DE102020206686A1

DE102020206686A1 - Verbundglasscheibe mit einer Scheibenheizung

Info

Publication number: DE102020206686A1
Application number: DE102020206686.8A
Authority: DE
Inventors: Wilma Dewald; Roland Hacker
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-05-28
Filing date: 2020-05-28
Publication date: 2021-12-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbundglasscheibe (10) mit mindestens einer Dünnglasscheibe (40) und mindestens einer Dickglasscheibe (22), die mittels Verbundmaterial miteinander verbunden sind. Die Dünnglasscheibe (40) ist an einer nach außen gerichteten Oberfläche der Verbundglasscheibe (10) angeordnet. Auf der dem Verbundmaterial (38) zugewandten Oberfläche der Dünnglasscheibe (40) ist eine Funktionalisierung der Oberfläche als Scheibenheizung vorgesehen. Damit wird erreicht, dass die Heizwirkung, beispielsweise zum Abtauen einer vereisten Scheibe, nicht durch die gesamte Scheibe dringen muss sondern nah am Ort des Bedarfs erzeugt wird. Dies spart Zeit und Energie beim Beheizen der Verbundglasscheibe (10). Die erfindungsgemäße Verbundglasscheibe (10) kann im Fahrzeugbau, im bautechnischen und/oder gestalterischen Bereich, der Schifffahrt oder der Raumfahrt verwendet werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbundglasscheibe mit einer Scheibenheizung, wobei die Verbundglasscheibe mit mindestens einem Dünnglas und mindestens einem Dickglas, die miteinander mit einem Verbundmaterial verbunden sind, ausgebildet ist und wobei die Scheibenheizung als Funktionalisierung einer nach außen ausgerichteten Dünnglasscheibe der Verbundglasscheibe ausgestaltet ist.
Bei Scheibenheizungen kommt es darauf an, eine möglichst schnelle Wärmewirkung zu erzielen, um die Scheibe abzutauen oder Beschlag zu entfernen beziehungsweise zu vermeiden. Dies gilt insbesondere für Fahrzeuge, denn erst anschließend ist eine verkehrssichere Fahrt mit dem Fahrzeug möglich.
Auch Anwendungen außerhalb von Fahrzeugen bedürfen beheizter Scheiben. Dies betrifft vorrangig Scheiben aus dem Architekturbereich, können aber auch Scheiben von Kühl- und Gefrierschränken, in der Schifffahrt, in der Raumfahrt und dergleichen sein, wo jeweils unabhängig von den lokalen klimatischen Bedingungen eine klare Sicht durch die Scheiben gewünscht ist. Auch hier soll eine möglichst schnelle und energiesparende Beheizung der Scheibe möglich sein.
Im Stand der Technik werden Scheibenheizungen von Fahrzeugen im Inneren von Verbundglasscheiben oder auf der Innenseite der Heckscheibe eingesetzt. Dabei muss die Wärme zunächst durch die Scheibe geleitet werden, um an ihren Außenseiten Wirkung zu zeigen. Insbesondere bei Leichtbauscheiben aus Kunststoff ist dies problematisch, weil Kunststoff die Wärme wesentlich geringer leitet als Glas. Gerade bei Elektrofahrzeugen gilt es aber, die Heizenergie möglichst effizient zu nutzen, um die Reichweite des Elektrofahrzeugs nicht unnötig zu verringern.
Daher wurden Scheibenheizungen mit auf Glas aufgesputterten Mehrfach-Silberschichten, eingebettet in eine laminierte Frontscheibe oder dünne, in die PVB-Folie einer Verbundglasscheibe eingebrachten Wolframdrähten bekannt, ebenso wie gedruckte Silberheizleiter auf der Innenseite von Heckscheiben. Der Siebdruck ist bei letzterem nicht transparent und wird auf der Innenseite nicht gegen Berührung geschützt.
Die bekannten Lösungen haben vor allem ihre träge Wirkung gemeinsam, da die Scheibenheizung auf der Innenseite der Scheiben oder zumindest weit im Inneren einer Verbundglasscheibe angeordnet ist und die Scheibendicke zunächst von der Wärme durchlaufen werden muss. Dies bedingt einen relativ hohen Energiebedarf. Zudem wirken zumindest bei Kunststoffscheiben Distorsionen beim Drucken von Heizleitern während der Heizphase sichtbeeinträchtigend.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Verbundglasscheibe mit einer Scheibenheizung vorzuschlagen, die eine schnelle Wärmewirkung verwirklicht und dabei möglichst energiesparend die Beheizung der Oberfläche erreicht.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Verbundglasscheibe nach Anspruch 1 und eine Verwendung der Verbundglasscheibe nach Anspruch 10. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Eine erfindungsgemäße Verbundglasscheibe mit einer Scheibenheizung ist mit mindestens einer Dickglasscheibe und mindestens einer Dünnglasscheibe gebildet, wobei die Dicke der mindestens einen Dünnglasscheibe geringer als die Dicke der mindestens einen Dickglasscheibe ist und die mindestens eine Dickglasscheibe und die mindestens eine Dünnglasscheibe mittels eines Verbundmaterials miteinander verbunden sind und zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens eine der Dünnglasscheiben an einer nach außen ausgerichteten Oberfläche der Verbundglasscheibe angeordnet ist und die Scheibenheizung als Funktionalisierung der nach außen ausgerichteten Dünnglasscheibe ausgebildet und auf der dem Verbundmaterial zugewandten Oberfläche der Dünnglasscheibe angeordnet ist.
Eine Verbundglasscheibe wird dabei, wie üblich, aus zwei oder mehr Scheiben gebildet, von denen mindestens eine Scheibe eine sogenannte Dickglasscheibe und mindestens eine andere Scheibe eine sogenannte Dünnglasscheibe ist. Nachfolgend wird daher der Begriff Scheibe oder Scheiben zusammenfassend für alle in der Verbundglasscheibe vorgesehenen Dünn- und Dickglasscheiben verwendet. Die Dicke einer Dünnglasscheibe ist geringer als die einer Dickglasscheibe und sollte bevorzugt im Bereich von 0,1 mm bis 0,7 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,2 mm bis 0,5 mm liegen.
Die Scheiben der Verbundglasscheibe sind jeweils durch ein flächig aufgebrachtes Verbundmaterial miteinander verbunden. Dies kann jeweils eine Laminationsfolie oder eine Adhäsionsschicht sein. Dabei sei auf die üblichen Verfahren zur Herstellung einer Verbundglasscheibe verwiesen. Verbundglasscheiben können ebene Scheiben sein oder eine gekrümmte Form aufweisen, wie es beispielsweise bei Frontscheiben von Fahrzeugen der Fall ist.
Mindestens eine der in der Verbundglasscheibe vorgesehenen Dünnglasscheiben ist an einer nach außen gerichteten Oberfläche der Verbundglasscheibe angeordnet. Bei einer Ausführung mit nur einer Dünnglasscheibe ist diese an der nach außen gerichteten Oberfläche der Verbundglasscheibe angeordnet. Davon ausgehend, dass Scheiben regelmäßig Räume zumindest teilweise umschließen, seien es Wohn- oder Arbeitsräume oder ein Fahrzeuginnenraum, bedeutet „außen“ im Sinne der Erfindung die dem umschlossenen Raum abgewandte Oberfläche der Verbundglasscheibe. Die Außenfläche ist demnach üblicherweise äußeren Einflüssen wie Witterung, Verschmutzung und mechanischen Einwirkungen ausgesetzt.
Erfindungsgemäß ist mindestens eine der Dünnglasscheiben beziehungsweise die Dünnglasscheibe an eben dieser Außenfläche der Verbundglasscheibe angeordnet und damit den äußeren Einflüssen zugänglich. Weitere Dünnglasscheiben können je nach technischen und gestalterischen Erfordernissen in der Verbundglasscheibe vorgesehen und angeordnet sein. Dies gilt ebenso für die mindestens eine Dickglasscheibe: mindestens eine Dickglasscheibe ist vorgesehen und bildet die tragende Struktur der Verbundglasscheibe. Auch die Anzahl der Dickglasscheiben und deren Anordnung, gegebenenfalls auch im Wechsel mit weiteren Dünnglasscheiben, können entsprechend der technischen und gestalterischen Erfordernisse gewählt werden.
An dieser nach außen ausgerichteten Dünnglasscheibe ist eine Scheibenheizung in Form einer Funktionalisierung von ihrer Oberfläche ausgebildet. Diese Scheibenheizung ist dabei auf der dem Verbundmaterial zugewandten Oberfläche der nach außen ausgerichteten Dünnglasscheibe angeordnet. Sie ist damit nach außen durch die Dünnglasscheibe geschützt, oder in anderen Worten durch die nach außen gerichtete Dünnglasscheibe und die übrigen Scheiben der Verbundglasscheibe im Wesentlichen umschlossen.
Unter Funktionalisierung soll dabei verstanden werden, dass auf der besagten Oberfläche der Dünnglasscheibe Strukturen, Materialien, Beschichtungen und dergleichen vorgesehen sind, um eine gezielte Beheizung der umgebenden Scheiben zu bewirken. Bevorzugte Ausgestaltungen dazu werden nachfolgend noch erläutert.
Auf diese Weise wird erreicht, dass der Wärmeeintrag, beispielsweise bei zugefrorenen Scheiben, möglichst nahe der zu beheizenden Oberfläche gebracht wird. Dadurch muss die Wärmewirkung nicht mehrere Scheiben durchdringen, sondern lediglich die nach außen gerichtete Dünnglasscheibe. Diese wiederum schützt die Scheibenheizung vor der Witterung, Verschmutzung oder mechanischen Einwirkungen. Durch die oberflächennahe Anordnung der Scheibenheizung wird neben der Schutzwirkung ein geringerer Energiebedarf bis zum Erreichen der erforderlichen Wärmewirkung, wie beispielsweise dem Enteisen der Verbundglasscheibe, erreicht. Zudem wird die notwendige Wärmewirkung auf diese Weise schneller erreicht.
Die erfindungsgemäße Verbundglasscheibe kann als Verscheibung eines Fahrzeugs, Sensorabdeckung, Kamerafenster, Fahrzeugbeleuchtungsabdeckung, Wohnraumoberfläche , in oder an einem Möbel, in oder an einem Kühlgerät, in oder an einem Flugzeug, in oder an einem Windrad, in oder an einem Wasserfahrzeug, in oder an einem Raumfahrtobjekt verwendet werden. Sie kann demnach im bautechnischen Bereich, also im Bereich von Verglasungen in Gebäuden oder der Infrastruktur, im gestalterischen Bereich, im Fahrzeugbau, Schiffbau und/oder der Raumfahrt Verwendung finden.
Eine besonders bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe liegt in der Verwendung als Verscheibung von Fahrzeugen, also für eine Frontscheibe, für Seitenscheiben, eine Heckscheibe und/oder ein Dachfenster beziehungsweise eine Dachverglasung. Allerdings kann auch die Abdeckung von fahrzeugeigenen Sensoren und/oder fahrzeugeigenen Kameras sowie der Fahrzeugbeleuchtung, insbesondere den Scheinwerfern, verwendet werden.
Aber auch an Wohnraumoberflächen und/oder Möbeln, die mit Verbundglasscheiben ausgebildet oder gestaltet werden, kann eine solche Verbundglasscheibe eingesetzt werden und dabei im weitesten Sinne wie eine „Heiztapete“ oder „Heizplatte“ wirken. Dies kann beispielsweise bei Badezimmerspiegeln oder Glastrennwänden zwischen Wohnräumen, beispielsweise zwischen Wohnbereich und Badezimmer in Hotels, den Wohnkomfort erhöhen.
Kühlgeräte wie Kühlschränke oder Gefrierschränke weisen bei einer Ausgestaltung mit Glasfronten immer wieder Sichtbeeinträchtigungen durch Beschlagen oder Vereisen auf. Dies ist gerade im Verkauf hinderlich, so dass eine beheizbare Verbundglasscheibe, wie sie hier ausgeführt ist, die Sichtbarkeit der darin befindlichen Produkte verbessert.
Wie an einem Fahrzeug, besteht auch an einem Flugzeug, in oder an einem Windrad, in oder an einem Wasserfahrzeug, also im weitesten Sinne in der Schifffahrt, sowie in oder an einem Raumfahrtobjekt Bedarf an beschlags- und vereisungsfreien, zumindest aber an trockenen Oberflächen einer Verglasung beziehungsweise Verscheibung und/oder transparenten Abdeckung von Sensoren, Kameras und dergleichen. Daher ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe auch in diesen Bereichen zweckmäßig.
Nachfolgend werden zu einigen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe Beispiele mit Bezug zu der bevorzugten Verwendung als Verscheibung eines Fahrzeugs angeführt, wodurch jedoch ausdrücklich keinerlei Beschränkung auf diese Verwendung erfolgen soll.
In einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Dickglasscheibe als Einscheibensicherheitsglas (ESG) oder als Kunststoffscheibe, ausgebildet ist.
Einscheibensicherheitsglas ist ein Glas, das mit einer einzigen Scheibe gebildet ist und während der Fertigung wärmebehandelt und anschließend schnell abgekühlt wird, um es vorzuspannen. Dadurch erhöht sich die Stoß- und Schlagfestigkeit im Vergleich zu normalem Flachglas. Beim Bruch zerfällt es in kompakte würfelartige Stücke, so dass eine Gefährdung durch Schnitt- und Stoßverletzungen wirksam reduziert wird. Einscheibensicherheitsglas ist daher in Bereichen mit Publikumsverkehr oder im Fahrzeugbau gut geeignet, um in Form einer oder mehrerer Dickglasscheiben in der erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe eingesetzt zu werden. Das Einscheibensicherheitsglas sollte vorzugsweise eine Dicke von 2,85 mm bis 4,85 mm, besonders bevorzugt von 3,15 mm aufweisen, da diese Dicken bei guter Tragfähigkeit und Stabilität ein vertretbares Minimum an Gewicht mit sich bringen.
Alternativ dazu kann die mindestens eine Dickglasscheibe als Kunststoffscheibe ausgebildet sein. Die Kunststoffscheibe ist dabei vorzugsweise mit Polycarbonat, PMMA (Polymethylmethacrylat) und/oder einem transparenten Thermoplast gebildet. Diese Kunststoffe können also allein oder in einer Kombination in der Kunststoffscheibe verwendet sein.
Kunststoffscheiben sind deutlich leichter als glasbasierte Scheiben, was insbesondere bei einer Verwendung der Verbundglasscheibe in einem Elektrofahrzeug oder bei anspruchsvollen Architekturverglasungen von Vorteil ist. Daher verläuft der bevorzugte Dickenbereich von Kunststoffscheiben in der erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe von 2 mm bis 5 mm.
Werden mehrere Dickglasscheiben in einer Verbundglasscheibe im Sinne der Erfindung vorgesehen, können diese je nach Anforderungen an die Verbundglasscheibe hinsichtlich Material und/oder Dicke gleich oder verschieden ausgebildet sein.
Wie bereits ausgeführt, kann das Verbundmaterial eine Laminationsfolie oder eine Adhäsionsschicht sein. Mit Vorteil weist das Verbundmaterial eine PVB-Folie, eine EVA-Folie, eine TPU-Folie, einen Klebstoff, ein Acrylat oder ein Gießharz und/oder eine Dicke von 0,2 mm bis 1 mm auf.
Um die Fertigung zu optimieren, ist es vorteilhaft, als Verbundmaterial eine Laminierfolie zu wählen. Diese Folien werden beispielsweise auf Rollen bereitgestellt und können direkt verarbeitet werden. Vorzugsweise ist die Laminierfolie eine PVB-Folie (Polyvinylbutyral-Folie), eine EVA-Folie (Ethylenvinylacetat-Folie) oder eine TPU-Folie (Folie aus thermoplastischem Elastomer). Allen Folientypen ist gemein, dass sie reißfest und zähelastisch sind. PVB-Folien sind in vielen verschiedenen Farbtönen erhältlich und können auch bedruckt werden. Sie können zudem als UV-Schutz wirken. TPU-Folien weisen in der Regel keine Weichmacher auf und sind daher besonders geeignet für einen Verbund mit Kunststoffscheiben. TPU- und EVA-Folien weisen gegenüber zusätzlichen Zwischenlagen wie zum Beispiel Polycarbonaten, dichroitischen Folien oder Polyester-LED-Folien, eine höhere Adhäsion als PVB auf, was die Gefahr von späteren Delaminationen oder Mikrorissen mindert.
Acrylate sind aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften, nämlich schnellem Aushärten und Farbechtheit, geeignet für die Ausbildung einer Adhäsionsschicht zwischen den Scheiben der Verbundglasscheibe. Das Aushärten kann bei Verwendung vorwiegend ungesättigter Acrylate als Hauptkomponenten durch Strahlung beschleunigt werden.
Ein Gießharz ist ein Kunstharz, das flüssig verarbeitet wird und dann erstarrt. Das Erstarren erfolgt durch chemische Vernetzungsreaktionen und ist irreversibel. Es wird also ein Duroplast ausgebildet. Bei der Verwendung von Gießharz als Verbundmaterial wird die mechanische Stabilität sowie der Vibrations- und Schockfestigkeit erhöht.
Unter Klebstoff sollen schließlich alle nichtmetallischen Stoffe zusammengefasst werden, mit denen Werkstoffe durch Oberflächenhaftung (Adhäsion) und ihre innere Festigkeit (Kohäsion) verbunden werden können.
Welches Verbundmaterial gewählt wird, hängt neben den Anforderungen an die fertige Verbundglasscheibe und der Fertigung auch vom Material der zu verbindenden Scheiben ab. So kommen für Kunststoffscheiben vor allem TPU-Folien, Acrylate und kunststoffkompatible Klebstoffe zur Ausbildung des Verbunds in Frage.
Das Verbundmaterial sollte eine Dicke von 0,2 mm bis 1 mm aufweisen. Damit kann ein ausreichend belastbarer Verbund ausgebildet werden und der Verwendung vorgefertigter Laminationsfolien steht nichts entgegen. Dennoch ist bei Einhaltung dieser Dicken kein unnötiger Materialverbrauch und/oder keine unnötige Gewichtszunahme der Verbundglasscheibe zu erwarten.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Funktionalisierung der nach außen ausgerichteten Dünnglasscheibe

- mit einer transparenten leitfähigen Beschichtung,
- mit mindestens einem Heizdraht,
- mit mindestens einer gedruckten Heizlinie und/oder
- mit einer beheizbaren Kunststofffolie

Wie bereits ausgeführt, ist die Funktionalisierung der nach außen gerichteten Dünnglasscheibe auf ihrer dem Verbundmaterial zugewandten Oberfläche angeordnet und wird demnach von der nach außen ausgerichteten Dünnglasscheibe und der nächstfolgenden Scheibe der Verbundglasscheibe umgeben.
Die Funktionalisierung kann in einer ersten Variante mir einer transparenten leitfähigen Beschichtung ausgebildet sein, wobei leitfähig auf elektrische Leitfähigkeit abstellt. Diese transparenten, elektrisch leitfähigen Beschichtungen sollten eine möglichst geringe Absorption von elektromagnetischen Wellen im Bereich des sichtbaren Lichts aufweisen. Vorzugsweise werden die transparenten leitfähigen Beschichtungen als dünne Schichten mit transparenten leitfähigen Oxiden, auch bekannt als TCO (englisch, transparent conducting oxides) oder mit Silber gebildet. Silber ist gut formbar und weist eine sehr hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit auf.
Bevorzugt werden als transparente leitfähige Oxide in der erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe

- Indiumzinnoxid (englisch indium tin oxide, ITO),
- Fluor-Zinn-Oxid (englisch fluorine tin oxide, FTO), also mit Fluor dotiertes Zinn(IV)-oxid,
- Aluminium-Zink-Oxid (englisch aluminium doped zinc oxide AZO), also mit Aluminium dotiertes Zinkoxid, und/oder
- Antimon-Zinn-Oxid (englisch antimony tin oxide ATO), also mit Antimon dotiertes Zinn(IV)-oxid

Vorzugsweise weist die leitfähige transparente Beschichtung eine Dicke von 100 µm bis 200 µm auf, so dass das notwendige Maß der elektrischen Leitfähigkeit erreicht wird, ohne die Transmission durch die Verbundglasscheibe zu sehr zu beeinträchtigen.
Alternativ oder zusätzlich sollte die transparente leitfähige Beschichtung einen Schichtwiderstand von 0,5 Ohm bis 10 Ohm aufweisen, um die gewünschte Heizwirkung zu erreichen.
Der Vorteil der Ausbildung der Funktionalisierung mittels transparenter leitfähiger Beschichtungen liegt vor allem darin, dass keine Heizleiter sichtbar sind und den Durchblick beeinträchtigen.
Eine zweite Variante, die Funktionalisierung der nach außen gerichteten Dünnglasscheibe auszubilden, liegt vor, wenn diese mit mindestens einem Heizdraht ausgebildet wird. Ein oder mehrere dieser Heizdrähte können in im Wesentlichen parallelen Linien, in gitterartigen oder mäandrierenden Strukturen auf der nach innen gewandten Oberfläche der Dünnglasscheibe angeordnet werden. Während der Fertigung kann dieser mindestens eine Heizdraht beispielsweise zwischen der Dünnglasscheibe und einer Laminationsfolie angeordnet werden, in die der mindestens eine Heizdraht während der Wärmebehandlung zur Ausbildung des Verbunds einsinkt. Im Anschluss kann die Lamination wie üblich ablaufen. Bevorzugt finden als Heizdraht Kupfer oder Wolfram Anwendung.
Wolfram eignet sich besonders wegen seines hohen Schmelzpunktes und seiner geringen thermischen Ausdehnung. Der bevorzugte Drahtdurchmesser für einen mit Wolfram gebildeten Heizdraht liegt im Bereich von 15 µm bis 25 µm, besonderes bevorzugt 20 µm. Kupfer ist gut formbar und ein guter Wärme- und Stromleiter. Der bevorzugte Drahtdurchmesser für einen mit Kupfer gebildeten Heizdraht liegt im Bereich von 70 µm bis 90 µm, besonders bevorzugt 80 µm.
Eine dritte Variante zur Ausbildung der Funktionalisierung besteht im Drucken von Heizlinien. Die mindestens eine Heizlinie kann beispielsweise mit einem Siebdruckverfahren aufgebracht werden und, ähnlich wie der mindestens eine Heizdraht, in im Wesentlichen parallelen Linien, in einer gitterartigen oder mäandrierende Strukturen auf der nach innen gewandten Oberfläche der Dünnglasscheibe aufgebracht werden. Vorzugsweise ist das aufzudruckende Material mit Silber gebildet, da es eine sehr hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit aufweist.
In einer vierten Variante der Funktionalisierung der Dünnglasscheibe wird eine beheizbare Kunststofffolie auf die Dünnglasscheibe aufgebracht. Dies kann mit einem Verbundmaterial, wie es vorstehend bereits ausgeführt wurde, erfolgen. Anschließend wird eine weitere Schicht eines Verbundmaterials auf die beheizbare Folie aufgebracht, um einen Verbund mit der nächsten Scheibe der Verbundglasscheibe ausbilden zu können. Eine solche Folie ist bevorzugt mit PET (Polyethylenterephthalat), einem thermoplastischen Kunststoff, gebildet. Sie dient als Träger für eine transparente leitfähige Beschichtung und wird hier daher als Folienträger bezeichnet. Für diese transparente leitfähige Beschichtung gilt das zu der transparenten leitfähigen Beschichtung der Dünnglasscheibe Gesagte. Der Unterschied liegt vorrangig darin, dass die Beschichtung in dieser Variante auf einer Folie aufgebracht wird, die dann auf die Dünnglasscheibe aufgebracht wird. Damit kann die Fertigung der Verbundglasscheibe vereinfacht werden.
Die vier Varianten zur Ausbildung der Funktionalisierung der Dünnglasscheibe können einzeln oder gemeinsam umgesetzt werden.
Es kann zweckmäßig sein, mindestens eine weitere Dünnglasscheibe an einer nach innen ausgerichteten Oberfläche der Verbundglasscheibe anzuordnen und dabei eine Scheibenheizung als Funktionalisierung der nach innen ausgerichteten Dünnglasscheibe auszubilden und auf der dem Verbundmaterial zugewandten Oberfläche der Dünnglasscheibe anzuordnen.
Die nach innen gerichtete Oberfläche der erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe ist die dem von der Verbundglasscheibe zumindest teilweise umschlossenen Raum zugewandte Oberfläche. Die nach innen gerichtete Dünnglasscheibe grenzt also die Verbundglasscheibe zum umschlossenen Raum hin ab. Auf ihrer dem Verbundmaterial zugwandten Oberfläche weist die nach innen gerichtete Dünnglasscheibe in dieser Ausgestaltung eine Scheibenheizung in Form einer Funktionalisierung auf, die auf der entsprechenden Oberfläche der nach innen gerichteten Dünnglasscheibe angeordnet ist. Hinsichtlich der Ausgestaltung der Funktionalisierung gilt das Gleiche wie für die Funktionalisierung der nach außen ausgerichteten Dünnglasscheibe. Sämtliche für diese ausgeführten Ausgestaltungen gelten daher auch für die nach innen ausgerichtete Dünnglasscheibe. Diese Ausgestaltung kann beispielsweise im Fahrzeugbau vorteilhaft sein, wenn nicht nur eine Vereisung einer Fahrzeugscheibe beseitigt werden soll, sondern auch dem Beschlagen der Fahrzeugscheibe vorgebeugt werden soll oder um eine beschlagenen Scheibe vom Beschlag zu befreien.
Insbesondere, wenn die Verbundglasscheibe mit einer Kunststoffscheibe ausgebildet ist, wirkt sich diese Ausgestaltung positiv aus, da die Kunststoffscheibe eine schlechte Wärmeleitung aufweist. Durch eine zusätzliche funktionalisierte Dünnglasscheibe zum Fahrzeuginnenraum hin kann die Wärmewirkung nahe an der zu beheizenden Oberfläche erzeugt werden. Zweckmäßigerweise können die jeweiligen Scheibenheizungen getrennt voneinander oder gemeinsam betrieben werden.
Mit der erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe wird eine deutlich effizientere Heizwirkung erreicht. Bei gleichbleibender Heizleistung tritt die Heizwirkung an der Oberfläche der Verbundglasscheibe viel früher auf. Bei im Vergleich zu bekannten Lösungen gleichbleibender Beschichtung oder gleichbleibend verwendeten Heizdrähten sowie mit gleicher Heizdauer kann die aufzubringende Heizleistung reduziert werden. Der Widerstand der Beschichtung beziehungsweise der Heizdrähte oder Drucke kann bei, im Vergleich zum Stand der Technik, gleichbleibender Heizdauer und Leistung erhöht werden. Dadurch kann die Optik verbessert werden, indem beispielsweise Drahtdurchmesser verkleinert werden. Zum anderen können gegebenenfalls bekannte Mehrfachsilberbeschichtungen in der Schichtanzahl reduziert werden.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 drei beispielhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe mit einer Einscheibensicherheitsglasscheibe in schematischen Schnitten, und
2 vier weitere beispielhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe mit einer Kunststoffscheibe in schematischen Schnitten.

1 zeigt drei beispielhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe 10 mit einer Einscheibensicherheitsglasscheibe 20 in schematischen Schnitten. Dabei ist die Innenseite mit einem Kreis mit dem Buchstaben „i” gekennzeichnet, die Außenseite mit einem Kreis, der den Buchstaben „a“ umschließt.
Die Verbundglasscheibe 10 der 1 ist mit einer Dickglasscheibe, nämlich der Scheibe 20 aus Einscheibensicherheitsglas und einer nach außen gerichteten Dünnglasscheibe 40 ausgebildet. Sie kann beispielsweise als Verscheibung eines Fahrzeugs verwendet werden. Die Einscheibensicherheitsglasscheibe 20 weist eine Dicke von 3,15 mm auf, während die Dünnglasscheibe 40 eine Dicke von 0,3 mm aufweist und damit deutlich dünner als die Dickglasscheibe 20 ist. In allen drei in 1 dargestellten Varianten ist die Dickglasscheibe 20 mittels eines Verbundmaterials 38 mit der Dünnglasscheibe 40 verbunden. Dazu wurde beispielhaft eine PVB-Folie gewählt, da sie zusätzlich auch einen UV-Schutz verwirklichen kann. Die PVB-Folie 38 weist eine Dicke von 0,38 mm auf.
Auf der dem Verbundmaterial 38 zugewandten Oberfläche der nach außen gerichteten Dünnglasscheibe 40 ist eine Scheibenheizung vorgesehen, die in Form einer Funktionalisierung der Oberfläche der Dünnglasscheibe 40 ausgebildet ist. So ist die Funktionalisierung in 1a mit gedruckten Heizlinien 30 auf Basis von Silber verwirklicht. Diese wurden mit einem Siebdruckverfahren aufgebracht. Die Heizlinien 30 wurden als im Wesentlichen parallele Linien mit einer Breite von 0,45 mm, einer Dicke von 0,12 mm und einer Länge von jeweils einem Meter aufgebracht.
Die Funktionalisierung in 1b wurde mittels einer transparenten, leitfähigen Beschichtung 32 verwirklicht. Dazu wurde eine dünnen Schicht Indiumzinnoxid mit einer Dicke von 150 µm und einem Schichtwiderstand von 5 Ohm aufgebracht.
Die Funktionalisierung in 1c beruht auf einem Gitter aus Heizdrähten 34, die als auf Wolfram basierenden Drähten mit einer Dicke von 20 µm ausgebildet sind. Während der Fertigung wurden die Heizdrähte 34 zwischen Dünnglasscheibe 40 und Verbundmaterial 38 angeordnet. Durch Wärmeeinwirkung im Vorfeld der Ausbildung des Verbunds sind die Heizdrähte 34 zumindest teilweise in das Verbundmaterial 38 eingesunken.
In 2 ist die Verbundglasscheibe 10 mit einer Dickglasscheibe in Form einer Kunststoffscheibe 22 ausgebildet. Die Verbindung mit der nach außen gerichteten Dünnglasscheibe 40 erfolgt mittels einer TPU-Folie als Verbundmaterial 38.
Die Ausbildung der Funktionalisierung der Dünnglasscheibe 40 in den 2a, 2b und 2c entspricht in etwa der in den 1a, 1 b und 1c, daher werden diesbezüglich nur die Unterschiede herausgestallt.
So ist die transparente leitfähige Beschichtung 32 in 2b auf Basis von Silber ausgebildet. In 2c sind die Heizdrähte mit Kupfer und einem Drahtdurchmesser von 80 µm gebildet.
Zudem ist in 2d eine Ausgestaltung gezeigt, bei der die Funktionalisierung der Dünnglasscheibe 40 mittels einer beheizbaren Folie 36 verwirklicht ist. Diese Folie 36 umfasst einen PET-Folienträger, der mit einer transparenten leitfähigen Beschichtung aus Aluminium-Zink-Oxid versehen ist. Die Folie 36 ist mit einem Verbundmaterial 38 auf die Dünnglasscheibe 40 aufgebracht und mit einer weiteren Lage Verbundmaterial 38 mit der Dickglasscheibe 22 verbunden.
Mit den beispielhaften Ausgestaltungen der Verbundglasscheibe 10 als Heckscheibe eines Fahrzeugs kann deutlich Energie beim Heizvorgang gespart werden, da nicht mehr die gesamte Scheibe aufgewärmt werden muss. Dies sei an nachfolgendem Beispiel verdeutlicht.
Als Ausgangsbasis für den Vergleich dient eine Heckscheibe eines Golf VII mit einer aus dem Stand der Technik bekannten Scheibenheizung. Die Scheibenheizung erstreckt sich auf einer Fläche von 40,4 dm². Die gesamte Heizleistung beträgt 170 W, bei einer Bordnetzspannung von 12 V bei Raumtemperatur. Die Heckscheibe ist als Einscheibensicherheitsglas mit einer Dicke von 3,15 mm ausgebildet und ist auf der Innenseite mit Silberheizleitern bedruckt. Demnach muss die Heizwirkung durch die gesamte Scheibe dringen, um auf der Außenseite eine Vereisung abzutauen.

Verglichen wird diese Scheibe zum einen mit einer einer 5 mm dicken Polycarbonatscheibe und zum anderen einer 0,5 mm dicken Dünnglasscheibe. Dabei wird ermittelt, welchen Energiebedarf beziehungsweise welche Dauer eine Beheizung der einen Oberfläche der jeweiligen Scheibe benötigt, wenn eine diese von der anderen Oberfläche der jeweiligen Scheibe aus durch gedruckte Silberheizleiter initiiert wird. Die Ergebnisse des Vergleichs sind in nachfolgender Tabelle zusammengefasst, die Heckscheibe aus Einscheibensicherheitsglas dient dabei als Referenz.

Zeile	Parameter	Einscheibensicherheitsglas (ESG)	Kunststoffscheibe (Polycarbonat)	Dünnglas
1	Dicke d [mm]	3,15	5	0,5
2	Spezifische Wärmeleitfähigkeit Ä [W/(m K)]	1,05	0,21	1,05
3	Spezifische Wärmekapazität c [J/(kg K)]	720	1170	720
4	Wärmedurchlasskoeffizient Λ [W/(m² K)]	333	42	2100
5	Notwendige Heizwärme für gleichbleibenden Effekt (Auftauen bei -10°C)	10 min * 170W = 102 kJ = 28,3 Wh	102*333/42 = 808,7 kJ = 224,6 Wh	102*333/2100 = 16,2 kJ = 4,5 Wh
6	Leistung fix auf 170 W, Leiterbahnen unverändert, Zeit bis zum Erreichen des gleichen Effekts	10 min	1,3 h	1,6 min
7	Zeit konstant bei 10 min, Leistung bis zum Erreichen des gleichen Effekts	170 W	1348 W	27 W
8	Eingesparte Heizenergie	Ref. 28,3 Wh	Δ + 196,3 Wh	Δ - 23,8 Wh

Die Zeilen 1 bis 3 stellen die scheiben- und materialspezifischen Kennwerte der drei Scheiben dar. In der vierten Zeile wird durch Division von spezifischer Wärmeleitfähigkeit λ und Dicke d der Scheiben der Wärmedurchlasskoeffizient gebildet.
In Zeile 5 wird die notwendige Heizwärme ermittelt, um eine gleiche Erwärmung der Scheiben und damit deren Auftauen bei -10°C zu erreichen. Die ESG-Scheibe bildet dabei den Referenzwert. Bei ihr werden zehn Minuten benötigt, um die gewünschte Heizwirkung zu erreichen. Daraus ergibt sich ein Energiebedarf von 102 KJ beziehungsweise 28,3 Wh. Ausgehend davon werden die Energiebedarfe der Polycarbonatscheibe und der Dünnglasscheibe bestimmt, wobei die Polycarbonatscheibe einen deutlich höheren Energiebedarf hat als die ESG-Scheibe, die Dünnglasscheibe einen sehr viel geringeren.
In Zeile 6 wird die Zeit bestimmt, innerhalb der bei gleicher Heizleistung und gleicher Ausgestaltung der Heizleiter die gleiche Heizwirkung erreicht wurde. Zeile 7 wird bei einer fixen Heizdauer die notwendige Leistung ermittelt, um die gleiche Heizwirkung zu erreichen. Auch hier lässt sich die deutliche Verbesserung bei der Dünnglasscheibe erkennen.
Schließlich wird in Zeile 8 die eingesparte Energiemenge bestimmt. Mit 28,3 Wh der Referenzscheibe aus Einscheibensicherheitsglas ergibt sich für die Polycarbonatscheibe ein zusätzlicher Energiebedarf von 196,3 Wh, für die Dünnglasscheibe eine Einsparung von 23,8 Wh.
Es zeigt sich damit, dass die Anordnung der Scheibenheizung auf der innenliegenden Oberfläche einer nach außen gerichteten Dünnglasscheibe innerhalb einer Verbundglasscheibe mit Abstand die Lösung mit dem geringsten Energiebedarf und der schnellsten Heizdauer ist.
Bezugszeichenliste

10: Verbundglasscheibe
20: Scheibe aus Einscheibensicherheitsglas
22: Kunststoffscheibe
30: gedruckte Heizlinien
32: transparente leitfähige Beschichtung
34: Heizdrähte
36: beheizbare Kunststofffolie
38: Verbundmaterial
40: Dünnglasscheibe

Claims

Verbundglasscheibe (10) mit einer Scheibenheizung mit mindestens einer Dickglasscheibe und mindestens einer Dünnglasscheibe (40), wobei die Dicke der mindestens einen Dünnglasscheibe (40) geringer als die Dicke der mindestens einen Dickglasscheibe ist und die mindestens eine Dickglasscheibe und die mindestens eine Dünnglasscheibe (40) mittels eines Verbundmaterials (38) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Dünnglasscheiben (40) an einer nach außen ausgerichteten Oberfläche der Verbundglasscheibe (10) angeordnet ist, und die Scheibenheizung als Funktionalisierung der nach außen ausgerichteten Dünnglasscheibe (40) ausgebildet und auf der dem Verbundmaterial (38) zugewandten Oberfläche der Dünnglasscheibe (40) angeordnet ist.
Verbundglasscheibe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Dickglasscheibe als Einscheibensicherheitsglas (20) oder als Kunststoffscheibe (22) ausgebildet ist.
Verbundglasscheibe (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial (38) eine PVB-Folie, eine EVA-Folie, eine TPU-Folie, einen Klebstoff, ein Acrylat oder ein Gießharz aufweist und/oder eine Dicke von 0,2 mm bis 1 mm aufweist.
Verbundglasscheibe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionalisierung der nach außen ausgerichteten Dünnglasscheibe (40) - mit einer transparenten leitfähigen Beschichtung (32), - mit mindestens einem Heizdraht (34), - mit mindestens einer gedruckten Heizlinie (30) und/oder - mit einer beheizbaren Kunststofffolie (36) ausgebildet ist.
Verbundglasscheibe (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente leitfähige Beschichtung (32) mit einem transparenten leitfähigen Oxid, insbesondere Indiumzinnoxid, Aluminium-Zink-Oxid, Antimon-Zinn-Oxid und/oder Aluminium-Zink-Oxid, gebildet ist, und/oder mit Silber, und/oder eine Dicke von 100 µm bis 200 µm aufweist, und/oder einen Schichtwiderstand von 0,5 Ohm bis 10 Ohm aufweist.
Verbundglasscheibe (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Heizdraht (34) mit Kupfer, insbesondere mit einem Drahtdurchmesser von 70 µm bis 90 µm, oder mit Wolfram, insbesondere mit einem Drahtdurchmesser von 15 µm bis 25 µm ausgebildet ist.
Verbundglasscheibe (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine gedruckte Heizlinie (30) mit Silber ausgebildet ist.
Verbundglasscheibe (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beheizbare Kunststofffolie (36) als Folienträger mit einer transparenten leitfähigen Beschichtung ausgebildet ist.
Verbundglasscheibe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere Dünnglasscheibe an einer nach innen ausgerichteten Oberfläche der Verbundglasscheibe (10) angeordnet ist, und eine Scheibenheizung als Funktionalisierung der nach innen ausgerichteten Dünnglasscheibe ausgebildet und auf der dem Verbundmaterial (38) zugewandten Oberfläche der Dünnglasscheibe angeordnet ist.
Verwendung einer Verbundglasscheibe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Verscheibung eines Fahrzeugs, Sensorabdeckung, Kamerafenster, Fahrzeugbeleuchtungsabdeckung, Wohnraumoberfläche, in oder an einem Möbel, in oder an einem Kühlgerät, in oder an einem Flugzeug, in oder an einem Windrad, in oder an einem Wasserfahrzeug, in oder an einem Raumfahrtobjekt.