DE202022002755U1

DE202022002755U1 - Scheibe mit beheizbaren Sensorfeld

Info

Publication number: DE202022002755U1
Application number: DE202022002755.9U
Authority: DE
Original assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date: 2021-01-19
Filing date: 2022-01-10
Publication date: 2023-03-29
Anticipated expiration: 2032-01-11
Also published as: CN115119541A; WO2022157022A1

Abstract

Scheibe mit beheizbarem Sensorfeld (2) mindestens umfassend:
• eine Scheibe (1),
• ein Sensorfeld (2) auf einer Oberfläche der Scheibe (1),
• mindestens eine auf dem Sensorfeld (2) angebrachte beheizbare Folie (3), wobei die beheizbare Folie (3) eine Trägerfolie (3.1) und eine Beschichtung (3.2) umfasst, die elektrisch leitfähig ist und mindestens zwei Sammelleiter (4) zur elektrischen Kontaktierung aufweist,
wobei die beheizbare Folie (3) mittels einer Haftschicht (5) haftfest mit der Scheibe (1) verbunden ist und eine Entspiegelungsschicht (3.3) aufweist,
wobei die elektrisch leitfähige Beschichtung (3.2) an einer ersten Oberfläche der Trägerfolie (3.1) und die Entspiegelungsschicht (3.3) an einer zweiten Oberfläche der Trägerfolie (3.1) angeordnet sind, und
wobei die Entspiegelungsschicht (3.3) mindestens eine Abfolge einer ersten Schicht eines hochbrechenden Materials mit einem Brechungsindex größer als 1.9 und einer zweiten Schicht eines niedrigbrechenden Materials mit einem Brechungsindex kleiner als 1.6 umfasst, und
wobei die Haftschicht (5) zur Einkapselung der elektrisch leitfähigen Beschichtung (3.2) vorgesehen ist, wenn die elektrisch leitfähige Beschichtung (3.2) auf einer dem Sensorfeld (2) zugewandten Seite der Trägerfolie (3.1) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Scheibe mit beheizbaren Sensorfeld und ein Verfahren zu deren Herstellung.
Moderne Fahrzeuge werden zunehmend mit Sensoren ausgestattet, insbesondere mit einer Vielzahl von Fahrerassistenzsystemen mit optischen Sensoren. Hierzu zählen zum Beispiel optische Kameras, aber auch Radarsysteme, Ultraschallsensoren sowie Light Detection and Ranging (LiDaR). Sensorbasierte optische Fahrerassistenzsysteme (ADAS) basieren in der Regel auf optischen oder elektromagnetischen Sensoren, die die Fahrzeugumgebung durch Aussenden und/oder Empfangen von Photonen oder elektromagnetischer Wellen abtasten und so entsprechende Informationen an die Fahrzeugelektronik bereitstellen. Die Sensoren können in Fahrzeugen an und/oder in der Windschutzscheibe platziert werden. Damit bieten sie im Straßenverkehr die Möglichkeit, Gefahren und Hindernisse rechtzeitig zu erkennen.
Üblicherweise werden die Sensoren durch entsprechende Scheiben vor Witterungseinflüssen geschützt, dabei sollten die Scheiben möglichst sauber und beschlagsfrei sein und damit Funktionalität der Sensoren gewährleisten. Da Beschlag und Vereisungen die Transmission von elektromagnetischen Wellen deutlich beeinflussen, sollte die Scheibe möglichst schnell davon befreit werden. Wischsysteme gewährleisten, dass die Scheibe von Wassertropfen und Schutzpartikeln befreit werden. Bei Vereisungen sind sie allerding unbrauchbar, deshalb ist bei Bedarf eine kurzfristige Aufheizung des betroffenen Scheibensegments, das für den Sensor als Sichtfeld dient, notwendig. Ein Sensorfeld ist derjenige Bereich der Scheibe, durch den verlaufende Strahlung durch den Sensor detektiert werden kann, d.h. das Sensorfeld der Scheibe ist also der Bereich, der im Detektionsstrahlengang des Sensors liegt.
EP 1 605 729 A2 offenbart eine elektrisch beheizbare Scheibe mit einem Kamerafenster. Das Kamerafenster wird über eine Heizvorrichtung beschlags- und eisfrei gehalten. Das Heizelement wird an der Position des Kamerafensters in die Scheibe einlaminiert.
Die DE 10 2009 026021 A1 offenbart eine Anordnung aus Sensor und Scheibe mit beheizbarem, optisch transparenten Sensorfeld. Eine auf dem Sensorfeld angeordnete beheizbare Folie umfasst eine Trägerfolie, eine beheizbare Beschichtung und/oder Heizdrähte sowie eine elektrische Kontaktierung der Beschichtung bzw. der Heizdrähte. An dem Sensorfeld und der beheizbaren Folie ist eine Einkapselung und ein in der Einkapselung angebrachter Sensor befestigt. Die Einkapselung schützt den Sensor vor Schutz- und Staubpartikeln sowie unerwünschtem Lichteinfall.
US 2021/084720 A1 offenbart eine Glasscheibe für Fahrzeuge, die einen Sende- und Empfangsbereich für Informationen aufweist. Über den Bereich kann eine im Fahrzeug montierte Vorrichtung Informationen senden und empfangen. Eine Schicht ist auf der Innenseite der Glasscheibe angeordnet, die an einen Bereich angebracht ist der den Sende- und Informationsbereich in Draufsicht überlappt. Diese Schicht umfasst ein Substrat, ein Heizelement und einen Sammelleiter.
US2019/031116 A1 offenbart eine Scheibenheizung für eine Fahrzeugkamera. Die Scheibenheizung weist ein erstes Heizelement auf, welches das Sichtfeld der Kamera umgibt und ein zweites Heizelement, das das Sichtfeld der Kamera durchzieht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Scheibe mit beheizbarem Sensorfeld bereitzustellen, die gute optische Eigenschaften im sichtbaren Spektralbereich aufweist und eine optische Verzerrung oder Beugung der optischen Strahlen reduziert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Scheibe mit beheizbarem Sensorfeld gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die erfindungsgemäße Scheibe mit beheizbarem Sensorfeld umfasst mindestens eine Scheibe, ein Sensorfeld auf einer Oberfläche der Scheibe und mindestens eine auf dem Sensorfeld angebrachte beheizbare Folie. Die beheizbare Folie umfasst eine Trägerfolie und eine Beschichtung, die elektrisch leitfähig ist und mindestens zwei Sammelleiter zur elektrischen Kontaktierung aufweist. Die beheizbare Folie ist mittels einer Haftschicht haftfest mit der Scheibe verbunden, wobei die beheizbare Folie eine Entspiegelungsschicht aufweist.
Die erfindungsgemäße Scheibe weist eine signifikante Verbesserung in Form einer reduzierten optischen Verzerrung bei Durchblick durch das Sensorfeld. Durch die zwischen Trägerfolie und Scheibe angeordnete Haftschicht und die Entspiegelungsschicht wird die optische Beugung und Verzerrung reduziert. Mit anderen Worten ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die beheizbare Folie über eine Haftschicht mit der Scheibe verbunden ist, wobei die beheizbare Folie zusätzlich eine Entspiegelungsschicht aufweist. Überraschend hat sich gezeigt, dass eine solche erfindungsgemäße Scheibe gegenüber den bisher bekannten Windschutzscheiben deutlich bessere optische Eigenschaften aufweist.
Das Sensorfeld kann ein lokaler Bereich sein, der als Kommunikations-, Sensor- oder Kamerafenster die Transmission von elektromagnetischer Strahlung durch die Scheibe gewährleisten soll. Das Sensorfeld kann insbesondere solche Sensoren, die in einem Fahrzeug als ADAS (Advanced Driver Assist Systems) eingesetzt werden, umfassen. Hierzu zählen zum Beispiel optische Kameras, aber auch Radarsysteme und Ultraschallsensoren. Das Sensorfeld weist eine optische Transparenz auf, d.h. die Transmission beträgt im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 1300 nm, bevorzugt mehr als 70 %. Das Sensorfeld nimmt bevorzugt weniger als 10%, besonders bevorzugt weniger als 5% der Scheibenoberfläche ein. Vorzugsweise weist das Sensorfeld die Form eines Quadrats, eines Rechtecks, einer Raute, eines Trapezes, eines Hexagons, eines Oktagons, eines Kreuzes, eines Ovals oder eines Kreises auf.
Die auf dem Sensorfeld angeordnete beheizbare Folie umfasst die Trägerfolie und die elektrische leitfähige, insbesondere beheizbare, Beschichtung. Das Sensorfeld kann im Wesentlichen vollflächig mit der beheizbaren Folie versehen sein, was herstellungsbedingt bevorzugt sein kann. Die beheizbare Folie kann im Wesentlichen eine konstante Dicke aufweisen. Vorzugsweise weist die beheizbare Folie die Form eines Quadrats, eines Rechtecks, einer Raute, eines Trapezes, eines Hexagons, eines Oktagons, eines Kreuzes, eines Ovals oder eines Kreises auf. Bevorzugt entspricht die beheizbare Folie flächenmäßig dem Sensorfeld.
Die Trägerfolie enthält bevorzugt Polybutylenterephtalat (PBT), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylennaphthalat (PEN), Polyvinylbutyral (PVB) und/oder Poly-Ethylvinylacetat (EVA) und/oder Gemische und/oder Copolymere davon. Sie kann eine Foliendicke von 0.050 mm bis 5 mm aufweisen. Die Trägerfolie ist bevorzugt transparent.
Die beheizbare, elektrisch leitfähige Beschichtung enthält bevorzugt ein transparentes, elektrisch leitfähiges Oxid (transparent conductive oxide, TCO) und/oder mindestens ein elektrisch leitfähiges organisches Polymer. Bevorzugt enthält die leitfähige Beschichtung Zinn dotiertes Indiumoxid (ITO). Die leitfähige Schicht kann alternativ aber auch beispielsweise auf Basis von Indium-Zink-Mischoxid (IZO), Gallium-dotiertes Zinnoxid (GZO), Fluor-dotiertes Zinnoxid (FTO, SnO₂:F), Antimon-dotiertes Zinnoxid (ATO, SnO₂:Sb) oder Niob-dotiertes Titanoxid (TiO₂:Nb) ausgebildet sein.
Die beheizbare, elektrisch leitfähige Beschichtung ist bevorzugt transparent. Im einfachsten Fall umfasst die elektrisch leitfähige Beschichtung nur eine Schicht, die aus dem transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid besteht.
Eine Beschichtung gilt im Sinne der Erfindung als transparent, wenn sie eine mittlere Transmission bei senkrechter Einstrahlung im sichtbaren Spektralbereich von mindestens 70 %, bevorzugt mindestens 75 % aufweist und dadurch die Durchsicht durch die Verglasung nicht wesentlich einschränkt. Sie weist bevorzugt eine Schichtdicke im Nanometerbereich von 30 nm bis 120 nm auf, bevorzugt von 35 nm bis 100 nm und besonders bevorzugt von 40 nm bis 75 nm auf.
Die elektrisch leitfähige Beschichtung weist zwei Sammelleiter zur elektrischen Kontaktierung auf. Über die Sammelleiter erfolgt der elektrische Kontakt der elektrisch leitfähigen Beschichtung zur elektrischen Stromversorgung. Die Sammelleiter können streifenförmig an zwei gegenüberliegenden Seiten der beheizbaren, elektrisch leitfähigen Beschichtung angeordnet sein. Sie sind mit einem maximalen Abstand von 40 cm zueinander beabstandet.
Die Entspiegelungsschicht enthält mindestens eine Abfolge einer ersten Schicht eines hochbrechenden Materials mit einem Brechungsindex größer als 1.9 und einer zweiten Schicht eines niedrigbrechenden Materials mit einem Brechungsindex kleiner als 1.6. Besonders bevorzugt umfasst die Entspiegelungsschicht eine Abfolge aufweisend zwei erste Schichten und zwei zweite Schichten, die jeweils alternierend angeordnet sind. Damit werden gute Ergebnisse erzielt.
In einer weiteren Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Scheibe umfasst die Entspiegelungsschicht mindestens eine Schicht Aluminium-dotiertes Siliziumnitrid (Si3N4), die im Wesentlichen eine geometrische Dicke von 10 nm bis 50 nm aufweist. Die Entspiegelungsschicht ist bevorzugt transparent. Die Entspiegelungsschicht kann weiterhin mindesten eine Schicht Aluminium-dotiertes Siliziumdioxid (SiO2) umfassen, die im Wesentlichen eine Dicke von 50 nm bis 150 nm aufweist. Im Wesentlich bedeutet im Rahmen der hier vorliegenden Erfindung, dass die Werte um bis zu 10% abweichen können. Diese Materialien und ihre Dicken sind besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine erhöhte Transmission der optischen Strahlung.
Die beheizbare, elektrische leitfähige Beschichtung ist an einer ersten Oberfläche der Trägerfolie und die Entspiegelungsschicht an einer zweiten Oberfläche der Trägerfolie angeordnet. Dabei kann die Entspiegelungsschicht auf einer dem Sensorfeld abgewandten Seite der Trägerfolie angeordnet sein. Die beheizbare Beschichtung kann auf einer dem Sensorfeld hingewandten Seite der Trägerfolie angeordnet sein.
Bevorzugt enthält die Haftschicht einen thermoplastischen Kunststoff, insbesondere Polyvinylbutyral (PVB). Die Haftschicht ist bevorzugt transparent. Die Dicke der Haftschicht beträgt beispielsweise von 0,03 mm bis 0,9 mm, bevorzugt 0,76 mm. Zwischen den zwei Sammelleiter weist die Haftschicht eine im Wesentlichen konstante Schichtdicke auf.
Vorteilhafterweise ist die Haftschicht zur Einkapselung der beheizbaren Beschichtung vorgesehen, wenn die beheizbare Beschichtung auf einer dem Sensorfeld hingewandten Seite der Trägerfolie angeordnet ist. Damit wird die beheizbare Beschichtung vor Feuchtigkeit und Umwelteinflüssen geschützt. Die Haftschicht kann dabei eine Höhendifferenz zwischen der beheizbaren Beschichtung und den mindestens zwei Sammelleitern vorteilhaft ausgleichen. Dabei wird die Höhendifferenz von der der Scheibe zugewandten Oberfläche der elektrisch leitfähigen Beschichtung zu einer der Scheibe zugewandten Oberfläche eines Sammelleiters gemessen. Mit anderen Worten füllt die Haftschicht einen Raum aus, der von der Oberfläche der elektrisch leitfähigen Beschichtung und den zwei Sammelleiter begrenzt wird.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens 80% der Scheibenoberfläche mit einer Reflexionsbeschichtung versehen. Insbesondere ist die Reflexionsbeschichtung vollflächig auf die Scheibenoberfläche aufgebracht mit Ausnahme eines umlaufenden Randbereichs und des Sensorfeldes. Das Sensorfeld kann ein lokaler Bereich sein, der als Kommunikations-, Sensor- oder Kamerafenster die Transmission von elektromagnetischer Strahlung durch die Scheibe gewährleisten soll und daher zumindest teilweise nicht mit der Reflexionsbeschichtung versehen ist. Der umlaufende unbeschichtete Randbereich weist beispielsweise eine Breite von bis zu 20 cm auf.
Die Scheibe ist bevorzugt aus Glas gefertigt, insbesondere aus Kalk-Natron-Glas, was für Fensterscheiben üblich ist. Die Scheibe kann grundsätzlich aber auch aus anderen Glasarten (beispielsweise Borosilikatglas, Quarzglas, Aluminosilikatglas) oder transparenten Kunststoffen (beispielsweise Polymethylmethacrylat oder Polycarbonat) gefertigt sein. Die Dicke der Scheibe kann breit variieren. Vorzugsweise werden Scheiben mit einer Dicke im Bereich von 0,8 mm bis 6 mm, bevorzugt von 1,4 mm bis 2,5 mm verwendet, beispielsweise die mit den Standarddicken 1,6 mm oder 2,1 mm.
Die Scheibe ist bevorzugt eine Fensterscheibe eines Fahrzeugs, die in eine Fensteröffnung der Fahrzeugkarosserie eingesetzt ist oder dafür vorgesehen ist.
In einem weiteren Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung eine Verbundscheibe, insbesondere Windschutzscheibe, die eine wie vorstehend in verschiedenen Ausgestaltungen als erfindungsgemäß beschriebene erste Scheibe aufweist, wobei eine zweite Scheibe über mindestens eine Zwischenschicht mit der erfindungsgemäßen Scheibe flächig verbunden ist.
Die zweite Scheibe ist bevorzugt aus Glas gefertigt, insbesondere aus Kalk-Natron-Glas, was für Fensterscheiben üblich ist. Die zweite Scheibe kann grundsätzlich aber auch aus anderen Glasarten (beispielsweise Borosilikatglas, Quarzglas, Aluminosilikatglas) oder transparenten Kunststoffen (beispielsweise Polymethylmethacrylat oder Polycarbonat) gefertigt sein. Die Dicke der zweiten Scheibe kann breit variieren. Vorzugsweise werden Scheiben mit einer Dicke im Bereich von 0,8 mm bis 6 mm, bevorzugt von 1,4 mm bis 2,5 mm verwendet, beispielsweise die mit den Standarddicken 1,6 mm oder 2,1 mm.
Die Scheiben und die thermoplastische Zwischenschicht können transparent, klar und farblos, aber auch getönt oder gefärbt sein. Im Sinne vorliegender Erfindung bedeutet „transparent“, dass die Gesamttransmission der Verglasung den gesetzlichen Bestimmungen für Windschutzscheiben und vordere Seitenscheiben entspricht und für sichtbares Licht bevorzugt eine Durchlässigkeit von mehr als 70% und insbesondere von mehr als 75% aufweist. Für hintere Seitenscheiben, Dachscheiben und Heckscheiben kann „transparent“ auch 10% bis 70% Lichttransmission bedeuten. Entsprechend bedeutet „opak“ eine Lichttransmission von weniger als 15%, vorzugsweise weniger als 5%, insbesondere 0%.
Die Gesamttransmission durch die Windschutzscheibe (samt Reflexionsbeschichtung) beträgt in einer bevorzugten Ausgestaltung größer 70%. Der Begriff Gesamttransmission bezieht sich auf das durch ECE-R 43, Anhang 3, § 9.1 festgelegte Verfahren zur Prüfung der Lichtdurchlässigkeit von Kraftfahrzeugscheiben. Die Scheiben können unabhängig voneinander nicht vorgespannt, teilvorgespannt oder vorgespannt sein. Soll mindestens eine der Scheiben eine Vorspannung aufweisen, so kann dies eine thermische oder chemische Vorspannung sein.
Die thermoplastische Zwischenschicht enthält zumindest ein thermoplastisches Polymer, bevorzugt Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB) oder Polyurethan (PU) oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon, besonders bevorzugt PVB. Die Zwischenschicht ist typischerweise aus einer thermoplastischen Folie ausgebildet. Die Dicke der Zwischenschicht beträgt bevorzugt von 0,2 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0,3 mm bis 1 mm.
Die Verbundscheibe, insbesondere Windschutzscheibe, kann hergestellt werden durch an sich bekannte Verfahren. Die erste Scheibe, insbesondere eine Innenscheibe, und die zweite Scheibe, insbesondere eine Außenscheibe, werden über die Zwischenschicht miteinander laminiert, beispielsweise durch Autoklavverfahren, Vakuumsackverfahren, Vakuumringverfahren, Kalanderverfahren, Vakuumlaminatoren oder Kombinationen davon. Die Verbindung von Außenscheibe und Innenscheibe erfolgt dabei üblicherweise unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und/oder Druck.
Mit Innenscheibe wird diejenige Scheibe bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage dem Innenraum des Fahrzeugs zugewandt zu sein. Mit Außenscheibe wird diejenige Scheibe bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage der äußeren Umgebung des Fahrzeugs zugewandt zu sein.
In einem weiteren Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung eine Scheibenanordnung mindestens umfassend:

• wie vorstehend in verschiedenen Ausgestaltungen als erfindungsgemäß beschriebene eine Scheibe oder eine wie vorstehend beschriebene Verbundscheibe und
• eine an dem Sensorfeld angeordnete Vorrichtung zur Einkapselung mit mindestens einem Sensor, insbesondere optischen Sensor, wobei das Sensorfeld dazu vorgesehen ist einen optischen Durchgang für einen Sichtbereich des Sensors bereitzustellen.

Das Sensorfeld weist bevorzugt eine Geometrie auf, welche wenigstens näherungsweise der Projektion eines Sichtbereichs des Sensors auf der Scheibe oder Verbundscheibe entspricht. Unter einem Sichtbereich des Sensors ist der Raumwinkel zu verstehen, der vom Sensor, insbesondere optisch, erfasst wird. Mit anderen Worten unter dem Sensorfeld ist ein Teilbereich der Scheibe oder Verbundscheibe zu verstehen, welcher bevorzugt wenigstens die Projektion des Sichtbereichs eines Sensors auf einer Scheibe oder Verbundscheibe umfasst. In einer Ausführungsform kann das Sensorfeld mit der Projektion des Sichtbereichs zumindest im Wesentlichen identisch sein.
Ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Scheibe mit beheizbaren Sensorfeld umfasst Verfahrensschritte, wobei

• die Haftschicht auf dem Sensorfeld der Scheibe aufgebracht wird,
• die beheizbare Folie mit elektrischen Kontakten versehen wird, die zur Verbindung mit einer Spannungsquelle vorgesehen sind,
• die beheizbare Folie auf dem Sensorfeld aufgebracht wird,
• eine Vorrichtung zur Einkapselung mit einem Sensor, insbesondere optischen Sensor, an der Scheibe angebracht wird.

Weiterhin kann die erfindungsgemäße Scheibe mit beheizbarem Sensorfeld in Fahrzeugen, Schiffen, Flugzeugen und Hubschraubern, bevorzugt als Windschutzscheibe und/oder Heckscheibe verwendet werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können alle Ausführungsformen, die für einzelne Merkmale genannt sind, auch frei miteinander kombiniert werden, sofern diese nicht widersprüchlich sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren sind eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Figuren schränken die Erfindung in keiner Weise ein.
Es zeigen:

1 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe,
2 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Scheibenanordnung,
3 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Scheibe mit einer beheizbaren Folie,
4A-D Simulation der Transmissionskurve einer Scheibe mit/ohne eine(r) Trägerfolie bei unterschiedlichen Winkeln,
5A-D Simulation der Transmissionskurve einer Scheibe mit/ohne eine(r) Trägerfolie und eine(r) beheizbare(n), elektrisch leitfähige(n) Beschichtung bei unterschiedlichen Winkeln,
6A-D Simulation der Transmissionskurve einer Scheibe mit/ohne eine(r) beheizbare(n) Folie bei unterschiedlichen Winkeln, und
7 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens.

Angaben mit Zahlenwerten sind in aller Regel nicht als exakte Werte zu verstehen, sondern beinhalten auch eine Toleranz von +/- 1 % bis zu +/- 10 %.
1 zeigt einen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform der erfinderischen Verbundscheibe 10 mit einem beheizbarem Sensorfeld 2 (2). Die Verbundscheibe 10 kann als eine Windschutzscheibe eines Personenkraftwagens dienen. Die Verbundscheibe 10 umfasst eine Scheibe, insbesondere eine erste Scheibe 1, die über eine Zwischenschicht 8 mit einer zweiten Scheibe 7 verbunden ist. Die Zwischenschicht 8 kann eine Folie aus thermoplastischen Polymer, bevorzugt EVA, PU, PVB oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon, aufweisen. Die Zwischenschicht 8 weist eine in Wesentlichen konstante Dicke von 0,76 mm auf. Alternativ oder zusätzlich kann die Zwischenschicht 8 zwei Folien aus thermoplastischen Polymer, bevorzugt EVA, PU oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon, aufweisen. In einem eingebauten Zustand ist die erste Scheibe 1 eine Innenscheibe, die einem Innenraum z.B. eines Fahrzeugs zugewandt ist.
Die erste Scheibe 1 und die zweite Scheibe 7 bestehen beispielsweise aus Kalk-Natron-Glas. Die zweite Scheibe 7 weist beispielsweise eine Dicke von 2,1 mm auf, die erste Scheibe 2 eine Dicke von 1, 6 mm oder 2,1 mm.
An der ersten Scheibe 1 ist eine beheizbare Folie 3 angeordnet. Die beheizbare Folie 3 ist über zwei Sammelleiter 4 elektrisch kontaktierbar. Sie ist ebenfalls in einem eingebauten Zustand dem Innenraum zugewandt. Die beheizbare Folie 3 umfasst eine Trägerfolie 3.1, eine elektrisch leitfähige Beschichtung 3.2 und eine Entspiegelungsschicht 3.3. Die beheizbare Folie 3 weist eine Kantenlänge von ca. 40 cm auf.
Die elektrisch leitfähige Beschichtung 3.2 ist der ersten Scheibe 1 zugewandt. Die elektrisch leitfähige Beschichtung 3.2 kann mit den gängigen Techniken wie CVD (chemical vapor deposition) oder physical vapor deposition (PVD), wie Kathodenzerstäubung (Sputtern), aufgebracht werden. Die elektrisch leitfähig Beschichtung 3.2 ist auf einer dem Sensorfeld 2 hingewandten Seite der Trägerfolie 3.1 angeordnet. Die elektrisch leitfähige Beschichtung 3.2 weist einen elektrischen Flächenwiderstand von ca. 20 Ohm/sq bis 50 Ohm/sq (Ohm pro Quadrat) bei einer Spannung von 50 V auf. Die Entspiegelungsschicht 3.3 ist auf einer dem Sensorfeld 2 abgewandten Seite der Trägerfolie 3.1 angeordnet. Die Dicke der Trägerfolie 3.1 beträgt 100 µm (Mikrometer).
Zur elektrischen Kontaktierung weist die elektrische leitfähige, transparente Beschichtung 3.2 zwei Sammelleiter 4 auf. Die Sammelleiter 4 weisen einen Abstand zueinander auf, so dass beim Anlegen einer elektrischen Spannung an die Sammelleiter 4 ein Heizstrom durch die Beschichtung 3.2 fließt. Die Sammelleiter 4 sind streifenmäßig ausgebildet. Sie erstrecken sich an zwei gegenüberliegen Kanten der elektrisch leitfähigen Beschichtung 3.2.
Zwischen der Folie 3 und der ersten Scheibe 1 ist eine transparente Haftschicht 5 vorgesehen. Die Haftschicht 5 verbindet haftfest die Folie 3 mit einer Oberfläche der ersten Scheibe 1. Die Haftschicht 3 ist beispielsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff, z.B. einer PVB-Folie ausgebildet, mit einer Dicke von 0,76 mm.
2 zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Scheibenanordnung 100. Im Unterschied zu 1 weist die erfindungsgemäße Scheibenanordnung 100 die Verbundscheibe 10 mit einer Vorrichtung 9 zur Einkapselung auf. Die Vorrichtung 9 weist zumindest einen optischen Sensor 9.1 auf. Der optische Sensor 9.1 ist als eine Kamera ausgebildet.
Auf einer Oberfläche der ersten Scheibe 1 ist die beheizbare Folie 3 im Bereich des Sensorfelds 2 angeordnet, wobei das Sensorfeld 2 dazu vorgesehen ist einen optischen Durchgang für den Sichtbereich des Sensors 9.1 bereitzustellen. Das Sensorfeld 2 ist, insbesondere optisch, transparent ausgebildet. Es ist ein lokaler Bereich der Verbundscheibe 10, der als Kommunikations-, Sensor- oder Kamerafenster die Transmission von elektromagnetischer Strahlung durch die Scheibe 1 bzw. Verbundscheibe 10 gewährleisten soll und daher nicht mit einer Reflexionsbeschichtung versehen ist. Ansonsten kann die außenseitige Oberfläche der ersten Scheibe 1 mit der Reflexionsbeschichtung versehen sein. Die Reflexionsbeschichtung kann ein Stapel von Dünnschichten sein, der eine oder mehrere elektrisch leitfähige Schichten auf Basis von Silber umfasst.
Das Sensorfeld 2 kann ein beliebiger Bereich der Verbundscheibe 10 oder auch der ersten Scheibe 1 sein, der für die entsprechenden optischen und elektromagnetischen Signale eine, insbesondere hohe, Transmission aufweist. In 2 ist die Unterkante der Verbundscheibe 10 nach unten in Einbaulage in Richtung des Motors eines Personenkraftwagens angeordnet, ihre gegenüber der Unterkante liegende Oberkante ist nach oben in Richtung des Dachs gerichtet. Das Sensorfeld ist etwa mittig in der Nähe der Oberkante angeordnet.
Die erste Scheibe 1 und/oder die zweite Scheibe 7 weisen einen Abdeckdruck 11 auf. Abdeckdrucke sind für Fahrzeugscheiben außerhalb des zentralen Sichtbereichs üblich, um Anbauteile zu verdecken oder den Kunststoff, mit dem die Fahrzeugscheibe mit der Karosserie verbunden ist, vor UV-Strahlung zu schützen. Der Abdeckdruck 11 besteht typischerweise aus einer im Siebdruckverfahren aufgebrachten und eingebrannten opaken, schwarzen oder dunklen Emaille. Der Abdeckdruck 11 umrahmt das Sensorfeld 2 der Verbundscheibe 10.
Der auf das Sensorfeld 2 ausgerichtete Sensor 9.1 befindet sich in einer am Sensorfeld 2 befestigten Einkapselung. Damit wird nicht nur der Sensor 9.1, sondern auch die elektrisch leitfähige Beschichtung 3.2 vor Feuchtigkeit und Umwelteinflüssen geschützt.
3 zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Scheibe 1 mit einer beheizbaren Folie 3. Die beheizbare Folie 3 ist über die Haftschicht 5 an einer Oberfläche der ersten Scheibe 1 befestigt. Dabei füllt die Haftschicht 5 einen Raum aus, der von der Oberfläche der elektrisch leitfähigen Beschichtung 3.2 und den zwei Sammelleitern 4 begrenzt wird. Die Haftschicht 5 kann dabei eine Höhendifferenz zwischen der Beschichtung 3.2 und den zwei Sammelleitern 4 vorteilhaft ausgleichen.
Es wurden Simulationen durchgeführt, um den technischen Effekt der Erfindung zu untersuchen und demonstrieren. Bei den Simulationen wurde ein Einbauwinkel α (2) der Verbundscheibe 10 zugrunde gelegt. Die genannten Winkel verstehen sich als Winkel zwischen der Oberflächennormalen der Verbundscheibe und der Mitte des Strahlengangs des Sensors 9.1. Ist die Mitte des Strahlengangs horizontal verlaufend, entsprechen die Winkel α der Neigung der Verbundscheibe in Einbaulauge gegenüber der Vertikalen. 4A bis 6D zeigen jeweils ein Diagramm einer Simulation der Transmission in Abhängigkeit der Wellenlänge der optischen (400 nm bis 780 nm) und nicht optischen Strahlung.
4A zeigt die Simulation der Transmissionskurve einer Verbundscheibe 10 ohne eine beheizbare Folie 3 bei einem Winkel α von 0°. Die Verbundscheibe 10 weist die zweite Scheibe 7 mit eine Dicke von 2,1 mm auf, die erste Scheibe 2 mit einer Dicke von 1, 6 mm. Die Haftschicht 5 enthält einem thermoplastischen Kunststoff (PVB) mit einer Dicke von 0,76 mm.
In Vergleich zu 4A (Vergleichsbeispiel) zeigt 4B die Simulation der Transmissionskurve einer Verbundscheibe 10 mit einer Trägerfolie 3.1 bei einem Winkel α von 0°, wobei die Trägerfolie 3.1 die elektrisch leitfähige Beschichtung 3.2 aber keine Entspiegelungsschicht aufweist. Die Schichtdicke der elektrisch leitfähigen Beschichtung 3.2 beträgt 70 nm. Es ist deutlich zu erkenne, dass in 4B die Transmission im Spektralbereich von 420 nm bis 2500 nm, insbesondere zwischen 420 bis 780 nm reduziert wird.
4C zeigt die Simulation der Transmissionskurve der Verbundscheibe 10 ohne eine beheizbare Folie 3 bei einem Winkel α von 73.5°. In Vergleich zu 4C zeigt 4D die Simulation der Transmissionskurve einer Scheibe mit einer Trägerfolie 3.1 bei einem Winkel α von 73.5°, wobei die Trägerfolie die elektrisch leitfähige Beschichtung 3.2 aufweist und die Schichtdicke 70 nm beträgt. Es ist auch hier deutlich zu erkenne, dass in 4D die Transmission im Spektralbereich von 420 nm bis 2500 nm reduziert wird.
5A zeigt die Simulation der Transmissionskurve der Verbundscheibe 10 ohne eine beheizbare Folie 3 bei einem Winkel α von 0°. In Vergleich zu 5A zeigt 5B die Simulation der Transmissionskurve der Verbundscheibe 10 mit einer Trägerfolie 3.1 bei einem Winkel α von 0°, wobei die Trägerfolie die elektrisch leitfähige Beschichtung 3.2 aufweist mit einer Schichtdicke von 70 nm. Die Dicke der Trägerfolie 3.1 beträgt 0.1 mm. Es ist deutlich zu erkenne, dass in 5B die Transmission im Spektralbereich von 420 nm bis 2500 nm reduziert wird.
5C zeigt die Simulation der Transmissionskurve einer Verbundscheibe 10 ohne eine beheizbare Folie 3 bei einem Winkel α von 73.5°. In Vergleich zu 5C zeigt 5D die Simulation der Transmissionskurve der Verbundscheibe 10 mit einer Trägerfolie 3.1 bei einem Winkel α von 73.5°, wobei die Trägerfolie 3.1 die elektrisch leitfähige Beschichtung 3.2 aufweist. Es ist deutlich zu erkenne, dass in 5D die Transmission im Spektralbereich von 420 nm bis 2500 nm reduziert wird.
6A zeigt die Simulation der Transmissionskurve der Verbundscheibe 10 ohne eine beheizbare Folie bei einem Winkel α von 0°. In Vergleich zu 6A zeigt 6B die Simulation der Transmissionskurve der Verbundscheibe 10 mit einer Trägerfolie 3.1 bei einem Winkel α von 0°, wobei die Trägerfolie 3.1 die elektrisch leitfähige Beschichtung 3.2 und die Entspiegelungsschicht 3.3. aufweist. Die Entspiegelungsschicht 3.3 weist eine erste Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) und eine zweite Schicht Siliziumdioxid (SiO2) auf, wobei die erste Schicht eine Schichtdicke von 20 nm (Nanometer) und die zweite Schicht eine Schichtdicke von 135 nm aufweisen. Die Trägerfolie 3.1 weist eine Dicke von 0.1 mm (Millimeter) auf. Es ist deutlich zu erkenne, dass in 6B die Transmission insbesondere im Spektralbereich von 420 nm bis 780 nm kaum reduziert wird.
6C zeigt die Simulation der Transmissionskurve die Verbundscheibe 10 ohne eine beheizbare Folie bei einem Winkel α von 73.5°. In Vergleich zu 6C zeigt 6D die Simulation der Transmissionskurve der Verbundscheibe 10 mit einer Trägerfolie 3.1 bei einem Winkel α von 73.5°, wobei die Trägerfolie 3.1 die elektrisch leitfähige Beschichtung 3.2 und die Entspiegelungsschicht 3.3. aufweist. Die Entspiegelungsschicht 3.3 weist eine erste Schicht Siliziumnitrid (Si3N4) und eine zweite Schicht Siliziumdioxid (SiO2), wobei die erste Schicht eine Schichtdicke von 20 nm (Nanometer) und die zweite Schicht eine Schichtdicke von 135 nm aufweisen. Die Trägerfolie 3.1 weist eine Dicke von 0.1 mm (Millimeter) auf. Es ist deutlich zu erkenne, dass in 6D die Transmission insbesondere im Spektralbereich von 420 nm bis 780 nm kaum reduziert wird.
6A-D:
Die Simulation führt zu dem Ergebnis, dass die Entspiegelungsschicht dazu ausgelegt ist, bei 73,5° eine möglichst hohe Transmission zu erreichen, um mit dem Sichtwinkel der einer Kamera kompatibel zu sein. In diesem Fall muss lediglich ein Verlust von ca. 1,2% der Transmission im Vergleich zu ca. 2,5% ohne Entspiegelungsschicht hingenommen werden. Dieses Ergebnis war für den Fachmann unerwartet und überraschend. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Scheibe 7 getönt oder gefärbt sein.
7 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens zur Herstellung einer ersten Scheibe 1 mit beheizbarem Sensorfeld 2. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

• die Haftschicht wird auf dem Sensorfeld der Scheibe aufgebracht (101),
• die beheizbare Folie wird mit elektrischen Kontakten versehen, die zur Verbindung mit einer Spannungsquelle vorgesehen sind (102),
• die beheizbare Folie wird auf dem Sensorfeld aufgebracht (103),
• eine Vorrichtung zur Einkapselung mit einem Sensor, insbesondere optischem Sensor, wird an der Scheibe angebracht (104).

Bezugszeichenliste

1: erste Scheibe
2: Sensorfeld
3: beheizbare Folie
3.1: Trägerfolie
3.2: elektrisch leitfähige Beschichtung
3.3: Entspiegelungsschicht
4: Sammelleiter
5: Haftschicht
7: zweite Scheibe
8: Zwischenschicht
9: Vorrichtung zur Einkapselung
9.1: Sensor
10: Verbundscheibe
11: Abdeckdruck
100: Scheibenanordnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1605729 A2 [0004]
DE 102009026021 A1 [0005]
US 2021084720 A1 [0006]
US 2019031116 A1 [0007]

Claims

Scheibe mit beheizbarem Sensorfeld (2) mindestens umfassend: • eine Scheibe (1), • ein Sensorfeld (2) auf einer Oberfläche der Scheibe (1), • mindestens eine auf dem Sensorfeld (2) angebrachte beheizbare Folie (3), wobei die beheizbare Folie (3) eine Trägerfolie (3.1) und eine Beschichtung (3.2) umfasst, die elektrisch leitfähig ist und mindestens zwei Sammelleiter (4) zur elektrischen Kontaktierung aufweist, wobei die beheizbare Folie (3) mittels einer Haftschicht (5) haftfest mit der Scheibe (1) verbunden ist und eine Entspiegelungsschicht (3.3) aufweist, wobei die elektrisch leitfähige Beschichtung (3.2) an einer ersten Oberfläche der Trägerfolie (3.1) und die Entspiegelungsschicht (3.3) an einer zweiten Oberfläche der Trägerfolie (3.1) angeordnet sind, und wobei die Entspiegelungsschicht (3.3) mindestens eine Abfolge einer ersten Schicht eines hochbrechenden Materials mit einem Brechungsindex größer als 1.9 und einer zweiten Schicht eines niedrigbrechenden Materials mit einem Brechungsindex kleiner als 1.6 umfasst, und wobei die Haftschicht (5) zur Einkapselung der elektrisch leitfähigen Beschichtung (3.2) vorgesehen ist, wenn die elektrisch leitfähige Beschichtung (3.2) auf einer dem Sensorfeld (2) zugewandten Seite der Trägerfolie (3.1) angeordnet ist.
Scheibe nach Anspruch 1, wobei die Entspiegelungsschicht (3.3) eine Abfolge aufweisend zwei erste Schichten und zwei zweite Schichten, die jeweils alternierend angeordnet sind, umfasst.
Scheibe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Entspiegelungsschicht (3.3) mindestens eine Schicht Siliziumnitrid, insbesondere Aluminium-dotiertes Siliziumnitrid umfasst, die im Wesentlichen eine Dicke von 10 nm bis 50 nm aufweist.
Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Entspiegelungsschicht (3.3) mindesten eine Schicht Siliziumdioxid, insbesondere Aluminium-dotiertes Siliziumdioxid umfasst, die im Wesentlichen eine Dicke von 50 nm bis 150 nm aufweist.
Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die elektrisch leitfähige Beschichtung (3.2) eine Schichtdicke von 70 nm aufweist.
Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Entspiegelungsschicht (3.3) auf einer dem Sensorfeld (2) abgewandten Seite der Trägerfolie (3.1) angeordnet ist und/oder die elektrisch leitfähige Beschichtung (3.2) auf einer dem Sensorfeld (2) zugewandten Seite der Trägerfolie (3.1) angeordnet ist.
Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die elektrisch leitfähige Beschichtung (3.2) mindestens ein transparentes, elektrisch leitfähiges Oxid umfasst.
Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Haftschicht (5) einen thermoplastischen Kunststoff, insbesondere Polyvinylbutyral (PVB), enthält.
Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Haftschicht (5) eine Dicke von 0,3 mm bis 0,9 mm, bevorzugt 0,76 mm, aufweist, die im Wesentlichen zwischen den zwei Sammelleitern (4) konstant ist.
Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Haftschicht (5) zum Ausgleich einer Höhendifferenz zwischen der elektrisch leitfähigen Beschichtung (3.2) und den mindestens zwei Sammelleitern (4) vorgesehen ist.
Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die zwei Sammelleiter (4) einen maximalen Abstand von ca. 40 cm zueinander aufweisen.
Verbundscheibe (10), insbesondere Windschutzscheibe, mindestens umfassend: • eine erste Scheibe (1) nach einem der Ansprüchen 1 bis 11 und • eine zweite Scheibe (7), die über mindestens eine Zwischenschicht (8) mit der ersten Scheibe (1) flächig verbunden ist.
Scheibenanordnung (100) mindestens umfassend: • eine Scheibe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder eine Verbundscheibe (10) nach Anspruch 12 und • eine an dem Sensorfeld (2) angeordnete Vorrichtung (9) zur Einkapselung mit mindestens einem Sensor (9.1), insbesondere optischem Sensor, wobei das Sensorfeld (2) dazu vorgesehen ist einen optischen Durchgang für den Sichtbereich des Sensors (9.1) bereitzustellen.