EP2984707B1 - Verspiegelte fensterscheibe, insbesondere für schienenfahrzeuge - Google Patents

Verspiegelte fensterscheibe, insbesondere für schienenfahrzeuge Download PDF

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EP2984707B1
EP2984707B1 EP14718024.4A EP14718024A EP2984707B1 EP 2984707 B1 EP2984707 B1 EP 2984707B1 EP 14718024 A EP14718024 A EP 14718024A EP 2984707 B1 EP2984707 B1 EP 2984707B1
Authority
EP
European Patent Office
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structural elements
vehicle
metal
metallization
window pane
Prior art date
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Active
Application number
EP14718024.4A
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English (en)
French (fr)
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EP2984707A1 (de
Inventor
Lukas Walter Mayer
Andreas DEMMER
Andreas Hofmann
Martin Schiefer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Mobility GmbH filed Critical Siemens Mobility GmbH
Publication of EP2984707A1 publication Critical patent/EP2984707A1/de
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Publication of EP2984707B1 publication Critical patent/EP2984707B1/de
Active legal-status Critical Current
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0013—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices working as frequency-selective reflecting surfaces, e.g. FSS, dichroic plates, surfaces being partly transmissive and reflective
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/1271—Supports; Mounting means for mounting on windscreens
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/32—Adaptation for use in or on road or rail vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a mirrored window pane for use in vehicles, in particular rail vehicles such as Trains or trams, as well as a vehicle equipped with such window panes.
  • the window pane has a transparent, structured and electrically conductive metallization.
  • Rail vehicles for passenger transport will have availability of current communication services such as Mobile voice communication, mobile data communication, etc. on the basis of GSM, UMTS and in the future also on the basis of Long Term Evolution (LTE), a fourth generation mobile radio standard, will be increasingly demanded.
  • Good network coverage and corresponding reception quality are therefore also important in vehicles, especially in public transport, e.g. Trains, trams, etc. in demand.
  • Mirrored window panes in these vehicles represent an obstacle to good reception.
  • the mirroring is used as sun protection and is intended to prevent a vehicle from being heated up undesirably by heat radiation.
  • the mirroring of the window panes not only reflects the heat radiation or sun rays, but also other electronic magnetic waves such as electromagnetic waves for mobile communication services of radio communication devices.
  • the vehicle therefore has a high transmission loss for electromagnetic waves and acts like a Faraday shear Cage.
  • the attenuation is around 30 dB.
  • the shielding is therefore approx. 99.9%.
  • intrain repeaters are known from the prior art, such as from http://de.wikipedia.org/wiki/Intrain-Repeater known to overcome the passage loss. Intrain repeaters are used to improve communication between a mobile device (e.g. mobile phone, tablet PC, smartphone, etc.) and a radio communication device that is located outside the vehicle (e.g. cellular network, etc.) and to enable a communication connection that is as free of interference as possible .
  • a mobile device e.g. mobile phone, tablet PC, smartphone, etc.
  • radio communication device e.g. cellular network, etc.
  • window panes for use in vehicles (for example motor vehicles, etc.), by means of which the reception quality for mobile devices (for example cell phones, etc.) in the interior of a vehicle is increased - even without the use of a repeater.
  • This window pane is provided with an electrically conductive, transparent layer.
  • This layer is applied, for example, by means of metallic vapor deposition Disc applied, the layer being structured during vapor deposition.
  • the structure of the layer is designed in such a way that signals from certain radio communication devices (for example GSM, UMTS, radio waves, etc.) can pass through as freely as possible at certain frequencies.
  • signals from these window panes are not transmitted in a frequency-selective manner, as a result of which, for example, radio communication devices located in the interior of the vehicle can be disturbed.
  • wireless Internet access is now offered in these vehicles, for example.
  • the vehicle or the train is equipped with wireless local area network or WLAN technology, so that the mobile data services or wireless internet is available in all wagons of the train - even if the train is traveling outside areas that are for these services have sufficient network coverage.
  • an appropriate infrastructure or radio communication device such as WLAN hotspots, is installed inside the vehicle.
  • signals from radio communication devices that are located outside the vehicle and use the same frequency range are used by window panes, such as in the scriptures DE 195 03 892 C1 or EP 2 586 610 A1 described, not kept away from the interior of the vehicle. These signals can then disrupt the radio communication device inside the vehicle or the services offered. Furthermore, communication services offered in a vehicle, for example, which are offered to passengers free of charge, could also be used from outside the vehicle. In addition, radio communication device radio communication system outside the vehicle can be disturbed by the radio signals of those installed in the vehicle.
  • the invention is therefore based on the object of improving the reception and connection quality of radio communication devices used in vehicles - regardless of the attachment of the radio communication device.
  • the main aspect of the window pane according to the invention is that the window pane is designed to be frequency-selective.
  • the corresponding properties of the window panes allow signals or frequency ranges of communication services, the radio communication devices of which are located outside the vehicle, to pass through as freely as possible. This means that communication services can be used without significant losses due to damping when passing through the window pane. It is thus possible, for example, to use communication services from GSM, UMTS, and in the future also LTE radio communication devices in the interior of the vehicle without interference. It is also conceivable that signals from GSM-R (GSM-Railway), DVB-T, radio waves or BOS radio such as TETRA can pass the window pane as freely as possible.
  • window pane Another advantageous aspect of the window pane according to the invention is that the special frequency-selective design signals or frequency ranges of radio communication devices (for example WLAN), which are located inside the Vehicle are attached to be locked. This enables undisturbed operation of these radio communication devices in the interior of the vehicle and further reduces interference with radio communication devices arranged outside the vehicle. In addition, use of these radio communication devices located in the interior of the vehicle from outside is made considerably more difficult.
  • radio communication devices for example WLAN
  • the window pane Due to the corresponding filter characteristic of the metallization, the window pane has an effect similar to a bandstop for certain frequency ranges specified by radio communication devices used in the interior of the vehicle. Furthermore, heat radiation is prevented by the metallization. The interior of the vehicle is thus better thermally insulated and is e.g. better protected from heating up by sun exposure.
  • the metallization is structured by a pattern with at least two different structural elements.
  • the pattern or structure of the metallization, which is formed by the structural elements, is ideally optimized in such a way that there is low attenuation in the desired passband areas and high attenuation in the desired blocking areas.
  • the respective structural elements are e.g. stimulated to vibrate. In the area of the resonance frequency of the respective structural element there is an increased reflection of the respective radio signals. The transmission of these signals or this frequency range decreases simultaneously. I.e. the corresponding frequency range, which is defined by a suitable choice of the structural element or its parameters (e.g. length, width, etc.), is strongly attenuated or blocked.
  • Corresponding structural elements or structuring of the metallization in a simple manner enable largely interference-free reception of signals from respective radio communication devices, which are installed inside and outside the vehicle.
  • the desired frequency ranges are either let through or blocked by the structuring.
  • the metallization of the window panes provides better thermal insulation for the interior of the vehicle.
  • an insulation distance is provided between the structural elements.
  • the exact resonance frequencies of the structural elements are detuned by the proximity to neighboring structural elements.
  • the insulation distance represents a decisive influencing factor for detuning the adjacent or adjacent structural elements.
  • Detuning is understood, for example, in electrical engineering to mean a relative representation of a frequency ratio, one of the frequencies being predetermined and regarded as fixed.
  • the predetermined frequency is usually a resonance frequency e.g. of the structural elements used in each case.
  • the detuning thus describes in standardized form how a current frequency deviates from the expected resonance or filter frequency.
  • the degree of detuning is influenced by the insulation spacing or its width. Furthermore, the insulation spacing also influences a degree of coverage of the metallization and thus the transmission at frequencies in frequency ranges outside the restricted areas determined by the structure.
  • a special design variant of the window pane according to the invention is ideally provided with cross-shaped and rectangular, in particular square, structural elements for the pattern of the metallization.
  • the cross-shaped structural elements are advantageously repeated periodically in two spatial directions such that the horizontally and vertically oriented ends of the cross-shaped structural elements point to or are adjacent to each other, and that the rectangular or square structural elements of the empty spaces lying between four cross-shaped structural elements be formed.
  • a lower barrier band can be determined by a length of the cross-shaped structural elements and an upper barrier band by a side length of the rectangular or square structural elements.
  • the corresponding frequencies are then reflected more intensely in the region of the respective resonance frequency, and transmission of these frequencies or the associated frequency ranges through the window pane according to the invention is thus greatly reduced.
  • the exact resonance frequencies of cruciform or rectangular structural elements are detuned by the proximity to neighboring cruciform or rectangular structural elements.
  • the degree of detuning can be influenced by an appropriate choice of the insulation distance between the structural elements - i.e.
  • the cross-shaped and rectangular or square structural elements are changed in their respective lengths or the width of the insulation spacing is varied so that the detuning between adjacent structural elements is compensated for.
  • the structural element parameters e.g. Shape, length of the structural elements, width of the insulation distance, etc.
  • an optimal structure of the metallization can be found for the desired frequency ranges to be let through and to be blocked, through which an optimal reception quality for communication services of radio communication devices inside and outside the vehicle is made possible.
  • the metallization is additionally provided with a fine structure.
  • the fine structure allows the properties of the window pane in the optical and thermal range to be improved in a simple manner. Ie radiation in the visible frequency spectrum and / or heat radiation are better reflected or the transmission is reduced. Furthermore, with the help of the fine structure, a visually appealing appearance of the window pane can also be achieved. For example, targeted lettering or shapes (eg logos, etc.) can be applied to the window pane.
  • a preferred embodiment of the present invention provides that a so-called wireless local area network or WLAN can be used as the radio communication device arranged in the interior of the vehicle.
  • WLAN technology and infrastructure e.g. WLAN hotspots, etc.
  • WLAN hotspots etc.
  • the signals or the frequency ranges of the WLAN used are blocked by the window pane according to the invention.
  • wireless networks WLAN according to IEEE standards 802.11a / h and 802.11n
  • two license-free frequency ranges from the ISM bands have currently been released - these are the ranges from 2.45 GHz to 2.48 GHz and from 5. 2 GHz to 5.8 GHz.
  • Signals or the frequency ranges of signals from radio communication devices according to the GSM, UMTS or LTE mobile radio standards are advantageously provided as passable signals from radio communication devices which are arranged outside the vehicle.
  • mobile communication services such as voice telephony, transmission of short messages, etc. with mobile devices (e.g. mobile phone, smartphone, etc.) can be used in vehicles over an entire route with optimal reception quality and almost interference-free.
  • GSM-R a GSM standard which has been adapted to the railway
  • DVB-T VHF radio waves
  • / or BOS radio eg TETRA
  • Figure 1 shows schematically and by way of example a section of the mirrored window pane according to the invention with an exemplary pattern structure of the metallization.
  • Figure 2 shows an example and schematically a rail vehicle with window panes mirrored according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic and exemplary section of the mirrored window pane FS according to the invention, which can be used in vehicles F such as rail vehicles.
  • the window pane FS shown as an example has a transparent and electrically conductive metallization ME, which is frequency-selective due to a structuring.
  • the structuring of the metallization ME on the one hand signals from and to radio communication devices such as mobile radio networks according to the GSM, UMTS or in the future according to the LTE standard or possibly also signals from GSM-R networks, DVB-T, VHF from the window pane FS Radio waves or BOS radio system such as TETRA, which are located outside the vehicle F, are transmitted.
  • signals from and to radio communication devices such as wireless LAN are blocked if they are arranged inside the vehicle F.
  • the exemplary window pane FS is structured by a pattern with at least two different structural elements SE1, SE2.
  • An insulation distance IS is provided between the structural elements, which has no metallization ME.
  • the exemplary embodiment shown as an example comprises the pattern of the structuring of a first structural element SE1, which is designed as a cross-shaped structural element SE1.
  • the cross-shaped structural element SE1 is periodically repeated in two spatial directions - horizontally and vertically - with the ends of the cross-shaped structural elements SE1 lying next to one another pointing both to one another in the vertical and in the vertical spatial direction.
  • a second structural element SE2, which is isolated by the isolating distance IS, is formed from the empty spaces which arise between the cross-shaped structural elements SE1.
  • the second structural element is rectangular or as in Figure 1 shown square.
  • Such a metallization for example, enables frequency-selective blocking of two frequency bands with significantly different medium frequencies - such as the two license-free frequency ranges from the ISM bands of 2.45 GHz - 2.48 GHz and from 5.2 GHz to 5.8 GHz, which are used for the operation of wireless networks or wireless LAN.
  • a lower barrier band is essentially determined by a length of the first, cross-shaped structural element SE1.
  • the length of the cross-shaped structural element SE1 is in the order of half a wavelength of the selected lower frequency.
  • the cross-shaped structural elements SE1 are excited to oscillate in the selected frequency range by an incident radio wave. In the region of a resonance frequency of the cross-shaped structural elements SE1 there is an increased reflection of the incident radio waves or the signals of the radio communication device from which this frequency is used. This reduces transmission at the same time.
  • An upper stop band is used in the example in Figure 1 illustrated pattern of the metallization ME realized by the second, rectangular or square structural element SE2.
  • the upper stop band is determined by a side length of the second structural element SE2.
  • the side length is, for example, in the order of half the wavelength of the selected upper frequency.
  • the pattern is identical for both spatial directions due to a continuous, repeating arrangement - periodicity - of the structural elements SE1, SE2. With this e.g. achieved a similar effect for two orthogonally polarized, incident radio waves.
  • the exact resonance frequencies of the cruciform and rectangular or square structure elements SE1, SE2 are then e.g. detuned by the proximity to the respectively adjacent cruciform and rectangular or square structural elements SE1, SE2. An essential influencing factor on the respective detuning is thus formed from the insulation distance IS between the structural elements SE1, SE2.
  • the cross-shaped structural elements SE1 and the rectangular or square structural elements SE2 are changed in the respective side lengths until a detuning of an adjacent or adjacent structural element SE1, SE2 is compensated for.
  • the isolation distance IS can also influence a degree of coverage of the metallization ME and thus a transmission of signals at frequencies outside the selected stop bands become.
  • the parameters such as side length, etc. of the structural elements SE1, SE2
  • structures of the metallization ME can be found for the frequency range to be blocked in each case or for the corresponding radio communication devices arranged in the interior of the vehicle F. This means that the metallization can be optimally adjusted to the requirements of which radio communication devices or which frequencies are to be let through or blocked.
  • the metallization ME of the window panes FS can also be provided with a fine structure, by means of which the properties in the optical and thermal range are improved.
  • a fine structure for example, an appearance of the window panes FS can also be designed accordingly. For example, attractive structural patterns, shapes, lettering, logos, etc. can be realized.
  • the mirrored window panes FS can be arranged distributed over the vehicle sides in a vehicle F. In this way, the reception conditions are optimized or improved both for the radio communication devices arranged outside the vehicle F and for the radio communication devices arranged inside the vehicle F.
  • the window panes FS according to the invention are particularly suitable for use in rail vehicles, in particular in trains and / or trams.
  • the window panes according to the invention can also be used in other vehicles (e.g. buses, etc.) and in buildings with mirrored windows.

Landscapes

  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)

Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine verspiegelte Fensterscheibe für einen Einsatz in Fahrzeugen, insbesondere Schienenfahrzeugen wie z.B. Zügen oder Straßenbahnen, sowie ein mit derartigen Fensterscheiben ausgestattetes Fahrzeug. Die Fensterscheibe weist dabei eine transparente, strukturierte und elektrisch leitfähige Metallisierung auf.
    • Stand der Technik
  • In Fahrzeugen wie z.B. Schienenfahrzeugen für den Personenverkehr wird eine Verfügbarkeit von aktuellen Kommunikationsdiensten wie z.B. mobile Sprachkommunikation, mobile Datenkommunikation, etc. auf Basis von GSM, UMTS und in Zukunft auch auf Basis von Long Term Evolution (LTE), einem Mobilfunkstandard der vierten Generation, immer stärker gefordert. Daher sind eine gute Netzabdeckung sowie eine entsprechende Empfangsqualität auch in Fahrzeugen, insbesondere des öffentlichen Verkehrs wie z.B. Zügen, Straßenbahnen, etc. gefragt.
  • Ein Hindernis für einen guten Empfang stellen dabei verspiegelte Fensterscheiben in diesen Fahrzeugen dar. Die Verspiegelung wird als Sonnenschutz eingesetzt und soll verhindern, dass ein Fahrzeug durch Wärmestrahlung unerwünscht aufgeheizt wird. Allerdings werden von der Verspiegelung der Fensterscheiben nicht nur die Wärmestrahlung bzw. die Sonnenstrahlen reflektiert, sondern auch andere elektronmagnetische Wellen wie z.B. die elektromagnetischen Wellen für mobile Kommunikationsdienste von Funkkommunikationseinrichtungen.
  • Das Fahrzeug weist damit für elektromagnetische Wellen eine hohe Durchgangsdämpfung auf und wirkt wie ein Faraday'scher Käfig. Beispielsweise beträgt beim Intercity-Express oder ICE die Dämpfung rund 30 dB. Die Abschirmung beträgt somit ca. 99,9%.
  • Anstatt einem Verzicht oder einer Reduktion der Verspiegelung und damit einer Reduktion bzw. eines Aufhebens der (thermischen) Isolationswirkung sind aus dem Stand der Technik wie z.B. aus http://de.wikipedia.org/wiki/Intrain-Repeater so genannte Intrain-Repeater zur Überwindung der Durchgangsdämpfung bekannt. Durch Intrain-Repeater soll eine Kommunikation zwischen einem mobilen Endgerät (z.B. Mobiltelefon, Tablet-PC, Smartphone, etc.) und einer Funkkommunikationseinrichtung, welche sich außerhalb des Fahrzeugs befindet (z.B. Mobilfunknetz, etc.), verbessert und eine möglichst störungsfreie Kommunikationsverbindung ermöglicht werden.
  • Ohne einen Intrain-Repeater wäre eine störungsfreie Nutzung von mobilen Kommunikationsdiensten bzw. eine störungsfreie Verbindung ohne Abbrüche nur in jenen Gebieten möglich, welche eine ausreichend hohe Feldstärke aufweisen, um die Abschirmung von Fahrzeugen wie z.B. von modernen Reisezügen zu überwinden. Dies ist üblicherweise in Ballungsgebieten und in den Bahnhöfen der Fall. Gerade im ländlichen Raum sind die Funkkommunikationseinrichtungen wie z.B. Mobilfunknetze auf Basis des GSM- oder UMTS-Standards nicht so stark bzw. dicht ausgebaut. Dadurch ist eine Versorgung bzw. entsprechende Verbindung zu Funkkommunikationseinrichtungen von Fahrzeugen oder einzelnen Wagen ohne Intrain-Repeater nicht immer gewährleistet.
  • Aus der Schrift DE 195 03 892 C1 oder aus der Schrift EP 2 586 610 A1 sind ist z.B. Fensterscheiben für den Einsatz in Fahrzeugen (z.B. Kraftzeugen, etc.) bekannt, durch welche die Empfangsqualität für mobile Endgeräte (z.B. Mobiltelefone, etc.) im Innenraum eines Fahrzeugs - auch ohne Einsatz eines Repeaters - erhöht wird. Diese Fensterscheibe ist mit einer elektrisch leitenden, transparenten Schicht versehen. Diese Schicht wird z.B. mittels metallischen Bedampfens auf die Scheibe aufgebracht, wobei beim Bedampfen die Schicht strukturiert wird. Die Strukturierung der Schicht ist dabei so ausgeformt, dass Signale von bestimmten Funkkommunikationseinrichtungen (z.B. GSM, UMTS, Radiowellen, etc.) und damit bei bestimmten Frequenzen möglichst ungehindert passieren können. Allerdings werden von diesen Fensterscheiben Signale nicht frequenzselektiv durchgelassen, wodurch z.B. im Innenraum des Fahrzeugs befindliche Funkkommunikationseinrichtungen gestört werden können.
  • Um Kommunikationsdienste, insbesondere mobile Datendienste, in Fahrzeugen wie z.B. dem ICE der Deutschen Bahn oder dem railjet der Österreichischen Bundesbahn, etc. anbieten zu können, wird heutzutage beispielsweise in diesen Fahrzeugen ein drahtloser Internetzugang angeboten. Dazu wird z.B. das Fahrzeug bzw. der Zug mit Wireless Local Area Network- oder WLAN-Technik ausgerüstet, sodass die mobilen Datendienste bzw. das drahtlose Internet in allen Wagons des Zuges verfügbar ist - auch wenn der Zug außerhalb von Gebieten unterwegs ist, welche für diese Dienste ausreichende Netzversorgung aufweisen. Dazu ist innerhalb des Fahrzeugs eine entsprechende Infrastruktur bzw. Funkkommunikationseinrichtung wie z.B. WLAN-Hotspots angebracht. Allerdings werden Signale von Funckommunikationseinrichtungen, die außerhalb des Fahrzeuges liegen und eine selben Frequenzbereich nützen, von Fensterscheiben wie z.B. in den Schriften DE 195 03 892 C1 oder EP 2 586 610 A1 beschrieben, nicht aus dem Innenraum des Fahrzeugs ferngehalten. Diese Signale können dann die Funckommunikationseinrichtung im Inneren des Fahrzeugs bzw. die angebotenen Dienste stören. Weiterhin könnten beispielsweise in einem Fahrzeug angebotene Kommunikationsdienste, welche z.B. den Fahrgästen gratis angeboten werden, auch von außerhalb des Fahrzeugs genutzt werden. Außerdem können auch Funckommunikationseinrichtung Funkkommunikationssystem außerhalb des Fahrzeugs durch den Funksignale der im Fahrzeug angebrachten gestört werden.
  • US2004/107641 ; US2010/288116 ; K. Mitchell et. al. "Research to Demonstrate the Ability of Close-coupled Frequency Selective Structures to Enhance the Spectral Efficiency of Radio Systems in Buildings," BAE Systems 31-03-2004 offenbaren dann weitere ähnliche Strukturen die eine Frequenzselektivität aufweisen.
    • Darstellung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Empfangs- und Verbindungsqualität von in Fahrzeugen genutzten Funkkommunikationseinrichtungen zu verbessern - unabhängig von der Anbringung der Funkkommunikationseinrichtung.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt, durch eine verspiegelte Fensterscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
  • Der Hauptaspekt der erfindungsgemäßen Fensterscheibe besteht darin, dass das die Fensterscheibe frequenzselektiv ausgestaltet ist. Durch die entsprechenden Eigenschaften der Fensterscheiben werden Signale bzw. Frequenzbereiche von Kommunikationsdiensten, deren Funkkommunikationseinrichtungen außerhalb des Fahrzeugs gelegen sind, möglichst ungehindert durchgelassen. Es können damit Kommunikationsdienste ohne starke Einbußen durch eine Dämpfung beim Passieren der Fensterscheibe genutzt werden. Es ist damit möglich, beispielsweise Kommunikationsdienste von GSM-, UMTS-, in Zukunft auch LTE-Funkkommunikationseinrichtungen im Innenraum des Fahrzeugs störungsfrei zu nutzen. Es ist auch denkbar, dass Signale von GSM-R (GSM-Railway), DVB-T, Radiowellen oder BOS-Funk wie z.B. TETRA möglichst ungehindert die Fensterscheibe passieren können.
  • Ein weiterer, vorteilhafter Aspekt der erfindungsgemäßen Fensterscheibe ist, dass durch die spezielle frequenzselektive Ausgestaltung Signale bzw. Frequenzbereiche von Funkkommunikationseinrichtungen (z.B. WLAN), welche im Inneren des Fahrzeugs angebracht sind, gesperrt werden. Dies ermöglicht einen ungestörten Betrieb dieser Funkkommunikationseinrichtungen im Innenraum des Fahrzeugs und vermindert weiterhin Interferenzen mit außerhalb des Fahrzeugs angeordneten Funckommunikationseinrichtungen. Außerdem wird einen Nutzung dieser im Innerraum des Fahrzeugs befindlichen Funkkommunikationseinrichtungen von außerhalb erheblich erschwert.
  • Durch die entsprechende Filtercharakteristik der Metallisierung weist die Fensterscheibe eine Wirkung ähnlich einer Bandsperre für bestimmte, durch im Innenraum des Fahrzeugs genutzte Funkkommunikationseinrichtungen vorgegebene Frequenzbereiche auf. Weiterhin wird durch die Metallisierung eine Wärmestrahlung abgehalten. Der Innenraum des Fahrzeugs ist damit besser thermisch isoliert und wird z.B. vor einem Aufheizen durch Sonneneinstrahlung besser geschützt.
  • Zum Erzielen der entsprechenden Filtercharakteristik ist es von Vorteil, wenn die Metallisierung durch ein Muster mit zumindest zwei unterschiedlichen Strukturelementen strukturiert wird. Das Muster bzw. die Struktur der Metallisierung, welche durch die Strukturelemente gebildet wird, wird idealer Weise so optimiert, dass in den gewünschten Durchlassbereichen eine geringe Dämpfung und in den gewünschten Sperrbereichen einen hohe Dämpfung vorliegt. Durch die jeweils einfallenden Funkwellen werden die jeweiligen Strukturelemente z.B. zum Schwingen angeregt. Im Bereich der Resonanzfrequenz des jeweiligen Strukturelements kommt es zu einer verstärkten Reflexion der jeweiligen Funksignale. Die Transmission dieser Signale bzw. dieses Frequenzbereichs nimmt gleichzeitig ab. D.h. der entsprechende Frequenzbereich, welcher durch geeignete Wahl des Strukturelements bzw. seiner Parameter (z.B. Länge, Breite, etc.) definiert wird, wird stark gedämpft bzw. gesperrt.
  • Durch entsprechende Strukturelemente bzw. Strukturierung der Metallisierung wird auf einfache Weise ein weitgehend störungsfreier Empfang von Signalen von jeweiligen Funkkommunikationseinrichtungen, welche innerhalb und außerhalb des Fahrzeugs angebracht sind, erzielt. Durch die Strukturierung werden die gewünschten Frequenzbereiche entweder durchgelassen oder gesperrt. Durch die Metallisierung der Fensterscheiben wird das Innere des Fahrzeugs besser thermisch isoliert.
  • Es ist weiterhin günstig, wenn zwischen den Strukturelementen ein Isolierabstand vorgesehen ist. Die genauen Resonanzfrequenzen der Strukturelemente werden durch die Nähe zu benachbarten Strukturelementen verstimmt. Der Isolierabstand stellt dabei einen maßgeblichen Einflussfaktor für eine Verstimmung der nebeneinander liegenden bzw. benachbarten Strukturelemente dar. Unter Verstimmung wird beispielsweise in der Elektrotechnik eine relative Darstellung eines Frequenzverhältnisses verstanden, wobei ein der Frequenzen vorgegeben und als fest angesehen wird. Die vorgegebene Frequenz ist üblicherweise eine Resonanzfrequenz z.B. der jeweils verwendeten Strukturelemente. Die Verstimmung beschreibt damit in normierter Form wie eine aktuelle Frequenz von der zu erwarteten Resonanz- oder Filterfrequenz abweicht. Durch den Isolierabstand bzw. durch seine Breite wird der Grad der Verstimmung beeinflusst. Weiterhin werden vom Isolationsabstand auch ein Abdeckungsgrad der Metallisierung und damit die Transmission bei Frequenzen in Frequenzbereichen außerhalb der durch die Struktur bestimmten Sperrbereichen beeinflusst.
  • Eine spezielle Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Fensterscheibe sind für das Muster der Metallisierung idealerweise kreuzförmige und rechteckige, insbesondere quadratische, Strukturelemente vorgesehen. Die kreuzförmigen Strukturelemente sind vorteilhafter Weise derart in zwei Raumrichtungen periodisch wiederholt angeordnet, dass die waagrecht- und senkrecht-ausgerichteten Enden der kreuzförmigen Strukturelemente zueinander zeigen bzw. benachbart sind, und dass von den zwischen jeweils vier kreuzförmigen Strukturelementen liegenden Leerräumen die rechteckigen bzw. quadratischen Strukturelemente gebildet werden. Durch eine Auswahl von kreuzförmigen und rechteckigen Strukturelementen können mittels Auswahl zugehöriger Strukturelementparameter zwei Frequenzbänder mit deutlich unterschiedlichen Mittelfrequenzen gesperrt werden. Damit können idealer Weise jene Frequenzbänder ausgewählt werden, welche von im Innerraum des Fahrzeugs angebrachten Funkkommunikationseinrichtungen genutzt werden.
  • So kann beispielsweise ein unteres Sperrband durch eine Länge der kreuzförmigen Strukturelemente und eine oberes Sperrband durch eine Seitenlänge der rechteckigen bzw. quadratischen Strukturelemente bestimmt werden. Im Bereich der jeweiligen Resonanzfrequenz werden dann die entsprechenden Frequenzen verstärkt reflektiert und damit eine Transmission dieser Frequenzen bzw. der zugehörigen Frequenzbereiche durch die erfindungsgemäße Fensterscheibe stark reduziert. Die genauen Resonanzfrequenzen von kreuzförmigen bzw. rechteckigen Strukturelementen werden allerdings durch die Nähe zu benachbarten kreuzförmigen oder rechteckigen Strukturelementen verstimmt. Durch eine entsprechende Wahl des Isolierabstandes zwischen den Strukturelementen kann der Grad der Verstimmung beeinflusst werden - d.h. um die gewünschten Sperrbänder zu erreichen, werden die kreuzförmigen und rechteckigen bzw. quadratischen Strukturelement in ihren jeweiligen Längen so verändert bzw. die Breite des Isolierabstands so variiert, dass die Verstimmung zwischen nebeneinander liegenden Strukturelementen ausgeglichen wird. D.h. durch einen geeignete Auswahl der Strukturelementparameter wie z.B. Form, Länge der Strukturelemente, Breite des Isolierabstandes, etc. kann für die gewünschten durchzulassenden und zu sperrenden Frequenzbereiche eine optimale Struktur der Metallisierung gefunden werden, durch welche eine optimalen Empfangsqualität für Kommunikationsdienste von Funkkommunikationseinrichtungen innerhalb und außerhalb des Fahrzeugs ermöglicht wird.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Metallisierung zusätzlich mit einer Feinstruktur versehen ist. Durch die Feinstruktur können auf einfache Weise die Eigenschaften der Fensterscheibe im optischen und thermischen Bereich verbessert werden. D.h. Strahlung im sichtbaren Frequenzspektrum und/oder Wärmestrahlung werden besser reflektiert bzw. die Transmission reduziert. Weiterhin kann mit Hilfe der Feinstruktur auch ein optisch ansprechendes Erscheinungsbild der Fensterscheibe erzielt werden. Es können so z.B. gezielt Schriftzüge oder Formen (z.B. Logos, etc.) auf die Fensterscheibe aufgebracht werden.
  • Eine bevorzugte Ausbildung der gegenständlichen Erfindung sieht vor, dass als im Innenraum des Fahrzeugs angeordnete Funkkommunikationseinrichtung ein so genanntes Wireless Local Area Network oder WLAN einsetzbar ist. Häufig wird im Innenraum von Fahrzeugen, wie z.B. Zügen, WLAN-Technik bzw.-Infrastruktur (z.B. WLAN-Hotspots, etc.) eingesetzt, um den Fahrgästen mobile Datendienste anzubieten. Für einen störungsfreien Betrieb im Inneren des Fahrzeugs ist es daher günstig, wenn die Signale bzw. die Frequenzbereiche des eingesetzten WLANs von der erfindungsgemäßen Fensterscheibe gesperrt werden. Für den Betrieb von drahtlosen Netzwerken (WLAN nach IEEE-Standards 802.11a/h und 802.11n) sind derzeit zwei lizenzfreie Frequenzbereiche aus den ISM-Bändern freigegebenen worden - das sind die Bereiche von 2,45GHz - 2,48 GHz und von 5,2 GHz bis 5,8 GHz.
  • Als durchlassbare Signale von Funkkommunikationseinrichtungen, welche außerhalb des Fahrzeugs angeordnet sind, sind vorteilhafter Weise Signale bzw. die Frequenzbereiche von Signalen von Funkkommunikationseinrichtungen nach dem GSM, UMTS oder LTE-Mobilfunkstandards vorgesehen. Damit können mobile Kommunikationsdienste wie z.B. Sprachtelefonie, Übertragen von Kurznachrichten, etc. mit mobilen Endgeräten (z.B. Mobiltelefon, Smartphone, etc.) in Fahrzeugen während einer gesamten Strecke mit optimaler Empfangsqualität und annähernd störungsfrei genutzt werden. Weiterhin ist auch denkbar, dass Signale von GSM-R (ein GSM-Standard, welcher auf die Eisenbahn angepasst worden ist), DVB-T, UKW-Radiowellen und/oder BOS-Funk (z.B. TETRA) ebenfalls von der erfindungsgemäßen Fensterscheibe durchgelassen werden. Damit können z.B. Fernsehübertragungen, Radiosendungen, etc. von Fahrgästen oder behördlicher Richtfunk von Einsatzkräften in Fahrzeugen ohne Störungen empfangen und genutzt werden.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnung
  • Die Erfindung wird nachfolgend schematisch in beispielhafter Weise anhand der beigefügten Figuren erläutert. Figur 1 zeigt dabei schematisch und beispielhaft einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen verspiegelten Fensterscheibe mit einer beispielhaften Musterstruktur der Metallisierung. Figur 2 zeigt beispielhaft und schematisch ein Schienenfahrzeug mit erfindungsgemäß verspiegelten Fensterscheiben.
    • Ausführung der Erfindung
  • Figur 1 zeigt in schematischer Weise und beispielhaft einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen verspiegelten Fensterscheibe FS, welche in Fahrzeugen F wie z.B. Schienenfahrzeugen eingesetzt werden kann. Die beispielhaft dargestellte Fensterscheibe FS weist eine transparente und elektrisch leitfähige Metallisierung ME auf, welche aufgrund einer Strukturierung frequenzselektiv ist. Durch die Strukturierung der Metallisierung ME werden von der Fensterscheibe FS einerseits Signalen von und zu Funkkommunikationseinrichtungen wie z.B. Mobilfunknetzen nach dem GSM-, UMTS oder zukünftig nach dem LTE-Standard oder gegebenenfalls auch Signale von GSM-R-Netzen, DVB-T, UKW-Radiowellen oder BOS-Funksystem wie z.B. TETRA durchgelassen, welche sich außerhalb des Fahrzeugs F befinden. Andererseits werden Signale von und zu Funkkommunikationseinrichtungen wie z.B. Wireless LAN gesperrt, wenn diese innerhalb des Fahrzeugs F angeordnet sind.
  • Die beispielhafte Fensterscheibe FS ist dazu durch ein Muster mit zumindest zwei unterschiedlichen Strukturelemente SE1, SE2 strukturiert. Zwischen den Strukturelementen ist ein Isolierabstand IS vorgesehen, welcher keine Metallisierung ME aufweist.
  • Bei dem in Figur 1 beispielhaft dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Muster der Strukturierung ein erstes Strukturelement SE1, welches als kreuzförmiges Strukturelement SE1 ausgeführt ist. Das kreuzförmige Strukturelement SE1 ist in zwei Raumrichtungen - waagrecht und senkrecht - periodisch wiederholend angeordnet, wobei die Kreuzenden der nebeneinander liegenden kreuzförmigen Strukturelemente SE1 sowohl in vertikaler als auch in senkrechter Raumrichtung zueinander zeigen. Von den zwischen den kreuzförmigen Strukturelemente SE1 entstehenden Leerräumen wird ein zweites, durch den Isolierabstand IS isoliertes Strukturelement SE2 gebildet. Das zweite Strukturelement ist rechteckig oder wie in Figur 1 dargestellt quadratisch. Von einer derartig ausgebildete Metallisierung wird beispielsweise ein frequenzselektives Sperren von zwei Frequenzbändern mit deutliche unterschiedlicher Mittelfrequenz ermöglicht - wie z.B. den zwei lizenzfrei freigegebenen Frequenzbereichen aus dem ISM-Bändern von 2,45GHz - 2,48 GHz und von 5,2 GHz bis 5,8 GHz, welche für den Betrieb von drahtlosen Netzwerken bzw. Wireless LAN genutzt werden.
  • Durch das in Figur 1 beispielhaft dargestellte Muster der Metallisierung ME wird ein unteres Sperrband im Wesentlichen durch eine Länge des ersten, kreuzförmigen Strukturelements SE1 bestimmt. Dabei liegt die Länge des kreuzförmigen Strukturelements SE1 in einer Größenordnung einer halben Wellenlänge der ausgewählten unteren Frequenz. Durch eine einfallende Funkwelle werden die kreuzförmigen Strukturelemente SE1 im ausgewählten Frequenzbereich zur Schwingung angeregt. Im Bereich einer Resonanzfrequenz der kreuzförmigen Strukturelemente SE1 kommt es zu einer verstärkten Reflexion der einfallenden Funkwellen bzw. der Signale jener Funkkommunikationseinrichtung, von welcher diese Frequenz genutzt wird. Damit wird gleichzeitige eine Transmission reduziert.
  • Ein oberes Sperrband wird bei dem beispielhaft in Figur 1 dargestellten Muster der Metallisierung ME durch das zweite, reckeckige bzw. quadratische Strukturelement SE2 realisiert.
  • Dabei wird das obere Sperrband durch eine Seitenlänge des zweiten Strukturelements SE2 bestimmt. Die Seitenlänge liegt beispielsweise in einer Größenordnung der halben Wellenlänge der ausgewählten oberen Frequenz. Durch eine einfallende Funkwelle werden dann im ausgewählten Frequenzbereich die zweiten, reckeckigen bzw. quadratischen Strukturelemente SE2 in eine Schwingung versetzt. Im Bereich der Resonanzfrequenz der zweiten Strukturelemente SE2 kommt es wiederum zu einer verstärkten Reflexion von Funksignalen bzw. einer Abnahme der Transmission.
  • Durch eine laufende, wiederholende Anordnung - Periodizität-der Strukturelemente SE1, SE2 ist das Muster für beide Raumrichtungen identisch. Damit wird z.B. eine gleichartige Wirkung für zwei orthogonal polarisierte, einfallende Funkwellen erzielt. Eine Wirkung der Strukturelemente SE1, SE2 wird beispielsweise zumindest für senkrecht einfallende Funkwellen von deren Polarisation unabhängig bzw. invariant. Die genauen Resonanzfrequenzen der kreuzförmigen und rechteckigen bzw. quadratischen Strukturelemente SE1, SE2 werden dann z.B. durch die Nähe zu den jeweils benachbarten kreuzförmigen und rechteckigen bzw. quadratischen Strukturelemente SE1, SE2 verstimmt. Vom Isolationsabstand IS zwischen den Strukturelementen SE1, SE2 wird damit eine wesentlicher Einflussfaktor auf die jeweilige Verstimmung gebildet. Um die ausgewählten Sperrbänder wie z.B. die Frequenzbereiche der innerhalb des Fahrzeugs F angeordneten Funkkommunikationseinrichtungen zu erreichen, werden die kreuzförmigen Strukturelemente SE1 wie die rechteckigen bzw. quadratischen Strukturelemente SE2 in den jeweiligen Seitenlängen derart verändert, bis eine Verstimmung eines benachbarten bzw. danebenliegenden Strukturelements SE1, SE2 ausgeglichen wird.
  • Weiterhin kann vom Isolierabstand IS neben einem Grad der Verstimmung der kreuzförmigen und rechteckigen bzw. quadratischen Strukturelemente SE1, SE2 auch ein Abdeckungsgrad der Metallisierung ME und damit eine Transmission von Signalen bei Frequenzen außerhalb der ausgewählten Sperrbänder beeinflusst werden. Durch eine geeignete Wahl der Parameter wie z.B. Seitenlänge, etc. der Strukturelemente SE1, SE2 können für die jeweils zu sperrenden Frequenzbereich bzw. für die entsprechenden im Innenraum des Fahrzeugs F angeordneten Funkkommunikationseinrichtungen optimierte Strukturen der Metallisierung ME gefunden werden. D.h. die Metallisierung kann auf die Anforderungen, welche Funkkommunikationseinrichtungen bzw. welche Frequenzen durchgelassen bzw. gesperrt werden sollen, optimal eingestellt werden.
  • Weiterhin kann die Metallisierung ME der Fensterscheiben FS noch mit einer Feinstruktur versehen werden, durch welche die Eigenschaften im optischen und thermischen Bereich verbessert wird. Mittels der Feinstruktur kann beispielsweise auch ein Erscheinungsbild der Fensterscheiben FS entsprechend gestaltet werden. Es können beispielsweise ansprechende Strukturmuster, Forme, Schriftzüge, Logos, etc. realisiert werden.
  • Wie in Figur 2 dargestellt, können bei einem Fahrzeug F die verspiegelten Fensterscheiben FS über die Fahrzeugseiten verteilt angeordnet werden. Auf diese Weise werden die Empfangsverhältnisse sowohl für die außerhalb des Fahrzeugs F angeordneten Funkkommunikationseinrichtungen als auch für die innerhalb des Fahrzeugs F angeordneten Funkkommunikationseinrichtungen optimiert bzw. verbessert. Die erfindungsgemäßen Fensterscheiben FS sind dabei besonders für einen Einsatz in Schienenfahrzeugen, insbesondere in Zügen und/oder Straßenbahnen geeignet.
  • In gleicher Weise können die erfindungsgemäßen Fensterscheiben auch in anderen Fahrzeugen (z.B. Bussen, etc.) und in Gebäuden mit verspiegelten Fenstern zum Einsatz kommen.

Claims (8)

  1. Verspiegelte Fensterscheibe (FS) für einen Einsatz in einem Fahrzeug (F), insbesondere für Schienenfahrzeuge, wobei die Fensterscheibe (FS) eine transparente, strukturierte und elektrisch leitfähige Metallisierung (ME) aufweist, wobei die Metallisierung (ME) frequenzselektiv ausgestaltet ist, und wobei die Metallisierung (ME) eine Filtercharakteristik (SE1, SE2, IS) derart aufweist, dass Signale von und zu Funckommunikationseinrichtungen nach dem GSM, UMTS und/oder LTE Mobilfunkstandards durchgelassen und Signale aus den ISM-Bändern von 2,45 GHz bis 2,48 GHz und von 5,2 GHz bis 5,8 GHz gesperrt werden.
  2. Verspiegelte Fensterscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung (ME) durch ein Muster mit zumindest zwei unterschiedlichen Strukturelementen (SE1, SE2) strukturiert ist.
  3. Verspiegelte Fensterscheibe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Strukturelementen (SE1, SE2) ein Isolationsabstand (IS) vorgesehen ist.
  4. Verspiegelte Fensterscheibe nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für das Muster der Metallisierung (ME) kreuzförmige und rechteckige, insbesondere quadratische, Strukturelemente (SE1, SE2) eingesetzt sind.
  5. Verspiegelte Fensterscheibe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die kreuzförmigen Strukturelemente (SE1) in zwei Raumrichtungen periodisch wiederholenden derart angeordnet sind, dass jeweilige Enden der kreuzförmigen Strukturelemente (SE1) zueinander zeigen, und dass vom jeweiligen Leerraum zwischen jeweils vier kreuzförmigen Strukturelementen (SE1) die rechteckigen Strukturelemente (SE2), insbesondere ein Quadrat, gebildet werden.
  6. Verspiegelte Fensterscheibe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung (ME) weiterhin mit einer Feinstruktur versehen ist.
  7. Fahrzeug (F) mit verspiegelten Fensterscheiben (FS) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die verspiegelten Fensterscheiben (FS) über beide Fahrzeuglängsseiten verteilt angeordnet sind.
  8. Fahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (F) als Schienenfahrzeug, insbesondere Zug und/oder Straßenbahn, ausgeführt ist.
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