DE19702448A1 - Beheizbarer Vorderflächenspiegel - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen beheizbaren Vorderflächenspiegel mit einer frontseitig auf einen flächigen Spiegel-Glaskörper aufgebrachten Spiegelschicht und mit einer rückseitig aufgebrachten, Wärme erzeugenden Schicht aus einem Widerstandsmaterial mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC-Schicht), in die an eine Stromquelle anschließbare Leiterbahnen eingebettet sind.

Beheizbare Vorderflächenspiegel, wie sie insbesondere als Außenspiegel an Kraftfahrzeugen Verwendung finden, sind bekannt und marktgängig. Dabei haben sich hauptsächlich zwei Systeme prinzipiell herausgeschält, nämlich die thermostatgeregelten Heizungen und die PTC-Heizungsregelungen.

Die Thermostatregelung mit einer temperaturgeregelten Einschaltung des den Spiegel elektrisch beheizenden Elementes mittels eines Bimetalles ist verhältnismäßig teuer und ist erfahrungsgemäß problematisch durch die ständigen An-Aus-Schaltvorgänge.

Bei der PTC-Heizungsregelung werden Widerstands-Materialien mit einem postiven Temperaturkoeffizienten, sogenannte PTC-Materialien, auch Kaltleiter genannt, in Verbindung mit stromführenden selbstregulierenden Leiterbahnen zum selbstregulierenden Beheizen des Spiegels eingesetzt. Das PTC-Material steuert bzw. regelt den Heizstrom selbsttätig, d. h. drosselt die Stromstärke immer stärker, je wärmer es wird.

Es ist durch die EP 0 575 734 A1 bekannt, das PTC-Material pillenförmig aufzubringen. Diese sogenannten PTC-Pillen (Thermistoren) haben zwar den Vorzug, sehr klein zu sein, sie wirken jedoch mit Nachteil lokal und drosseln die Stromstärke dabei sehr schnell, weil sie die erzeugte Wärme nicht gut abgeben können. Um die selbsttätige Regelung nicht zu schnell wirken zu lassen, werden die PTC-Pillen meist mit Wärmeverteilungsblechen kombiniert, die auch für eine einigermaßen flächige Verteilung der Wärme sorgen, was den Aufwand wiederum erhöht.

Es ist ferner, wie in Fig. 1 dargestellt, bekannt, das PTC-Material als Schicht 2 mit einer Dicke von ca. 15 Mikrometer mit eingebetteten Leiterbahnen 3 der Dicke von ca. 10 Mikrometer zwischen zwei Folien 4, 5 der Dicke von ca. 10 bis 35 Mikrometer einzubringen und diese PTC-Folie auf die Rückseite des Spiegel-Glases 1 der Dicke von ca. 2-3 mm mit der nicht dargestellten Frontspiegelschicht aufzukleben (Klebeschicht 6). Diese PTC-Folien können zwar praktisch überall aufgeklebt werden, und können auch Wärme großflächig erzeugen, regeln und abgeben, jedoch ist wegen der isolierenden Folien- und Klebeschichten 4-6 zwischen der Heizung und dem Spiegel-Glas 1 kein optimaler Wärmeübergang gegeben, d. h. die Heizleistung und der Regelfaktor d. h. das Temperatur-Regelverhalten sind nicht optimal.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem eingangs bezeichneten beheizbaren Vorderflächenspiegel, wie er durch den vorstehend beschriebenen Stand der Technik mit der PTC-Folien-Heizung bekannt geworden ist, diesen so auszubilden, daß die an das Spiegel-Glas übertragene Heizleistung erhöht und gleichzeitig der Regelfaktor verbessert wird.

Die Lösung der Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß die Wärme erzeugende Schicht im direkten Kontakt zum Spiegel-Glaskörper steht, indem zwei kammartig ausgebildete, ineinander verzahnte Leiterbahnen (3) mit einer sie überdeckenden und die Zwischenräume zwischen ihnen ausfüllenden PTC-Schicht direkt auf den Spiegel-Glaskörper aufgebracht sind. Bei dem erfindungsgemäßen beheizbaren Vorderflächenspiegel mit dem Direkt-Heizsystem steht daher die PTC-Heiz- und Regelschicht im direkten Kontakt mit dem Spiegel-Glas, da zwischen Heizung und Spiegel-Glas keine Folien- und Klebeschichten mehr vorhanden sind. Es ist daher ein sehr guter Wärmeübergang von der Heizschicht zum Spiegel-Glas gegeben, der eine hohe Heizleistung garantiert in Verbindung mit einem direkteren, d. h. unverzögerten und feinfühligeren Temperatur-Regelverhalten. So wird beispielsweise bei der Verwendung als PKW-Außenspiegel eine sehr schnelle Abtauzeit erzielt (ca. 120 sec. bei -10°C und einer Spiegel-Glasdicke von ca. 3 mm). Ferner ermöglicht die erfindungsgemäße Heizschicht durch die Wahl entsprechender Leiterbahn-Materialien eine feste korrosionssichere Kontaktierung durch Löten sowie eine Anpassung der Heizcharakteristik an Kundenwünsche. Auch herstellungstechnisch ergeben sich Vorteile, da die erfindungsgemäße Heizschicht mit einer an sich bekannten einfachen Siebdrucktechnik auf das Spiegel-Glas aufbringbar ist.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist auf der PTC-Schicht ein Doppelklebeband aufgebracht. Durch dieses Klebeband wird einmal die notwendige Splittersicherheit des Spiegels hergestellt und zum anderen kann damit der Spiegel am Spiegelhalter befestigt werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die frontseitig auf den Spiegel-Glaskörper aufgebrachte Spiegelschicht durch eine interferenzoptische Beschichtung gebildet sein. Alternativ dazu kann die Spiegelschicht auch auf Chrom-Basis oder durch andere Systeme gebildet sein. Dadurch ist mit Vorteil eine Anpassung an die Kundenwünsche möglich.

Um zu verhindern, daß man die Leiterbahnen bzw. die PTC-Schicht durch den Spiegel hindurch sieht, ist nach einem weiteren ausgestaltenden Merkmal der Erfindung auf der Rückseite des Spiegel-Glaskörpers eine schwarz eingefärbte Emailleschicht vorgesehen, die vorzugsweise durch ein stark bleihaltiges Lotglas gebildet ist (Pb-Anteil ca. 60%). Die Emailleschicht dient dabei auch als Haftvermittler für die aufzubringenden Leiterbahnen.

Die Leiterbahnen werden gemäß einer Weiterbildung der Erfindung durch eine in Siebdrucktechnik aufgebrachte Silberpaste gebildet. Dieser Aufbau ermöglicht eine einfach Herstellung des beheizbaren Vorderflächenspiegels, insbesondere dann, wenn nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die PTC-Schicht durch eine ebenfalls in Siebdrucktechnik aufgebrachte PTC-Paste üblicher Zusammensetzung gebildet ist.

Weitere ausgestaltende Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung.

Es zeigen:

Fig. 1 in einer Schnittansicht einen Vorderflächenspiegel bekannter Bauart mit einer PTC-Folie,

Fig. 2 in einer Schnittansicht einen erfindungsgemäß ausgebildeten Vorderflächenspiegel mit einer interferenzoptischen Spiegelschicht,

Fig. 3 in einer Schnittansicht einen erfindungsgemäß ausgebildeten Vorderflächenspiegel mit einer Spiegelschicht auf Chrombasis und

Fig. 4 in einer Draufsicht die auf die Spiegel nach den Fig. 2 und 3 aufgedruckten kammartigen, verzahnt ineinander greifenden Leiterbahnen.

Fig. 5 eine Abwandlung des Leiterbahnen-Layouts nach Fig. 4 in schematischer Darstellung.

In Fig. 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, mit einem sogenannten blendmindernden blauen IFV-Spiegel, wie er vorzugsweise bei PKW-Außenspiegeln Verwendung findet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Anwendungsgebiet beschränkt, wenn auch vorzugsweise Spiegel im Außenbereich und in Feuchträumen in Frage kommen.

Der Vorderflächenspiegel nach Fig. 2 besteht aus einem Spiegel-Glas 1 mit einer Dicke von 3 mm, auf dem frontseitig eine interferenzoptische Beschichtung 7 als halbdurchlässige Spiegelschicht aufgebracht ist. Dieser halbdurchlässige Interferenz-Vorderflächenspiegel (IFV-Spiegel) weist rückseitig eine schwarze Emaille-Schicht 8 auf. Auf diese rückseitige schwarze Emailie-Schicht 8 sind direkt zwei kammartig ausgebildete, ineinander verzahnte Leiterbahnen 3, vorzugsweise aus einem Silber-Material mit einer Dicke von 10 Mikrometern aufgebracht, wobei die eine Bahn mit der Klemme 3a dem +-Pol und die andere Bahn mit der Klemme 3b dem -Pol einer (nicht dargestellten) Gleichstromquelle zuordenbar ist. Das Lay-out dieser Leiterbahnen ist dabei in Fig. 4 in einer 1 : 1-Darstellung des Spiegels gezeigt.

Über den Leiterbahnen 3 liegt vollflächig, mit Ausnahme der runden Anschlußpositionen 3a, 3b in Fig. 4, eine ca. 20 Mikrometer starke PTC-Schicht 2, die wiederum mit einem doppelseitigen Klebeband 9 zur Befestigung des Vorderflächenspiegels in einem (nicht dargestellten) Spiegelgehäuse abgedeckt ist. Zur Herstellung der PTC-Schicht wird eine handelsübliche PTC-Paste auf das Leiterbahnnetz gedruckt, vorzugsweise im Siebdruck. Auch die Leiterbahnen werden vorzugsweise in der Weise aufgebracht, daß mittels der Siebdrucktechnik eine silbergefüllte Leitpaste auf die Rückseite des IFV-Spiegels aufgedruckt und später eingebrannt wird.

Bringt man nun eine Gleichspannung von ca. 13 Volt (Batterie- bzw. Lichtmaschinenspannung im PKW) zwischen die beiden aufgelöteten Kontakte 3a und 3b, so fließt Strom über die PTC-Schicht 2 als Widerstand zwischen benachbarten Leiterbahnen 3 und heizt das Spiegelglas 1. Bei steigenden Glas- bzw. PTC-Schichttemperaturen wächst der Widerstand überproportional und reduziert die Heizleistung automatisch bis auf ein gewünschtes Temperaturgleichgewicht. Die PTC-Schicht 2 mit den Leiterbahnen 3 heizt und regelt daher zugleich, und zwar im direkten Kontakt mit dem Spiegel-Glas 1.

Ausgehend von dem Lay-out der Leiterbahnen nach Fig. 4 beträgt die Heizfläche ca. 1,5 dm², der Einschaltstrom ca. 2,5 A und der Dauerstrom bei Raumtemperatur ca. 0,5 A mit einer Spiegel-Glastemperatur von ca. 40°C.

Die Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäß ausgebildeten Vorderflächenspiegel analog der Fig. 2 mit dem einzigen Unterschied, daß die Basis kein halbdurchlässiger Interferenzspiegel sondern ein Vorderflächenspiegel mit einer Spiegelschicht 10 auf Chrombasis auf dem Spiegel-Glas 1 ist. Im übrigen gelten die Ausführungen zur Fig. 2 hier in gleicher Weise.

Die Schicht 10 in Fig. 3 kann aus Chrom (Cr) bestehen - man nennt den Spiegel dann Chromvorderflächenspiegel - aber auch aus Chromzinnoxid-(CrSnO₂) oder aus Chromtitanoxid (CrTiO₂)-Systemen.

Grundsätzlich ist die Erfindung vom Typ des Vorderflächenspiegels unabhängig. Denkbar sind neben den vorgenannten Beispielen alle Metallschichtenkombinationen/-legierungen auf der Frontseite wie Rhodium/Chrom-/oder Chrom-Nickel-Systeme. Dazu kommen noch Siliziumoxid (SiO₂)-Titanoxid (TiO₂-Multilayerschichten für die Interferenzschicht 7 in Fig. 2, auch auf dunkel eingefärbten Spiegel-Gläsern, wodurch dann die Notwendigkeit einer Emaille-Schicht 8 entfällt.

Basisprodukt für die Vorderflächenspiegel ist vorzugsweise sogenanntes Floatglas in einer halbweißen Tönung und mit einer Dicke von ca. 3,0 mm, wobei auch eine Dicke von ca. 2 mm vorgesehen sein kann. Die Dicke muß so gewählt werden, daß eine ausreichende mechanische Stabilität des Spiegels gewährleistet ist. Im Fall des IFV-Spiegels nach Fig. 2 wird dann auf das entsprechend vorbehandelte Floatglas 1 mittels des sogenannten Solgel-Prozesses die Multilayer-Frontspiegelschicht 7 aufgebracht, wobei das Schichtpaket auf einen angenehmen Blauton in der Reflexion eingestellt wird. Die Rückseite des so beschichteten Floatglases, d. h. dessen Feuerseite, wird mit schwarzer Emaille beschichtet und zur Schicht 8 eingebrannt.

Eine brauchbare Variante des Basis-Glases ist auch eingefärbtes Floatglas mit einer Transmission im sichtbaren Bereich von kleiner als 25%, wie es beispielsweise bei PKW-Sonnendächern Anwendung findet. Verwendet man ein derartiges eingefärbten Floatglas, so kann die Emailleschicht 8 entfallen.

In ähnlicher Weise werden im Fall der Fig. 2 die Spiegel-Schichten 10 auf Chrombasis aufgebracht.

Die Dicke der Schicht 7 in Fig. 2 beträgt bei einem Dreifach-Schichtpaket vorzugsweise ca. 180 nm, bei einem 5-fach System ca. 310 nm. Die Dicke der Schicht 10 in Fig. 3 beträgt im Fall einer Chrom-Beschichtung ca. 40 nm und für den Fall eines Cr/SnO₂-Systems ca. 140 nm.

Die Emailleschicht 8 in Figur verhindert in erster Linie die Sicht durch das Spiegel-Glas 1 auf die Leiterbahnen 3 und die PTC-Schicht 2. In zweiter Linie löst sie durch Diffusion das rückseitige Schichtsystem 7 auf, so daß eine Doppelreflexion beim Spiegel auftritt. In dritter Linie stellt die Emaille einen guten Haftvermittler für die Silber-Leiterbahnen 3 dar.

Die Emailleschicht 8 ist ca. 10 Mikrometer dick und hat damit kaum offene Poren aufzuweisen. Das Schichtmaterial ist ein stark bleihaltiges Lotglas mit ca. 60-70% Pb-Anteil.

Will man die Leiterbahnen 3, wie in Fig. 3 dargestellt, direkt auf das Glas 1 aufbringen, wählt man andere Typen, die eine bessere Haftung auf Glas aufweisen und meist höhere Einbrenntemperaturen erfordern.

Zum Herstellen der Leiterbahnen 3 nach Fig. 4 werden vorzugsweise silberhaltige Pasten verwendet, die durch Wärme schnell fest werden und sich gut löten lassen. Vorzugsweise werden 10-15 Mikrometer dicke Leiterbahnen im Siebdruck aufgebracht.

Über das Leiterbahnnetz nach Fig. 4 wird vollflächig, mit Ausnahme der runden Anschlußpositionen 3a und 3b für die Kontakte, eine PTC-Paste zu einer Schicht 2 aufgedruckt, vorzugsweise ebenfalls durch Siebdruck. Die PTC-Paste ist in üblicher Weise zusammengesetzt aus einem organischen Bindemittel, z. B. Polyethylenvinylacetat, Kohleteilchen und Ölen, die beim Trockenen-verdampfen. Zum Verständnis des selbsttätigen Regelns des Stromflusses kann man sich vorstellen, daß die Kohleteilchen gut leiten, wenn sie einander berühren. Da sie aber in das Bindemittel eingebunden sind, kann bei Temperaturerhöhung der Kontakt der Kohleteilchen abbrechen und somit den Stromfluß unterbrechen. Dieser Übergang von guter Leitfähigkeit zu sehr geringer Leitfähigkeit liegt in einem eng begrenzten Temperaturintervall, das durch Mischung von Einzelkomponenten, insbesondere verschiedener Kohlepartikelstrukturen bzw. durch Mischen verschiedener Pasten gewählt werden kann. Man kann dabei einen Regelfaktor definieren durch das Verhältnis des Stromes bei -10°C (ca. 2,4 A) zu dem Strom bei +40°C (ca.

0,3 A) der im Fall der Erfindung bei ungefähr 8 liegt und damit eine sehr gute Regelung zeigt.

Die Breite der Leiterbahnen ist so gewählt, daß sie gut druckbar sind. Breite und gegenseitiger Abstand bestimmen zusammen mit der PTC-Schicht, wieviel Leistung pro Flächeneinheit umgesetzt wird. Man kann dabei dem Widerstand der Leiterbahnen eine gesonderte Heizleistung zuordnen.

Die siebgedruckte PTC-Paste wird auf übliche Weise getrocknet, wobei die entstehende Schicht 2 anschließend konditioniert wird, indem sie mehrfach Temperaturänderungen ausgesetzt wird. Zum Verständnis kann man sich vorstellen, daß nach der Konditionierung eine geordnete Legerung der Kohlepartikel im Binder erreicht wird.

Bei der Layout-Ausführung nach Fig. 4 verlaufen die Leiterbahnen 3 über die gesamte Spiegelfläche symmetrisch parallel. Es ist aber auch, wie z. B. in Fig. 5 dargestellt, denkbar, die Spiegelfläche in unterschiedliche Bereiche aufzuteilen, und zwar in einen Bereich A, in dem die Leiterbahnen parallel zueinander quer zum Spiegel verlaufen und in einen Bereich B, in dem die Leiterbahnen parallel zueinander in Längsrichtung verlaufen. Andere Layouts sind ebenfalls denkbar.

Das doppelseitige Klebeband 9 in den Fig. 2 und 3 wird benutzt, um einerseits die notwendige Splittersicherheit des Spiegels zu erhalten und um andererseits wie bereits erwähnt, den Spiegel am Spiegelhalter zu befestigen. Das Klebeband hat ferner die Funktion, Säuren oder Laugen von den Leiterbahnen 3 der PTC-Schicht 2 sowie der Emailleschicht 8 fernzuhalten.

Üblich sind Klebebänder der Firma Norton Typ V 2800 oder der Firma Beiersdorf Tesa 4968 oder 4965, oder ähnliche Produkte anderer Firmen, z. B. der Firma Arclad. Wesentlich ist dabei, daß die Klebebänder selbst keine Säuren abscheiden, die die bedeckten Schichten 2, 3 und 8 beschädigen könnten.

Relativ dicke Klebe(schaum)bänder mit einer Dicke von ca. 1 mm nimmt man vorzugsweise, wenn die Spiegelhalter-Platte sehr steif und unplan ist, so daß das Klebeband 9 auch als Ausgleichsmaterial wirkt. Im übrigen werden dünne Klebebänder, allein schon der günstigeren Preislage wegen, benutzt.

Claims (8)

1. Beheizbarer Vorderflächenspiegel mit einer frontseitig auf einen flächigen Spiegel-Glaskörper (1) aufgebrachten Spiegelschicht (7, 10) und mit einer rückseitig aufgebrachten, Wärme erzeugenden Schicht aus einem Widerstandsmaterial mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC-Schicht 2), in die an eine Stromquelle anschließbare Leiterbahnen (3) eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme erzeugende Schicht (2, 3) im direkten Kontakt zum Spiegel-Glaskörper (7, 10) steht, indem zwei kammartig ausgebildete, ineinander verzahnte Leiterbahnen (3) mit einer sie überdeckenden und die Zwischenräume zwischen ihnen ausfüllenden PTC-Schicht (2) direkt auf den Spiegel-Glaskörper (1) aufgebracht sind.

2. Vorderflächenspiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die PTC-Schicht (2) ein Doppelklebeband (9) aufgebracht ist.

3. Vorderflächenspiegel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelschicht durch eine interferenzoptische Beschichtung (7) gebildet ist.

4. Vorderflächenspiegel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelschicht durch eine Schicht (10) auf Chrom-Basis gebildet ist.

5. Vorderflächenspiegel nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Rückseite des Spiegel-Glaskörpers (1) eine schwarz eingefärbte Emailleschicht (8) vorgesehen ist.

6. Vorderflächenspiegel nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen (3) durch eine in Siebdrucktechnik aufgebrachte Silberpaste gebildet sind.

7. Vorderflächenspiegel nach mindestens einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet daß die PTC-Schicht (2) durch eine in Siebdrucktechnik aufgebrachte PTC-Paste aus Kohlekörnchen, einem organischen Bindemittel und einem öligen Lösungsmittel gebildet ist.

8. Vorderflächenspiegel nach mindestens einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Emailleschicht (8) durch ein stark bleihaltiges Lotglas gebildet ist.