-
Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugscheibe mit einem Stromanschlusselement, insbesondere heizbare Kraftfahrzeugscheiben, nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben.
-
In Fahrzeugscheiben werden häufig Funktionselemente, wie z. B. Heizwiderstandsleiter, Antennenleiter, oder Alarmleiter integriert. Diese werden üblicherweise als elektrisch leitfähige Strukturen auf die Scheibe aufgebracht. Die Ausbildung einer leitfähigen Struktur kann beispielsweise durch Aufdrucken silberhaltiger Paste auf die Glasoberfläche im Siebdruckverfahren und Einbrennen erfolgen. Zur Herstellung einer Heizscheibe wird beispielsweise eine leitfähige Schicht so strukturiert, dass ein oder mehrere Heizleiter ausgebildet werden, die mit den beidseitigen wesentlich breiteren und dadurch sehr gut leitfähigen Stromsammelschienen miteinander verbunden werden. Die Stromsammelschienen dienen gleichzeitig als Anschlussflächen für die elektrische Kontaktierung der Heizfeld-Stromanschlusselemente.
-
Zum elektrischen Anschluss an die Bordelektrik des Fahrzeugs werden Stromanschlusselemte, wie z. B. in Form einer Lötbrücke, auf die definierten Anschlussflächen der Stromsammelschienen mit dem sog. Widerstandslöten angelötet. Das Verlöten dieser Stromanschlusselemente erfolgt meist automatisiert.
-
Die Druckschrift
DE 2 349 329 zeigt eine beispielhafte Widerstandslötanlage, bei der die Stromanschlusselemente in einem Magazin bereitgestellt und mittels Vakuumsauger zu den Anschlussflächen positioniert werden.
-
Üblicherweise werden beim Widerstandslöten die Stromanschlusselemente in Form von Lötbrücken ausgeführt. Jede Lötbrücke wird mit zwei Lötstellen direkt auf die leitfähigen Stromsammelschienen verlötet, weshalb aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Scheibenmaterial und Stromanschlusselement mechanische Spannungen auftreten, die entweder zu Lötkontaktabplatzer oder im Worst-Case zu einem Scheibenbruch führen können. Bleihaltige Lote waren aufgrund der hohen Duktilität des Bleianteils in der Lage, diese Spannungen zu kompensieren. Aus Umweltgesichtspunkten werden zunehmend bleifreie Lote verwendet, wodurch die Gefahr eines Scheibenbruchs und Funktionsausfall der Heckscheibenheizung im Montageprozess gestiegen ist.
-
Zur Verringerung der Spannungen, die aufgrund des Lötprozesses auftreten, ist es z. B. aus der Druckschrift
WO 2007/110616 A1 bekannt, ein Stromanschlusselement in Form einer Lötbrücke zu verwenden, das mit seinen beiden Füßen auf dem Substrat verlötet wird. An den beiden Füßen sind Vorsprünge als Abstandsfüßchen ausgeformt. Durch Optimierung der Dicke der Vorsprünge oder die Höhe der Brücke sollen Spannungen verringert werden.
-
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Möglichkeit anzugeben, womit die Gefahr von Scheibenbruch reduziert wird und die sich leicht in bestehende Prozesse integrieren lässt.
-
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung nach Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren nach Patentanspruch 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
-
Die erfindungsgemäße Fahrzeugscheibe weist eine Scheibe mit einer auf einem Bereich der Scheibe ausgebildeten elektrisch leitfähigen Struktur mit mindestens einer Anschlussfläche auf. Mindestens ein Stromanschlusselement ist durch eine Lotmasse elektrisch leitfähig mit der Anschlussfläche der leitfähigen Struktur verbunden.
-
Erfindungsgemäß ist das Stromanschlusselement an genau einem Lötabschnitt mit der Anschlussfläche elektrisch leitfähig verbunden und das Stromanschlusselement weist weiterhin zwei Lötstromkontaktarme auf, die gegenüber dem Lötabschnitt von der Scheibe zurückversetzt sind.
-
Gegenüber herkömmlichen Lötbrücken, bei denen zwei Füße verlötet werden, wird erfindungsgemäß pro Stromanschlusselement nur ein einziger Lötkontakt ausgebildet, wodurch sich Spannungen im Bauteil gleichmäßig abbauen können und insbesondere vermieden wird, dass in der Scheibe zwei Bereiche mit hoher Spannungsbelastung nahe beieinander liegen. Der zugeführte elektrische Lötstrom kann nur über das Stromanschlusselement fließen, so dass eine unerwünschte Widerstandserwärmung der leitfähigen Struktur (Sammelschiene) durch einen „Bypass-Strom” während des Lötvorgangs verhindert und die gewünschte Löttemperatur direkt am Lötpunkt erzeugt wird. An den Lötkontaktarmen des Stromanschlusselementes werden die Elektroden der Widerstandslötvorrichtung kontaktiert. Die Lötkontaktarme sind dabei nicht in Kontakt mit der Scheibe, so dass ein elektrischer Stromfluss über die Sammelschienen vermieden wird und ihre thermisch bedingte Verformung keine zusätzlichen Spannungen in die Scheibe einbringt. Hierdurch ergeben sich zusätzliche Freiheitsgrade bei der Dimensionierung des Stromanschlusselements, was die Verwendung in einer automatisierten Fertigung vereinfacht.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Lötstromkontaktarme an den entgegengesetzten Seiten eines streifenförmigen Grundkörpers ausgebildet und der Lötabschnitt ist in einem mittleren Bereich des Stromanschlusselements angeordnet. Diese symmetrische Ausgestaltung begünstigt eine reproduzierbare Prozessführung, bei der insbesondere nur geringfügige Änderungen an bekannten Widerstandslötvorrichtungen oder Prozessparametern vorzunehmen sind.
-
Aufgrund der reduzierten Spannungsbelastung durch die Ausgestaltung des Stromanschlusselements mit nur einem Lötabschnitt kann die Gefahr von Scheibenbruch reduziert werden, auch wenn in einer Ausgestaltung als Lotmasse eine bleifreie Lotmasse verwendet wird.
-
Insbesondere bei Verwendung einer bleifreien Lotmasse kann das Stromanschlusselement aus einem Metall mit niedrigem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, wie z. B. einer Stahllegierung ausgebildet sein. Das Stromanschlusselement ist aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet. Das Stromanschlusselement kann zusätzlich mit einer Beschichtung zur Verbesserung der Fließfähigkeit des bleifreien Lotmateriales und zum Korrosionsschutz, wie z. B. einer Silberbeschichtung versehen sein.
-
Das Stromanschlusselement dient der elektrischen Kontaktierung zwischen der leitfähigen Struktur der Scheibe und einer Stromversorgung, wie z. B. der Bordelektrik eines Kraftfahrzeuges. Der elektrische Kontakt zur leitfähigen Struktur erfolgt über den Lötkontakt. Der elektrische Kontakt zur Stromversorgung erfolgt vorzugsweise über ein Kabel, das an seinem einen Ende elektrisch leitfähig mit dem Stromanschlusselement verbunden ist. Das Kabel kann z. B. mit dem Stromanschlusselement verlötet bzw. mittels einer Klemmverbindung verbunden sein. Vorzugsweise erfolgt die Kontaktierung zum Kabel an dem Lötabschnitt des Stromanschlusselements auf einer dem Lötkontakt gegenüberliegenden Seite.
-
Bevorzugt ist die leitfähige Struktur ein Heizfeld mit mindestens einem und vorzugsweise mehreren Heizwiderstandsleitern. Solche Heizfelder werden z. B. zum Beheizen von Fahrzeugscheiben verwendet. Beispielsweise ist die leitfähige Struktur durch Aufdrucken und Einbrennen einer silberhaltigen Paste auf die Scheibe ausgebildet worden. Häufig ist aus optischen Gründen zwischen dem eigentlichen Scheibenmaterial und der leitfähigen Struktur zusätzlich eine strukturierte, opake Beschichtung aufgebracht.
-
Bei der Fahrzeugscheibe handelt es sich vorzugsweise um ein Einscheiben-Sicherheitsglas (ESG). Die leitfähige Struktur ist bei einer solchen Scheibe bevorzugt auf einer Oberfläche der Scheibe angeordnet, welche im verbauten Zustand in den Fahrzeuginnenraum weist.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Fahrzeugscheibe eine Heckscheibe eines Kraftfahrzeugs und die Heckscheibe ist mit einem Heizfeld ausgebildet.
-
Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Fahrzeugscheibe mit Stromanschlusselement mit den Schritten:
- – Ausbilden einer Scheibe mit einer darauf ausgebildeten leitfähigen Struktur mit mindestens einer Anschlussfläche, und
- – Verlöten eines Stromanschlusselements mit der Anschlussfläche mittels Widerstandslöten unter Verwendung einer Lotmasse,
wobei das Stromanschlusselement an genau einem Lötabschnitt mit der Anschlussfläche verlötet wird und der Lötstrom über zwei gegenüber dem Lötabschnitt von der Scheibe zurückversetzte Lötstromkontaktarme durch das Stromanschlusselement geleitet wird.
-
Die leitfähige Struktur kann z. B. in bekannter Weise durch Aufdrucken und Einbrennen einer silberhaltigen Paste erzeugt werden.
-
Das Verfahren erlangt dieselben Vorteile und technischen Wirkungen, wie sie bereits vorstehend zur Fahrzeugscheibe beschrieben wurden und kann insbesondere dazu verwendet werden, die voranstehend beschriebene Fahrzeugscheibe mit elektrischem Stromanschlusselement herzustellen.
-
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich anhand der Zeichnung und im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff ”kann” verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.
-
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel an Hand der beiliegenden Zeichnung erläutert. Darin zeigt:
-
1 eine Schnittansicht einer beispielhaften Fahrzeugscheibe mit elektrischem Stromanschlusselement.
-
Eine Fahrzeug-Heckscheibe 1 ist mit einem Heizfeld versehen. Hierzu wurde auf eine aus ESG-Sicherheitsglas gebildete Scheibe 10 zunächst ein schwarzer Dekordruck 20 aufgebracht und anschließend eine silberhaltige, leitfähige Struktur 30 aufgedruckt und eingebrannt. Die leitfähige Struktur 30 umfasst mehrere dünne Widerstandsleiter, welche sich erwärmen, wenn sie von Strom durchflossen werden. Die Widerstandsleiter sind in Stromsammelschienen zusammengeführt, die auch als Anschlussfläche 32 zur Ausbildung des Lötkontakts dienen. 1 zeigt eine Schnittansicht durch die Scheibe 10 im Bereich einer Anschlussfläche 32.
-
Die Fahrzeugscheibe 1 weist weiterhin ein elektrisches Stromanschlusselement 40 auf, welches mit einer bleifreien Lotmasse 50 mit der Anschlussfläche 32 verlötet wird. Zur elektrischen Kontaktierung des Heizfeldes mit einer Stromversorgung, z. B. der Bordelektrik, ist an dem Stromanschlusselement 40 weiterhin ein Kabel 60 verlötet, das an seinem freien Ende z. B. einen nicht dargestellten Kontaktstecker aufweisen kann.
-
Das Stromanschlusselement 40 ist als streifenförmiges Element aus einer Stahllegierung gefertigt und mit einer Silberbeschichtung versehen. In seinem mittleren Bereich weist das Stromanschlusselement 40 einen Lötabschnitt 42 auf, der zu beiden Seiten in jeweils einen Lötkontaktarm 44 und 46 übergeht.
-
Das Verlöten des Stromanschlusselements 40 auf der Scheibe 10 erfolgt durch Widerstandslöten. Hierzu wird das Stromanschlusselement 40 mit einem im Lötabschnitt ausgebildeten Lotdepot auf die Anschlussfläche 32 aufgesetzt. Die beiden Lötkontaktarme sind gegenüber dem Lötabschnitt 42 von der Scheibe zurückversetzt und kommen nicht mit dieser bzw. der leitfähigen Struktur in Kontakt. Zum Verlöten wird je eine (nicht dargestellte) Elektrode einer Widerstandslötanlage auf einen Lötkontaktarm 44 bzw. 46 aufgesetzt und es wird ein Lötstrom durch die Elektroden und durch das Stromanschlusselement geleitet. Aufgrund des elektrischen Widerstands des Stromanschlusselements 40 kommt es zu einer Erwärmung, infolgedessen die Lotmasse 50 aufschmilzt. Nach Abschalten des Lötstroms erkalten die Bauteile und es bildet sich ein Lötkontakt zwischen Stromanschlusselement 40 und Anschlussfläche 32 der leitfähigen Struktur 30.
-
Indem der Lötkontakt an einem einzigen Lötabschnitt 42 hergestellt wird und die beiden Arme 44 und 46 gegenüber dem Lötabschnitt und der Scheibe zurückversetzt sind, werden nur geringe mechanische Spannungen in der Scheibe erzeugt und die Gefahr eines Scheibenbruchs kann reduziert werden. Die vorgeschlagene Ausgestaltung des Lötkontakts bzw. Stromanschlusselements kann ohne große Änderungen an herkömmlichen Widerstandslötanlagen realisiert werden.
-
Die Ausführungsbeispiele sind nicht maßstabsgetreu und nicht beschränkend. Abwandlungen im Rahmen des fachmännischen Handelns sind möglich.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Fahrzeug-Heckscheibe mit Stromanschlusselement
- 10
- Scheibe
- 20
- Dekorschicht
- 30
- leitfähige Struktur
- 32
- Anschlussfläche
- 40
- Stromanschlusselement
- 42
- Lötabschnitt
- 44, 46
- Lötkontaktarm
- 50
- bleifreie Lotmasse
- 60
- Kabel
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 2349329 [0004]
- WO 2007/110616 A1 [0006]
