DE202022101100U1

DE202022101100U1 - Verglasung zur Signalübertragung

Info

Publication number: DE202022101100U1
Application number: DE202022101100.1U
Authority: DE
Original assignee: Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH
Current assignee: Saint Gobain Sekurit Deutschland GmbH
Priority date: 2022-02-28
Filing date: 2022-02-28
Publication date: 2022-03-04
Anticipated expiration: 2032-02-29

Abstract

Verglasung (101) umfassend:
- mindestens eine erste Scheibe (1) mit einer ersten Hauptoberfläche (IV) und einer zweiten Hauptoberfläche (III) sowie mindestens einer ersten Seitenfläche (S1) und einer zweiten Seitenfläche (S2),
- mindestens eine erste Sendeeinheit (4), welche an oder in der ersten Scheibe (1) angeordnet ist und welche derart ausgebildet ist, Licht (L) in die erste Scheibe (1) einzukoppeln, und
- mindestens eine erste Empfangseinheit (7), welche an oder in der ersten Scheibe (1) angeordnet ist und welche derart ausgebildet ist, aus der Scheibe (1) ausgekoppeltes Licht (L) der ersten Sendeeinheit (4) zu empfangen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verglasung zur Signalübertragung, bevorzugt als Einzelscheibe oder Verbundscheibe und insbesondere eine Dachscheibe.
Bei beleuchteten Verglasungen oder Lichtverteilungssystemen wird üblicherweise Licht unter Ausnutzung des Effekts der Totalreflexion in einen flächigen Lichterleiter der Verglasung eingekoppelt, was beispielsweise aus der WO 2008/047442 A1 , der JP 2011 086547 A oder der JP 2015 043321 A bekannt ist.
Aus WO 2010/049638 A1 , WO 2013/053629 A1 , WO 2014/060409 A1 oder WO 2015/095288 A2 ist bekannt, Licht über die Seitenfläche (auch Seitenkante genannt) einer Glasscheibe einzukoppeln. Wenn die Lichtquelle sehr nah an der Glaskante platziert wird, kann auf diese Weise sehr effizient und über die gesamte Breite des Lichtleiters Licht in den Lichtleiter eingekoppelt werden. Dadurch kann eine sehr homogene flächige Beleuchtung erreicht werden. Dieses Prinzip ist gemeinhin bekannt und sehr verbreitet z.B. für Displayhintergrundbeleuchtungen und dekorative Beleuchtungsanwendungen.
Aus WO 2013/110885 A1 , WO 2018/178591 A1 oder WO 2019/105855 A1 ist bekannt, Lichtquellen in Ausnehmungen, beispielsweise in mechanisch gebohrte Löcher, einzusetzen und dadurch Licht in die Glasscheibe einzukoppeln.
Datenkommunikation durch die Luft mit sichtbarem und nicht sichtbarem Licht ist beispielsweise aus WO 2010/128829 A3 oder WO 2011/003393 A1 bekannt. Datenübertragung mit Spiegelsystemen sind beispielsweise aus der FR 2689651 A1 bekannt.
Datenübertragung mit Glasfasern als Übertragungsmedium sind beispielsweise aus der DE 202004003338 U1 oder der DE 102005017639 A1 bekannt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nunmehr darin, eine Verglasung zur Signalübertragung von Daten mit Hilfe von zugeordnetem Licht bereitzustellen, die einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Verglasung gemäß dem unabhängigen Schutzanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den abhängigen Schutzansprüchen hervor.
Normales Floatglas ohne Oberflächenbehandlung ist ein guter Leiter für Licht. Licht, das auf die Oberfläche eines solchen Glases oder auf die Glaskante trifft, wird in der Regel ohne großen Intensitätsverlust durch die Glasscheibe zu einem Entkopplungselement (Formen, Kanten, Siebdruck...) an einem anderen Ort der Scheibe geleitet.
Die Auskopplung von Licht, beispielsweise in Fahrzeugverglasungen, erfolgt in der Regel an den behandelten (geschliffenen) Glaskanten. Durch eine Behandlung der Glasoberfläche oder Hinzufügen von Material mit unterschiedlichen Lichtstreueigenschaften (z. B. Siebdruck) kann das Licht an einer gewünschten Stelle aus der Glasoberfläche ausgekoppelt werden.
Licht mit seiner spezifischen Wellenlänge (sichtbar oder nicht sichtbar) kann zur Übertragung von Daten verwendet werden, indem ein Sende- und Empfangselement mit einem einer Steuerelektronik mit Signalprozessor gepaart wird, um Wellenlänge, Wellenformen und Wellenimpulse so zu erzeugen, dass sie auf nichtlineare Weise de- und kodiert werden. Mit dieser Methode ist eine Datenübertragung durch ein Glas hindurch möglich.
Es ist nicht notwendig, sichtbare Lichtwellenlängen zu verwenden. Wenn die Sichtbarkeit von Licht ein Merkmal ist oder auf einem bestimmten Glas bereits vorhanden oder erforderlich ist (z. B. Beleuchtung, LEDs ....), kann es zur Datenübertragung mit einer hohen Frequenz verwendet werden, so dass die Datenübertragung für das menschliche Auge nicht sichtbar ist, selbst wenn Licht mit einer sichtbaren Wellenlänge verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung bietet eine kabellose Datenübertragung durch Glas mit der Möglichkeit, beleuchtete Elemente oder unsichtbares Licht zu verwenden. Das Glas dient dabei als (transparentes) Übertragungsmedium. Je nach Empfindlichkeit der Elektronik müssen Sende- und Empfangsgerät nicht direkt am Glas, sondern können an dessen Rand platziert werden.
Datenübertragung durch Licht in Verglasungen bietet die Möglichkeit zur Kommunikation ohne Kabel und bei voller Transparenz bzw. Durchsicht durch die Verglasung. Da Glasoberflächen sowohl in der Automobil- als auch in der Bauindustrie zunehmend Verwendung finden, sind Verglasungen ein gutes Medium für die Datenübertragung.
Durch die kabellose Kommunikation können funktionelle Baueinheiten wie Sensoren inmitten von Glasscheiben angesprochen und gegebenenfalls auch mit Energie versorgt werden.
Gerade im Automobilbereich ist es sinnvoll, neue integrierte Funktionen über Glas mit dem Fahrzeugnetz und Bussystem kommunizieren zu lassen (z.B. Regensensoren, Berührungssensoren (Touch Control), usw.). Es ist zu erwarten, dass derartige innovative Funktionen in Zukunft weiter zunehmen werden.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung von sichtbaren oder unsichtbaren Lichtemittern (Sendeeinheit, ggf. in Kombination mit einer weiteren Empfangseinheit) und Transceivern (Empfangseinheit, ggf. in Kombination mit einer weiteren Sendeeinheit) in oder an einer Verglasung und insbesondere einer Glasscheibe. Das Medium, durch das das Licht dringt, ist das Glas selbst. Durch eine geringere Lichtauskopplung bei der Reflektion an einer glatten Glasoberfläche (Hauptoberflächen) gibt es keine hohen Signalverluste zwischen den Glaskanten (Seitenflächen) oder durch einen Lichtauskopplungsbereich auf dem Glas. Dies führt zu einem guten Signal-RauschVerhältnis SNR.
Das Signal muss so kodiert werden, dass es von den Empfangselementen (Sensoren, beispielsweise optischen Dioden mit nachgeschalteter Auswerteelektronik) als Daten interpretiert werden kann. Die Signalverarbeitung und die Signalbandbreite (Geschwindigkeit) hängen von den Signalverlusten innerhalb des Glases und einen guten Korrekturfaktor für die Signalqualität durch die Elektronik ab.
Die erfindungsgemäße Verglasung umfasst zumindest die folgenden Merkmale:

- mindestens eine erste Scheibe mit einer ersten Hauptoberfläche und einer zweiten Hauptoberfläche sowie mindestens einer ersten Seitenfläche und einer zweiten Seitenfläche,
- mindestens eine erste Sendeeinheit, welche an oder in der ersten Scheibe angeordnet ist und welche derart ausgebildet ist, Licht in die erste Scheibe einzukoppeln, und
- mindestens eine erste Empfangseinheit, welche an oder in der ersten Scheibe angeordnet ist und welche derart ausgebildet ist, aus der Scheibe ausgekoppeltes Licht der ersten Sendeeinheit zu empfangen.

Die Scheibe ist vorteilhafterweise transparent. Als transparent im Sinne der Erfindung wird ein Gegenstand, insbesondere eine Scheibe, verstanden, welcher eine Transmission im sichtbaren Spektralbereich von größer 20%, bevorzugt größer 50%, besonders bevorzugt von größer 70 %, insbesondere von größer 85 % aufweist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verglasung sind die erste oder weitere Sendeeinheiten und/oder die erste oder weitere Empfangseinheiten an einer Oberfläche, bevorzugt einer polierten oder geschliffenen Oberfläche, der ersten Scheibe (1) oder in einer Ausnehmung, bevorzugt einer Bohrung, in der ersten Scheibe (1) angeordnet. Die Oberflächen der ersten Scheibe sind bevorzugt die erste oder zweite Hauptoberfläche sowie die mindestens erste oder zweite Seitenfläche.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verglasung weist die erste Scheibe ein Lichtauskopplungsmittel zur Lichtauskopplung von durch die erste Sendeeinheit in die erste Scheibe geleiteten Lichts, bevorzugt durch Streuung, bevorzugt diffuse Streuung, Reflexion, Brechung oder Beugung, an wenigstens einer der Hauptoberflächen oder der Seitenflächen der ersten Scheibe auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verglasung ist die erste Sendeeinheit geeignet, zumindest einen Teil des von der Sendeeinheit eintreffenden Lichts unter einem Winkel θ größer oder gleich dem Winkel Ot"t", der Totalreflexion in der ersten Scheibe in die erste Scheibe einzukoppeln. Der Winkel θ ist dabei der Einfalls- bzw. Ausfallswinkel bezüglich des Lots auf die Scheiben-Hauptoberfläche.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verglasung ist die Lichtquelle dazu geeignet sichtbares Licht auszusenden. Alternativ kann sie infrarotes oder ultraviolettes Licht aussenden, welches bevorzugt durch fluoreszente oder lumineszente Partikel, bevorzugt als Bestandteil des Lichtauskoppelmittels, in sichtbares Licht gewandelt wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verglasung enthält die Sendeeinheit als Lichtquelle mindestens eine Leuchtdiode (LED, englisch light emitting diode), bevorzugt mindestens eine Organische Leuchtdiode (OLED, organic englisch light emitting diode), mindestens eine Laserdiode, mindestens eine Glühlampe und/oder mindestens eine Gasentladungslampe oder besteht daraus.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verglasung besteht das Licht der Sendeinheit aus elektromagnetischer Strahlung mit einer oder mehreren Frequenzen, bevorzugt im sichtbaren, im ultravioletten und/oder im infraroten Bereich.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verglasung ist das Licht der Sendeeinheit kontinuierlich, gepulst oder mit variierender Intensität.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verglasung ist die erste Sendeeinheit mit einer zweiten Empfangseinheit kombiniert und die erste Empfangseinheit mit einer zweiten Sendeeinheit kombiniert, so dass Licht bidirektional zwischen den Sende- und Empfangseinheiten versendet werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verglasung ist das Lichtauskopplungsmittel dazu geeignet, einen Teil des in der ersten Scheibe geleiteten Lichts, bevorzugt durch Streuung, Reflexion, Brechung oder Beugung, an wenigstens einer der Hauptoberflächen oder Seitenflächen der ersten Scheibe auszukoppeln.
Vorteilhafterweise ist das Lichtauskopplungsmittel in die erste Hauptoberfläche und/oder in die zweite Hauptoberfläche und/oder innerhalb der ersten Scheibe angeordnet oder eingebracht.
Dazu ist das Lichtauskopplungsmittel bevorzugt durch Laserstrukturierung, mechanische Strukturierung wie Sandstrahlen, und/oder durch Ätzen in die erste Hauptoberfläche und/oder in die zweite Hauptoberfläche eingebracht.
Alternativ oder in Kombination kann das Lichtauskopplungsmittel mit der ersten Hauptoberfläche und/oder mit der zweiten Hauptoberfläche der ersten Scheibe stoffschlüssig verbunden sein, bevorzugt durch Aufdrucken oder Aufkleben einer Farbe, einer Paste oder von Partikeln, besonders bevorzugt von lichtstreuenden, lichtbrechenden oder lichtreflektierende Partikel.
Alternativ oder in Kombination kann das Lichtauskopplungsmittel Partikel, besonders bevorzugt von lichtstreuenden, lichtbrechenden, lichtbeugenden oder lichtreflektierende Partikel oder Kavitäten umfassen oder daraus bestehen, die innerhalb der ersten Scheibe angeordnet sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Verglasung eine Einzelverglasung, beispielsweise eine Einzelscheibe.
In einer alternativen Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Verglasung eine Verbundscheibe. Dabei ist bevorzugt eine zweite Scheibe durch mindestens eine Zwischenschicht mit der ersten Scheibe verbunden, bevorzugt durch Lamination.
Als erste Scheibe und zweite Scheibe sind im Grunde alle elektrisch isolierenden Substrate geeignet, die unter den Bedingungen der Herstellung und der Verwendung der erfindungsgemäßen Verbundscheibe thermisch und chemisch stabil sowie dimensions-stabil sind.
Die erste Scheibe und/oder, falls vorhanden, die zweite Scheibe enthalten bevorzugt Glas, besonders bevorzugt Flachglas ganz besonders bevorzugt Floatglas, wie Kalk-Natron-Glas Borosilikatglas oder Quarzglas, oder klare Kunststoffe, vorzugsweise starre klare Kunststoffe, insbesondere Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyamid, Polyester, Polyvinylchlorid und/oder Gemische davon, oder bestehen daraus. Vorteilhafterweise besteht die erste Scheibe aus einer unbeschichteten Floatglasscheibe.
Die erste Scheibe und/oder zweite Scheibe sind bevorzugt transparent, insbesondere für die Verwendung der Scheiben als Windschutzscheibe oder Rückscheiben eines Fahrzeugs oder anderen Verwendungen bei denen eine hohe Lichttransmission erwünscht ist. Als transparent im Sinne der Erfindung wird dann eine Scheibe verstanden, die eine Transmission im sichtbaren Spektralbereich von größer 70 % aufweist. Insbesondere besteht zumindest die erste Scheibe und bevorzugt auch die zweite Scheibe aus Klarglas.
Für Scheiben, die nicht im verkehrsrelevanten Sichtfeld des Fahrers liegen, beispielsweise für Dachscheiben, kann die Transmission aber auch viel geringer sein, beispielsweise größer als 5 %. Dazu kann beispielsweise die zweite Scheibe und/oder die Zwischenschicht getönt oder gefärbt sein.
Die Dicke von erster Scheibe und/oder zweiter Scheibe kann breit variieren und so hervorragend den Erfordernissen des Einzelfalls angepasst werden. Vorzugsweise werden Standardstärken von 1,0 mm bis 25 mm, bevorzugt von 1,4 mm bis 2,5 mm für Fahrzeugglas und bevorzugt von 4 mm bis 25 mm für Möbel, Geräte und Gebäude, verwendet. Die Größe der Scheiben kann breit variieren und richtet sich nach der Größe der erfindungsgemäßen Verwendung. Die erste Scheibe und zweite Scheibe weisen beispielsweise im Fahrzeugbau und Architekturbereich übliche Flächen von 200 cm² bis zu 20 m² auf.
Die Verglasung kann eine beliebige dreidimensionale Form aufweisen. Vorzugsweise hat die dreidimensionale Form keine Schattenzonen, so dass sie beispielsweise durch Kathodenzerstäubung mit weiteren Beschichtungen beschichtet werden kann. Bevorzugt sind die Scheiben planar oder leicht oder stark in einer Richtung oder in mehreren Richtungen des Raumes gebogen. Insbesondere werden planare Substrate verwendet. Die Scheiben können farblos oder gefärbt sein.
Die erste Scheibe und die zweite Scheibe werden im Falle einer Verbundscheibe durch mindestens eine Zwischenschicht miteinander verbunden. Die Zwischenschicht ist bevorzugt transparent oder getönt oder gefärbt. Die Zwischenschicht enthält vorzugsweise mindestens einen Kunststoff, bevorzugt Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA) und / oder Polyethylenterephthalat (PET) oder besteht daraus. Die Zwischenschicht kann aber auch beispielsweise Polyurethan (PU), Polypropylen (PP), Polyacrylat, Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC), Polymethylmetacrylat, Polyvinylchlorid, Polyacetatharz, Gießharze, Acrylate, fluorinierte Ethylen-Propylene, Polyvinylfluorid und/oder Ethylen-Tetrafluorethylen, oder Copolymere oder Gemische davon enthalten. Die Zwischenschicht kann durch eine oder auch durch mehrere übereinander angeordnete Folien ausgebildet werden, wobei die Dicke einer Folie bevorzugt von 0,025 mm bis 1 mm beträgt, typischerweise 0,38 mm oder 0,76 mm. Die Zwischenschichten können bevorzugt thermoplastisch sein und nach der Lamination die erste Scheibe, die zweite Scheibe und eventuelle weitere Zwischenschichten miteinander verkleben. Besonders vorteilhaft sind sogenannte akustik-dämpfende Zwischenschichten, die bevorzugt aus drei Lagen PVB bestehen, wobei die mittlere Lage weicher ausgebildet ist, als die zwei äußeren Lagen.
Die Zwischenschicht kann auch eine funktionale Zwischenschicht sein, insbesondere eine Infrarotstrahlung reflektierende Zwischenschicht, eine Infrarotstrahlung absorbierende Zwischenschicht, eine UV-Strahlung absorbierende Zwischenschicht, eine zumindest abschnittsweise gefärbte Zwischenschicht und/oder eine zumindest abschnittsweise getönte Zwischenschicht. So kann die thermoplastische Zwischenschicht beispielsweise auch eine Bandfilterfolie sein.
Die Begriffe „erste Scheibe“ und „zweite Scheibe“ sind zur Unterscheidung der beiden Scheiben bei einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe gewählt. Mit den Begriffen ist keine Aussage über die geometrische Anordnung verbunden. Ist die erfindungs-gemäße Verbundscheibe beispielsweise dafür vorgesehen, in einer Öffnung, beispielsweise eines Fahrzeugs oder eines Gebäudes, den Innenraum gegenüber der äußeren Umgebung abzutrennen, so kann die erste Scheibe dem Innenraum oder der äußeren Umgebung zugewandt sein.
Die erste Scheibe und/oder, falls vorhanden, die zweite Scheibe können weitere geeignete, an sich bekannte Beschichtungen aufweisen, beispielsweise Antireflexbeschichtungen, Antihaftbeschichtungen, Antikratzbeschichtungen, photokatalytische Beschichtungen oder Sonnenschutzbeschichtungen oder Low-E-Beschichtungen.
Des Weiteren kann die Verglasung weitere funktionelle Element, insbesondere elektronisch steuerbare optische Elemente aufweisen, beispielsweise PDLC-Elemente, Elektrochrome Elemente oder ähnliches, die typsicherweise zwischen der ersten Scheibe und der zweiten Scheibe angeordnet sind.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst eine Verglasungsanordnung, umfassend eine erfindungsgemäße Verglasung und eine Spannungsquelle oder Steuerelektronik, die mit der (ersten) Sendeeinheit verbunden ist. Durch die Spannungsquelle oder Steuerelektronik kann die Sendeeinheit gesteuert werden, so dass sie bei Anlegen einer Spannung Licht in die erste Scheibe aussendet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verglasungsanordnung ist eine Auswerteelektronik mit der Empfangseinheit verbunden. Bevorzugt wandelt die Auswerteelektronik das von der Empfangseinheit detektierte Licht aus der ersten Scheibe in ein elektrisches Signal um.
Die erfindungsgemäße Verglasung kann beispielsweise die Dachscheibe, Windschutzscheibe, Seitenscheibe oder Heckscheibe eines Fahrzeugs oder eine andere Fahrzeugverglasung sein, beispielsweise eine Trennscheibe in einem Fahrzeug, bevorzugt in einem Schienenfahrzeug oder einem Bus. Alternativ kann die Verglasung eine Architekturverglasung, beispielsweise in einer Außenfassade eines Gebäudes oder eine Trennscheibe im Innern eines Gebäudes, oder ein Einbauteil in Möbeln oder Geräten sein.
Die erfindungsgemäße Verglasung kann in Gebäuden, insbesondere im Zugangsbereich, Fensterbereich, Dachbereich oder Fassadenbereich, als Einbauteil in Möbeln und Geräten, in Fortbewegungsmitteln für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, insbesondere in Zügen, Schiffen und Kraftfahrzeugen beispielsweise als Windschutzscheibe, Heckscheibe, Seitenscheibe und / oder Dachscheibe verwendet werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnungen schränkt die Erfindung in keiner Weise ein.
Es zeigen:

1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verglasung am Beispiel einer Einzelscheibe, sowie
2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer weiteren Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verglasung am Beispiel einer Verbundscheibe.

1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung auf eine beispielhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verglasung 101 am Beispiel einer Einzelscheibe. Die Einzelscheibe kann beispielsweise eine Automobilverglasung, eine Bauverglasung oder Bauteil eines Möbels oder (elektrischen) Geräts sein. Beispielsweise ist die Verglasung 101 eine Dachscheibe eines Fahrzeugs. Die Verglasung 101 kann auch Teil einer Isolierverglasung sein und beispielsweise als Außen- oder Innenscheibe in einem Fenster eines Gebäudes dienen. Alternativ kann die Verglasung 101 in einem Innenraum angeordnet sein und beispielsweise eine Verglasung eines Besprechungsraums sein.
Die Verglasung 101 enthält eine erste Scheibe 1, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch erste Scheibe 1 genannt wird. Die Abmessungen der ersten Scheibe 1 betragen beispielsweise 1,4 m × 1,5 m. Die erste Scheibe 1 besteht beispielsweise aus Kalk-Natronglas. Die Dicke der ersten Scheibe 1 beträgt beispielsweise 3 mm. Es versteht sich, dass die Dicke der ersten Scheibe 1 der jeweiligen Verwendung angepasst sein kann. Die erste Scheibe 1 kann beispielsweise vorgespannte, teilvorgespanntes oder nicht-vorgespanntes Glas enthalten. Alternativ kann die erste Scheibe 1 aus einen Kunststoff, beispielsweise aus Polycarbonat bestehen.
Die erste Scheibe 1 weist eine erste Hauptoberfläche IV auf und eine weitere gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche III. Die erste Scheibe 1 wird weiterhin durch vier umlaufende Seitenflächen begrenzt, die orthogonal zu den Hauptoberflächen III, IV angeordnet sind. In der der Querschnittsdarstellung sind die gegenüberliegenden (erste) Seitenfläche S1 und (zweite) Seitenfläche S2 dargestellt.
Die Verglasung 101 umfasst eine Sendeeinheit 4 (hier auch erste Sendeeinheit 4 genannt), beispielsweise eine Leuchtdiode (LED), die beispielsweise Licht im sichtbaren Bereich aussendet. Der Lichtstrahl der Sendeeinheit 4 ist dabei in Richtung der ersten Scheibe 1 gerichtet und trifft im Wesentlichen orthogonal auf die erste Seitenfläche S1 der ersten Scheibe 1.
Im Lichteinkopplungsbereich 5 der ersten Sendeeinheit 4 in die erste Scheibe 1 ist die erste Seitenfläche S1 beispielsweise poliert, so dass ein Großteil des Lichts der Sendeeinheit 4 unter einen Winkel θ (theta) größer oder gleich dem Winkel der Totalreflexion θ_total in die erste Scheibe 1 einkoppelt. Der Winkel der Totalreflexion θ_total ist vom Brechungsindex des lichtleitenden Mediums abhängig und beträgt bei der vorliegenden Kalk-Natronglas-Scheibe (n = 1.52) etwa 42°.
Aufgrund des Prinzips der Totalreflexion propagiert alles unter einem Winkel θ ≥ θ_total in die erste Scheibe 1 eingekoppelte Licht verlustfrei durch die erste Scheibe 1. In der 1 ist dies durch den Lichtstrahl L schematisch dargestellt.
Auf der ersten Hauptoberfläche IV der ersten Scheibe 1 ist beispielsweise ein Lichtauskopplungsmittel 6 angeordnet. Das Lichtauskopplungsmittel 6 kann dabei an jeder beliebigen Stelle der Hauptoberfläche III oder der Hauptoberfläche IV angeordnet sein. Eine erste Empfangseinheit 7 ist über das Lichtauskopplungsmittel 6 mit der ersten Scheibe 1 derart verbunden, dass ausgekoppeltes Licht L mit der Empfangseinheit 7 detektiert werden kann.
Alternativ kann die zweite Empfangseinheit 7 oder eine weitere Empfangseinheit 7' beispielsweise an der zweiten Seitenfläche S2, mit oder ohne ein gesondertes Lichtauskopplungsmittel 6, angeordnet sein (in 1 nicht dargestellt).
Als Lichtauskopplungsmittel 6 sind beispielsweise Strukturierungen der Hauptoberfläche III, IV der ersten Scheibe 1 geeignet, an der die Totalreflexion verhindert ist und Licht über die jeweilige Hauptoberfläche III, IV aus der ersten Scheibe 1 austreten kann. Alternativ kann das Lichtauskopplungsmittel 6 einen Aufdruck auf die erste Scheibe 1 oder in die erste Scheibe 1 eingebrachte lichtstreuende, lichtbrechende, lichtbeugende oder lichtreflektierende Partikel oder Kavitäten umfassen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hier beispielsweise das Lichtauskopplungsmittel 6 als ein Aufdruck aus feinen lichtstreuenden Partikeln auf die Hauptoberfläche IV der ersten Scheibe 1 ausgebildet. Durch diese wird die Totalreflexion des Lichtstrahls L an der Grenzfläche zwischen erster Scheibe 1 und umgebender Luft unterbrochen und Licht durch Streuung aus der ersten Scheibe 1 ausgekoppelt.
2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer weiteren Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Verglasung 101 am Beispiel einer Verbundscheibe. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Weiterbildung der Verglasung 101 aus 1. Die Verglasung 101 der 1 hat einen ähnlichen Aufbau wie die Verglasung 101 aus 2, so dass im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen wird und ansonsten auf die Beschreibung zur 1 verwiesen wird.
Im Unterschied zur Verglasung 101 aus 1 ist in 2 die erste Scheibe 1 über eine Zwischenschicht 3 mit einer zweiten Scheibe 2 durch Lamination, beispielsweise in einem Autoklaven, verbunden. Die Zwischenschicht 3 ist dabei einerseits fest mit der Hauptoberfläche III der ersten Scheibe 1 und auf der gegenüberliegenden Seite mit der Hauptoberfläche II der zweiten Scheibe 2 verbunden.
Die Abmessungen der Verglasung 101 betragen beispielsweise 1,6 m × 1,5 m. Die erste Scheibe 1 ist beispielsweise dafür vorgesehen, in Einbaulage dem Innenraum eines Fahrzeugs zugewandt zu sein. Das heißt, die erste Hauptoberfläche IV der ersten Scheibe 1 ist vom Innenraum aus zugänglich, wogegen die vierte Hauptoberfläche I der zweiten Scheibe 2 bezüglich des Fahrzeuginnenraums nach außen weist. Erste Scheibe 1 und zweite Scheibe 2 bestehen beispielsweise aus Kalk-Natronglas. Die Dicke der ersten Scheibe 1 beträgt beispielsweise 1,6 mm und die Dicke der zweiten Scheibe 2 beträgt beispielsweise 2,1 mm. Es versteht sich, dass erste Scheibe 1 und zweite Scheibe 2 beliebige Dicken aufweisen können und beispielsweise auch gleich dick ausgebildet sein können. Die Zwischenschicht 3 besteht bevorzugt aus einer akustikdämpfenden 3-lagigen PVB-Folie. Die Scheiben 1,2 und die Zwischenschicht 3 sind beispielsweis klar, d.h. weder getönt noch gefärbt.
Das Lichtauskopplungsmittel 6 ist hier beispielsweise auf der ersten Hauptoberfläche IV der ersten Scheibe 1 angeordnet.
Eine erste Empfangseinheit 7 ist über das Lichtauskopplungsmittel 6 mit der ersten Scheibe 1 derart verbunden, dass ausgekoppeltes Licht L mit der Empfangseinheit 7 detektiert werden kann. Des Weiteren ist eine weitere Empfangseinheit 7' beispielsweise an der zweiten Seitenfläche S2 ohne gesondertes Lichtauskopplungsmittel 6 angeordnet. Die zweite Seitenfläche S2 kann im Empfangsbereich der Empfangseinheit 7' beispielsweise poliert, geschliffen oder aufgeraut sein.
Die in 2 gezeigte Verglasung 101 eignet sich besonders gut als Dachscheibe eines Kraftfahrzeugs.
In der ersten Scheibe 1 ist die Signalwelle 8 des Lichts L vereinfacht als sinusförmig eingezeichnet. Das Lichtsignal kann ein kodiertes Signalmuster 10 aufweisen, welches beispielsweise mit einem Startsignal (Acknowlegment-Signal ACK 11) beginnt und nachfolgend eine Daten-Sequenz DATA 12 aufweist.
Das Licht der Sendeeinheit 4 kann dabei im sichtbaren oder unsichtbaren Frequenzbereich sein und korrespondiert mit dem Empfangsbereich der Empfangseinheit 7. Da das Licht L im Wesentlichen innerhalb der ersten Scheibe 1 bleibt, ist es für einen menschlichen Betracht auch bei Frequenzen im sichtbaren Bereich von außen unsichtbar.
Bezugszeichenliste

1: erste Scheibe
2: zweite Scheibe
3: Zwischenschicht
4: Sendeeinheit, mit Lichtquelle
5: Lichteinkopplungsbereich
6: Lichtauskopplungsbereich
7: Empfangseinheit, mit Lichtsensor
8: vereinfachte Signalwelle
10: kodiertes Signalmuster
11: ACK, Acknowlegement-Signal
12: DATA, Daten-Signal
101: Verglasung
L: Lichtstrahl
θ: Winkel (theta)
θtotal: Winkel (theta) der Totalreflexion
I: vierte Hauptoberfläche, außenseitige Oberfläche der zweiten Scheibe 2
II: dritte Hauptoberfläche, innenseitige Oberfläche der zweiten Scheibe 2
III: zweite Hauptoberfläche, innenseitigen Oberfläche des ersten Scheibe 1
IV: erste Hauptoberfläche, außenseitigen Oberfläche des ersten Scheibe 1
S1: erste Seitenfläche der ersten Scheibe 1
S2: zweite Seitenfläche der ersten Scheibe 1

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2008/047442 A1 [0002]
JP 2011086547 A [0002]
JP 2015043321 A [0002]
WO 2010/049638 A1 [0003]
WO 2013/053629 A1 [0003]
WO 2014/060409 A1 [0003]
WO 2015/095288 A2 [0003]
WO 2013/110885 A1 [0004]
WO 2018/178591 A1 [0004]
WO 2019/105855 A1 [0004]
WO 2010/128829 A3 [0005]
WO 2011/003393 A1 [0005]
FR 2689651 A1 [0005]
DE 202004003338 U1 [0006]
DE 102005017639 A1 [0006]

Claims

Verglasung (101) umfassend: - mindestens eine erste Scheibe (1) mit einer ersten Hauptoberfläche (IV) und einer zweiten Hauptoberfläche (III) sowie mindestens einer ersten Seitenfläche (S1) und einer zweiten Seitenfläche (S2), - mindestens eine erste Sendeeinheit (4), welche an oder in der ersten Scheibe (1) angeordnet ist und welche derart ausgebildet ist, Licht (L) in die erste Scheibe (1) einzukoppeln, und - mindestens eine erste Empfangseinheit (7), welche an oder in der ersten Scheibe (1) angeordnet ist und welche derart ausgebildet ist, aus der Scheibe (1) ausgekoppeltes Licht (L) der ersten Sendeeinheit (4) zu empfangen.
Verglasung (101) nach Anspruch 1, wobei die erste Sendeeinheit (4) und/oder die erste Empfangseinheit (7) an einer Oberfläche, bevorzugt einer polierten oder geschliffenen Oberfläche, der ersten Scheibe (1) oder in einer Ausnehmung, bevorzugt einer Bohrung, in der ersten Scheibe (1) angeordnet sind.
Verglasung (101) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei eine zweite Scheibe (2) durch mindestens eine Zwischenschicht (3) mit der ersten Scheibe (1) verbunden ist.
Verglasung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Sendeinheit (4) eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode enthält oder daraus besteht.
Verglasung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Sendeeinheit (4) geeignet ist, Licht unter einem Winkel θ größer oder gleich dem Winkel θ_total der Totalreflexion in die erste Scheibe (1) einzukoppeln.
Verglasung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste Scheibe (1) einen Lichtauskopplungsbereich (6) mit einem Lichtauskopplungsmittel zur Lichtauskopplung von durch die erste Sendeeinheit (4) in die erste Scheibe (1) geleiteten Lichts (6), bevorzugt durch Streuung, bevorzugt diffuse Streuung, Reflexion, Brechung oder Beugung, an wenigstens einer der Hauptoberflächen (III, IV) oder der Seitenflächen (S1, S2) der ersten Scheibe (1) aufweist.
Verglasung (101) nach Anspruch 6, wobei das Lichtauskopplungsmittel • in die erste Hauptoberfläche (IV) und/oder in die zweite Hauptoberfläche (III) eingebracht ist, bevorzugt durch Laserstrukturierung, mechanische Strukturierung wie Sandstrahlen, oder durch Ätzen, und/oder • mit der ersten Hauptoberfläche (IV) und/oder mit der zweiten Hauptoberfläche (III) der ersten Scheibe (1) stoffschlüssig verbunden ist, bevorzugt durch Aufdrucken oder Aufkleben einer Farbe, einer Paste oder von Partikeln, besonders bevorzugt durch lichtstreuende, lichtbrechende oder lichtreflektierende Partikel, und/oder • innerhalb der ersten Scheibe (1) angeordnet ist, bevorzugt durch Partikel besonders bevorzugt durch lichtstreuende, lichtbrechende oder lichtreflektierende Partikel, und/oder Kavitäten innerhalb der ersten Scheibe (1).
Verglasung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Licht (L) aus elektromagnetischer Strahlung mit einer oder mehreren Frequenzen, bevorzugt im sichtbaren, im ultravioletten und/oder im infraroten Bereich besteht.
Verglasung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Licht (L) kontinuierlich, gepulst oder mit variierender Intensität ist.
Verglasung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die erste Sendeeinheit (4) mit einer zweiten Empfangseinheit (7) kombiniert ist und die erste Empfangseinheit (7) mit einer zweiten Sendeeinheit (4) kombiniert ist, so dass Licht (L) bidirektional zwischen den Sende- und Empfangseinheiten versendet werden kann.
Verglasung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die erste Scheibe (1) und/oder die zweite Scheibe (2) Glas, bevorzugt Flachglas, besonders bevorzugt Kalk-Natron-Glas, Borosilikatglas oder Quarzglas, oder Polymere, bevorzugt Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat und/oder Gemische oder Kombinationen davon enthält oder daraus besteht und besonders bevorzugt die erste Scheibe (1) aus Klarglas besteht und die zweite Scheibe (2) getönt oder gefärbt ist und insbesondere die erste Scheibe (1) aus unbeschichtetem Floatglas besteht.
Verglasung (101) nach einem der Ansprüche 3 bis 11, wobei die Zwischenschicht (3) mindestens eine thermoplastische Kunststofffolie, bevorzugt aus Polyvinylbutyral, enthält oder daraus besteht und besonders bevorzugt die Zwischenschicht (3) klar, getönt oder gefärbt ist.
Verglasungsanordnung, umfassend eine Verglasung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, und eine Spannungsquelle oder Steuerelektronik, die mit der Sendeeinheit (4) verbunden ist und bevorzugt die Sendeeinheit (4) Licht (L) in die erste Scheibe (1) aussendet.
Verglasungsanordnung nach Anspruch 13, wobei eine Auswerteelektronik mit der Empfangseinheit (7) verbunden ist und bevorzugt die Auswerteelektronik das von der Empfangseinheit (7) detektierte Licht (L) aus der ersten Scheibe (1) in ein elektrisches Signal umwandelt.