindet und durch ein Abstandselement davon getrennt ist, wobei die erste Glasscheibe, die zweite Glasscheibe und das Abstandselement ein geschlossenes Innenvolumen definieren; eine Elektropolymer-Abschattungsvorrichtung, welche in dem Innenvolumen angeordnet ist und so ausgelegt ist, dass sie selektiv den Durchgang von Licht durch die erste und die zweite Glasscheibe abdunkelt, wobei die Elektropolymer-Abschattungsvorrichtung umfasst: ein ausbreitbares Tönungsmaterial, das so ausgelegt ist, dass es sich in Ansprechen auf eine zwischen dem ausbreitbaren Tönungsmaterial und der ersten Glasscheibe angelegte Spannungsdifferenz selektiv über die erste Glasscheibe hinweg vorschiebt; eine photovoltaische Zelle, die mit der zweiten Glasscheibe gekoppelt ist und so ausgelegt ist, dass sie unter Einstrahlung von Licht elektrische Energie erzeugt; einen Controller, der so ausgelegt ist, dass er die erzeugte elektrische Energie von der photovoltaischen Zelle empfangt und selektiv die Spannungsdifferenz zwischen dem ausbreitbaren Tönungsmaterial und der ersten Glasscheibe anlegt.
Fenstermodul nach Anspruch 1, wobei der Controller eine Energiespeichervorrichtung umfasst, die dafür ausgelegt ist, die von der photovoltaischen Zelle erzeugte elektrische Energie zu speichern.
Fenstermodul nach Anspruch 1, wobei das Abstandselement um den Umfang der ersten Glasscheibe herum angeordnet ist; und wobei die photovoltaische Zelle und der Controller benachbart zu dem Abstandselement angeordnet sind.
Fenstermodul nach Anspruch 3, wobei die zweite Glasscheibe einen vorstehenden Abschnitt umfasst, der sich über das Abstandselement hinaus erstreckt, und wobei der vorstehende Abschnitt der zweiten Glasscheibe für die Befestigung des Fenstermoduls an dem Fahrzeug ausgelegt ist.
Fenstermodul nach Anspruch 3, welches weiterhin eine undurchsichtige Farbschicht umfasst, die benachbart zu dem Umfang der zweiten Glasscheibe innerhalb des Innenvolumens vorgesehen ist; und wobei die photovoltaische Zelle an die undurchsichtige Farbschicht anstößt.
Fenstermodul nach Anspruch 1, wobei das ausbreitbare Tönungsmaterial eine leitfähige Schicht umfasst; wobei die erste Glasscheibe einen leitfähigen Überzug umfasst; und wobei die Spannungsdifferenz zwischen der leitfähigen Schicht und dem leitfähigen Überzug angelegt wird.
Fenstermodul nach Anspruch 1, wobei die Elektropolymer-Abschattungsvorrichtung durch die von der photovoltaischen Zelle erzeugte elektrische Energie energieautark ist.
Fenstermodul nach Anspruch 1, wobei der Controller so ausgelegt ist, dass er das ausbreitbare Tönungsmaterial vorschiebt, nachdem er von der photovoltaischen Zelle eine Menge an elektrischer Energie empfangen hat, die über einem Schwellenwert liegt, und weiterhin, wenn er erfasst, dass sich das Fahrzeug im Stillstand befindet.
Fenstermodul nach Anspruch 1, wobei die photovoltaische Zelle so ausgelegt ist, dass sie eine ausreichende Menge elektrischer Energie erzeugt, um das ausbreitbare Tönungsmaterial in einem vorgeschobenen Zustand zu halten.
Fahrzeug, welches umfasst: ein Rahmenelement; ein Fenstermodul, das für eine Befestigung an dem Rahmenelement ausgelegt ist, wobei das Fenstermodul Folgendes umfasst: eine erste Glasscheibe und eine zweite Glasscheibe, welche sich in einer im Wesentlichen äquidistanten Anordnung zu dieser befindet und durch ein Abstandselement davon getrennt ist, wobei die erste Glasscheibe, die zweite Glasscheibe und das Abstandselement ein geschlossenes Innenvolumen definieren; eine Elektropolymer-Abschattungsvorrichtung, welche in dem Innenvolumen angeordnet ist und so ausgelegt ist, dass sie selektiv den Durchgang von Licht durch die erste und die zweite Glasscheibe abdunkelt, wobei die Elektropolymer-Abschattungsvorrichtung umfasst: ein ausbreitbares Tönungsmaterial, das so ausgelegt ist, dass es sich in Ansprechen auf eine zwischen dem ausbreitbaren Tönungsmaterial und der ersten Glasscheibe angelegte Spannungsdifferenz selektiv über die erste Glasscheibe hinweg vorschiebt; eine photovoltaische Zelle, die mit der zweiten Glasscheibe gekoppelt ist und so ausgelegt ist, dass sie unter Einstrahlung von Licht elektrische Energie erzeugt; einen Controller, der so ausgelegt ist, dass er die erzeugte elektrische Energie von der photovoltaischen Zelle empfängt und selektiv die Spannungsdifferenz zwischen dem ausbreitbaren Tönungsmaterial und der ersten Glasscheibe anlegt.