-
Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugverglasung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Solche Kraftfahrzeugverglasungen mit veränderlicher Farbe oder Transparenz sind per se bekannt. Sie finden beispielsweise bei selbstabblendenden Rückspiegeln in Kraftfahrzeugen Verwendung. Bei Rückspiegeln dieser Art wird die automatische Verdunkelung durch einen lichtempfindlichen Sensor gesteuert. Die automatisch erfolgende Verdunkelung verringert die Gefahr einer Blendung des Fahrers.
-
Bekannte Verglasungen sind aufgrund ihres komplizierten Aufbaus, der wenigsten fünf Schichten aus unterschiedlichsten Materialien umfasst, in der Herstellung aufwändig und teuer. Großflächige Verglasungen sind mit der bekannten Technik nicht herstellbar, da die Scheiben schnell fleckig und trübe werden.
-
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe einer Kraftfahrzeugverglasung mit veränderlicher Farbe oder Transparenz, die einfach und kostengünstig herzustellen ist.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Kraftfahrzeugverglasung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Die erfindungsgemäße Kraftfahrzeugverglasung unterscheidet sich von dem eingangs genannten Stand der Technik dadurch, dass die Verglasung ein Schichtsystem aus einer ersten Glasschicht, einer ersten transparenten und elektrisch leitfähigen Schicht, die als erste Elektrode dient, einer Metallo-Polyelektrolytschicht, einer zweiten transparenten und elektrisch leitfähigen Schicht, die als zweite Elektrode dient, und einer zweiten Glasschicht aufweist.
-
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Verglasung ist sehr einfach, es genügen zwei Glasscheiben, die auf ihren einander zugewandten inneren Oberflächen mit einer dünnen, transparenten und elektrisch leitfähigen Schicht, die als Elektrode dient, bedeckt sind. Auf diese Beschichtung wird bei einer der beiden Glasscheiben das Metallo-Polyelektrolyt (MEPE) als eine dünne Schicht aufgebracht.
-
Bei Metallo-Polyelektrolyten handelt es sich um lange Molekülketten, in denen einzelne organische Bausteine, die sogenannten Terpyredine, mittels Metallionen verknüpft sind. Wird über die Elektroden eine elektrische Spannung an das MEPE gelegt, nehmen die Metallionen Elektronen auf oder geben sie ab. Dieser reversible Vorgang ändert die Farbe des Metallo-Polyelektrolyts.
-
Die Aufbringung der MEPE-Schicht erfolgt in einfacher Art und Weise durch Eintauchen der Glasscheiben in eine wässrige MEPE-Lösung, wobei die Glasscheibe bevorzugt so vorbehandelt ist, dass die MEPE-Schicht nur auf einer Seite der Glasscheibe dort anhaftend aufwächst. Ein ggf. auf der anderen Seite anhaftender MEPE-Belag wird in einem weiteren Verarbeitungsschritt entfernt. Anschließend werden die beiden Glasscheiben mit den beschichteten inneren Oberflächen aufeinander gelegt.
-
Die Farbe des Metallo-Polyelektrolyts hängt von der Art der darin enthaltenen Metallionen ab. Mit Eisenionen kann zum Beispiel eine blaue Färbung erzeugt werden. Werden beispielsweise zweiwertige Eisenionen (Fe2+) durch Elektronenabgabe zu dreiwertigen Eisenionen (Fe3+) oxidiert, entfärbt sich das ursprünglich blaue MEPE und wird farblos. Andere Metallionen erzeugen andere Farben. Die Verwendung von Cobaltionen ergibt zum Beispiel einen rötlichen Farbton. Nickelionen färben das MEPE orange. Durch das Anlegen einer Spannung verfärben sich die MEPE-Schichten oder ändern ihre Transparenz je nach Art der verwendeten Metallionen. Somit kann eine Verglasung hergestellt werden, deren Farbe und/oder Transparenz in einfacher Art und Weise durch Einschalten und Ausschalten einer elektrischen Spannung verändert werden kann.
-
Für das Variieren der Farbe und/oder der Transparenz der elektrochromen MEPE-Schicht genügt eine elektrische Spannung von 1–2 V. Diese kann mit Hilfe einfacher, handelsüblicher Batterien erzeugt werden, oder speziell bei einer Verwendung im Kraftfahrzeug durch das Bordnetz bereitgestellt werden.
-
Ergänzend wird vorgeschlagen, dass zwischen einer der beiden Elektroden und der Metallo-Polyelektrolytschicht eine transparente, vorzugsweise zähflüssige Substanz angeordnet ist. Beim Aneinanderlegen der beiden Glasscheiben entstehen Hohlräume, da die beschichteten, inneren Oberflächen der Glasscheiben nicht über ihre gesamten Flächen vollständig plan aneinander anliegen. Zunächst befindet sich in den Hohlräumen Luft. Bei der Herstellung des Schichtensystems wird die Substanz eingefüllt, um die störende Luft zu verdrängen. Anschließend wird die Verglasung abgedichtet und die Substanz verbleibt im Schichtsystem. Die transparente Substanz hat den Vorteil, dass sie den farblosen Eindruck der Verglasung nicht verfälscht. Die Substanz besitzt bevorzugt einen Brechungsindex, bei dem sichtbares Licht beim Übergang von der Substanz in die Beschichtung oder beim Übergang von der Beschichtung in die Substanz möglichst wenig gebrochen wird. Außerdem ist die Substanz bevorzugt chemisch neutral, um eine chemische Zersetzung des Schichtsystems zu vermeiden.
-
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Verglasung eine Abdeckscheibe für eine Beleuchtungseinrichtung, insbesondere für einen Scheinwerfer, darstellt. Dies erlaubt ein Verdunkeln der Abdeckscheibe bei ausgeschaltetem Scheinwerfer. Somit kann eine unerwünschte Aufheizen des Scheinwerfers, die wegen einer Bündelung des Sonnenlichtes durch optische Komponenten des Scheinwerfers wie Linsen zu einer Beschädigung des Scheinwerfers führen kann, wirkungsvoll verhindert. Vorteilhaft ist auch, dass sich das Erscheinungsbild des Kraftfahrzeugs mit der verdunkelten Abdeckscheibe vorteilhaft beeinflussen lässt.
-
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Verglasung eine Frontscheibe ist. Die verdunkelte Frontscheibe hat den Vorteil, dass ein Teil des auf die Verglasung einfallenden Sonnenlichts von der Frontscheibe absorbiert wird und nicht in den Fahrzeuginnenraum gelangt. Der Fahrzeuginnenraum heizt sich weniger stark auf, als es bei transparenter Frontscheibe der Fall wäre. Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei niedrigen Umgebungstemperaturen. Dann erwärmt sich die verdunkelte Frontscheibe durch Absorption der Wärmestrahlung schneller als eine transparente Frontscheibe und wird somit schneller enttaut oder enteist.
-
Über die verdunkelte Frontscheibe gelangt auch weniger Energie aus dem Fahrzeuginneren über die Frontscheibe in die Umgebung. Das bedeutet, dass der Fahrzeuginnenraum und die Frontscheibe bei fehlender Sonneneinstrahlung langsamer auskühlen als dies bei einer Verwendung einer üblichen transparenten Frontscheibe der Fall ist. Infolgedessen schlägt sich auch weniger Feuchtigkeit nieder als auf einer üblichen transparenten Frontscheibe. Ein die Verkehrssicherheit beeinträchtigendes Beschlagen der Scheibe wird damit verringert.
-
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Elektrode die innere Oberfläche der Glasscheibe partiell bedeckt. Wird eine elektrische Spannung an die Elektroden gelegt, verändert die Metallo-Polyelektrolytschicht nur dort ihre Farbe, wo sie auf beiden Seiten einer Elektrode gegenüberliegt, so dass sie dort jeweils zwischen den beiden Elektroden angeordnet ist. Bedeckt eine der Elektroden oder beide Elektroden die Glasscheiben nur partiell, werden nur die dadurch bestimmten Bereiche in der Verglasung verdunkelbar. Diese Bereiche können beispielsweise Randbereiche einer Frontscheibe sein, durch deren Verdunkelung eine Blendung des Fahrers durch die Sonne vermindert wird. Es ist auch denkbar, die Elektroden als Zeichen wie beispielsweise Firmenembleme oder Schriftzüge zu gestalten. Somit wird für einen Betrachter das Zeichen als transparenter beziehungsweise abgedunkelter Bereich in der Verglasung erzeugt.
-
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass in der Metallo-Polyelektrolytschicht mehrere verschiedenfarbige Metallo-Polyelektrolyte nebeneinander angeordnete sind. So kann beispielsweise ein Zeichen oder ein Teilbereich erzeugt werden, in dem ein MEPE, der sich bei angelegter Spannung verdunkelt, intarsienartig neben einem andersfarbigen MEPE oder einem MEPE angeordnet wird, der bei angelegter Spannung verblasst.
-
Weiterhin bevorzugt ist auch, dass die Metallo-Polyelektrolytschicht partiell oder vollständig mit einer weiteren Metallo-Polyelektrolytschicht bedeckt ist. Die MEPE-Schichten unterscheiden sich durch die Art der in ihnen enthaltenen Metallionen. So ist es beispielsweise denkbar, dass das Zeichen als weitere Schicht auf die Metallo-Polyelektrolytschicht aufgetragen ist, wobei beispielsweise die Metallo-Polyelektrolytschicht bei angelegter Spannung verblasst, während die als Zeichen oder als Teilbereich geformte Metallo-Polyelektrolytschicht bei der angelegten Spannung farbig wird.
-
Ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Verglasung aus mehreren Schichtsystemen aufgebaut ist. Die Schichtsysteme sind dabei in der Verglasung so angeordnet, dass gleiche Schichten in einer Ebene senkrecht zur Lichtrichtung aneinander anschließen, oder dass in Lichtrichtung die erste Glasscheibe des nachfolgenden Schichtsystems an die zweite Glasscheibe des vorhergehenden Schichtsystems anschließt. Jedes Schichtsystem weist dabei eine andersfarbige Metallo-Polyelektrolytschicht auf. Diese sind nacheinander oder gleichzeitig schaltbar, so dass für den Betrachter eine mehrfarbige oder eine mehrfarbige Zeichen oder Teilbereiche aufweisende Verglasung erzeugt wird.
-
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischer Form:
-
1 einen Querschnitt durch ein erstes Schichtsystem einer Kraftfahrzeugverglasung;
-
2 einen Querschnitt durch ein zweites Schichtsystem einer Kraftfahrzeugverglasung;
-
3 eine Kraftfahrzeugverglasung in einer Vorderansicht.
-
Gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren bezeichnen jeweils gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach vergleichbare Elemente.
-
In der 1 ist ein Schnitt durch eine Kraftfahrzeugverglasung 10 entlang eines in der 3 mit den Buchstaben I-I gekennzeichneten Schnitthorizonts dargestellt. Aus Gründen der Vereinfachung sind die Dickenverhältnisse der unterschiedlichen Schichten nicht maßstabsgerecht eingehalten. Außerdem ist ein elektrischer Stromversorgungskreis nur sehr vereinfacht dargestellt.
-
Der Querschnitt zeigt ein Schichtsystem 11 aus einer ersten Glasschicht 12, einer ersten transparenten und leitfähigen Schicht 14, einer elektrochromen Metallo-Polyelektrolytschicht 16, einer zweiten transparenten und leitfähigen Schicht 18 und einer zweiten Glasschicht 20, wobei die Schichten in Lichtrichtung 21 in dieser Reihenfolge flächig aneinander anliegend angeordnet sind. Die Schichten sind also so angeordnet, dass auf das Schichtsystem einfallendes Licht, sei es aus einem Gehäuse nach außen gerichtetes Licht einer Lichtquelle oder von außen in ein Gehäuse einfallendes Licht, die Schichten quer zu ihrer flächenhaften Erstreckung nacheinander durchquert.
-
Die beiden Glasschichten 12, 20 bestehen normalerweise aus anorganischem oder organischem Glas und sind bevorzugt als im Vergleich zu den anderen Schichten dickere Scheiben verwirklicht, die dem Schichtsystem die erforderliche mechanische Festigkeit verleihen. Die Schichten 12 und 20 können beschichtet oder sonst wie veredelt sein, um der Verglasung 10 weitere besondere Eigenschaften wie erhöhte Wärmedämmung oder Schalldämmung zu verleihen. Auf ihren einander zugewandten inneren Oberflächen weist jede der beiden Glasscheiben 12 und 20 jeweils eine transparente, elektrisch leitfähige Schicht 14, 18 auf.
-
Die erste leitfähige Schicht 14 liegt auf der einen Glasscheibe 12. Die zweite leitfähige Schicht 18 liegt auf der anderen Glasscheibe 20. Ein Material für die Schichten 14 und 18 ist beispielsweise Iridiumzinnoxid. Die beiden Schichten 14 und 18 dienen als Elektroden. Für die elektrische Versorgung der Schichten 14, 18 sind zwei elektrische Anschlüsse 22, 24 vorgesehen. Über die Anschlüsse 22, 24 werden die Schichten 14, 18 mit den Polen einer Spannungsquelle verbunden. Als Spannungsquelle dient das Bordnetz des Kraftfahrzeugs oder eine handelsübliche Batterie. Die elektrische Verbindung zwischen Spannungsquelle und den Elektroden 14, 18 wird mittels eines Schalters 27 hergestellt oder unterbrochen. Der Schalter 27 wird durch ein Stellelement 29, das Teil Steuerung des Kraftfahrzeugs ist, betätigt.
-
Zwischen der ersten Schicht 14 und der zweiten Schicht 18 befindet sich die Metallo-Polyelektrolytschicht 16. Die Metallo-Polyelektrolytschicht 16 wird durch Tauchen einer oder beider Glasscheiben 12 und 20 in eine wässrige Metallo-Polyelektrolyt-Lösung auf die erste leitfähige Schicht 14 oder die zweite leitfähige Schicht 18 aufgebracht, wobei die nicht zu beschichtende Seite so behandelt wird, dass der Metallo-Polyelektrolyt dort nicht anhaftet. Anschließend werden die erste Glasscheibe 12 und die zweite Glasscheibe 20 mit ihren inneren Oberflächen aufeinander gelegt, so dass die Metallo-Polyelektrolytschicht 16 zwischen der ersten Elektrode 14 und der zweiten Elektrode 18 angeordnet ist.
-
Der Metallo-Polyelektrolyt besteht aus langkettigen Molekülverbindungen, in denen einzelne organische Bausteine, sogenannten Terpyredine durch Metallionen miteinander verknüpft sind.
-
Wird das Metallo-Polyelektrolyt zwischen zwei Elektroden 14 und 18 durch Schließen des Schalters 27 unter elektrische Spannung gesetzt, nehmen die Metallionen Elektronen auf oder geben sie ab. Infolge dessen verändert das Metallo-Polyelektrolyt seine Farbe. Die Veränderung ist reversibel und durch gesteuertes Verändern der anzulegenden Spannung steuerbar.
-
Weist der Metallo-Polyelektrolyt beispielsweise zweiwertige Eisenionen Fe2+ auf, geben diese bei angelegter Spannung Elektronen ab. Die zunächst zweiwertigen Eisenionen Fe2+ werden zu dreiwertigen Eisenionen Fe3+ oxidiert und der Metallo-Polyelektrolyt verändert seine Farbe von Blau zu Farblos. Bei angelegter Spannung wird die Verglasung also transparent. Ohne angelegte Spannung bleibt die Verglasung dunkel. Die Farbe des Metallo-Polyelektrolyts ist durch die Art der verwendeten Metallionen bestimmt. Cobaltionen beispielsweise färben das Metallo-Polyeletrolyt rötlich oder Nickelionen ergeben einen orangen Farbton. Es gibt auch Metallionen, deren Farbe mit ohne Spannung verblasst und mit angelegter Spannung entsteht. Somit wird die Farbe und/oder Transparenz einer Verglasung 10 durch Anschalten oder Abschalten einer elektrischen Spannung verändert.
-
2 zeigt eine zweite Ausgestaltung des Schichtsystems 11. Im Gegensatz zu dem Schichtsystem der 1 besitzt das hier dargestellte Schichtsystem 11 eine weitere Schicht 26. Die weitere Schicht 26 ist hier zwischen der Metallo-Polyelektrolytschicht 16 und der ersten Elektrode 14 angeordnet.
-
Die weitere Schicht 26 besteht aus einer zähflüssigen, transparenten und neutralen Substanz. Durch Einfüllen der Substanz soll beim Aufeinanderlegen der ersten Glasscheibe 12 und der zweiten Glasscheibe 20 gegebenfalls eingeschlossene Luft verdrängt werden.
-
3 zeigt eine Ausführung der elektrochromen Verglasung 10 als Abdeckscheibe einer Beleuchtungseinrichtung oder als Frontscheibe. Die Frontscheibe oder die Abdeckscheibe ist dabei nicht zwingend planparallel zur Zeichenebene, sie kann auch konvex oder konkav gekrümmt sein.
-
Eine Abdeckscheibe für einen Scheinwerfer, die eine elektrochrome Verglasung 10 aufweist, kann bei nicht eingeschaltetem Scheinwerfer verdunkelt werden, so dass sich das Innere des Scheinwerfers nicht durch Sonneneinstrahlung aufheizt. Außerdem ist die verdunkelte Abdeckscheibe ein Designelement des Kraftfahrzeugs.
-
Desgleichen absorbiert eine Frontscheibe, welche die elektrochrome Verglasung 10 aufweist, in verdunkeltem Zustand einen größeren Teil des einfallenden Sonnenlichts, als eine transparente Frontscheibe. Dadurch wird einerseits der Fahrzeuginnenraum weniger aufgeheizt und andererseits wird die verdunkelte Frontscheibe schneller enttaut oder enteist als die transparente Frontscheibe.
-
Die verdunkelte Frontscheibe ist für Wärmestrahlung undurchlässiger als eine transparente Frontscheibe. Deshalb kühlt der Fahrzeuginnenraum mit verdunkelter Frontscheibe bei fehlender Sonneneinstrahlung weniger schnell aus als dies bei einem Fahrzeug mit üblicher, konstant transparenter Frontscheibe der Fall ist.
-
Es ist bevorzugt, die als Elektroden dienenden Beschichtungen 14 und 18 so auszuführen, dass sie die Glasscheiben 12 und 20 nur partiell bedecken. Bedeckte Bereiche sind bevorzugt als Zeichen 28, wie beispielsweise Firmenembleme oder Schriftzüge ausgeführt. Wird eine elektrische Spannung an die Elektroden gelegt, verändern die Metallo-Polyelektrolytschichten 16 nur dort ihre Farbe, wo sie in Kontakt mit der Beschichtung 14 und 18 stehen. Somit entsteht für einen Betrachter das Zeichen 28 als transparenter beziehungsweise abgedunkelter Bereich auf der Verglasung 10.
-
Die Beschichtungen 14 und 18 können beispielsweise auch einen Teilbereich 30, der sich über eine Teil oder eine gesamte Breite der Frontscheibe erstreckt, bedecken. Bei Sonneneinstrahlung wird dieser Bereich 30 verdunkelt, so dass beispielsweise die Blendung des Fahrers durch Sonnenlicht vermindert ist.
-
Es ist weiterhin bevorzugt, dass in der Metallo-Polyelektrolytschicht 16 mehrere verschiedenfarbige Metallo-Polyelektrolyte nebeneinander angeordnet sind. So kann beispielsweise das Zeichen 28 in der 3 erzeugt werden, in dem ein MEPE der sich bei angelegter Spannung verdunkelt, intarsienartig neben einen andersfarbigen MEPE oder einen MEPE angeordnet wird, der bei angelegter Spannung verblasst.
-
Denkbar ist auch, dass die Metallo-Polyelektrolytschicht 16 partiell oder vollständig mit einer weiteren Metallo-Polyelektrolytschicht bedeckt ist, wobei sich die MEPE-Schichten durch die Art der in ihnen enthaltenen Metallionen unterscheiden. So ist es beispielsweise denkbar, dass das Zeichen 28 als weitere Schicht auf die Metallo-Polyelektrolytschicht aufgetragen ist, wobei beispielsweise die Metallo-Polyelektrolytschicht 16 bei angelegter Spannung verblasst, während die als Zeichen 28 geformte Metallo-Polyelektrolytschicht bei der angelegten Spannung farbig wird.
-
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Verglasung 10 aus mehreren Schichtsystemen 11 aufgebaut ist, die in Lichtrichtung hintereinander angeordnet sind. Bei einer Anordnung mehrerer Schichtsysteme 11 in Lichtrichtung hintereinander schließt die erste Glasscheibe 12 des nachfolgenden Schichtsystems 11 an die zweite Glasscheibe 20 des vorhergehenden Schichtsystems 11 an. Jedes Schichtsystem 11 weist dabei bevorzugt eine andersfarbige Metallo-Polyelektrolytschicht 16 auf. Diese sind nacheinander oder gleichzeitig schaltbar, so dass für den Betrachter eine mehrfarbige oder eine mehrfarbige Zeichen 28 aufweisende Verglasung 10 die erzeugt wird.
