DE2833234C2

DE2833234C2 -

Info

Publication number: DE2833234C2
Application number: DE2833234A
Authority: DE
Inventors: Guy Levis Saint Nom Fr Laffay; Ginette Paris Fr Fadeuilhe; Francoise Maurepas Fr Schambourg; Kaba Chatillon-Sous-Bagneux Fr Keita
Original assignee: BFG GLASSGROUP PARIS FR
Current assignee: BFG GLASSGROUP PARIS FR
Priority date: 1977-08-03
Filing date: 1978-07-28
Publication date: 1990-05-23
Also published as: JPS6353140B2; ES472899A1; FR2399331A1; BE869062A; IT7868630A0; NL188346B; NL7807868A; FR2399331B1; NL188346C; IT1159892B; GB1598924A; DE2833234A1; JPS5428321A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Fahrzeugfensterscheiben, ins besondere solche von Straßenfahrzeugen, jedoch auch solche anderer Fahrzeuge, z. B. von Zügen, Luftfahrzeugen und Schiffen.

Es ist bekannt, daß Fahrzeugfenster, insbesondere Fenster von Kraftfahrzeugen, in kalten Nächten mit Kondensat beschlagen, und daß Eisschichten die Fenster bedecken, wenn die Umgebungs temperatur tief genug ist. Es ist klar, daß dieses Eis ent fernt werden muß, ehe das Fahrzeug sicher betrieben werden kann. Dies erfolgt oft dadurch, daß ein in die Scheibe einge bauter elektrischer Widerstandserhitzer eingeschaltet wird, oder einfach dadurch, daß der gesamte Innenraum des Fahrzeugs geheizt wird.

Um die Wärmestrahlung des Sonnenlichtes zu reflektieren, werden gemäß DE-OS 23 51 798 Wärmeschutzscheiben dadurch gebildet, daß auf der Außenseite des Glases ein Verbundmaterial aus Metallschicht und Kunststoffolie so angeordnet wird, daß die Metallschicht innen und die Kunststoffschicht zuoberst zu liegen kommen, was zur Folge hat, daß das Verhalten gegenüber Infrarotstrahlung durch die Kunststoffaußenschicht bestimmt wird.

Aus der GB-PS 13 07 642 sind elektrisch leitfähige Glasartikel bekannt, bei denen auf dem Glassubstrat ein dreischichtiger Film, bestehend an einer zwischen zwei Antireflexionsschichten sandwichartig eingebetteten Zwischenschicht aus mindestens 50% Silber, aufgebracht ist, wobei die Antireflexionsschich ten vorzugsweise aus ZnS oder TiO₂ bestehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, Fahrzeugfensterscheiben anzuge ben, die in geringerem Maße mit Kondensat oder Eis bedeckt werden und die, falls sich eine derartige Eisschicht bildet, leichter und schneller enteist werden können.

Die erfindungsgemäße Fahrzeugfensterscheibe hat im eingebauten Zustand auf der Außenseite eine lichtdurchlässige Schicht aus einem Metalloxid oder Titannitrid, die das Infrarotreflexions vermögen der Scheibe erhöht und einen Flächenwiderstand von weniger als 50 Ohm je Quadratfläche hat, wobei dieser Flächenwiderstand in der weiter unten beschriebenen Weise gemessen wird.

Vorzugsweise bestehen Vorder- und/oder Rückscheiben des Fahr zeuges aus erfindungsgemäßen Fensterscheiben und optimaler weise können alle Scheiben des Fahrzeugs daraus bestehen.

Aufgrund des Vorliegens der angegebenen lichtdurchlässigen Schicht kühlt die erfindungsgemäße Scheibe wesentlich langsa mer in kalten Nächten ab, so daß die Kondensat- und Eisbildung zumindest verzögert und damit verringert oder sogar ganz verhindert wird. Weiterhin kühlt sich das Innere des Fahrzeuges langsamer ab, so daß sich Eis an einem Fenster ausgebildet haben sollte, dieses schneller abge schmolzen werden kann.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei heißem Wetter eine erfindungsgemäße Fensterscheibe die Erwär mung das Innenraumes des Fahrzeuges vergrößert, so daß dieser Innenraum, wenn das Fahrzeug steht, sich nicht in unerträgli cher Weise erwärmt.

Vorzugsweise hat die lichtdurchlässige Schicht einen spezifi schen Schichtwiderstand von weniger als 20 Ohm je Quadratfläche, da dies einen vorteilhaften Einfluß auf die Lichttrans parenz der beschichteten Scheibe hat.

Die werte, die für den Flächenwiderstand (Ω/) einer dünnen transparenten Schicht, wie sie gemäß der Erfindung vorgesehen ist, angegeben werden, können von verwendeten Meßverfahren abhängen, weshalb das hier angewandte Verfahren im folgenden näher erläutert wird.

Es werden vier Messingelektrodenstäbe A, B, C und D ver wendet und ein Ende dieser Elektrodenstäbe wird zu einem Konus angespitzt, dessen Konuswinkel 90° beträgt. Diese Elektrodenstäbe werden derart in einem Isolatorblock ge halten, daß die Spitzen der Konusse in einer geraden Linie liegen und einen Abstand von 6 mm voneinander haben. Die Spitzen dieser Elektrodenstäbe werden dann mit der Be schichtung in Kontakt gebracht, deren Flächen widerstand gemessen werden soll und eine Gleichstromspan nung von 11,5 Volt wird zwischen dem Endpaar von Elektroden A und D angelegt. Die Potentialdifferenz V _BC zwischen dem mittleren Elektrodenpaar B und C wird unter Verwendung eines Voltmeters mit hohem Eingangswiderstand gemessen und ebenso wird die Spannung V _R an einem Standardwiderstand R gemessen, der in Serie mit dem Endpaar A, D der Elektroden geschaltet ist.

Betrachtet man eine Beschichtung von großer Oberfläche auf einem Isolationsträger, die einen Flächenwiderstand R (Ohm je Qua dratfläche) hat, so beträgt das Potential V in einem Abstand d von einem Punkt, dem ein Strom I zugeführt wird:

Da die Elektrode C doppelt so weit wie die Elektode B von der Elektrode A entfernt ist, ergibt sich für die Potentialdifferenz V _BC:

Wenn man in dieser die folgende Substitution vor nimmt:

so erhält man:

Wenn die Abmessung der Beschichtung auf der Scheibe gegenüber dem Abstand zwischen den Endelektroden A, D groß sind, beispielsweise 25 mal größer oder mehr, so führt diese Formel zu einem Ergebnis mit einer Genauigkeit innerhalb eines Bereiches von 1%.

Vorzugsweise erteilt eine derartige Schicht der Fenster scheibe ein Emissionsvermögen von höchstens 0,35 und optimal von höchstens 0,2. Dadurch wird die Verzögerung einer Abkühlung bei kaltem Wetter erhöht und ebenfalls wird die Verzögerung einer Erwärmung bei heißem Wetter erhöht.

Vorteilhafterweise beträgt die Transparenz der erfindungsgemäßen Fensterscheibe für sichtbares Licht wenigstens 70%. Diese Transparenz ermöglicht den Insassen des Fahrzeugs eine klare Sicht nach außen unter normalen Bedingungen, und dies ist in einigen Ländern eine gesetz liche Forderung für Straßenfahrzeugwindschutzscheiben.

Vorzugsweise weist die lichtdurchlässige Schicht eine Dicke zwischen 7 000 und 10 000 Å auf. Beschichtungen von einer derartigen Dicke ergeben eine gleichförmige Licht durchlässigkeit und ungleichförmige Interferenzerscheinungen werden größtenteils ausgeschaltet.

Vorzugsweise ist die Schicht eine Metalloxidschicht. Zinnoxid (SnO₂)- und Indiumoxid (In₂O₃)-Schichten sind bevorzugt. Zinn oxidschichten sind insbesondere sehr stabil gegen Zerstörungen durch atmosphärische Einwirkungen, wie beispielsweise Wasser dampf, und sie sind abriebfest. Diese zuletzt genannte Eigenschaft ist insbesondere im Fall von Straßenfahrzeug windschutzscheiben von Bedeutung. Indiumoxide ergeben nicht ganz so gute Ergebnisse und sind etwas teurer, doch führen Indiumoxidschichten zu sehr zufriedenstellenden Ergebnissen.

Titannitrid-Schichten ergeben ebenfalls zufriedenstellende Ergebnisse.

Vorzugsweise enthält die lichtdurchlässige Schicht ein Zusatz- oder Dotiermittel, da damit die besten Werte für den Flächenwiderstand und das Emissionsvermögen erzielt werden können. Derartige Zusatz- oder Dotierstoffe können beispielsweise Chlor und/oder Fluor sein. Antimon, Cadmium und Tellur sind ebenfalls als Zusatz- oder Dotierstoffe verwendbar.

Die lichtdurchlässige Schicht kann auf die Glasscheibe, die als Fahrzeugfenster verwendet werden soll, in irgendeiner üblichen Weise aufgebracht werden. Beispielsweise kann eine mit Fluor dotierte Zinnoxidbeschichtung durch eine thermische Zusetzung von SnCl₄ und NH₄F·HF erhalten werden. Eine mit Chlor dotierte Beschichtung aus Indiumoxid kann durch eine Pyrolyse einer Lösung von InCl₃ erzeugt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nunmehr unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Fahrzeugwind schutzscheibe,

Fig. 2 bis 6 graphische Darstellungen von Änderungen der Tem peraturmessungen im Verlauf der Zeit,

Fig. 7 eine Darstellung des Meßprinzips für den Flächenwi derstand, und

Fig. 8 ein schematisches Schaltbild der Meßschaltung.

In Fig. 1 ist eine Fahrzeugwindschutzscheibe 1 dargestellt, die in einem Rahmen 2 gehalten ist und die zwischen der Mo torhaube 3 und dem Fahrzeugdach 4 verläuft. Die Windschutz scheibe 1 besteht aus getempertem Glas und weist auf ihrer äußeren Oberfläche eine Beschichtung 5 auf, die lichtdurch lässig ist und das Infrarotreflexionsvermögen der Windschutz scheibe erhöht und einen Flächenwiderstand hat, der kleiner als 50 Ohm je Quadratfläche ist.

In den Fig. 2 bis 6 sind auf der Ordinate °C aufgetragen und auf der Abzisse die Ortszeit in Stunden am Testort. Die Ortszeit lag zwei Stunden vor der Sonnenzeit, so daß die Sonne um 14 Uhr im Meridian stand.

Die Temperaturmessungen wurden an zwei Kraftfahrzeugen des gleichen Baujahrs, des gleichen Modells und der gleichen Farbe durchgeführt. Ein Fahrzeug wies gewöhnliche unbeschichtete Scheiben auf, und bei dem anderen Fahrzeug waren alle Schei ben erfindungsgemäße Fensterscheiben.

Die verwendete lichtdurchlässige Schicht bestand aus mit F^--Ionen dotiertem SnO₂. Die Windschutzscheibe und die Rückscheibe des Fahrzeugs waren in einer Dicke von 9 000 Å (Flächenwi derstand 15 Ohm) beschichtet, und die Seitenscheiben waren in einer Dicke von 7 000 Å (Flächenwiderstand 19 Ohm) beschichtet. Das Emissionsvermögen betrug in jedem Fall etwa 0,25. Die Schichten befanden sich auf den Außenseiten der Scheiben.

Fig. 2 zeigt die Temperaturdifferenz zwischen der äußeren Oberfläche der beschichteten und nicht beschichteten Wind schutzscheibe bei Nacht unter klarem Himmel. Die beschichtete Windschutzscheibe war immer wärmer als die unbeschichtete Windschutzscheibe.

Fig. 3 zeigt die Temperaturdifferenz zwischen der äußeren Oberfläche der beiden Windschutzscheiben bei Tag unter klarem Himmel. Die beschichtete Windschutzscheibe war wieder wärmer als die unbeschichtete Windschutz scheibe.

Fig. 4A zeigt die Temperaturdifferenz zwischen den Innen räumen der beiden Fahrzeuge bei Nacht unter klarem Himmel. Das Fahrzeug mit der unbeschichteten Scheibe weist anfangs eine höhere Temperatur auf, wird jedoch kälter als das Fahrzeug, welches beschichtete Scheiben aufweist.

Fig. 4B zeigt die Temperaturunterschiede zwischen den inneren Oberflächen der beiden Windschutzscheiben bei Nacht und bei bedecktem Himmel. die beschichtete Windschutzscheibe ist wärmer als die andere.

Fig. 5 stellt die Temperaturdifferenz zwischen den Innen räumen der beiden Fahrzeuge während eines klaren Sommer tages dar. Das Fahrzeug mit den beschichteten Scheiben ist im allgemeinen kühler als das andere und

Fig. 6 zeigt die tatsächlichen Temperaturen an, die im Innern der beiden Fahrzeuge während eines anderen klaren Sommertages beobachtet wurden.

Der Fig. 2 ist zu entnehmen, daß die Temperaturdifferenz der beiden Windschutzscheibenaußenseiten sehr schnell etwa bei Sonnenuntergang abfällt (20 Uhr 53 an dem in Frage stehenden Tag, was durch den nach unten weisenden Pfeil angezeigt ist). Zwischen 22 Uhr und dem Sonnenaufgang des nächsten Tages (kurz nach 7 Uhr, wie es durch den nach oben weisenden Pfeil dargestellt ist) bleibt jedoch die be schichtete Windschutzscheibe zwischen 1°C und 2°C wärmer als die unbeschichtete Windschutzscheibe. Die geringste Differenz, 1,2°C trat gegen etwa 4 Uhr früh auf.

Es ist vielleicht überraschend, daß diese geringe Tempe raturdifferenz einen merklichen Effekt haben soll. Es wurde jedoch gefunden, daß die maximale Windschutzscheiben fläche, die am Morgen mit Kondensat bedeckt war, um mehr als 80 oder 90% durch Verwendung der beschichteten er findungsgemäßen Scheibe verringert war.

Aus Fig. 3 ist zu erkennen, daß die Außentemperatur der beschichteten Windschutzscheibe morgens schneller anstieg als die Außentemperatur der unbeschichteten Windschutz scheibe, so daß irgendwelches Kondensat oder Eis, welches sich gebildet hat, schneller entfernt wurden.

Fig. 4A zeigt, daß an einem speziellen Tag um 21 Uhr (Sonnen untergang das Innere des Fahrzeuges, welches beschichtete Scheiben aufwies, um etwa 0,7°C kühler war als beim anderen Fahrzeug, daß jedoch das andere Fahrzeug sich schneller ab kühlte als das mit den beschichteten Scheiben, so daß nach 22 Uhr das Innere des Fahrzeuges mit den Beschichteten Schei ben wärmer war und bis zum Sonnenaufgang etwa um 7 Uhr wärmer blieb.

Fig. 4B zeigt Temperaturdifferenzen zwischen den inneren Oberflächen der beschichteten und unbeschichteten Windschutz scheiben in einer anderen Nacht bei bedecktem Himmel. Auch wenn unter diesen Bedingungen der Effekt als klein angesehen werden kann, so blieb die beschichtete Windschutzscheibe wärmer. Ein Regenschauer trat kurz vor nachts 1 Uhr auf und zwischen 2 Uhr nachts und 3 Uhr nachts, und dieser Regen schauer hatte keinen schädlichen Einfluß auf das Emissions vermögen der Windschutzscheibe. Das Emissionsvermögen von Wasser liegt bei etwa 0,9 und Regentropfen, die etwa 30% der Fläche der Windschutzscheibe bedecken, erhöhen deren Emissionsvermögen von 0,25 bis 0,35.

Fig. 5 zeigt die Temperaturdifferenz zwischen den Innen räumen der beiden Fahrzeuge an einem klaren Sommertag. Es sei bemerkt, daß bis etwa 11 Uhr diese Temperaturdif ferenz gering war, daß jedoch bei höher steigender Sonne die Temperaturdifferenz sehr schnell ansteigt, so daß um etwa 11 Uhr 20 das Fahrzeug mit den beschichteten Scheiben um nahezu 6°C kühler war als das andere, und daß gegen 13 Uhr dieses Fahrzeug um 10°C kühler war. Es ist zu er kennen, daß zwischen 14 Uhr und 14Uhr 30 eine Umkehrung auftrat, bei der das Fahrzeug mit den beschichteten Schei ben kurzzeitig um etwa 1°C wärmer war als das Fahrzeug mit den unbeschichteten Scheiben. Trotzdem war für den größten Teil des heißesten Abschnittes des Tages das Innere des Fahrzeuges mit beschichteten Scheiben beträchtlich kühler als das andere Fahrzeug.

Fig. 6 zeigt die aktuellen Temperaturen, die im Inneren der beiden Fahrzeuge während eines anderen klaren Sommer tages gemessen wurden. Aus dieser Darstellung ist zu er kennen, daß von etwa 10 Uhr 30 ab die Temperatur in den Fahrzeugen mit den beschichteten Scheiben, die durch die ausgezogene Linie dargestellt wird, merklich tiefer war als die Temperatur im anderen Fahrzeug, die durch die ge strichene Linie dargestellt wird, und daß die Differenz zwischen diesen Temperaturen am größten im Zeitraum war, der sich von 1½ Stunden vor dem Durchgang der Sonne durch den Meridian um 14 Uhr bis zu 1½ Stunden nach dem Durchgang erstreckt.

Es sei bemerkt, daß Änderungen der Windbedingungen gegen über denen, die während der vorstehend beschriebenen Tempe raturmessungen vorhanden waren und die absoluten Werte der beobachteten Temperaturen beeinflussen werden. Es sei jedoch bemerkt, daß dennoch günstige Temperaturdifferenzen, wie sie beschrieben wurden, festgestellt werden können.

Es sei bemerkt, daß günstige Temperaturdifferenzen auch dann festgestellt werden können, wenn eine oder mehrere der getemperten Scheiben eines Fahrzeuges durch eine la minierte Scheibe ersetzt werden, die erfindungsgemäß be schichtet wurde.

Fig. 7 veranschaulicht schematisch das Prinzip der Meß methode. Auf die flächenförmige Schicht 5 sind die Elek troden A, B, C und D aufgesetzt, die von einer in Fig. 8 schematisch dargestellten Halterung 6 getragen werden. Die beiden äußeren Elektroden A und D werden verwendet, um den Strom I zuzuführen. Die inneren Elektroden B und C dienen dazu, die Potentialdifferenz V _BC zu messen.

Bei dieser Meßmethode wird angenommen, daß der Abstand zwischen den Elektroden gegenüber den Abmessungen der Flächenschicht 5 klein und gegenüber der Dicke dieser Schicht groß ist.

Der Wert der Potentialdifferenz V _BC ergibt sich aus der Überlagerung zweier Fälle, nähmlich aus der Potential verteilung um die Stelle (A), der der Strom zugeführt wird, d. h. die Stelle, die mit dem positiven Potential verbunden ist, und der Potentialverteilung um die Stelle, aus der der Strom abgeleitet wird. Es handelt sich hier bei um die Elektrode D, die in diesem Fall mit der nega tiven Spannung verbunden ist.

Das Potential um einen Punkt, der mit Strom gespeist wird, ergibt sich aus der folgenden Gleichung:

dabei ist

ρ der spezifische Widerstand der Flächenschicht
e die Dicke dieser Schicht und
d der Abstand des betrachteten Punktes vom
Zuführungspunkt des Stromes.

Unter der Annahme, daß die Punkte gleiche Abstände haben, so ergibt sich für die Potentialdifferenz V _BC die folgende Gleichung:

Aus dieser Gleichung kann man eine Gleichung für den Flächenwiderstand ableiten, die die folgende Form hat:

Falls die Abmessungen der Schicht gegenüber dem Abstand zwischen den Sonderspitzen klein sind, wird ein Korrektions faktor eingeführt, der experimentell ermittelt werden kann.

Die Gleichung (7) kann man in der folgenden Form schreiben:

wobei die Konstante k den Wert hat.

Man kann nun nach dem Ohmschen Gesetz I ersetzen durch , so daß der Ausdruck R die folgende Form annehmen kann:

Der Wert des so definierten Flächenwiderstandes ist eine Funktion des Verhältnisses der beiden Spannungen V _BC und V _R, und diese beiden Spannungen werden, wie in Fig. 8 schematisch dargestellt, durch ein Spannungsmeß gerät mit großem Eingangswiderstand gemessen, wodurch der Einfluß der Kontaktwiderstände zwischen den Elektro den und der Schicht ausgeschaltet wird.

Mann kann beispielsweise einen Rechner verwenden, um die Division der Spannung durchzuführen und die Multiplika tion mit R, wobei ja R auch ein Festwert ist, genau so wie k. Der Wert für k beträgt etwa 4,5324.

Claims

1. Fahrzeugfensterscheiben mit einer auf dem Glas aufliegenden elektrisch leitfähigen Schicht mit einem Flächenwiderstand von weniger als 50 Ohm je Quadratfläche (Ω/), dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe in einge bautem Zustand auf der Außenseite eine lichtdurchlässige Schicht aus einem Metalloxid oder Titannitrid aufweist.

2. Fahrzeugfensterscheiben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässige Schicht einen Flächen widerstand von weniger als 20 Ohm je Quadratfläche aufweist.

3. Fahrzeugfensterscheibe nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässige Schicht dem Fenster ein Emissionsvermögen von höchstens 0,35 erteilt.

4. Fahrzeugfensterscheibe nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transparenz der Scheibe für sichtbares Licht bei wenigstens 70% liegt.

5. Fahrzeugfensterscheibe nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässige Schicht eine Dicke zwischen 7000 und 10 000 Å hat.

6. Fahrzeugfensterscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die lichtdurchlässige Schicht Zinnoxid (SnO₂) oder Indiumoxid (In₂O₃) aufweist.

7. Fahrzeugfensterscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die lichtdurchlässige Schicht ein Dotier mittel enthält, welches ein oder mehrere Materialien aus der Gruppe bestehend aus Chlor, Fluor, Arsen, Cadmium und Tellur umfaßt.