DE202008017611U1

DE202008017611U1 - Scheibenförmiges, transparentes, elektrisch beheizbares Verbundmaterial

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Publication number: DE202008017611U1
Application number: DE202008017611U
Authority: DE
Original assignee: Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH and Co KG; Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH
Current assignee: Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2008-12-20
Filing date: 2008-12-20
Publication date: 2010-04-22
Anticipated expiration: 2018-12-21

Abstract

Scheibenförmige, transparente Verbundmaterialien, umfassend
– mindestens ein erstes transparentes, elektrisch isolierendes Substrat (1a),
– mindestens ein zweites transparentes, elektrisch isolierendes Substrat (1b),
– mindestens eine transparente Kleberschicht (A), die zwischen den transparenten, elektrisch isolierenden Substraten (1a) und (1b) angeordnet ist,
– mindestens eine erste großflächige, transparente Beschichtung (2a), die mindestens ein elektrisch leitfähiges Material (2a.1) enthält oder hieraus besteht, und
– mindestens eine zweite großflächige, transparente Beschichtung (2b), die mindestens ein elektrisch leitfähiges Material (2b.1) enthält oder hieraus besteht,
– mit der Maßgabe, dass sich zwischen dem Substrat (1a) und dem Substrat (1b) mindestens die Beschichtungen (2a), die Beschichtung (2b), sowie mindestens eine Kleberschicht (A) befindet;
– elektrische Kontakte (3) zum Anlegen einer elektrischen Spannung an die Beschichtungen (2a) und (2b), wobei
– die Beschichtungen (2a) und (2b) derart strukturiert und die elektrischen Kontakte (3) in Form einer Parallelschaltung derart angeschlossen sind,...

Description

Verbundsicherheitsglasscheiben, insbesondere Windschutzscheiben, für Kraftfahrzeuge, die elektrisch leitfähige, transparente Schichten enthalten, sind beispielsweise aus den Patentanmeldungen und Patentschriften US 4,010,304, US 4,385,226, US 4,565,719, US 4,655,811, US 4,725,710, US 4,985,312, US 5,111,329, US 5,324,374, EP 0 638 528 A1 , EP 0 718 250 A2 , DE 697 31 268 T2 , WO 00/72635 A1 und US 7,223,940 B2 bekannt. Die elektrisch leitfähigen, transparenten Schichten können der vollflächigen Beheizung der Verbundsicherheitsglasscheiben oder als IR-Strahlung reflektierende oder absorbierende Schichten dienen.
Im Allgemeinen wird für die vollflächige Beheizung von Verbundsicherheitsglasscheiben für Kraftfahrzeuge eine Spannung von 42 V benötigt. Indes beträgt die Bordspannung bei den allermeisten Kraftfahrzeugmodellen nur 12 bis 14 V, so dass zusätzliche Maßnahmen, wie zum Beispiel der Einbau zusätzlicher elektrischer und elektronischer Bauteile, ergriffen werden müssen, um die Beheizbarkeit zu gewährleisten. Dies bringt aber einen unerwünschten zusätzlichen Aufwand bei der Herstellung der Kraftfahrzeuge und damit höhere Kosten mit sich. Häufig steht in den Karosserien auch kein Platz mehr für zusätzliche Bauteile zur Verfügung.
Gemäß dem bisherigen Stand der Technik ist die Heizleistung von mit elektrisch leitfähigen Beschichtungen beschichteten Substraten bei einer Spannungsversorgung von 12 V bis 14 V zu niedrig.
Aufgabe der vorliegende Erfindung ist es daher, neue scheibenförmige, transparente Verbundmaterialien zur Verfügung zu stellen, die mittels einer geringen Spannung von nur 12 V bis 14 V, also insbesondere mit der Bordspannung in Kraftfahrzeugen, beheizt werden können, ohne dass weitere bauliche Maßnahmen, wie Transformatoren oder ähnliches notwendig sind. Die vorliegende Erfindung soll die Heizleistung bei einer Spannungsversorgung von 12 V bis 14 V im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik signifikant erhöhen.
Die neuen scheibenförmigen, transparenten, elektrisch beheizbaren Verbundmaterialien sollen auch im Winterbetrieb oder Kältebetrieb rasch von einem Beschlag aus Feuchtigkeit und Eis befreit und zuverlässig beschlagfrei gehalten werden können.
Demgemäß wurden die neuen scheibenförmigen, transparenten Verbundmaterialien gefunden, enthaltend

– mindestens ein erstes transparentes, elektrisch isolierendes Substrat (1a),
– mindestens ein zweites transparentes, elektrisch isolierendes Substrat (1b),
– mindestens eine transparente Kleberschicht (A), die zwischen den transparenten, elektrisch isolierenden Substraten (1a) und (1b) angeordnet ist,
– mindestens eine erste großflächige, transparente Beschichtung (2a), die mindestens ein elektrisch leitfähiges Material (2a.1) enthält oder hieraus besteht, und
– mindestens eine zweite großflächige, transparente Beschichtung (2b), die mindestens ein elektrisch leitfähiges Material (2b.1) enthält oder hieraus besteht,
– mit der Maßgabe, dass sich zwischen dem Substrat (1a) und dem Substrat (1b) mindestens die Beschichtungen (2a), die Beschichtung (2b), sowie mindestens eine Kleberschicht (A) befindet;
– elektrische Kontakte (3) zum Anlegen einer elektrischen Spannung an die Beschichtungen (2a) und (2b), wobei
– die Beschichtungen (2a) und (2b) derart strukturiert und die elektrischen Kontakte (3) in Form einer Parallelschaltung derart angeschlossen sind, dass bei Anlegen einer Spannung ein Strom fließt.

Im Folgenden werden die neuen, scheibenförmigen, transparenten Verbundmaterialien als »erfindungsgemäße Verbundmaterialien« bezeichnet.
Es war überraschend, dass die erfindungsgemäßen Verbundmaterialien die Nachteile des Standes der Technik nicht mehr länger aufwiesen, sondern dass sie mit einer vergleichsweise niedrigen Spannung, insbesondere einer Spannung von 12 V bis 14 V, betrieben werden konnten. Außerdem waren keine zusätzlichen Maßnahmen, wie der Einbau von zusätzlichen elektrischen und elektronischen Bauteilen, notwendig. Die erfindungsgemäßen Verbundmaterialien konnten auch im Winterbetrieb oder im Kältebetrieb rasch von einem Beschlag aus Feuchtigkeit und Eis befreit und zuverlässig beschlagfrei gehalten werden.
Die erfindungsgemäßen Verbundmaterialien sind transparent. Dies bedeutet, dass sie zumindest in einzelnen Bereichen, vorzugsweise aber insgesamt, für elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise elektromagnetische Strahlung einer Wellenlänge von 300 nm bis 1300 nm, insbesondere aber für sichtbares Licht, durchlässig sind. »Durchlässig« bedeutet, dass die Transmission insbesondere für sichtbares Licht > 50%, bevorzugt > 70%, besonders bevorzugt > 75% und insbesondere > 80% ist.
Die erfindungsgemäßen Verbundmaterialien sind scheibenförmig. Dies bedeutet, dass bei einem gegebenen erfindungsgemäßen Verbundmaterial jede der beiden Hauptflächen eine sehr viel größere Fläche aufweist als die umlaufende Kante. Vorzugsweise ist das Verhältnis der Fläche einer Hauptfläche zur Fläche der umlaufenden Kante > 2, bevorzugt > 5 und insbesondere > 10.
Die erfindungsgemäßen Verbundmaterialien können unterschiedliche dreidimensionale Formen haben. So können sie planar oder leicht oder stark in einer Richtung oder mehreren Richtungen des Raumes gebogen oder gekrümmt sein. Außerdem können sie unterschiedliche Umrisse aufweisen. Die Umrisse können symmetrisch oder asymmetrisch sein. Vorzugsweise sind sie exakt oder angenähert kreisförmig, elliptisch, dreieckig, viereckig, quadratisch, trapezförmig, rautenförmig, fünfeckig oder sechseckig. Insbesondere sind sie angenähert viereckig oder trapezförmig. Dabei bedeutet »angenähert« z. B., dass bei einem angenähert viereckigen Umriss die Ecken abgerundet sein und/oder die Kanten nach innen und/oder nach außen gebogen sein können. Bevorzugt sind Umrisse, wie sie Fensterscheiben, besonders bevorzugt Windschutzscheiben, Seitenscheiben, Heckscheiben oder Glasdächer, insbesondere von Kraftfahrzeugen, aufweisen.
Die Größe der erfindungsgemäßen Verbundmaterialien kann breit variieren und richtet sich nach dem jeweiligen Verwendungszweck im Rahmen der erfindungsgemäßen Verwendung. So können die erfindungsgemäßen Verbundmaterialien eine Größenordnung von wenigen Zentimetern bis zu mehreren Metern haben. Insbesondere die planaren erfindungsgemäßen Verbundmaterialien können eine Fläche in der Größenordnung von 100 cm² bis 25 m², vorzugsweise > 1 m², haben. Die Fläche kann bei diesen großflächigen erfindungsgemäßen Verbundmaterialien die Maße Gen5 (1,1 m × 1,3 m = 1,43 m²) und Gen8,5 (2,2 m × 2,6 m = 5,72 m²), wie sie in der Display-Industrie angewandt werden, oder PLF (3,21 m × 6,0 m = 19,26 m²), was das ”Bandmaß” der Glasindustrie ist, aufweisen. Die erfindungsgemäßen Verbundmaterialien können aber auch Flächen haben, wie sie Windschutzscheiben, Seitenscheiben, Heckscheiben und Glasdächer für Kraftfahrzeuge oder großflächige Scheiben, wie sie im Bausektor verwendet werden, üblicherweise aufweisen.
Die erfindungsgemäßen Verbundmaterialien können Durchbrechungen aufweisen. Diese können der Aufnahme von Vorrichtungen zur Halterung, zur Verbindung mit anderen Gegenständen und/oder der Durchführung von Leitungen, insbesondere elektrischen Leitungen, dienen.
Die erfindungsgemäßen Verbundmaterialien enthalten jeweils mindestens zwei, insbesondere zwei, transparente, elektrisch isolierende Substrate, die gleich oder voneinander verschieden sein können.
Vorzugsweise haben die Substrate für elektromagnetische Strahlung einer Wellenlänge von 300 nm bis 1300 nm, insbesondere aber für sichtbares Licht, eine hohe Transmission, vorzugsweise eine Transmission > 50%, bevorzugt > 70%, besonders bevorzugt > 75%, besonders bevorzugt > 85% und insbesondere > 95%.
Demgemäß sind im Grunde alle transparenten, elektrisch isolierenden Substrate geeignet, die eine solche Transmission aufweisen und die unter den Bedingungen der Herstellung und der Verwendung der erfindungsgemäßen Verbundmaterialien thermisch und chemisch stabil sowie dimensionsstabil sind.
Die transparenten, elektrisch isolierenden Substrate können eine beliebige dreidimensionale Form aufweisen, die durch die dreidimensionalen Formen der erfindungsgemäßen Verbundmaterialien, die sie enthalten, vorgegeben ist. Vorzugsweise hat die dreidimensionale Form keine Schattenzonen, so dass sie insbesondere aus der Gasphase gleichmäßig beschichtet werden kann. Bevorzugt sind die transparenten, elektrisch isolierenden Substrate planar oder leicht oder stark in einer Richtung oder in mehreren Richtungen des Raumes gebogen.
Dabei sind die mindestens zwei transparenten, elektrisch isolierendem Substrate derart passgenau ausgeformt, dass sie beim Zusammenfügen keinerlei Zwischenräume ausbilden.
Vorzugsweise haben die mindestens zwei transparenten, elektrisch isolierendem Substrate angenähert die gleichen oder exakt die gleichen Abmessungen, so dass sich beim Zusammenfügen nur eine sehr schmale Stufe oder gar keine Stufe an der Kante der erfindungsgemäßen Verbundmaterialien bildet.
Bilden die mindestens zwei transparenten, elektrisch isolierenden Substrate nach dem Zusammenfügen an der Kante keine Stufe aus, kann die Kantenfläche konkav oder konvex gebogen sein, mit den Hauptoberflächen Winkel jeweils von 90° bilden oder mit der einen Hauptoberfläche einen Winkel > 90° und mit der anderen Hauptoberfläche einen Winkel < 90° bilden, so dass die Kantenfläche abgeschrägt ist.
Die transparenten, elektrisch isolierenden Substrate können farblos oder gefärbt sein.
Beispiele geeigneter Materialien zur Herstellung transparenter, elektrisch isolierender Substrate sind Glas und klare Kunststoffe, vorzugsweise starre klare Kunststoffe, insbesondere Polystyrol, Polyamid, Polyester, Polyvinylchlorid, Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat.
Bevorzugt werden transparente, elektrisch isolierende Substrate aus Glas verwendet. Im Grunde kommen alle üblichen und bekannten Gläser, wie sie beispielsweise in Römpp-Online 2008 unter den Stichworten »Glas«, »Hartglas« oder »Sicherheitsglas« oder in der deutschen Übersetzung des europäischen Patents EP 0 847 965 B1 mit dem Aktenzeichen DE 697 312 168 T2 , Seite 8, Absatz [0053], beschrieben werden, als Substratmaterial in Betracht. Beispiele besonders gut geeigneter Gläser sind nicht vorgespanntes, teilvorgespanntes und vorgespanntes Floatglas, Gußglas oder Keramikglas. Insbesondere wird Floatglas verwendet.
Die Dicke der transparenten, elektrisch isolierenden Substrate kann breit variieren und so hervorragend den Erfordernissen des Einzelfalls angepasst werden. Vorzugsweise werden Gläser mit den Standardglasstärken von 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15, 19 und 25 mm verwendet.
Die Größe der transparenten, elektrisch isolierenden Substrate kann breit variieren und richtet sich nach der Größe der erfindungsgemäßen Verbundmaterialien, die sie enthalten. Demgemäß werden bevorzugt die vorstehend beschriebenen Größen angewandt.
Die erfindungsgemäßen Verbundmaterialien enthalten mindestens eine, insbesondere eine, transparente Kleberschicht. Dabei ist eine transparente Kleberschicht zwischen zwei transparenten, elektrisch isolierenden Substraten angeordnet.
»Transparent« bedeutet auch hier, dass die transparente Kleberschicht für elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise elektromagnetische Strahlung einer Wellenlänge von 300 nm bis 1.300 nm, insbesondere aber für sichtbares Licht, durchlässig sind. »Durchlässig« bedeutet, dass die Transmission insbesondere für sichtbares Licht > 50%, bevorzugt > 70%, besonders bevorzugt > 75% und insbesondere > 80% ist.
Die transparente Kleberschicht kann aus einer Schicht aus einem transparenten, klebenden Material oder aus mindestens zwei Schichten aus zwei unterschiedlichen transparenten, klebenden Materialien bestehen.
Dabei ist es nicht notwendig, dass die Kleberschicht bereits bei Applikation transparent ist; es ist ebenfalls möglich eine Kleberschicht aufzutragen, die erst nach Erhitzen, Erkalten, Aushärten etc. transparent wird.
Die Dicke der transparenten Kleberschicht kann breit variieren und so hervorragend den Erfordernissen des Einzelfalls angepasst werden. Wesentlich ist dabei, dass die Dicke der transparenten Kleberschicht nicht so hoch werden darf, dass sie für elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise elektromagnetische Strahlung einer Wellenlänge von 300 bis 1.300 nm und insbesondere sichtbares Licht, undurchlässig wird. Vorzugsweise beträgt die Dicke 0,4 mm bis 10 mm, bevorzugt 0,5 mm bis 8 mm, besonders bevorzugt 0,6 mm bis 6 mm und insbesondere 0,7 mm bis 4 mm.
Die Materialien für die Herstellung der transparenten Kleberschicht werden vorzugsweise aus der Gruppe, bestehend aus thermisch und/oder mit aktinischer Strahlung gehärteten Gießharzen und reißfesten Klebstofffolien, ausgewählt.
Bekanntermaßen werden thermisch gehärtete Gießharze aus thermisch härtbaren Gießharzen hergestellt, die komplementäre reaktive funktionelle Gruppen enthalten, die unter der Einwirkung von Wärmeenergie miteinander reagieren, so dass sich in dem gehärteten Gießharz ein dreidimensionales Netzwerk bildet. Beispiele geeigneter thermisch härtbarer Gießharze sind Epoxidharze, wie sie beispielsweise in Römpp Online 2008 unter dem Stichwort »Epoxidharze« beschrieben werden.
Bekanntermaßen werden mit aktinischer Strahlung gehärtete Gießharze aus Gießharzen hergestellt, die reaktive funktionelle Gruppen enthalten, die unter der Einwirkung von aktinischer Strahlung anionisch, kationisch oder radikalisch, insbesondere radikalisch, polymerisieren. Insbesondere handelt es sich bei den reaktiven funktionellen Gruppen um olefinisch ungesättigte Doppelbindungen. Beispiele geeigneter mit aktinischer Strahlung härtbarer Gießharze sind aus Römpp Online 2008, »Strahlenhärtende Systeme« und »Strahlenhärtung«, bekannt. Als aktinische Strahlung kommt elektromagnetische Strahlung, wie nahes Infrarot (NIR), sichtbares Licht, UV-Strahlung, Röntgenstrahlung und Gammastrahlung, oder Korpuskularstrahlung, wie Elektronenstrahlung, Protonenstrahlung, Betastrahlung oder Alphastrahlung, in Betracht.
Die Gießharze können übliche und bekannte Haftvermittler, wie sie beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung EP 0 799 949 A1 , Spalte 6, Zeilen 24 bis 32, beschrieben werden, enthalten.
Vorzugsweise werden die reißfesten Klebstofffolien aus der Gruppe, bestehend aus Polyvinylbutyral, PVB, Polyethylen-vinylacetat), EVA, Polyethylenterephthalat, PET, Polyvinylchlorid, PVC, Ionomerharzen auf der Basis von Ethylen und/oder Propylen und alpha,beta-ungesättigten Carbonsäuren oder Polyurethan, PU, ausgewählt. Solche Kunststofffolien sind beispielsweise aus der deutschen Übersetzung des europäischen Patents EP 0 847 965 B1 mit dem Aktenzeichen DE 697 312 168 T2 , Seite 8, Absätze [0054] und [0055], oder den internationalen Patentanmeldungen WO 2005/042246 A1 , WO 2006/034346 A1 und WO 2007/149082 A1 bekannt. Insbesondere werden Polyurethanfolien und PVB-Folien eingesetzt.
Die erfindungsgemäßen Verbundmaterialien enthalten mindestens zwei, insbesondere zwei, großflächige, transparente, elektrisch leitfähige Beschichtungen, die jeweils mindestens ein, insbesondere ein, elektrisch leitfähiges Material enthalten oder hieraus bestehen.
»Transparent« bedeutet auch hier, dass die großflächigen, transparenten elektrisch leitfähigen Beschichtungen für elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise elektromagnetische Strahlung einer Wellenlänge von 300 nm bis 1300 nm, insbesondere aber für sichtbares Licht, durchlässig sind. »Durchlässig« bedeutet, dass die Transmission insbesondere für sichtbares Licht > 50%, bevorzugt > 75% und insbesondere > 80% ist. Besonders bevorzugt sind großflächige, transparente, elektrisch leitfähige Beschichtungen, die für IR-Strahlung undurchlässig sind, d. h., dass sie IR-Strahlung reflektieren oder absorbieren.
»Elektrisch leitfähig« bedeutet, dass die transparenten, elektrisch leitfähigen Beschichtungen einen niedrigen Flächenwiderstand
haben. Vorzugsweise liegt der Flächenwiderstand
bei 0,5 Ω/☐ bis 15 Ω/☐.
”Großflächig” bedeutet, dass die großflächigen, transparenten, elektrisch leitfähigen Beschichtungen die gleichen oder in etwa gleichen Flächen haben, wie die transparenten, elektrisch isolierenden Substrate und die transparenten Kleberschicht.
Die großflächigen, transparenten, elektrisch leitfähigen Beschichtungen enthalten mindestens ein elektrisch leitfähiges Material.
Demnach kann eine gegebene großflächige, transparente, elektrisch leitfähige Beschichtung eine Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material oder aus mindestens zwei Schichten aus zwei unterschiedlichen elektrisch leitfähigen Materialien enthalten.
Außerdem kann eine gegebene großflächige, transparente, elektrisch leitfähige Beschichtung aus mindestens einer Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material und mindestens einer Schicht aus einem transparenten, dielektrischen Material aufgebaut sein oder dieses enthalten. Beispielsweise kann die transparente, elektrisch leitfähige Beschichtung aus einer ersten Schicht aus einem transparenten, dielektrischen Material, einer Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material und einer zweiten Schicht aus dem gleichen oder einem anderen transparenten, dielektrischen Material bestehen, die in der angegebenen Reihenfolge übereinander liegen. Es ist aber auch möglich, dass die großflächige, transparente, elektrisch leitfähige Beschichtung aus mindestens drei transparenten, dielektrischen Schichten und mindestens zwei elektrisch leitfähigen Schichten besteht, die abwechselnd übereinander liegen, wobei sich mindestens eine transparente, dielektrischen Schicht zwischen den elektrisch leitfähigen Schichten befindet.
Beispiele geeigneter elektrisch leitfähiger Materialien sind Metalle mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, wie Silber, Kupfer, Gold, Aluminium oder Molybdän, insbesondere Silber oder mit Palladium legiertes Silber, sowie transparente, elektrisch leitfähige Oxide (Transparent Conductive Oxides, TCO), wie sie beispielsweise in der amerikanischen Patentanmeldung US 2007/029186 A1 auf Seite 3, Absatz [0026], und Seite 4, Absatz [0034], beschrieben werden. Vorzugsweise handelt es sich bei den TCO um Indiumzinnoxid (Indium Tin Oxide, ITO), fluordotiertes Zinndioxid (Fluor Tin Oxide, FTO), mit Aluminium dotiertes Zinkoxid (Aluminium Zink Oxide, AZO), mit Gallium dotiertes Zinkoxid, mit Bor dotiertes Zinkoxid, Zinnzinkoxid oder mit Antimon dotiertes Zinndioxid (Antimony Tin Oxide, ATO).
Die Dicke der großflächigen, transparenten, elektrisch leitfähigen Beschichtungen kann breit variieren und so hervorragend den Erfordernissen des Einzelfalls angepasst werden. Wesentlich ist dabei, dass die Dicke der großflächigen, transparenten, elektrisch leitfähigen Beschichtungen nicht so hoch werden darf, dass sie für elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise elektromagnetische Strahlung einer Wellenlänge von 300 nm bis 1300 nm und insbesondere sichtbares Licht, undurchlässig wird.
Vorzugsweise liegt die Dicke einer gegebenen transparenten, elektrisch leitfähigen Beschichtung an jeder Stelle bei 30 nm bis 100 μm.
Besteht die großflächige, transparente, elektrisch leitfähige Beschichtung aus einem Metall, beträgt ihre Dicke vorzugsweise 50 nm bis 500 nm, bevorzugt 75 nm bis 400 nm und insbesondere 100 nm bis 300 nm.
Besteht die großflächige, transparente, elektrisch leitfähige Beschichtung aus einem TCO, beträgt ihre Dicke vorzugsweise 100 nm bis 1,5 μm, bevorzugt 150 nm bis 1 μm und insbesondere 200 nm bis 500 nm.
Besteht die großflächige, transparente, elektrisch leitfähige Beschichtung aus mindestens einer transparenten, dielektrischen Schicht und mindestens einer Schicht aus einem Metall, beträgt ihre Dicke vorzugsweise 20 nm bis 100 μm, bevorzugt 25 nm bis 90 μm und insbesondere 30 nm bis 80 μm.
Außerdem kommen transparente Kunststofffolien, vorzugsweise auf der Basis von Polyamid, Polyurethan, Polyvinylchlorid, Polycarbonat und Polyvinylbutyral, insbesondere Polyurethan, die mit mindestens einem der vorstehend beschriebenen, elektrisch leitfähigen Materialien beschichtet sind, in Betracht. In diesem Fall kann die transparente Kunststofffolie derart ausgestaltet sein, dass sie als Kleberschicht wirkt.
In den erfindungsgemäßen Verbundmaterialien sind die vorstehend beschriebenen transparenten, elektrisch isolierenden Substrate, die transparenten Kleberschichten und die großflächigen, transparenten, elektrisch leitfähigen Beschichtungen derart angeordnet und vorzugsweise haftfest miteinander verbunden, dass sich zwischen den großflächigen, transparenten, elektrisch leitfähigen Beschichtungen mindestens ein transparentes, elektrisch isolierendes Substrat und/oder mindestens eine Kleberschicht befindet.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen Verbundmaterialien ist daher außerordentlich variabel und kann hervorragend den Erfordernissen des Einzelfalls angepasst werden.
In einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbundmaterials kann eine erste großflächige, transparente, elektrisch leitfähige Beschichtung (nachstehend der Kürze halber als »erste Beschichtung« bezeichnet) zwischen einem ersten transparenten, elektrisch isolierenden Substrat (nachstehend der Kürze halber als »erstes Substrat« bezeichnet) und einer transparenten Kleberschicht (nachstehend als »Kleberschicht« bezeichnet) und eine zweite großflächige, transparente, elektrisch leitfähige Beschichtung (nachstehend der Kürze halber als »zweite Beschichtung« bezeichnet) zwischen der Kleberschicht und einem zweiten transparenten, elektrisch leitfähigen Substrat (nachstehend der Kürze halber als »zweites Substrat« bezeichnet) großflächig angeordnet sein.
In einer zweiten Ausführungsform können die erste Beschichtung und die zweite Beschichtung auf den gegenüberliegenden Oberflächen des ersten Substrats oder den gegenüberliegenden Oberflächen des zweiten Substrats großflächig angeordnet sein.
In einer dritten Ausführungsform kann die erste Beschichtung zwischen dem ersten Substrat und der Kleberschicht und die zweite Beschichtung auf der der Kleberschicht abgewandten Oberfläche des zweiten Substrats großflächig angeordnet sein.
In einer vierten Ausführungsform kann die erste Beschichtung auf der der Kleberschicht abgewandten Oberfläche des ersten Substrats und die zweite Beschichtung zwischen der Kleberschicht und dem zweiten Substrat angeordnet sein.
In einer fünften Ausführungsform kann die erste Beschichtung auf der der Kleberschicht abgewandten Oberfläche des ersten Substrats und die zweite Beschichtung auf der der Kleberschicht abgewandten Oberfläche des zweiten Substrats angeordnet sein.
Erfindungsgemäß ist die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbundmaterialien von Vorteil und wird deshalb ganz besonders bevorzugt hergestellt und verwendet.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann insbesondere die erste Ausführungsform in vorteilhafter Weise weiter variiert werden. Solche Variationen der ersten Ausführungsform lassen sich wie folgt illustrieren:

– S/E/A/E/S (die bisher beschriebene Ausführungsform)
– S/E/A/E/S/A/E/S
– S/E/A/E/S/E/A/E/S
– S/E/A/E/S/A/E/S/A/E/S
– S/E/A/E/S/E/A/E/S/A/E/S etc.

Dabei steht S für Substrat, E für elektrisch leitfähige Beschichtung und A für Kleberschicht. Weitere von der vorliegenden Erfindung umfasste Ausführungsformen ergeben sich aus dieser nicht abschließenden Liste durch entsprechendes Zufügen der jeweiligen Schichten A, S, E.
Bei den erfindungsgemäßen Verbundmaterialien bedecken die großflächigen, transparenten, elektrisch leitfähigen Beschichtungen die transparenten, elektrisch isolierenden Substrate und/oder die transparenten Kleberschichten großflächig. Vorzugsweise sind mindestens 50%, bevorzugt mindestens 70%, besonders bevorzugt mindestens 80% und insbesondere mindestens 90% einer Oberfläche eines transparenten, elektrisch isolierenden Substrats und/oder einer Kleberschicht von einer transparenten, elektrisch leitfähigen Beschichtung bedeckt. Somit kann eine transparente, elektrisch leitfähige Beschichtung die Oberfläche eines transparenten, elektrisch isolierenden Substrats und/oder einer Kleberschicht auch vollständig bedecken.
Die großflächigen transparenten, elektrisch leitfähigen Beschichtungen können die Substrate und/oder Kleberschichten dabei derart bedecken, dass sie von einem elektrisch isolierenden Bereich, der frei von elektrisch leitfähigem Material ist, umgeben sind. Vorzugsweise befindet sich dieser elektrisch isolierende Bereich in den Kantenbereichen der elektrisch isolierenden, transparenten Substrate und/oder Kleberschichten und bildet dort einen umlaufenden Randbereich.
Die Breite des dieses Randbereichs kann breit variieren und daher den Erfordernissen des Einzelfalls hervorragend angepasst werden. Vorzugsweise liegt die Breite bei 0,5 cm bis 10 cm, bevorzugt 0,5 cm bis 7 cm und insbesondere 0,5 cm bis 5 cm.
In den fertigen erfindungsgemäßen Verbundmaterialien können die Randbereiche durch dekorative Beschichtungen, die beispielsweise durch Keramikdruck aufgebracht werden, abgedeckt werden.
Die transparenten, elektrisch leitfähigen Beschichtungen sind an elektrische Kontakte angeschlossen. Sie sind insgesamt so strukturiert, dass beim Anlegen einer Spannung an die elektrischen Kontakte ein Strom fließt, so dass sie elektrisch beheizbar sind.
»Elektrisch beheizbar« bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass sich die transparenten, elektrisch leitfähigen Beschichtungen bei Anlegen einer elektrischen Spannung, vorzugsweise der üblicherweise in Kraftfahrzeugen verwendeten Bordspannung, insbesondere einer Spannung von 12 V bis 14 V, erhitzen.
Erfindungsgemäß werden die mindestens zwei transparenten, elektrisch leitfähigen Beschichtungen in einer Parallelschaltung geschaltet. Damit wird erreicht, dass trotz der geringen angelegten Spannung von ca. 12 V bis 14 V eine ausreichende Heizleistung entsteht.
Die transparenten, elektrisch leitfähigen Beschichtungen sind im Einzelfall so ausgestaltet, dass der elektrische Widerstand nicht so hoch wird, dass die erfindungsgemäßen Verbundmaterialien durch Überhitzung beschädigt werden und/oder die Gefahr der Verbrennung beim Berühren der erfindungsgemäßen Verbundmaterialien mit der bloßen Haut besteht. Vorzugsweise sind sie so ausgelegt, dass sich bei Anlegen einer Spannung die erfindungsgemäßen Verbundmaterialien auf 30°C bis 70°C erhitzen.
Bei den elektrischen Kontakten kann es sich um übliche und bekannte direkte oder galvanische Kontakte oder um induktive Kontakte, die eine Kontaktbrücke und eine Spule umfassen, handeln.
Beispiele geeigneter direkter elektrischer Kontakte, mit denen ein einwandfreier Übergang von der sehr dünnen transparenten Beschichtung auf die üblichen Dimensionen von Kabeln und Steckern bewerkstelligt werden kann, sind aus dem amerikanischen Patent US 7,223,940 B2 , Spalte 1, Zeile 55, bis Spalte 2, Zeile 43, und Spalte 6, Zeile 48, bis Spalte 9, Zeile 59, in Verbindung mit den 1 bis 9 bekannt.
Im Falle induktiver Kontakte kann die Spule aus elektrisch isolierten, dünnen Drähten bestehen. Vorzugsweise ist die Spule aber in die transparente, elektrisch leitfähige Beschichtung integriert. Dies bedeutet, dass sie Bestandteil der Struktur der transparenten, elektrisch leitfähigen Beschichtung ist und durch einen spiralförmigen, elektrisch isolierenden Bereich, der frei von elektrisch leitfähigem Material ist, gebildet wird. Zwischen den Windungen dieses spiralförmigen, elektrisch isolierenden Bereichs befindet sich die strukturierte, transparente, elektrisch leitfähige Beschichtung in der Form einer durchgehenden Leiterbahn.
Die elektrische Kontaktbrücke befindet sich außerhalb der strukturierten, transparenten, elektrisch leitfähigen Beschichtung oberhalb der Spule und ragt in den Bereich oberhalb des elektrischen Ausgangsbereichs der durchgehenden Leiterbahn.
Besteht das transparente, elektrisch isolierende Substrat aus einem Glas kann sich zwischen seiner Oberfläche und der transparenten, elektrisch leitfähigen Beschichtung noch mindestens eine weitere Schicht befinden. Vorzugsweise wird die mindestens eine weitere Schicht aus der Gruppe, bestehend aus transparenten Barriereschichten und transparenten, haftvermittelnden Schichten, ausgewählt.
Geeignete transparente Barriereschichten zur Verhinderung der Diffusion von Ionen, insbesondere von Alkalimetallionen, bestehen vorzugsweise aus dielektrischen Materialien, insbesondere aus Nitriden, Oxiden und Oxidnitriden von Silicium und/oder Aluminium. Vorzugsweise haben sie eine Dicke von 30 nm bis 300 nm.
Geeignete transparente, haftvermittelnde Schichten bestehen ebenfalls vorzugsweise aus dielektrischen Materialien, insbesondere aus gemischten Oxiden von Zink und Zinn. Vorzugsweise haben sie eine Dicke von 3 nm bis 100 nm.
Liegen sowohl eine transparente Barriereschicht als auch eine transparente haftvermittelnde Schicht vor, ist die transparente Barriereschicht direkt mit der Oberfläche des transparenten, elektrisch isolierenden Substrats verbunden.
Die erfindungsgemäßen Verbundmaterialien können weitere funktionale Schichten enthalten.
Beispiele geeigneter funktionaler Schichten sind farbgebende Schichten, Schichten, die die strukturelle Festigkeit der erfindungsgemäßen Verbundmaterialien steigern, Licht reflektierende Schichten, schalldämmende Schichten und Antireflexionsschichten.
Insbesondere werden funktionale Schichten, die die strukturelle Festigkeit der erfindungsgemäßen Verbundmaterialien steigern, verwendet. Dabei kann es sich um Haftschichten, Verbundfolien, mechanische Energie absorbierende Folien und selbst heilende Folien aus Gießharzen, wie härtbare Epoxidharze, oder um thermoplastische Kunststoffe, wie Polyvinylbutyral (PVB), Poly(ethylen-vinylacetat) (PEVA, EVA), Polyethylenterephthalat (PET), Polyvinylchlorid (PVC), Ionomerharze auf der Basis von Ethylen und/oder Propylen und alpha,beta-ungesättigten Carbonsäuren oder Polyurethan, PU, handeln, wie sie vorstehend beschrieben werden.
Vorzugsweise sind die funktionalen Schichten in ihrer Fläche und Form den erfindungsgemäßen Verbundmaterialien angepasst, so dass sie mit diesen problemlos verbunden werden können.
Bevorzugt sind die resultierenden erfindungsgemäßen Verbundmaterialien, die die zusätzlichen funktionalen Schichten enthalten, so aufgebaut, dass die transparenten, elektrisch leitfähigen Beschichtungen jeweils im Innern der erfindungsgemäßen Verbundmaterialien lokalisiert sind.
Die erfindungsgemäßen Verbundmaterialien können in der unterschiedlichsten Art und Weise hergestellt werden.
Besonders bevorzugt werden die beschichteten und/oder unbeschichteten ersten und zweiten Substrate vor dem Zusammenfügen derart verformt, dass sie passgenau miteinander verbunden werden können. Ganz besonders bevorzugt erfolgt dies mithilfe einer Wärmebehandlung vom Typ Biegen/Vorspannen und Abkühlen im Kühlofen, wie dies beispielsweise in der deutschen Übersetzung des europäischen Patents EP 0 847 965 B1 mit dem Aktenzeichen DE 697 31 268 T2 beschrieben wird. Nach der Verformung können mindestens zwei passend geformte Substrate mithilfe der Kleberschicht unter Druck und bei erhöhter Temperatur miteinander haftfest verbunden, wobei gegebenenfalls eingeschlossene Luft durch Anlegen von Vakuum entfernt wird. Dies wird von der Fachwelt auch als Vakuumsackverfahren bezeichnet.
Nach ihrer Herstellung werden die ersten und zweiten Beschichtungen mit elektrischen Kontakten, vorzugsweise mit den vorstehend beschriebenen elektrischen Kontakten, verbunden. Dabei muss diese Verbindung nicht direkt nach der Herstellung erfolgen, sondern es können im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Verbindungen auch nach dem Zusammenfügen der verschiedenen Schichten zum fertigen erfindungsgemäßen Verbundmaterial hergestellt werden.
In den erfindungsgemäßen Verbundmaterialien werden die ersten und zweiten Beschichtungen demnach derart strukturiert und die elektrischen Kontakte derart in Form einer Parallelschaltung angeschlossen, dass bei Anlegen einer Spannung ein Strom fließt.
Besonders bevorzugt werden die erfindungsgemäßen Gegenstände in der Form von Verbundsicherheitsglasscheiben in Fortbewegungsmitteln, insbesondere als Windschutzscheiben, Seitenscheiben, Heckscheiben und Glasdächer für Kraftfahrzeuge, speziell Pkw, als architektonische Bauteile im Bausektor, insbesondere für Überkopfverglasungen für Dächer, Glaswände, Fassaden, Fensterscheiben, Glastüren, Balustraden, Brüstungsverglasungen, Oberlichter oder begehbares Glas, sowie als Bauteile in Möbeln und Geräten, insbesondere in Kühlschränken und Tiefkühlvitrinen, eingesetzt.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verbundmaterial anhand der 1 und 2 näher erläutert.
Bei den 1 und 2 handelt es sich um schematische Darstellungen, die das Prinzip der Erfindung veranschaulichen sollen. Die schematischen Darstellungen brauchen daher nicht maßstabsgetreu zu sein. Die dargestellten Größenverhältnisse müssen daher auch nicht den bei der Ausübung der Erfindung in der Praxis angewandten Größenverhältnissen entsprechen.
Außerdem sind die erfindungsgemäßen Verbundmaterialien nicht auf die in der 1 dargestellte Ausführungsform beschränkt, sondern der Fachmann kann anhand der technischen Lehre weitere Ausführungsformen ohne weiteres aufzeigen.
In den 1 (erfindungsgemäß) und 2 (Stand der Technik) haben die Bezugszeichen die folgende Bedeutung:

1a: transparentes, elektrisch isolierendes Substrat,
1b: transparentes, elektrisch isolierendes Substrat, gleich oder verschieden von (1a)
2a: transparente, elektrisch leitfähige Beschichtung,
2b: transparente, elektrisch leitfähige Beschichtung, gleich oder verschieden von (2a)
A: transparente Kleberschicht,

Bei den Substraten (1a), (1b) handelt es sich insbesondere um Floatglasscheiben der Abmessungen, wie sie beispielsweise für Windschutzscheiben, Seitenscheiben, Glasdächer und Heckscheiben im Fahrzeugbau sowie für kleine, mittlere oder großflächige Scheiben im Möbel-, Geräte- oder Bausektor verwendet werden. Die Abmessungen können mehrere Quadratzentimeter bis mehrere Quadratmeter betragen.
Bei den Beschichtungen (2a), (2b) handelt es sich jeweils um eine Beschichtung, wie sie in der der deutschen Übersetzung des europäischen Patents EP 0 847 965 B1 mit dem Aktenzeichen DE 697 312 168 T2 , Beispiel 1, Seite 9, Absatz [0063], bis Seite 11, Absatz [0080], beschrieben wird.
Bei der transparenten Kleberschicht (A) handelt es sich insbesondere um eine Schicht aus PVB.
Das erfindungsgemäße Verbundmaterial gemäß der 1 wird hergestellt, indem man zunächst auf jeweils eine Oberfläche der Substrate (1a) und (1b) jeweils eine Beschichtung (2a) und (2b) appliziert. Bevorzugt erfolgt dies, wie in der der deutschen Übersetzung des europäischen Patents EP 0 847 965 B1 mit dem Aktenzeichen DE 697 312 168 T2 , Beispiel 1, Seite 9, Absatz [0063], bis Seite 11, Absatz [0080], beschrieben. Anschließend werden die beiden beschichteten Substrate (1a/2a) und (1b/2b) über einer 0,8 mm dicken PVB-Folie (A) mithilfe des Vakuumsackverfahrens haftfest miteinander verbunden, so dass sich die PVB-Folie (A) zwischen den beiden Beschichtungen (2a) und (2b) befindet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0638528 A1 [0001]
- EP 0718250 A2 [0001]
- DE 69731268 T2 [0001, 0082]
- WO 00/72635 A1 [0001]
- EP 0847965 B1 [0023, 0035, 0082, 0091, 0093]
- DE 697312168 T2 [0023, 0035, 0091, 0093]
- EP 0799949 A1 [0034]
- WO 2005/042246 A1 [0035]
- WO 2006/034346 A1 [0035]
- WO 2007/149082 A1 [0035]
- US 7223940 B2 [0069]

Claims

Scheibenförmige, transparente Verbundmaterialien, umfassend – mindestens ein erstes transparentes, elektrisch isolierendes Substrat (1a), – mindestens ein zweites transparentes, elektrisch isolierendes Substrat (1b), – mindestens eine transparente Kleberschicht (A), die zwischen den transparenten, elektrisch isolierenden Substraten (1a) und (1b) angeordnet ist, – mindestens eine erste großflächige, transparente Beschichtung (2a), die mindestens ein elektrisch leitfähiges Material (2a.1) enthält oder hieraus besteht, und – mindestens eine zweite großflächige, transparente Beschichtung (2b), die mindestens ein elektrisch leitfähiges Material (2b.1) enthält oder hieraus besteht, – mit der Maßgabe, dass sich zwischen dem Substrat (1a) und dem Substrat (1b) mindestens die Beschichtungen (2a), die Beschichtung (2b), sowie mindestens eine Kleberschicht (A) befindet; – elektrische Kontakte (3) zum Anlegen einer elektrischen Spannung an die Beschichtungen (2a) und (2b), wobei – die Beschichtungen (2a) und (2b) derart strukturiert und die elektrischen Kontakte (3) in Form einer Parallelschaltung derart angeschlossen sind, dass bei Anlegen einer Spannung ein Strom fließt.
Verbundmaterialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate (1a) und (1b) gleich oder voneinander verschieden sind.
Verbundmaterialien nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungen (2a) und (2b) gleich oder voneinander verschieden sind.
Verbundmaterialien nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass – die erste Beschichtung (2a) zwischen dem ersten Substrat (1a) und der Kleberschicht (A) und die zweite Beschichtung (2b) zwischen der Kleberschicht (A) und dem zweiten Substrat (1b) großflächig angeordnet ist, – die erste Beschichtung (2a) und die zweite Beschichtung (2b) auf den gegenüberliegenden Oberflächen des ersten Substrats (1a) oder den gegenüberliegenden Oberflächen des zweiten Substrats (1b) großflächig angeordnet sind, – die erste Beschichtung (2a) zwischen dem ersten Substrat (1a) und der Kleberschicht (A) und die zweite Beschichtung (2b) auf der der Kleberschicht (A) abgewandten Oberfläche des zweiten Substrats (1b) großflächig angeordnet ist, – die erste Beschichtung (2a) auf der der Kleberschicht (A) abgewandten Oberfläche des ersten Substrats (1a) und die zweite Beschichtung (2b) zwischen der Kleberschicht (A) und dem zweiten Substrat (1b) angeordnet ist oder – die erste Beschichtung (2a) auf der der Kleberschicht (A) abgewandten Oberfläche des ersten Substrats (1a) und die zweite Beschichtung (2b) auf der der Kleberschicht (A) abgewandten Oberfläche des zweiten Substrats (1b) angeordnet ist.
Verbundmaterialien nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Kontakte (3) galvanische oder induktive Kontakte sind.
Verbundmaterialien nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate (1a) und (1b) aus Floatglas bestehen.
Verbundmaterialien nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kleberschicht (A) Polyvinylbutyral, PVB, enthält oder hieraus besteht.
Verbundmaterialien nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie weitere transparente, elektrisch isolierende Substratschichten S, transparente, elektrisch leitfähige Beschichtungen E und transparente Kleberschichten A enthalten.
Verbundmaterialien nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie den Aufbau – S/E/A/E/S/A/E/S – S/E/A/E/S/E/A/E/S – S/E/A/E/S/A/E/S/A/E/S oder – S/E/A/E/S/E/A/E/S/A/E/S aufweisen.
Verbundmaterialien nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie mithilfe einer angelegten Spannung von 12 bis 14 V beheizbar sind.