EP4164879A1 - Method for electrically controlling a functional element enclosed in a glazing unit - Google Patents

Method for electrically controlling a functional element enclosed in a glazing unit

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EP4164879A1
EP4164879A1 EP21729482.6A EP21729482A EP4164879A1 EP 4164879 A1 EP4164879 A1 EP 4164879A1 EP 21729482 A EP21729482 A EP 21729482A EP 4164879 A1 EP4164879 A1 EP 4164879A1
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EP
European Patent Office
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functional element
voltage
control unit
electrical
electrical voltage
Prior art date
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Pending
Application number
EP21729482.6A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Richard STELZER
Bastian KLAUSS
Michael Zeiss
Doane Shelby Craig
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Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Original Assignee
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
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Publication date
Application filed by Saint Gobain Glass France SAS, Compagnie de Saint Gobain SA filed Critical Saint Gobain Glass France SAS
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    • B32B27/36Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising polyesters

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a functional element stored in a glazing unit, a glazing arrangement and a use of the glazing arrangement.
  • Such glazing units are often composite panes in which a functional element is embedded.
  • the composite panes consist of at least one outer pane, one inner pane and an adhesive intermediate layer that connects the outer pane with the inner pane over a large area.
  • Typical intermediate layers are polyvinyl butyral films which, in addition to their adhesive properties, have high toughness and high acoustic damping.
  • the intermediate layer prevents the laminated glass pane from disintegrating in the event of damage.
  • the composite pane only gets cracks, but remains dimensionally stable.
  • Composite panes with electrically controllable optical properties are known from the prior art.
  • Such composite panes contain a functional element which typically contains an active layer between two surface electrodes.
  • the optical properties of the active layer can be changed by a voltage applied to the surface electrodes.
  • electrochromic functional elements which are known, for example, from US 20120026573 A1 and WO 2012007334 A1.
  • SPD Small Particle Device
  • PDLC Polymer Dispersed Liquid Crystal
  • SPD and PDLC functional elements are commercially available as multilayer films.
  • the flat electrodes required to apply a voltage are arranged between two PET carrier films.
  • the functional element is made from the multilayer film in the desired size and shape cut out and inserted between the foils of an intermediate layer.
  • the flat electrodes are connected in an electrically conductive manner to a control module (ECU) via flat conductors outside the composite pane.
  • the control module is intended to apply an electrical voltage between the surface electrodes.
  • US 2017/0090224 A discloses a laminated vehicle glazing with a PDLC film, which is operated electrically with alternating current.
  • the electrical alternating voltage is not sinusoidal, whereby an effective voltage of 80 V eff is not exceeded.
  • JP 2013072895 A
  • JP 2013072895 A
  • US 2020/0133042 A1 discloses a device with a functional element with electrically controllable optical properties.
  • the device comprises an electrical energy source with an output voltage, the functional element and two electrical leads that connect the functional element to the energy source, the output voltage being an alternating voltage with a frequency of 40 Hz to 210 Hz, a maximum amplitude U max of 24 V to 100 V and a slope in the output voltage range between -80% and 80% U max from 0.05 * U max / 100 ps to 0.1 * U max / 100 ps and in the output voltage U range between 80% and -80% from -0.05 * U max / 100 ps to -0.1 * U max / 100 ps.
  • Windshields have been proposed in which an electrically controllable sun visor is implemented by means of a functional element in order to replace the mechanical foldable sun visor in motor vehicles.
  • the object of the present invention is to provide a method which uses the energy consumption of a functional element stored in a glazing unit as effectively as possible.
  • the method according to the invention for electrically controlling at least one functional element embedded in a glazing unit with electrically controllable optical properties comprises at least the following steps:
  • control unit Control of the optical properties by means of a control unit, the control unit being connected to at least two transparent surface electrodes of the functional element,
  • the reduction of the voltage from the peak value is used to advantage.
  • the voltage is gradually reduced so that the surface electrodes are discharged with a delay.
  • a profile with moderate edge steepnesses, an approximately trapezoidal profile and / or a profile of a continuously differentiable function can be considered as trapezoidal.
  • the electrical energy discharged in the process can advantageously be captured and stored.
  • the reactive power which is otherwise lost in the form of thermal energy, is advantageously temporarily stored and reused.
  • control unit can have means for temporarily storing the electrical energy output by the functional module, for example an intermediate storage device. This energy can be temporarily stored in the intermediate store. This energy can be used the next time the functional element is charged.
  • the temporarily stored energy can be used to charge the functional element.
  • the control unit can have a capacity as a buffer store, which stores the energy transmitted by the functional module. This has the advantage that conventional components can be used.
  • the control unit also includes means, in particular a half-bridge circuit.
  • the half-bridge circuit is intended to convert the energy withdrawn from the functional element in such a way that this energy can be stored in the intermediate storage device.
  • control unit can have an LC filter and an output transistor (IGBT, FET or thyristor).
  • control unit can have an inductance, in particular a coil, which is electrically connected to a connection to one of the surface electrodes and a second connection, the inductance is connected to an input of a switch, in particular a transistor.
  • IGBT input transistor
  • control strategy uses pulse width modulation. The electrical voltage can be changed by means of pulse width modulation. On the basis of these properties it can be determined that the method offers an efficient solution for controlling the applied electrical voltage.
  • the increasing voltage can be applied for the same period of time as the period of time during which the voltage is reduced to the final voltage. This results in a symmetrical course of the electrical voltage on the surface electrodes.
  • the first peak value of the voltage can have a value of 48 V, for example, the end voltage being 0 V.
  • the period of the voltage can correspond to a frequency of approx. 50 Hz.
  • the glazing unit comprises at least one outer pane and one inner pane, which are connected to one another via a thermoplastic intermediate layer.
  • the functional element is embedded in the thermoplastic intermediate layer.
  • the glazing unit is provided for separating the interior space from the external environment in a window opening, for example of a vehicle, a building or a room.
  • the inner pane is used to denote the pane facing the interior.
  • the outer pane is referred to as the pane facing the external environment.
  • the thermoplastic intermediate layer is used to connect the two panes.
  • the thermoplastic intermediate layer contains at least one thermoplastic polymer, preferably ethylene vinyl acetate (EVA), polyvinyl butyral (PVB) or polyurethane (PU) or mixtures or copolymers or derivatives thereof, particularly preferably PVB.
  • the intermediate layer is typically formed from a thermoplastic film.
  • the thickness of the intermediate layer is preferably from 0.2 mm to 2 mm, particularly preferably from 0.3 mm to 1 mm.
  • the outer pane and the inner pane are preferably made of glass, in particular soda-lime glass, which is common for window panes.
  • the panes can also be made of other types of glass (for example borosilicate glass, quartz glass, aluminosilicate glass) or transparent plastics (for example polymethyl methacrylate or polycarbonate).
  • the thickness of the outer pane and the inner pane can vary widely. Discs with a thickness in the range from 0.8 mm to 5 mm, preferably from 1.4 mm to 2.5 mm, for example those with the standard thicknesses of 1.6 mm or 2.1 mm, are preferably used.
  • the outer pane, the inner pane and the thermoplastic intermediate layer can be clear and colorless, but also tinted or colored.
  • a corresponding windshield must have sufficient light transmission in the central viewing area, preferably at least 70% in the main viewing area A in accordance with ECE-R43.
  • the outer pane and the inner panes can not be preloaded, partially preloaded or preloaded independently of one another. If at least one of the disks is to have a pre-tension, this can be a thermal or chemical pre-tension.
  • the outer pane, the inner pane and / or the intermediate layer can have further suitable coatings known per se, for example anti-reflective coatings, non-stick coatings, anti-scratch coatings, photocatalytic coatings or sun protection coatings or low-E coatings.
  • the glazing unit can be manufactured by methods known per se.
  • the outer pane and the inner pane are laminated to one another via the intermediate layer, for example by autoclave processes, vacuum bag processes, vacuum ring processes, calender processes, vacuum laminators or combinations thereof.
  • the connection of the outer pane and the inner pane usually takes place under the action of heat, vacuum and / or pressure.
  • the glazing unit comprises a functional element with electrically controllable optical properties that is embedded in the intermediate layer.
  • the functional element is typically arranged between at least two layers of thermoplastic material of the intermediate layer, it being connected to the outer pane by the first layer and to the inner pane by the second layer.
  • Such a functional element comprises at least one active layer which is arranged between a first carrier film and a second carrier film.
  • the active layer has variable optical properties that can be controlled by an electrical voltage applied to the active layer.
  • Electrically controllable optical properties are understood in the context of the invention to be those properties that are continuously controllable, but equally also those that can be switched between two or more discrete states.
  • the optical properties relate in particular to the light transmission and / or the scattering behavior.
  • the functional element also comprises flat electrodes for applying the voltage to the active layer, which are preferably arranged between the carrier films and the active layer.
  • the functional element is a PDLC functional element, in particular one that switches at least one area of the glazing unit from a transparent to an opaque state and vice versa.
  • the active layer of a PDLC functional element contains liquid crystals which are embedded in a polymer matrix.
  • the functional element is an SPD functional element.
  • the active layer contains suspended particles, and the absorption of light by the active layer can be changed by applying a voltage to the surface electrodes.
  • the surface electrodes and the active layer are arranged essentially parallel to the surfaces of the outer pane and the inner pane.
  • the surface electrodes are connected to an external voltage source.
  • the electrical contacting, as well as the connection to the energy source of the active layer, is realized by suitable connecting cables, for example flat conductors or foil conductors, which are optionally connected to the flat electrodes via so-called bus bars, for example strips of an electrically conductive material or electrically conductive prints are connected.
  • the thickness of the functional element is, for example, from 0.4 mm to 1 mm.
  • the flat electrodes are preferably designed as transparent, electrically conductive layers.
  • the surface electrodes preferably contain at least one metal, a metal alloy or a transparent conductive oxide (transparent conducting oxide, TCO).
  • the surface electrodes can, for example, silver, gold, copper, nickel, chromium, tungsten, indium tin oxide (ITO), gallium-doped or aluminum-doped zinc oxide and / or fluorine contain doped or antimony-doped tin oxide.
  • the surface electrodes preferably have a thickness of 10 nm (nanometers) to 2 ⁇ m (micrometers), particularly preferably 20 nm to 1 ⁇ m, very particularly preferably 30 nm to 500 nm.
  • the invention also comprises a glazing arrangement of a vehicle or building, at least comprising a glazing unit with electrically controllable optical properties.
  • the glazing unit comprises the outer pane and the inner pane, which are connected to one another via a thermoplastic intermediate layer and in which a functional element with electrically controllable optical properties is embedded.
  • the functional element has an active layer to which transparent flat electrodes are assigned on both surfaces.
  • the glazing arrangement comprises a control unit for electrically controlling the optical properties of the glazing unit according to the method according to the invention, which is connected to the surface electrodes of the functional element and is designed to apply an electrical voltage between the surface electrodes.
  • the control unit is provided for periodically changing the polarity of the voltage, the voltage having a trapezoidal profile. According to the invention, the control unit has means for the effective use of electrical energy.
  • a vehicle in particular a car, with the glazing arrangement according to the invention is described.
  • a further aspect of the invention comprises the use of the glazing arrangement according to the invention in means of transport for traffic on land, in the air or on water, in particular in motor vehicles, for example as a windshield, rear window, side window and / or roof window and as a functional individual piece, and as a built-in part in Furniture, appliances and buildings.
  • the invention is explained in more detail below with reference to figures and exemplary embodiments.
  • the figures are a schematic representation and are not true to scale. The figures do not restrict the invention in any way.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a glazing arrangement
  • FIG. 2 shows a cross-sectional representation of a first thermoplastic layer with a functional element with an electrical connection
  • FIG. 3 shows a graphic representation of a course of an electrical voltage applied to the functional element according to the method according to the invention
  • FIG. 4 shows a switching device for implementing the method according to the invention
  • FIG. 5 an exemplary embodiment of a switching device for operating the functional element according to the method
  • FIG. 6 shows a profile of a voltage VPDL C I and profile of a voltage VPDL C 2
  • FIG. 7 shows a profile of a voltage VPDLC
  • FIG. 8 shows an equivalent circuit diagram of the functional element.
  • the described components each represent features of the invention that are to be considered independently of one another and which are also to be regarded as part of the invention individually or in a combination other than the one shown.
  • Figures with numerical values are generally not to be understood as exact values, but also include a tolerance of +/- 1% up to +/- 10%.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a glazing arrangement 100 with a glazing unit 1, which can be installed, for example, in a motor vehicle or in a building.
  • the glazing unit 1 comprises an outer pane 1 a and an inner pane 1 b, which are connected to one another via an intermediate layer 3. the ok
  • Outer pane 1a has a thickness of 2.1 mm and consists of a soda-lime glass.
  • the inner pane 1b has a thickness of 1.6 mm and consists of a clear soda-lime glass.
  • the glazing unit 1 is equipped in a central area with the functional element 2, which is embedded in the intermediate layer 3.
  • the intermediate layer 3 comprises a total of three thermoplastic layers, each of which is formed by a thermoplastic film with a thickness of 0.38 mm made of PVB.
  • the first thermoplastic layer 3a is connected to the outer pane 1, the second thermoplastic layer 3b to the inner pane 1b.
  • the intervening third thermoplastic layer surrounds the cut functional element 2 (PDLC multilayer film) essentially flush on all sides.
  • the functional element 2 is thus embedded all around in thermoplastic material and thus protected.
  • FIG. 1 also shows the switched-on state of the glazing arrangement 100 with the functional element 2 stored in the glazing unit 1.
  • the glazing arrangement 100 also includes a control unit 11 (also called ECU in a motor vehicle), which is electrically connected to the functional element 2 via a closed switch 12, a flat conductor , electrical connections 13 ( Figure 2) and busbar 8 is connected so that an electrical voltage VPDLC can be applied to the connections 13.
  • a control unit 11 also called ECU in a motor vehicle
  • control unit 11 is electrically connected to two transparent surface electrodes 10 of functional element 2.
  • An electrical voltage VPDL C is applied between the surface electrodes 10 by means of the control unit 11 and the polarity of the voltage VPDL C is changed periodically (alternately).
  • the voltage VPDL C has a trapezoidal profile, according to FIG. 3.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of a first thermoplastic layer 3a with a functional element 2 with an electrical connection 13.
  • the first thermoplastic layer 3a is a PVB film with a thickness of 0.38 mm.
  • the functional element 2 is a multilayer film which is composed of an active layer 9, two surface electrodes 10 and two carrier films 11. Such multilayer films are commercially available as PDLC multilayer films.
  • the active layer 9 is arranged between the two surface electrodes 10.
  • the active layer 9 contains a polymer matrix with liquid crystals dispersed therein, which align themselves as a function of the electrical voltage applied to the surface electrodes 10, whereby the optical properties can be controlled.
  • the carrier films 11 are made of PET and have a thickness of approximately 0.125 mm.
  • the carrier foils 11 are provided with a coating of ITO facing the active layer 9 with a thickness of approximately 100 nm, which form the surface electrodes 10.
  • the surface electrodes 10 can be connected to an electrical voltage via electrically conductive busbars 8.
  • the busbars 8 are formed here by a silver-containing screen printing. Alternatively, the bus bars can be formed by electrically conductive metal strips or an electrically conductive coating. Metal (copper) here includes metal alloy (copper alloy).
  • a bus bar 8 is connected to the surface electrode 10 by the carrier film 11, a surface electrode 10 and the active layer being cut out along an edge region of the respective side of the functional element 2 so that the other, opposite surface electrode 10 with the associated carrier film 11 protrudes.
  • the respective bus bar 8 is arranged on the protruding surface electrode 10.
  • Two conductor wires connect the busbars 8 via a flat conductor each with an electrical voltage VPDLC.
  • a conductor wire is connected in an electrically conductive manner to a respective connection area of the flat conductor.
  • an electrically conductive connection between a respective conductor wire and a connection area 13 can be reinforced by a soldered connection.
  • FIG. 3 shows a graphic representation of a profile of an electrical voltage VPDLC applied to the functional element 2.
  • the voltage VPDLC was applied to the functional element 2.
  • the applied electrical voltage V PDLC is an alternating voltage.
  • the control unit 11 generates the voltage V PDLC with a trapezoidal profile.
  • the frequency of the voltage is preferably 50 Hz with an effective voltage of 48 V.
  • the trapezoidal shape has a falling slope of approx. 5% of the period duration, marked in FIG. 3, in order to lengthen the discharge phase of the functional element.
  • the voltage curve shown in Figure 3 was applied to the functional element 2 as follows: a) an increasing electrical voltage to charge the functional element 2, the electrical voltage rising to a first peak value, b) the electrical voltage was increased to a final voltage of 0 V.
  • step c) the functional element 2 was charged with the opposite polarity as in step a) with an increasing electrical voltage, the electrical voltage rising to a second peak value, d) the electrical voltage was reduced from to the final voltage of 0 V is reduced to discharge the functional element 2, and steps a) to step d) are repeated periodically.
  • FIG. 4 shows a circuit diagram of an embodiment of a first half bridge with a downstream LC filter (L1, C2) at the time the functional element 2 is discharged.
  • a further, second half bridge shown in FIG. 5 is necessary.
  • the flat electrodes 10 are immediately discharged with a delay when the polarity is switched.
  • the pulse duty factor of the PWM is decisive for the discharge time.
  • an inductance for example coil L1 is provided in control unit 11.
  • the coil L1 is connected to a connection to a surface electrode 10. With its second connection, the coil L1 is connected to one input each of a switch, e.g. a transistor (FET, thyristor or MOSFET), Q1 and Q2.
  • the output of transistor Q1 is connected to ground.
  • the output of transistor Q2 is connected to a first terminal of a capacitor C1 as a capacitance.
  • the voltage Vgs between the gate and source of the transistor is 0V.
  • the transistor Q1 can be switched to an electrically conductive state by means of the pulse width modulation PWM.
  • a second connection of the capacitor C1 is connected to ground.
  • the capacitor C1 serves as a buffer.
  • a capacitor C2 capacitively connects the surface electrode 10 to the ground potential.
  • the circuit shown in FIG. 4 can be operated as a half bridge with an LC filter.
  • the control unit 11 To switch on transparency in the glazing unit 1, the control unit 11 generates the electrical voltage VPDL C at the electrical connection 13.
  • the control unit 11 can generate the electrical voltage VPDL C as an alternating voltage with a trapezoidal profile, as shown by way of example in FIG.
  • the transistor Q1 After the functional element 2 has been charged to 48 V, the transistor Q1 is switched with a PWM signal. While transistor Q1 switches, a current flows from functional element 2 (PDLC) via coil L1 and transistor Q1 to potential GND (ground potential).
  • PDLC functional element 2
  • the coil L1 counteracts this, so that the current continues to flow through the transistor Q2 into a capacitor C1. This increases the voltage on capacitor C1.
  • the energy stored in the capacitor C1 can be used as additional electrical energy for the next charging of the functional element 2 and will not dissipate as reactive power in the form of thermal energy, as is the case with a conventional controller. This result was unexpected and surprising for the person skilled in the art.
  • FIG. 5 shows a switching device for operating the functional element 2.
  • the switching device comprises the first half-bridge, shown in FIG. 4, consisting of transistor Q11 and transistor Q21 with a downstream LC filter L11, C21 and a second half-bridge.
  • the second half bridge comprises transistor Q12 and transistor Q22 with a downstream LC filter L12, C22.
  • the transistor Q11 is switched to an electrically conductive state by means of PWM1.
  • the intermediate circuit voltage Vci is applied to the capacitor C1.
  • the negative voltage "sees" only the functional element 2, since this is connected between the two outputs of the two half bridges.
  • FIGS. 6 to 8 illustrate the generation of the electrical voltage VPDLC applied to the functional element 2.
  • FIG. 6 shows a profile of a voltage VPDLCI which is present at the output of the first half bridge, as shown in FIG. Furthermore, in Figure 6 is the The course of a voltage V PDLC 2, which is present at the output of the second half-bridge, is shown. Both the voltage V PDLCI and the voltage V PDLC 2 have a trapezoidal shape.
  • a voltage difference between the voltages V PDLCI and V PDLC 2 is shown as the voltage V PDLC .
  • FIG. 8 shows an equivalent circuit diagram of the functional element 2.
  • the functional element 2 represents a capacitance CPDLC, to which the electrical voltage VPDLC is applied as the difference between the voltages VPDLCI and VPDLC2.
  • control unit 12 switch 13 electrical connection
  • VpDLC VpDLCI, VpDLC2 electrical voltage

Abstract

The invention relates to a method for electrically controlling at least one functional element (2) with electrically controllable optical properties enclosed in a glazing unit (1), wherein the optical properties are controlled by a control unit (11), wherein the control unit (11) is connected to at least two transparent flat electrodes (10) of the functional element (2), an electrical voltage is applied by the control unit (11) between the flat electrodes (10) and the polarity of the voltage is periodically changed, wherein the voltage has a trapezoidal curve and wherein, by means of the control unit (11), a) an increasing electrical voltage is applied to charge the functional element (2), wherein the electrical voltage increases to a first peak value, b) the electrical voltage is reduced from the first peak value to a final voltage to discharge the functional element (2), c) the functional element (2) is charged with the increasing electrical voltage with the opposite polarity to step a), wherein the electrical voltage increases to a second peak value, d) the electrical voltage is reduced from the second peak value to the final voltage to discharge the functional element, and the steps a) to d) are periodically repeated, and wherein, in step b) and/or step d), electrical energy is transferred from the functional element (2) to the control unit (11), and the control unit (11) has means for temporarily storing energy output by the functional element (2).

Description

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Verfahren zur elektrischen Steuerung eines in einer Verglasungseinheit eingelagerten Funktionselements Method for the electrical control of a functional element stored in a glazing unit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines in einer Verglasungseinheit eingelagerten Funktionselements, eine Verglasungsanordnung sowie eine Verwendung der Verglasungsanordnung. The invention relates to a method for controlling a functional element stored in a glazing unit, a glazing arrangement and a use of the glazing arrangement.
Funktionselemente mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften werden in der industriellen Produktion von Verglasungseinheiten eingesetzt. Derartige Verglasungseinheiten sind häufig Verbundscheiben, in die ein Funktionselement eingebettet ist. Die Verbundscheiben bestehen aus mindestens einer Außenscheibe, einer Innenscheibe und einer klebefähigen Zwischenschicht, die die Außenscheibe mit der Innenscheibe flächig verbindet. Typische Zwischenschichten sind dabei Polyvinylbutyralfolien, die neben ihren Klebeeigenschaften eine hohe Zähigkeit und eine hohe akustische Dämpfung aufweisen. Die Zwischenschicht verhindert den Zerfall der Verbundglasscheibe bei einer Beschädigung. Die Verbundscheibe bekommt lediglich Sprünge, bleibt aber formstabil. Functional elements with electrically controllable optical properties are used in the industrial production of glazing units. Such glazing units are often composite panes in which a functional element is embedded. The composite panes consist of at least one outer pane, one inner pane and an adhesive intermediate layer that connects the outer pane with the inner pane over a large area. Typical intermediate layers are polyvinyl butyral films which, in addition to their adhesive properties, have high toughness and high acoustic damping. The intermediate layer prevents the laminated glass pane from disintegrating in the event of damage. The composite pane only gets cracks, but remains dimensionally stable.
Verbundscheiben mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften sind aus dem Stand der Technik bekannt. Solche Verbundscheiben enthalten ein Funktionselement, welches typischerweise eine aktive Schicht zwischen zwei Flächenelektroden enthält. Die optischen Eigenschaften der aktiven Schicht können durch eine an die Flächenelektroden angelegte Spannung verändert werden. Ein Beispiel hierfür sind elektrochrome Funktionselemente, die beispielsweise aus US 20120026573 A1 und WO 2012007334 A1 bekannt sind. Ein weiteres Beispiel sind SPD-Funktionselemente (Suspended Particle Device) oder PDLC- Funktionselemente (Polymer Dispersed Liquid Crystal), die beispielsweise aus EP 0876608 B1 und WO 2011033313 A1 bekannt sind. Durch die angelegte Spannung lässt sich die Transmission von sichtbarem Licht durch elektrochrome oder SPD/PDLC- Funktionselemente steuern. Composite panes with electrically controllable optical properties are known from the prior art. Such composite panes contain a functional element which typically contains an active layer between two surface electrodes. The optical properties of the active layer can be changed by a voltage applied to the surface electrodes. An example of this are electrochromic functional elements, which are known, for example, from US 20120026573 A1 and WO 2012007334 A1. Another example are SPD (Suspended Particle Device) or PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal) functional elements, which are known, for example, from EP 0876608 B1 and WO 2011033313 A1. The applied voltage can be used to control the transmission of visible light through electrochromic or SPD / PDLC functional elements.
SPD- und PDLC-Funktionselemente sind als Mehrschichtfolien kommerziell erhältlich. Die zum Anlegen einer Spannung erforderlichen Flächenelektroden sind zwischen zwei PET- Trägerfolien angeordnet. Bei der Herstellung der Verglasungseinheit wird das Funktionselement in der gewünschten Größe und Form aus der Mehrschichtfolie ausgeschnitten und zwischen die Folien einer Zwischenschicht eingelegt. Die Flächenelektroden werden über Flachleiter außerhalb der Verbundscheibe mit einem Kontrollmodul (ECU) elektrisch leitend verbunden. Das Kontrollmodul ist zum Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den Flächenelektroden vorgesehen. SPD and PDLC functional elements are commercially available as multilayer films. The flat electrodes required to apply a voltage are arranged between two PET carrier films. During the manufacture of the glazing unit, the functional element is made from the multilayer film in the desired size and shape cut out and inserted between the foils of an intermediate layer. The flat electrodes are connected in an electrically conductive manner to a control module (ECU) via flat conductors outside the composite pane. The control module is intended to apply an electrical voltage between the surface electrodes.
US 2017/0090224 A offenbart eine laminierte Fahrzeugverglasung mit einer PDLC-Folie, die elektrisch mit Wechselstrom betrieben wird. Die elektrische Wechselspannung ist nicht sinusförmig, wobei eine effektive Spannung von 80 Veff nicht überschritten wird. US 2017/0090224 A discloses a laminated vehicle glazing with a PDLC film, which is operated electrically with alternating current. The electrical alternating voltage is not sinusoidal, whereby an effective voltage of 80 V eff is not exceeded.
Die Maschinenübersetzung der JP 2013072895 (A) scheint einen Dimmer für eine Flüssigkristalleinheit zu offenbaren. The machine translation of JP 2013072895 (A) appears to disclose a dimmer for a liquid crystal unit.
US 2020/0133042 A1 offenbart eine Vorrichtung mit einem Funktionselement mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften. Die Vorrichtung umfasst eine elektrische Energiequelle mit einer Ausgangsspannung, das Funktionselement und zwei elektrischen Zuleitungen, die das Funktionselement mit der Energiequelle verbinden, wobei die Ausgangsspannung eine Wechselspannung mit einer Frequenz von 40 Hz bis 210 Hz, einer maximalen Amplitude Umax von 24 V bis 100 V und einer Flankensteigung im Bereich der Ausgangsspannung zwischen -80% und 80% Umax von 0,05*Umax/100 ps bis 0,1*Umax/100 ps und im Bereich der Ausgangsspannung U zwischen 80% und -80% von -0,05*Umax/100 ps bis -0,1*Umax/100 ps aufweist. US 2020/0133042 A1 discloses a device with a functional element with electrically controllable optical properties. The device comprises an electrical energy source with an output voltage, the functional element and two electrical leads that connect the functional element to the energy source, the output voltage being an alternating voltage with a frequency of 40 Hz to 210 Hz, a maximum amplitude U max of 24 V to 100 V and a slope in the output voltage range between -80% and 80% U max from 0.05 * U max / 100 ps to 0.1 * U max / 100 ps and in the output voltage U range between 80% and -80% from -0.05 * U max / 100 ps to -0.1 * U max / 100 ps.
Es wurden Windschutzscheiben vorgeschlagen, bei denen durch ein Funktionselement eine elektrisch steuerbare Sonnenblende realisiert ist, um die mechanische klappbare Sonnenblende in Kraftfahrzeugen zu ersetzen. Windshields have been proposed in which an electrically controllable sun visor is implemented by means of a functional element in order to replace the mechanical foldable sun visor in motor vehicles.
Obwohl derartige Funktionselemente ein schnelles Ansprechen auf eine Veränderung der angelegten Spannung aufweisen, ist die zu deren Ansteuerung benötigte Scheinleistung aufgrund des hauptsächlich kapazitiven Verhaltens, insbesondere im Vergleich zur aufgenommenen Wirkleistung, jedoch relativ hoch. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, das den Energieverbrauch eines in einer Verglasungseinheit eingelagerten Funktionselements möglichst effektiv nutzt. Although functional elements of this type respond quickly to a change in the applied voltage, the apparent power required to control them is relatively high due to the mainly capacitive behavior, in particular in comparison to the active power consumed. The object of the present invention is to provide a method which uses the energy consumption of a functional element stored in a glazing unit as effectively as possible.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. The object of the present invention is achieved according to the invention by a method according to independent claim 1. Preferred embodiments of the invention emerge from the subclaims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur elektrischen Steuerung mindestens eines in einer Verglasungseinheit eingelagerten Funktionselements mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften, umfasst zumindest die folgenden Schritte: The method according to the invention for electrically controlling at least one functional element embedded in a glazing unit with electrically controllable optical properties comprises at least the following steps:
• Steuerung der optischen Eigenschaften mittels einer Ansteuerungseinheit, wobei die Ansteuerungseinheit mit mindestens zwei transparenten Flächenelektroden des Funktionselements verbunden ist, • Control of the optical properties by means of a control unit, the control unit being connected to at least two transparent surface electrodes of the functional element,
• Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den Flächenelektroden mittels der Ansteuerungseinheit und einen periodischen Wechsel der Polarität der Spannung, wobei die Spannung einen trapezförmigen Verlauf aufweist. • Application of an electrical voltage between the surface electrodes by means of the control unit and a periodic change in the polarity of the voltage, the voltage having a trapezoidal profile.
Bei dem trapezförmigen Verlauf der Spannung über die Zeit wird das Reduzieren der Spannung vom Spitzenwert vorteilhaft ausgenutzt. Um die Entladungsphase der Flächenelektroden zu verlängern, wird die Spannung allmählich reduziert, so dass die Flächenelektroden verzögert entladen werden. With the trapezoidal course of the voltage over time, the reduction of the voltage from the peak value is used to advantage. In order to lengthen the discharge phase of the surface electrodes, the voltage is gradually reduced so that the surface electrodes are discharged with a delay.
Im Sinne der Erfindung kann als trapezförmig ein Verlauf mit gemäßigten Flankensteilheiten, ein angenähert trapezförmiger Verlauf und/oder ein Verlauf einer stetig differenzierbaren Funktion betrachtet werden. Vorteilhafterweise kann die dabei entladene elektrische Energie aufgefangen und gespeichert werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren wird die Blindleistung, die sonst in Form von Wärmeenergie verloren geht, vorteilhafterweise zwischengespeichert und wiederverwertet. Mittels der Ansteuerungseinheit kann a) eine ansteigende elektrische Spannung zum Aufladen des Funktionselements angelegt werden, wobei die elektrische Spannung bis zu einem ersten Spitzenwert ansteigt, b) die elektrische Spannung von dem ersten Spitzenwert auf eine Endspannung zum Entladen des Funktionselements reduziert werden, c) das Funktionselement mit umgekehrter Polarität wie in Schritt a) mit einer ansteigenden elektrischen Spannung aufgeladen werden, wobei die elektrische Spannung bis zu einem zweiten Spitzenwert ansteigt, d) die elektrische Spannung von dem zweiten Spitzenwert auf die Endspannung zum Entladen des Funktionselements reduziert werden, und die Verfahrensschritte a) bis Verfahrensschritt d) periodisch wiederholt werden. In the context of the invention, a profile with moderate edge steepnesses, an approximately trapezoidal profile and / or a profile of a continuously differentiable function can be considered as trapezoidal. The electrical energy discharged in the process can advantageously be captured and stored. In contrast to conventional methods, the reactive power, which is otherwise lost in the form of thermal energy, is advantageously temporarily stored and reused. By means of the control unit a) an increasing electrical voltage can be applied to charge the functional element, the electrical voltage rising up to a first peak value, b) the electrical voltage can be reduced from the first peak value to a final voltage for discharging the functional element, c) the Functional element with reverse polarity as in step a) are charged with an increasing electrical voltage, the electrical voltage rising up to a second peak value, d) the electrical voltage being reduced from the second peak value to the final voltage for discharging the functional element, and the method steps a) to process step d) are repeated periodically.
Ferner kann in Verfahrensschritt b) und/oder in Schritt d) elektrische Energie vom Funktionselement an die Ansteuerungseinheit übertragen wird. Die Ansteuerungseinheit kann dabei Mittel zum Zwischenspeichern der vom Funktionsmodul abgegebenen elektrischen Energie, beispielsweise einen Zwischenspeicher, aufweisen. Diese Energie kann in dem Zwischenspeicher zwischengespeichert werden. Diese Energie kann bei der nächsten Aufladung des Funktionselements genutzt werden. Beispielsweise kann im Verfahrensschritt a) und /oder Verfahrensschritt c) die zwischengespeicherte Energie zum Aufladen des Funktionselements genutzt werden. Furthermore, in method step b) and / or in step d), electrical energy can be transmitted from the functional element to the control unit. The control unit can have means for temporarily storing the electrical energy output by the functional module, for example an intermediate storage device. This energy can be temporarily stored in the intermediate store. This energy can be used the next time the functional element is charged. For example, in method step a) and / or method step c), the temporarily stored energy can be used to charge the functional element.
Die Ansteuerungseinheit kann eine Kapazität als Zwischenspeicher aufweisen, der die von dem Funktionsmodul übertragenen Energie speichert. Dies hat den Vorteil, dass auf herkömmliche Bauelemente zurückgegriffen werden kann. The control unit can have a capacity as a buffer store, which stores the energy transmitted by the functional module. This has the advantage that conventional components can be used.
Die Ansteuerungseinheit umfasst auch Mittel, insbesondere eine Halbbrücke-Schaltung. Die Halbbrücke-Schaltung ist dazu vorgesehen die dem Funktionselement entzogene Energie derart umzuwandeln, dass diese Energie im Zwischenspeicher gespeichert werden kann.The control unit also includes means, in particular a half-bridge circuit. The half-bridge circuit is intended to convert the energy withdrawn from the functional element in such a way that this energy can be stored in the intermediate storage device.
Weiterhin kann die Ansteuerungseinheit einen LC-Filter und einen Ausgangstransistor (IGBT, FET oder Thyristor) aufweisen. Ferner kann die Ansteuerungseinheit eine Induktivität, insbesondere eine Spule, aufweisen, die mit einem Anschluss an eine der Flächenelektrode elektrisch verbunden ist und ein zweiter Anschluss die Induktivität an jeweils einen Eingang eines Schalters, insbesondere eines Transistors, verschaltet ist. Ein weiterer Vorteil ist die Tatsache, dass die Steuerungsstrategie eine Pulsweitenmodulation verwendet. Die elektrische Spannung kann mittels einer Pulsweitenmodulation verändert werden. Anhand dieser Eigenschaften kann festgestellt werden, dass das Verfahren eine effiziente Lösung bietet die angelegte elektrische Spannung zu steuern. Furthermore, the control unit can have an LC filter and an output transistor (IGBT, FET or thyristor). Furthermore, the control unit can have an inductance, in particular a coil, which is electrically connected to a connection to one of the surface electrodes and a second connection, the inductance is connected to an input of a switch, in particular a transistor. Another advantage is the fact that the control strategy uses pulse width modulation. The electrical voltage can be changed by means of pulse width modulation. On the basis of these properties it can be determined that the method offers an efficient solution for controlling the applied electrical voltage.
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann die ansteigende Spannung für die gleiche Zeitdauer angelegt werden wie die Zeitdauer, während der die Spannung auf die Endspannung reduziert wird. Dadurch ergibt sich ein symmetrischer Verlauf der elektrischen Spannung an den Flächenelektroden. Ferner kann der erste Spitzenwert der Spannung einen Wert von beispielsweise 48 V betragen, wobei die Endspannung 0 V beträgt. Die Periodendauer der Spannung kann einer Frequenz von ca. 50 Hz entsprechen. In a preferred embodiment, the increasing voltage can be applied for the same period of time as the period of time during which the voltage is reduced to the final voltage. This results in a symmetrical course of the electrical voltage on the surface electrodes. Furthermore, the first peak value of the voltage can have a value of 48 V, for example, the end voltage being 0 V. The period of the voltage can correspond to a frequency of approx. 50 Hz.
Die Verglasungseinheit umfasst mindestens eine Außenscheibe und eine Innenscheibe, die über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind. Das Funktionselement ist in der thermoplastischen Zwischenschicht eingelagert. Die Verglasungseinheit ist dafür vorgesehen, in einer Fensteröffnung beispielsweise eines Fahrzeugs, eines Gebäudes oder eines Raums, den Innenraum gegenüber der äußeren Umgebung abzutrennen. Mit Innenscheibe wird im Sinne der Erfindung die dem Innenraum zugewandte Scheibe bezeichnet. Mit Außenscheibe wird die der äußeren Umgebung zugewandte Scheibe bezeichnet. Die thermoplastische Zwischenschicht dient der Verbindung der beiden Scheiben. The glazing unit comprises at least one outer pane and one inner pane, which are connected to one another via a thermoplastic intermediate layer. The functional element is embedded in the thermoplastic intermediate layer. The glazing unit is provided for separating the interior space from the external environment in a window opening, for example of a vehicle, a building or a room. In the context of the invention, the inner pane is used to denote the pane facing the interior. The outer pane is referred to as the pane facing the external environment. The thermoplastic intermediate layer is used to connect the two panes.
Die thermoplastische Zwischenschicht enthält zumindest ein thermoplastisches Polymer, bevorzugt Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB) oder Polyurethan (PU) oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon, besonders bevorzugt PVB. Die Zwischenschicht ist typischerweise aus einer thermoplastischen Folie ausgebildet. Die Dicke der Zwischenschicht beträgt bevorzugt von 0,2 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0,3 mm bis 1 mm. The thermoplastic intermediate layer contains at least one thermoplastic polymer, preferably ethylene vinyl acetate (EVA), polyvinyl butyral (PVB) or polyurethane (PU) or mixtures or copolymers or derivatives thereof, particularly preferably PVB. The intermediate layer is typically formed from a thermoplastic film. The thickness of the intermediate layer is preferably from 0.2 mm to 2 mm, particularly preferably from 0.3 mm to 1 mm.
Die Außenscheibe und die Innenscheibe sind bevorzugt aus Glas gefertigt, insbesondere aus Kalk-Natron-Glas, was für Fensterscheiben üblich ist. Die Scheiben können grundsätzlich aber auch aus anderen Glasarten (beispielsweise Borosilikatglas, Quarzglas, Aluminosilikatglas) oder transparenten Kunststoffen (beispielsweise Polymethylmethacrylat oder Polycarbonat) gefertigt sein. Die Dicke der Außenscheibe und der Innenscheibe kann breit variieren. Vorzugsweise werden Scheiben mit einer Dicke im Bereich von 0,8 mm bis 5 mm, bevorzugt von 1 ,4 mm bis 2,5 mm verwendet, beispielsweise die mit den Standarddicken 1 ,6 mm oder 2,1 mm. The outer pane and the inner pane are preferably made of glass, in particular soda-lime glass, which is common for window panes. In principle, however, the panes can also be made of other types of glass (for example borosilicate glass, quartz glass, aluminosilicate glass) or transparent plastics (for example polymethyl methacrylate or polycarbonate). The thickness of the outer pane and the inner pane can vary widely. Discs with a thickness in the range from 0.8 mm to 5 mm, preferably from 1.4 mm to 2.5 mm, for example those with the standard thicknesses of 1.6 mm or 2.1 mm, are preferably used.
Die Außenscheibe, die Innenscheibe und die thermoplastische Zwischenschicht können klar und farblos, aber auch getönt oder gefärbt sein. Eine entsprechende Windschutzscheibe muss im zentralen Sichtbereich eine ausreichende Lichttransmission aufweisen, bevorzugt mindestens 70 % im Haupt-Durchsichtbereich A gemäß ECE-R43. Die Außenscheibe und die Innenscheiben können unabhängig voneinander nicht vorgespannt, teilvorgespannt oder vorgespannt sein. Soll mindestens eine der Scheiben eine Vorspannung aufweisen, so kann dies eine thermische oder chemische Vorspannung sein. The outer pane, the inner pane and the thermoplastic intermediate layer can be clear and colorless, but also tinted or colored. A corresponding windshield must have sufficient light transmission in the central viewing area, preferably at least 70% in the main viewing area A in accordance with ECE-R43. The outer pane and the inner panes can not be preloaded, partially preloaded or preloaded independently of one another. If at least one of the disks is to have a pre-tension, this can be a thermal or chemical pre-tension.
Die Außenscheibe, die Innenscheibe und/oder die Zwischenschicht können weitere geeignete, an sich bekannte Beschichtungen aufweisen, beispielsweise Antireflexbeschichtungen, Antihaftbeschichtungen, Antikratzbeschichtungen, photokatalytische Beschichtungen oder Sonnenschutzbeschichtungen oder Low-E- Beschichtungen. The outer pane, the inner pane and / or the intermediate layer can have further suitable coatings known per se, for example anti-reflective coatings, non-stick coatings, anti-scratch coatings, photocatalytic coatings or sun protection coatings or low-E coatings.
Die Verglasungseinheit kann hergestellt werden durch an sich bekannte Verfahren. Die Außenscheibe und die Innenscheibe werden über die Zwischenschicht miteinander laminiert, beispielsweise durch Autoklavverfahren, Vakuumsackverfahren, Vakuumringverfahren, Kalanderverfahren, Vakuumlaminatoren oder Kombinationen davon. Die Verbindung von Außenscheibe und Innenscheibe erfolgt dabei üblicherweise unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und/oder Druck. The glazing unit can be manufactured by methods known per se. The outer pane and the inner pane are laminated to one another via the intermediate layer, for example by autoclave processes, vacuum bag processes, vacuum ring processes, calender processes, vacuum laminators or combinations thereof. The connection of the outer pane and the inner pane usually takes place under the action of heat, vacuum and / or pressure.
Die Verglasungseinheit umfasst ein Funktionselement mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften, das in die Zwischenschicht eingelagert ist. Das Funktionselement ist typischerweise zwischen mindestens zwei Schichten von thermoplastischem Material der Zwischenschicht angeordnet, wobei es durch die erste Schicht mit der Außenscheibe und durch die zweite Schicht mit der Innenscheibe verbunden ist. Ein derartiges Funktionselement umfasst mindestens eine aktive Schicht, die zwischen einer ersten Trägerfolie und einer zweiten Trägerfolie angeordnet ist. Die aktive Schicht weist die veränderlichen optischen Eigenschaften auf, die durch eine an die aktive Schicht angelegte elektrische Spannung gesteuert werden können. Unter elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften werden im Sinne der Erfindung solche Eigenschaften verstanden, die stufenlos steuerbar sind, aber gleichermaßen auch solche, die zwischen zwei oder mehr diskreten Zuständen geschaltet werden können. Die optischen Eigenschaften betreffen insbesondere die Lichttransmission und/oder das Streuverhalten. Das Funktionselement umfasst außerdem Flächenelektroden zum Anlegen der Spannung an die aktive Schicht, die bevorzugt zwischen den Trägerfolien und der aktiven Schicht angeordnet sind. The glazing unit comprises a functional element with electrically controllable optical properties that is embedded in the intermediate layer. The functional element is typically arranged between at least two layers of thermoplastic material of the intermediate layer, it being connected to the outer pane by the first layer and to the inner pane by the second layer. Such a functional element comprises at least one active layer which is arranged between a first carrier film and a second carrier film. The active layer has variable optical properties that can be controlled by an electrical voltage applied to the active layer. Electrically controllable optical properties are understood in the context of the invention to be those properties that are continuously controllable, but equally also those that can be switched between two or more discrete states. The optical properties relate in particular to the light transmission and / or the scattering behavior. The functional element also comprises flat electrodes for applying the voltage to the active layer, which are preferably arranged between the carrier films and the active layer.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Funktionselement ein PDLC-Funktionselement, insbesondere ein solches, das mindestens einen Bereich der Verglasungseinheit von einem transparenten in einen opaken Zustand und umgekehrt schaltet. Die aktive Schicht eines PDLC-Funktionselements enthält Flüssigkristalle, welche in eine Polymermatrix eingelagert sind. In einerweiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Funktionselement ein SPD- Funktionselement. Dabei enthält die aktive Schicht suspendierte Partikel, wobei die Absorption von Licht durch die aktive Schicht mittels Anlegen einer Spannung an die Flächenelektroden veränderbar ist. In an advantageous embodiment, the functional element is a PDLC functional element, in particular one that switches at least one area of the glazing unit from a transparent to an opaque state and vice versa. The active layer of a PDLC functional element contains liquid crystals which are embedded in a polymer matrix. In a further preferred embodiment, the functional element is an SPD functional element. The active layer contains suspended particles, and the absorption of light by the active layer can be changed by applying a voltage to the surface electrodes.
Die Flächenelektroden und die aktive Schicht sind im Wesentlichen parallel zu den Oberflächen der Außenscheibe und der Innenscheibe angeordnet. Die Flächenelektroden sind mit einer externen Spannungsquelle verbunden. Die elektrische Kontaktierung, ebenso wie der Anschluss an die Energiequelle der aktiven Schicht, ist durch geeignete Verbindungskabel, beispielsweise Flachleiter oder Folienleiter realisiert, welche optional über sogenannte Sammelleiter (bus bars), beispielsweise Streifen eines elektrisch leitfähigen Materials oder elektrisch leitfähige Aufdrucke, mit den Flächenelektroden verbunden sind.The surface electrodes and the active layer are arranged essentially parallel to the surfaces of the outer pane and the inner pane. The surface electrodes are connected to an external voltage source. The electrical contacting, as well as the connection to the energy source of the active layer, is realized by suitable connecting cables, for example flat conductors or foil conductors, which are optionally connected to the flat electrodes via so-called bus bars, for example strips of an electrically conductive material or electrically conductive prints are connected.
Die Dicke des Funktionselements beträgt beispielsweise von 0,4 mm bis 1 mm. The thickness of the functional element is, for example, from 0.4 mm to 1 mm.
Die Flächenelektroden sind bevorzugt als transparente, elektrisch leitfähige Schichten ausgestaltet. Die Flächenelektroden enthalten bevorzugt zumindest ein Metall, eine Metalllegierung oder ein transparentes leitfähiges Oxid ( transparent conducting oxide, TCO). Die Flächenelektroden können beispielsweise Silber, Gold, Kupfer, Nickel, Chrom, Wolfram, Indium-Zinnoxid (ITO), Gallium-dotiertes oder Aluminium-dotiertes Zinkoxid und/oder Fluor- dotiertes oder Antimon-dotiertes Zinnoxid enthalten. Die Flächenelektroden weisen bevorzugt eine Dicke von 10 nm (Nanometer) bis 2 pm (Mikrometer) auf, besonders bevorzugt 20 nm bis 1 pm, ganz besonders bevorzugt 30 nm bis 500 nm. The flat electrodes are preferably designed as transparent, electrically conductive layers. The surface electrodes preferably contain at least one metal, a metal alloy or a transparent conductive oxide (transparent conducting oxide, TCO). The surface electrodes can, for example, silver, gold, copper, nickel, chromium, tungsten, indium tin oxide (ITO), gallium-doped or aluminum-doped zinc oxide and / or fluorine contain doped or antimony-doped tin oxide. The surface electrodes preferably have a thickness of 10 nm (nanometers) to 2 μm (micrometers), particularly preferably 20 nm to 1 μm, very particularly preferably 30 nm to 500 nm.
Die Erfindung umfasst außerdem eine Verglasungsanordnung eines Fahrzeugs oder Gebäudes, mindestens umfassend eine Verglasungseinheit mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften. Die Verglasungseinheit umfasst die Außenscheibe und die Innenscheibe, die über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind, und in die ein Funktionselement mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften eingelagert ist. Das Funktionselement weist eine aktive Schicht auf, der an beiden Oberflächen transparente Flächenelektroden zugeordnet sind. Ferner umfasst die Verglasungsanordnung eine Ansteuerungseinheit zur elektrischen Steuerung der optischen Eigenschaften der Verglasungseinheit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, die mit den Flächenelektroden des Funktionselements verbunden ist und zum Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den Flächenelektroden ausgebildet ist. Die Ansteuerungseinheit ist zum periodischen Wechsel der Polarität der Spannung vorgesehen, wobei die Spannung einen trapezförmigen Verlauf aufweist. Die Ansteuereinheit weist erfindungsgemäß Mittel zur effektiven Nutzung der elektrischen Energie auf. The invention also comprises a glazing arrangement of a vehicle or building, at least comprising a glazing unit with electrically controllable optical properties. The glazing unit comprises the outer pane and the inner pane, which are connected to one another via a thermoplastic intermediate layer and in which a functional element with electrically controllable optical properties is embedded. The functional element has an active layer to which transparent flat electrodes are assigned on both surfaces. Furthermore, the glazing arrangement comprises a control unit for electrically controlling the optical properties of the glazing unit according to the method according to the invention, which is connected to the surface electrodes of the functional element and is designed to apply an electrical voltage between the surface electrodes. The control unit is provided for periodically changing the polarity of the voltage, the voltage having a trapezoidal profile. According to the invention, the control unit has means for the effective use of electrical energy.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug, insbesondere PKW, mit der erfindungsgemäßen Verglasungsanordnung beschrieben. According to a further aspect of the invention, a vehicle, in particular a car, with the glazing arrangement according to the invention is described.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst die Verwendung der erfindungsgemäßen Verglasungsanordnung in Fortbewegungsmittel für den Verkehr auf dem Land, in der Luft oder zu Wasser, insbesondere in Kraftfahrzeugen beispielsweise als Windschutzscheibe, Heckscheibe, Seitenscheibe und/oder Dachscheibe sowie als funktionales Einzelstück, und als Einbauteil in Möbeln, Geräten und Gebäuden. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren sind eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Figuren schränken die Erfindung in keiner Weise ein. A further aspect of the invention comprises the use of the glazing arrangement according to the invention in means of transport for traffic on land, in the air or on water, in particular in motor vehicles, for example as a windshield, rear window, side window and / or roof window and as a functional individual piece, and as a built-in part in Furniture, appliances and buildings. The invention is explained in more detail below with reference to figures and exemplary embodiments. The figures are a schematic representation and are not true to scale. The figures do not restrict the invention in any way.
Es zeigen: Show it:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Verglasungsanordnung, Figur 2 eine Querschnittdarstellung einer ersten thermoplastischen Schicht mit einem Funktionselement mit elektrischem Anschluss, 1 shows a schematic representation of a glazing arrangement, FIG. 2 shows a cross-sectional representation of a first thermoplastic layer with a functional element with an electrical connection,
Figur 3 eine graphische Darstellung eines Verlaufs einer am Funktionselement angelegten elektrischen Spannung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren,FIG. 3 shows a graphic representation of a course of an electrical voltage applied to the functional element according to the method according to the invention,
Figur 4 eine Schaltvorrichtung zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Figur 5 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltvorrichtung zum Betreiben des Funktionselements gemäß dem Verfahren, FIG. 4 shows a switching device for implementing the method according to the invention, FIG. 5 an exemplary embodiment of a switching device for operating the functional element according to the method,
Figur 6 einen Verlauf einer Spannung VPDLCI und Verlauf einer Spannung VPDLC2, Figur 7 einen Verlauf einer Spannung VPDLC, und Figur 8 ein Ersatzschaltbild des Funktionselements. FIG. 6 shows a profile of a voltage VPDL C I and profile of a voltage VPDL C 2, FIG. 7 shows a profile of a voltage VPDLC, and FIG. 8 shows an equivalent circuit diagram of the functional element.
Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten jeweils unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche auch einzeln oder auch einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. In the exemplary embodiments, the described components each represent features of the invention that are to be considered independently of one another and which are also to be regarded as part of the invention individually or in a combination other than the one shown.
Angaben mit Zahlenwerten sind in aller Regel nicht als exakte Werte zu verstehen, sondern beinhalten auch eine Toleranz von +/- 1 % bis zu +/- 10 %. Figures with numerical values are generally not to be understood as exact values, but also include a tolerance of +/- 1% up to +/- 10%.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Verglasungsanordnung 100 mit einer Verglasungseinheit 1 , die beispielsweise in einem Kraftfahrzeug oder in einem Gebäude eingebaut sein kann. Die Verglasungseinheit 1 umfasst eine Außenscheibe 1a und eine Innenscheibe 1b, die über eine Zwischenschicht 3 miteinander verbunden sind. Die io FIG. 1 shows a schematic representation of a glazing arrangement 100 with a glazing unit 1, which can be installed, for example, in a motor vehicle or in a building. The glazing unit 1 comprises an outer pane 1 a and an inner pane 1 b, which are connected to one another via an intermediate layer 3. the ok
Außenscheibe 1a weist eine Dicke von 2,1 mm auf und besteht aus einem Kalk-Natron-Glas. Die Innenscheibe 1b weist eine Dicke von 1 ,6 mm auf und besteht aus einem klaren Kalk- Natron-Glas. Outer pane 1a has a thickness of 2.1 mm and consists of a soda-lime glass. The inner pane 1b has a thickness of 1.6 mm and consists of a clear soda-lime glass.
Die Verglasungseinheit 1 ist in einem zentralen Bereich mit dem Funktionselement 2, das in die Zwischenschicht 3 eingelagert ist, ausgestattet. Die Zwischenschicht 3 umfasst insgesamt drei thermoplastischen Schichten, die jeweils durch eine thermoplastische Folie mit einer Dicke von 0,38 mm aus PVB ausgebildet sind. Die erste thermoplastische Schicht 3a ist mit der Außenscheibe 1 verbunden, die zweite thermoplastischen Schicht 3b mit der Innenscheibe 1b. Die dazwischenliegende dritte thermoplastische Schicht umgibt das zugeschnittene Funktionselement 2 (PDLC-Mehrschichtfolie) im Wesentlichen an allen Seiten bündig. Das Funktionselement 2 ist somit rundum in thermoplastisches Material eingebettet und dadurch geschützt. The glazing unit 1 is equipped in a central area with the functional element 2, which is embedded in the intermediate layer 3. The intermediate layer 3 comprises a total of three thermoplastic layers, each of which is formed by a thermoplastic film with a thickness of 0.38 mm made of PVB. The first thermoplastic layer 3a is connected to the outer pane 1, the second thermoplastic layer 3b to the inner pane 1b. The intervening third thermoplastic layer surrounds the cut functional element 2 (PDLC multilayer film) essentially flush on all sides. The functional element 2 is thus embedded all around in thermoplastic material and thus protected.
Figur 1 zeigt weiterhin den Einschaltzustand der Verglasungsanordnung 100 mit dem in der Verglasungseinheit 1 eingelagerten Funktionselement 2. Die Verglasungsanordnung 100 umfasst auch eine Ansteuerungseinheit 11 (in einem Kraftfahrzeug auch ECU genannt), die elektrisch mit dem Funktionselement 2 über einen geschlossenen Schalter 12, einen Flachleiter, elektrische Anschlüsse 13 (Figur 2) und Sammelleiter 8 verbunden ist, so dass eine elektrische Spannung VPDLC an den Anschlüssen 13 angelegt werden kann. Figure 1 also shows the switched-on state of the glazing arrangement 100 with the functional element 2 stored in the glazing unit 1. The glazing arrangement 100 also includes a control unit 11 (also called ECU in a motor vehicle), which is electrically connected to the functional element 2 via a closed switch 12, a flat conductor , electrical connections 13 (Figure 2) and busbar 8 is connected so that an electrical voltage VPDLC can be applied to the connections 13.
Die optischen Eigenschaften der Verglasungseinheit 1 werden mittels der Ansteuerungseinheit 11 gesteuert. Dazu wird Ansteuerungseinheit 11 mit zwei transparenten Flächenelektroden 10 des Funktionselements 2 elektrisch verbunden. Eine elektrische Spannung VPDLC wird zwischen den Flächenelektroden 10 mittels der Ansteuerungseinheit 11 angelegt und die Polarität der Spannung VPDLC periodisch (alterniert) gewechselt. Die Spannung VPDLC weist dabei einen trapezförmigen Verlauf, gemäß Figur 3, auf. The optical properties of the glazing unit 1 are controlled by means of the control unit 11. For this purpose, control unit 11 is electrically connected to two transparent surface electrodes 10 of functional element 2. An electrical voltage VPDL C is applied between the surface electrodes 10 by means of the control unit 11 and the polarity of the voltage VPDL C is changed periodically (alternately). The voltage VPDL C has a trapezoidal profile, according to FIG. 3.
Figur 2 zeigt eine Querschnittdarstellung einer ersten thermoplastischen Schicht 3a mit einem Funktionselement 2 mit einem elektrischen Anschluss 13. Die erste thermoplastische Schicht 3a ist in dieser Ausführungsform eine PVB-Folie mit einer Dicke 0,38 mm. ll FIG. 2 shows a cross-sectional view of a first thermoplastic layer 3a with a functional element 2 with an electrical connection 13. In this embodiment, the first thermoplastic layer 3a is a PVB film with a thickness of 0.38 mm. ll
Das Funktionselement 2 ist eine Mehrschichtfolie, die sich aus einer aktiven Schicht 9, zwei Flächenelektroden 10 und zwei Trägerfolien 11 zusammensetzt. Derartige Mehrschichtfolien sind als PDLC-Mehrschichtfolien kommerziell erhältlich. Die aktive Schicht 9 ist zwischen den zwei Flächenelektroden 10 angeordnet. Die aktive Schicht 9 enthält eine Polymermatrix mit darin dispergierten Flüssigkristallen, die sich in Abhängigkeit der an die Flächenelektroden 10 angelegten elektrischen Spannung ausrichten, wodurch die optischen Eigenschaften gesteuert werden können. Die Trägerfolien 11 bestehen aus PET und weisen eine Dicke von etwa 0,125 mm auf. Die Trägerfolien 11 sind mit einer zur aktiven Schicht 9 weisenden Beschichtung aus ITO mit einer Dicke von etwa 100 nm versehen, welche die Flächenelektroden 10 ausbilden. The functional element 2 is a multilayer film which is composed of an active layer 9, two surface electrodes 10 and two carrier films 11. Such multilayer films are commercially available as PDLC multilayer films. The active layer 9 is arranged between the two surface electrodes 10. The active layer 9 contains a polymer matrix with liquid crystals dispersed therein, which align themselves as a function of the electrical voltage applied to the surface electrodes 10, whereby the optical properties can be controlled. The carrier films 11 are made of PET and have a thickness of approximately 0.125 mm. The carrier foils 11 are provided with a coating of ITO facing the active layer 9 with a thickness of approximately 100 nm, which form the surface electrodes 10.
Die Flächenelektroden 10 sind über elektrisch leitende Sammelleiter 8 mit einer elektrischen Spannung verbindbar. Die Sammelleiter 8 sind hier durch einen silberhaltigen Siebdruck ausgebildet. Alternativ können die Sammelleiter durch elektrisch leitende Metallbänder oder eine elektrisch leitende Beschichtung gebildet sein. Metall (Kupfer) schließt hier Metalllegierung (Kupferlegierung) ein. Ein Sammelleiter 8 wird mit der Flächenelektrode 10 verbunden, indem entlang eines Randbereichs der jeweiligen Seite des Funktionselements 2 die T rägerfolie 11 , eine Flächenelektrode 10 und die aktive Schicht ausgespart sind, so dass die andere, gegenüberliegende Flächenelektrode 10 mit der dazugehörigen Trägerfolie 11 übersteht. Auf der überstehenden Flächenelektrode 10 ist der jeweilige Sammelleiter 8 angeordnet. The surface electrodes 10 can be connected to an electrical voltage via electrically conductive busbars 8. The busbars 8 are formed here by a silver-containing screen printing. Alternatively, the bus bars can be formed by electrically conductive metal strips or an electrically conductive coating. Metal (copper) here includes metal alloy (copper alloy). A bus bar 8 is connected to the surface electrode 10 by the carrier film 11, a surface electrode 10 and the active layer being cut out along an edge region of the respective side of the functional element 2 so that the other, opposite surface electrode 10 with the associated carrier film 11 protrudes. The respective bus bar 8 is arranged on the protruding surface electrode 10.
Zwei Leiterdrähte verbinden die Sammelleiter 8 über jeweils einen Flachleiter mit einer elektrischen Spannung VPDLC. Dabei ist ein Leiterdraht mit jeweils einem Anschlussbereich des Flachleiters elektrisch leitend verbunden. Zusätzlich kann eine elektrische leitfähige Verbindung zwischen jeweils einem Leiterdraht und einem Anschlussbereich 13 durch eine Lötverbindung verstärkt werden. Two conductor wires connect the busbars 8 via a flat conductor each with an electrical voltage VPDLC. In this case, a conductor wire is connected in an electrically conductive manner to a respective connection area of the flat conductor. In addition, an electrically conductive connection between a respective conductor wire and a connection area 13 can be reinforced by a soldered connection.
Figur 3 zeigt eine graphische Darstellung eines Verlaufs einer am Funktionselement 2 angelegten elektrischen Spannung VPDLC. In diesem Beispiel wurde die Spannung VPDLC an das Funktionselement 2 angelegt. FIG. 3 shows a graphic representation of a profile of an electrical voltage VPDLC applied to the functional element 2. In this example, the voltage VPDLC was applied to the functional element 2.
Die angelegte elektrische Spannung VPDLC ist eine Wechselspannung. Die Ansteuerungseinheit 11 erzeugt die Spannung VPDLC mit einem trapezförmigen Verlauf. Die Frequenz der Spannung beträgt vorzugsweise 50 Hz bei einer effektiven Spannung von 48 V. Die Trapezform weist eine in der Figur 3 markierte abfallenden Steigung von ca. 5% der Periodendauer, auf um die Entladungsphase des Funktionselements zu verlängern. Der in Figur 3 dargestellte Spannungsverlauf wurde an das Funktionselement 2 wie folgt angelegt: a) eine ansteigende elektrische Spannung zum Aufladen des Funktionselements 2, wobei die elektrische Spannung bis zu einem ersten Spitzenwert anstieg, b) die elektrische Spannung wurde auf eine Endspannung von 0 V zum Entladen des Funktionselements 2 reduziert, c) das Funktionselement 2 wurde mit umgekehrter Polarität wie in Schritt a) mit einer ansteigenden elektrischen Spannung aufgeladen, wobei die elektrische Spannung bis zu einem zweiten Spitzenwert anstieg, d) die elektrische Spannung wurde von auf die Endspannung von 0 V zum Entladen des Funktionselements 2 reduziert, und die Schritte a) bis Schritt d) periodisch wiederholt. The applied electrical voltage V PDLC is an alternating voltage. The control unit 11 generates the voltage V PDLC with a trapezoidal profile. The frequency of the voltage is preferably 50 Hz with an effective voltage of 48 V. The trapezoidal shape has a falling slope of approx. 5% of the period duration, marked in FIG. 3, in order to lengthen the discharge phase of the functional element. The voltage curve shown in Figure 3 was applied to the functional element 2 as follows: a) an increasing electrical voltage to charge the functional element 2, the electrical voltage rising to a first peak value, b) the electrical voltage was increased to a final voltage of 0 V. to discharge the functional element 2, c) the functional element 2 was charged with the opposite polarity as in step a) with an increasing electrical voltage, the electrical voltage rising to a second peak value, d) the electrical voltage was reduced from to the final voltage of 0 V is reduced to discharge the functional element 2, and steps a) to step d) are repeated periodically.
Figur 4 zeigt ein Schaltbild einer Ausführungsform einer ersten Halbbrücke mit einem nachgeschaltetem LC-Filter (L1 , C2) zum Zeitpunkt des Entladens des Funktionselements 2. Zum Betreiben des Funktionselements ist eine weitere, zweite und in Figur 5 dargestellte Halbbrücke notwendig. FIG. 4 shows a circuit diagram of an embodiment of a first half bridge with a downstream LC filter (L1, C2) at the time the functional element 2 is discharged. To operate the functional element, a further, second half bridge shown in FIG. 5 is necessary.
Mittels des LC-Filters (L1, C2) und einer Pulsweitenmodulation PWM werden die Flächenelektroden 10 unmittelbar beim Umschalten der Polarität verzögert entladen. Das Tastverhältnis der PWM ist für die Entladezeit maßgeblich. Dazu ist in der Ansteuerungseinheit 11 eine Induktivität, beispielsweise Spule L1, vorgesehen. Die Spule L1 ist mit einem Anschluss an eine Flächenelektrode 10 verschaltet. Mit Ihrem zweiten Anschluss ist die Spule L1 an jeweils einen Eingang eines Schalters, z.B. eines Transistors (FET, Thyristor oder MOSFET), Q1 und Q2 verschaltet. Mit seinem Ausgang ist Transistor Q1 auf Masse geschaltet. Der Ausgang von Transistor Q2 ist mit einem ersten Anschluss eines Kondensator C1 als Kapazität verbunden. Die Spannung Vgs zwischen Gate und Source des Transistors beträgt 0V. Der Transistor Q1 kann mittels der Pulsweitenmodulation PWM in einen elektrisch leitenden Zustand geschaltet werden. Ein zweiter Anschluss des Kondensator C1 ist auf Masse geschaltet. Der Kondensator C1 dient als Zwischenspeicher. Ein Kondensator C2 verbindet kapazitiv die Flächenelektrode 10 mit dem Massepotenzial. Die in Figur 4 dargestellte Schaltung kann als Halbbrücke mit einem LC-Filter betrieben werden. By means of the LC filter (L1, C2) and a pulse width modulation PWM, the flat electrodes 10 are immediately discharged with a delay when the polarity is switched. The pulse duty factor of the PWM is decisive for the discharge time. For this purpose, an inductance, for example coil L1, is provided in control unit 11. The coil L1 is connected to a connection to a surface electrode 10. With its second connection, the coil L1 is connected to one input each of a switch, e.g. a transistor (FET, thyristor or MOSFET), Q1 and Q2. The output of transistor Q1 is connected to ground. The output of transistor Q2 is connected to a first terminal of a capacitor C1 as a capacitance. The voltage Vgs between the gate and source of the transistor is 0V. The transistor Q1 can be switched to an electrically conductive state by means of the pulse width modulation PWM. A second connection of the capacitor C1 is connected to ground. The capacitor C1 serves as a buffer. A capacitor C2 capacitively connects the surface electrode 10 to the ground potential. The circuit shown in FIG. 4 can be operated as a half bridge with an LC filter.
Zum Einschalten einer Transparenz bei der Verglasungseinheit 1 generiert die Ansteuerungseinheit 11 die elektrische Spannung VPDLC an den elektrischen Anschluss 13. Die Ansteuerungseinheit 11 kann die elektrische Spannung VPDLC als Wechselspannung mit einem trapezförmigen Verlauf, wie in Figur 3 beispielshaft dargestellt, erzeugen. Nachdem das Funktionselement 2 auf 48 V aufgeladen wurde, wird der T ransistor Q1 mit einem PWM-Signal geschaltet. Während Transistor Q1 schaltet, fließt ein Strom vom Funktionselement 2 (PDLC) über die Spule L1 und den Transistor Q1 zum Potential GND (Massepotential). To switch on transparency in the glazing unit 1, the control unit 11 generates the electrical voltage VPDL C at the electrical connection 13. The control unit 11 can generate the electrical voltage VPDL C as an alternating voltage with a trapezoidal profile, as shown by way of example in FIG. After the functional element 2 has been charged to 48 V, the transistor Q1 is switched with a PWM signal. While transistor Q1 switches, a current flows from functional element 2 (PDLC) via coil L1 and transistor Q1 to potential GND (ground potential).
Sobald der Transistor Q1 ausgeschaltet wird und kein Strom über den Transistor Q1 fließen kann, wirkt die Spule L1 dem entgegen, so dass der Strom weiterhin über den Transistor Q2 in einen Kondensator C1 abfließt. Dadurch wird die Spannung am Kondensator C1 erhöht. Die im Kondensator C1 gespeicherte Energie kann als zusätzliche elektrische Energie für die nächste Aufladung des Funktionselements 2 genutzt werden und wird nicht wie bei einer herkömmlichen Steuerung als Blindleistung in Form von Wärmeenergie verpuffen. Dieses Ergebnis war für den Fachmann unerwartet und überraschend. As soon as the transistor Q1 is switched off and no current can flow through the transistor Q1, the coil L1 counteracts this, so that the current continues to flow through the transistor Q2 into a capacitor C1. This increases the voltage on capacitor C1. The energy stored in the capacitor C1 can be used as additional electrical energy for the next charging of the functional element 2 and will not dissipate as reactive power in the form of thermal energy, as is the case with a conventional controller. This result was unexpected and surprising for the person skilled in the art.
Figur 5 zeigt eine Schaltvorrichtung zum Betreiben des Funktionselements 2. Die Schaltvorrichtung umfasst die erste, in Figur 4 dargestellte, Halbbrücke bestehend aus Transistor Q11 und Transistor Q21 mit nachgeschaltetem LC-Filter L11 , C21 sowie eine zweite Halbbrücke. Die zweite Halbbrücke umfasst Transistor Q12 und Transistor Q22 mit nachgeschaltetem LC-Filter L12, C22. Analog zu Figur4 wird der Transistor Q11 mittels PWM1 in einen elektrisch leitenden Zustand geschaltet. FIG. 5 shows a switching device for operating the functional element 2. The switching device comprises the first half-bridge, shown in FIG. 4, consisting of transistor Q11 and transistor Q21 with a downstream LC filter L11, C21 and a second half-bridge. The second half bridge comprises transistor Q12 and transistor Q22 with a downstream LC filter L12, C22. Analogously to FIG. 4, the transistor Q11 is switched to an electrically conductive state by means of PWM1.
Die Erzeugung der am Funktionselement 2 angelegten Spannung VPDLC, insbesondere Wechselspannung, erfolgt über die zwei Halbbrücken, die antizyklisch zwischen 0V und einer Zwischenkreisspannung Vci schalten. Die Zwischenkreisspannung Vci liegt am Kondensator C1 an. Die negative Spannung „sieht“ nur das Funktionselement 2, da dieses zwischen den beiden Ausgängen der zwei Halbbrücken angeschlossen ist. The generation of the voltage VPDLC applied to the functional element 2, in particular alternating voltage, takes place via the two half bridges, which switch anticyclically between 0V and an intermediate circuit voltage Vci. The intermediate circuit voltage Vci is applied to the capacitor C1. The negative voltage "sees" only the functional element 2, since this is connected between the two outputs of the two half bridges.
Der in Figur 4 dargestellte Zustand (Vgs = 0V an Q2, PWM an Q1) gilt nur für die fallende Flanke der jeweiligen Halbbrücke. The state shown in FIG. 4 (Vgs = 0V at Q2, PWM at Q1) only applies to the falling edge of the respective half-bridge.
Figuren 6 bis 8 verdeutlichen die Erzeugung der am Funktionselement 2 angelegten elektrischen Spannung VPDLC. Figur 6 zeigt einen Verlauf einer Spannung VPDLCI , welche am Ausgang der ersten Halbbrücke, wie in Figur 5 dargestellt, anliegt. Ferner ist in Figur 6 der Verlauf einer Spannung VPDLC2, welche am Ausgang der zweiten Halbbrücke anliegt, dargestellt. Sowohl die Spannung VPDLCI als auch die Spannung VPDLC2 weisen einen trapezförmigen Verlaufen auf. In Figur 7 ist eine Spannungsdifferenz der Spannungen VPDLCI und VPDLC2 als Spannung VPDLC dargestellt. Figur 8 zeigt ein Ersatzschaltbild des Funktionselements 2. Eine Kapazität CPDLC stellt das Funktionselement 2 dar, an der die elektrische Spannung VPDLC, als Differenz der Spannungen VPDLCI und VPDLC2 anliegt. FIGS. 6 to 8 illustrate the generation of the electrical voltage VPDLC applied to the functional element 2. FIG. 6 shows a profile of a voltage VPDLCI which is present at the output of the first half bridge, as shown in FIG. Furthermore, in Figure 6 is the The course of a voltage V PDLC 2, which is present at the output of the second half-bridge, is shown. Both the voltage V PDLCI and the voltage V PDLC 2 have a trapezoidal shape. In FIG. 7, a voltage difference between the voltages V PDLCI and V PDLC 2 is shown as the voltage V PDLC . FIG. 8 shows an equivalent circuit diagram of the functional element 2. The functional element 2 represents a capacitance CPDLC, to which the electrical voltage VPDLC is applied as the difference between the voltages VPDLCI and VPDLC2.
Bezugszeichenliste: List of reference symbols:
1 Verglasungseinheit 1 glazing unit
1a Außenscheibe 1a outer pane
1b Innenscheibe 1b inner pane
2 Funktionselement 2 functional element
3 Zwischenschicht 3 intermediate layer
3a erste thermoplastische Schicht3a first thermoplastic layer
3b zweite thermoplastische Schicht3b second thermoplastic layer
7 Trägerfolie 7 carrier film
8 Sammelleiter 8 busbars
9 aktive Schicht 9 active layer
10 Flächenelektroden 11 Ansteuerungseinheit 12 Schalter 13 elektrischer Anschluss 10 surface electrodes 11 control unit 12 switch 13 electrical connection
100 Verglasungsanordnung 100 glazing arrangement
C1 Kondensator C1 capacitor
C2, C21 , C22 Kondensator D1 Diode C2, C21, C22 capacitor D1 diode
L1 , L11, L12 Spule Q1, Q11, Q12 Transistor Q2, Q21 , Q22 Transistor L1, L11, L12 coil Q1, Q11, Q12 transistor Q2, Q21, Q22 transistor
VpDLC, VpDLCI , VpDLC2 elektrische Spannung VpDLC, VpDLCI, VpDLC2 electrical voltage

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zur elektrischen Steuerung mindeste eines in einer Verglasungseinheit (1) eingelagerten Funktionselements (2) mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften, wobei, 1. A method for the electrical control of at least one functional element (2) embedded in a glazing unit (1) with electrically controllable optical properties, wherein,
• die optischen Eigenschaften mittels einer Ansteuerungseinheit (11) gesteuert werden, wobei die Ansteuerungseinheit (11) mit mindestens zwei transparenten Flächenelektroden (10) des Funktionselements (2) verbunden ist,• the optical properties are controlled by means of a control unit (11), the control unit (11) being connected to at least two transparent surface electrodes (10) of the functional element (2),
• eine elektrische Spannung zwischen den Flächenelektroden (10) mittels der Ansteuerungseinheit (11) angelegt wird und die Polarität der Spannung periodisch gewechselt wird, wobei die Spannung einen trapezförmigen Verlauf aufweist, und wobei mittels der Ansteuerungseinheit (11) a) eine ansteigende elektrische Spannung zum Aufladen des Funktionselements (2) angelegt wird, wobei die elektrische Spannung bis zu einem ersten Spitzenwert ansteigt, b) die elektrische Spannung von dem ersten Spitzenwert auf eine Endspannung zum Entladen des Funktionselements (2) reduziert wird, c) das Funktionselement (2) mit umgekehrter Polarität wie in Schritt a) mit der ansteigenden elektrischen Spannung aufgeladen wird, wobei die elektrische Spannung bis zu einem zweiten Spitzenwert ansteigt, d) die elektrische Spannung von dem zweiten Spitzenwert auf die Endspannung zum Entladen des Funktionselements reduziert wird, und die Schritte a) bis Schritt d) periodisch wiederholt werden, und wobei in Schritt b) und/oder in Schritt d) elektrische Energie vom Funktionselement• an electrical voltage is applied between the surface electrodes (10) by means of the control unit (11) and the polarity of the voltage is changed periodically, the voltage having a trapezoidal curve, and where by means of the control unit (11) a) an increasing electrical voltage for Charging of the functional element (2) is applied, the electrical voltage rising up to a first peak value, b) the electrical voltage is reduced from the first peak value to a final voltage for discharging the functional element (2), c) the functional element (2) with reverse polarity as in step a) is charged with the increasing electrical voltage, the electrical voltage rising up to a second peak value, d) the electrical voltage is reduced from the second peak value to the final voltage for discharging the functional element, and steps a) to be repeated periodically up to step d), and where in step b) and / or in step d) electrical energy from the functional element
(2) an die Ansteuerungseinheit (11) übertragen wird und die Ansteuerungseinheit(2) is transmitted to the control unit (11) and the control unit
(11) Mittel zum Zwischenspeichern einer vom Funktionselement (2) abgegebener(11) Means for temporarily storing an output from the functional element (2)
Energie aufweist. Having energy.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die elektrische Spannung mittels einer2. The method according to claim 1, wherein the electrical voltage by means of a
Pulsweitenmodulation veränderbar ist. Pulse width modulation is changeable.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem, insbesondere in Schritt a) und /oder Schritt c), eine in der Ansteuerungseinheit (11) zwischengespeicherte Energie zum Aufladen des Funktionselements (2) genutzt wird. 3. The method according to any one of the preceding claims, in which, in particular in step a) and / or step c), energy temporarily stored in the control unit (11) is used to charge the functional element (2).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the
Ansteuerungseinheit (11) eine Kapazität (C1) zur Zwischenspeicherung einer von dem Funktionsmodul (2) übertragenen Energie aufweist. Control unit (11) has a capacity (C1) for the intermediate storage of energy transmitted by the functional module (2).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the
Ansteuerungseinheit (11) einen LC-Filter und einen Ausgangstransistor (Q1), insbesondere FET-oder Thyristor, aufweist. Control unit (11) has an LC filter and an output transistor (Q1), in particular FET or thyristor.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the
Ansteuerungseinheit (11) eine Induktivität (L1) aufweist, die mit einem Anschluss an eine Flächenelektrode (10) elektrisch verbunden ist und ein zweiter Anschluss die Induktivität (L1) an jeweils einen Eingang eines Schalters, insbesondere eines Transistors (Q1), verschaltet ist. Control unit (11) has an inductance (L1) which is electrically connected to a connection to a surface electrode (10) and a second connection, the inductance (L1) is connected to an input of a switch, in particular a transistor (Q1).
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the
Verglasungseinheit (1), eine Außenscheibe (1a) und eine Innenscheibe (2b) umfasst, die über eine thermoplastische Zwischenschicht (3) miteinander verbunden sind, und in die das Funktionselement (2) eingelagert ist. Glazing unit (1), an outer pane (1a) and an inner pane (2b) which are connected to one another via a thermoplastic intermediate layer (3) and in which the functional element (2) is embedded.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Funktionselement (2) ein PDLC-Funktionselement ist, welches die Verglasungseinheit (1) bei eingeschalteter Spannungsversorgung mindestens bereichsweise transparent und bei ausgeschalteter Spannungsversorgung opak erscheinen lässt. 8. The method according to any one of the preceding claims, wherein the functional element (2) is a PDLC functional element which makes the glazing unit (1) appear transparent at least in areas when the power supply is switched on and opaque when the power supply is switched off.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die ansteigende Spannung für die gleiche Zeitdauer angelegt wird wie die Zeitdauer, während der die Spannung auf die Endspannung reduziert wird. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the increasing voltage is applied for the same period of time as the period of time during which the voltage is reduced to the final voltage.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der erste Spitzenwert der Spannung von 48 V entspricht und/oder die Endspannung 0 V beträgt. 10. The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the first peak value corresponds to the voltage of 48 V and / or the end voltage is 0 V.
11. Verglasungsanordnung (100) eines Fahrzeugs oder Gebäudes, mindestens umfassend 11. Glazing arrangement (100) of a vehicle or building, at least comprising
• eine Verglasungseinheit (1) mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften, die eine Außenscheibe (1a) und eine Innenscheibe (1b) umfasst, die über eine thermoplastische Zwischenschicht (3) miteinander verbunden sind, und in die ein Funktionselement (2) mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften eingelagert ist, umfassend eine aktive Schicht (9), der an beiden Oberflächen transparente Flächenelektroden (10) zugeordnet sind, und • a glazing unit (1) with electrically controllable optical properties, which comprises an outer pane (1a) and an inner pane (1b) which are connected to one another via a thermoplastic intermediate layer (3), and in which a functional element (2) with electrically controllable optical Properties is incorporated, comprising an active layer (9) to which transparent surface electrodes (10) are assigned on both surfaces, and
• eine Ansteuerungseinheit (11) zur elektrischen Steuerung der optischen Eigenschaften der Verglasungseinheit nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10. • a control unit (11) for the electrical control of the optical properties of the glazing unit according to a method according to one of the preceding claims 1 to 10.
12. Fahrzeug, insbesondere PKW, mit einer Verglasungsanordnung nach Anspruch 11. 12. A vehicle, in particular a car, with a glazing arrangement according to claim 11.
13. Verwendung der Verglasungsanordnung nach Anspruch 11 in Fortbewegungsmittel für den Verkehr, in der Luft oder zu Wasser, insbesondere in Kraftfahrzeugen beispielsweise als Windschutzscheibe, Heckscheibe, Seitenscheibe und/oder Dachscheiben sowie als funktionales Einzelstück, und als Einbauteil in Möbeln, Geräten und Gebäuden. 13. Use of the glazing arrangement according to claim 11 in means of transport for traffic, in the air or on water, in particular in motor vehicles, for example as a windshield, rear window, side window and / or roof window and as a functional individual item, and as a built-in part in furniture, devices and buildings.
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