EP4392251A1 - Verglasungseinheit mit elektrisch steuerbaren optischen eigenschaften mit temperaturabhängigem schaltverhalten - Google Patents

Verglasungseinheit mit elektrisch steuerbaren optischen eigenschaften mit temperaturabhängigem schaltverhalten

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Publication number
EP4392251A1
EP4392251A1 EP22754410.3A EP22754410A EP4392251A1 EP 4392251 A1 EP4392251 A1 EP 4392251A1 EP 22754410 A EP22754410 A EP 22754410A EP 4392251 A1 EP4392251 A1 EP 4392251A1
Authority
EP
European Patent Office
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functional element
voltage
temperature
control unit
switching
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22754410.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karl Malachowski
Richard STELZER
Adil JAAFAR
Huixing Zhang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Sekurit France SAS
Original Assignee
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Glass France SAS, Compagnie de Saint Gobain SA filed Critical Saint Gobain Glass France SAS
Publication of EP4392251A1 publication Critical patent/EP4392251A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a glazing unit with electrically controllable optical properties, its use and a method for its control.
  • the liquid crystals are aligned in a disorderly manner, which leads to strong scattering of the light passing through the active layer. If a voltage is applied to the surface electrodes, the liquid crystals align in a common direction and the transmission of light through the active layer is increased.
  • the PDLC functional element works less by reducing the overall transmission than by increasing the scattering, which prevents a clear view through or can ensure glare protection.
  • electrochromic functional elements are known, for example from US 20120026573 A1, WO 2010147494 A1 and EP 1862849 A1 and WO 2012007334 A1, in which a change in transmission occurs as a result of electrochemical processes, which is induced by the electrical voltage applied.
  • Such glazing units can be used, for example, as vehicle windows, the light transmission behavior of which can then be controlled electrically.
  • they can be used as roof panes to reduce solar radiation or to reduce annoying reflections.
  • roof panes are known, for example, from DE 10043141 A1 and EP 3456913 A1.
  • Windshields have also been proposed in which an electrically controllable sun visor is realized by a switchable functional element, in order to mechanically replace the conventional one to replace folding sun visors in motor vehicles.
  • Windshields with electrically controllable sun visors are known, for example, from DE 102013001334 A1, DE 102005049081 B3, DE 102005007427 A1 and DE 102007027296 A1.
  • glazing units or the switchable functional elements with a plurality of segments whose optical properties can be switched independently of one another. In this way, an area of the functional element can be selectively darkened or provided with a high degree of light scattering, while other areas remain transparent.
  • Glazing units with independent segments and a method for their manufacture are known, for example, from WO 2014072137 A1. Reference is also made to WO 2017157626 A1.
  • WO 9837453 A1 discloses an electrochromic element in which a temperature-dependent electrical voltage is applied to the electrochromic element in order to enable the fastest possible color change.
  • the temperature is determined by means of a temperature sensor, which preferably measures directly in the electrochromic functional element.
  • the temperature-dependent voltage is applied to the electrochromic functional element by means of a temperature-independent and preferably linear voltage ramp in order to achieve a color change in the functional element.
  • the object is achieved according to the invention by a glazing unit with electrically controllable optical properties.
  • the glazing unit comprises: a laminated pane with a functional element, which has electrically controllable optical properties, and a control unit, which is electrically connected to the functional element.
  • the object is also achieved by a method for controlling a glazing unit with electrically controllable optical properties.
  • the method is characterized in that by the control unit
  • a voltage ramp is selected from the data set based on the determined temperature or calculated using the programmed function and (c) an electrical voltage with the selected or calculated voltage ramp is applied to the functional element.
  • the glazing unit and the method are presented together below, with explanations and preferred configurations relating equally to the glazing unit and the method. If preferred features are described in connection with the method, this means that the glazing unit is also preferably designed and suitable accordingly. Conversely, if preferred features are described in connection with the glazing unit, this means that the method is also preferably carried out accordingly.
  • the glazing unit is intended to be used in a vehicle or building.
  • the laminated pane is intended to separate the interior from the outside environment in a window opening (in particular a window opening of a vehicle, but alternatively also a window opening of a building or a room).
  • the invention is based on the knowledge that the switching behavior of typical electrically controllable functional elements is temperature-dependent.
  • the switching behavior can be adapted to the temperature by determining the temperature and selecting a voltage ramp from a data set or by calculating a voltage ramp using a programmed function. Since the time to switch between two switching states depends on the temperature, depending on the temperature of the functional element, several minutes can elapse before switching between two switching states has taken place, but it can also take less than a second.
  • the voltage ramp with which a voltage is gradually applied to the functional element can be calculated or selected by the glazing unit as a function of the temperature of the functional element, whereby the duration for changing between two switching states can be accelerated or slowed down.
  • the "specified temperature range” is the temperature interval that is stored on the data record or makes up the definition range of the programmed function and which must be specified before the functional element can be used.
  • the specified temperature range extends preferably from -30°C to 120°C, particularly preferably from -25°C to 100°C and in particular from -20°C to 100°C. In these temperature ranges, the time required to switch between two switching states is particularly different for the different temperatures. In addition, these are normal temperature ranges that occur in natural environments (i.e. not purely laboratory conditions or exceptional conditions).
  • the application of an electrical voltage also means that it is possible to switch from a switching state in which an electrical voltage is applied by the control unit to a voltage-free switching state.
  • the voltage-free state also describes the state of the equilibrium voltage in, for example, electrochromic functional elements. De-energized means much more that no voltage is applied by a voltage source.
  • the functional element comprises at least two switching states with different optical properties, and a temperature-dependent switching time is required for changing between two switching states. Consequently, in any given temperature range, there is a temperature with a time tmax that corresponds to the longest possible switching time required.
  • Each voltage ramp selected or calculated by the control unit based on the determined temperature results in a switching time tschait that is greater than or equal to t max , so that the switching time tschait results when an electrical voltage is applied to the functional element.
  • control unit has a data set or a programmed function which assigns a voltage ramp to each temperature in a predetermined temperature range, which leads to a switching speed vschait that is less than or equal to vmin . In this case, by means of the control unit
  • the voltage ramp based on the determined temperature is selected from the data set or calculated with the programmed function so that when it is applied an electrical voltage to the functional element results in the switching speed vschait and
  • any temperature range means in the context of the invention that preferably for each temperature interval under consideration there is at least one temperature for which the change between two switching states requires the time t max under otherwise constant conditions (voltage ramp, pressure, humidity, etc. ). So it doesn't matter whether the temperatures are viewed from -20 °C to 50 °C, for example, or from 0 °C to 100 °C in any temperature range. Each of these two temperature ranges has at least one temperature for which t max applies. Any temperature range also means a temperature range which extends over at least 1°C, preferably at least 2°C, in particular at least 5°C. Any temperature range is therefore at least 1 °C wide. A temperature range above at least 1°C can therefore go from 150°C to 151°C, for example, or from -50°C to -51°C, for example. It doesn't just mean the range from 0 °C to 1 °C.
  • the required switching time between two switching states can be from less than a second to several minutes.
  • This variable switching behavior is undesirable for a user of a glazing unit with such a functional element.
  • the control unit has a data set or a programmed function and the temperature is determined by the control unit.
  • the data set assigns a voltage ramp to each temperature in a previously specified temperature range.
  • the programmed function includes a definition set, which is defined at least by the temperature range is mapped and calculates a voltage ramp using the temperature (voltage ramp is in the target set).
  • the electrical voltage required for switching is applied with a voltage ramp selected from the data set or calculated using the programmed function.
  • the voltage ramp is selected according to the determined temperature in such a way that switching between the two switching states takes place at the switching speed vschait. It goes without saying that the duration for changing from one switching state to the other switching state of the two switching states corresponds to the duration t max or a longer duration.
  • the time to switch between two switching states is therefore artificially lengthened for at least most switching processes, that is to say all those which have a technically necessary switching time of less than t max .
  • electrically controllable optical properties are understood to mean, in particular, those properties which can be continuously controlled.
  • Switching states between which the functional element can change refer to the switching states within the meaning of the invention, which are on a scale from a switching state with a minimal change in the optical properties (switching state 0% or minimum switching state) to a switching state with the maximum change in the optical properties (switching status 100% or maximum switching status).
  • all switching states in between can be implemented steplessly.
  • a switching state of 20% corresponds to a change in the optical properties of 20% of the maximum change.
  • Said optical properties relate in particular to light transmission and/or scattering behavior.
  • the switching time to switch between the switching states can depend on the percentage change in the optical properties.
  • the difference in the change is preferably directly proportional to the switching time, so that, for example, a change in the switching state from 0% to a switching state of 80% preferably takes four times as long as a change in the switching state from 0% to a switching state of 20%.
  • the switching time to change between the switching states can also be independent of the percentage change in the optical properties.
  • the electrically controllable optical properties can only be switched between two discrete switching states. Then there are only two switching states, namely 0% and 100%. It is also conceivable that the electrically controllable optical properties can be switched between more than two discrete switching states.
  • An AC voltage or a DC voltage can be applied to the functional element. If the functional element is a PDLC functional element or an SPD functional element, an AC voltage is applied to the functional element. If the functional element is an electrochromic functional element, a DC voltage is applied to the functional element.
  • the voltage ramp means the linear change in voltage over time with a unit V s ⁇ 1 .
  • the voltage ramp is not linear and is determined using an inverse function, which results from the desired optical properties of the switching state. Since there is non-linear coherence between the electrical voltage, i.e. the effective value of the alternating voltage, and the optical properties of the functional element, an inverse function is used to determine the voltage ramp.
  • the inverse function can be the inverse function of the characteristic of the setting of the switching state of the functional element.
  • the voltage (the rms value of the AC voltage) is applied to the functional element in steps, whereby the voltage is either decreased or increased with each step, depending on the type of functional element and whether a transparent switching state or a Switching state of lower transparency is to be achieved.
  • the gradual increase in voltage is preferably non-linear by means of the inverse function.
  • the inverse function is temperature dependent, so if the voltage ramp is not linear, it is preferably part of the programmed function.
  • all stress values that are gradually applied up to the final stress are stored on the data set for all temperatures within a specified temperature range. Each change in voltage value takes place within a certain period of time, preferably at most one second.
  • the programmed function includes the voltage ramp as a function of the temperature, the current switching state and the controlled switching state. So can from the Control unit depending on the determined temperature (for example 60 ° C), the required voltage ramp for vschait or tschait are determined and applied to the functional element.
  • a voltage ramp value is preferably assigned to each temperature value in the data set.
  • the data set can be created, for example, in that individual points are known through measurements, between which (for example linear) interpolation is carried out.
  • the data set it is also possible for the data set to be in the form of a table, in which case a voltage ramp is assigned to specific temperature zones (for example 1° C. to 2° C.) or discrete temperature values (for example exactly 1.0° C.). The latter is less preferred since it is significantly more complex to determine measured values for all temperatures.
  • the temperature-dependent switching time can be higher when switching from a switching state with higher transparency or light transmittance to a switching state with lower transparency or light transmittance (decreasing switching state), rather than when switching from a switching state with lower transparency or light transmittance to a switching state with higher transparency or light transmittance switched (increasing switching status).
  • the switching time can therefore depend on the direction of the controlled switching states.
  • the voltage ramp is therefore preferably selected in such a way that when an electrical voltage is applied to the functional element, the switching time tschait results both for the change to a decreasing switching state and for the change to an increasing switching state.
  • the data set has therefore preferably assigned different voltage ramps to each temperature in a previously defined temperature range.
  • the programmed function preferably comprises a function for changing to an increasing switching state and a function for changing to a decreasing switching state.
  • the temperature-dependent, necessary switching time t max at temperatures of less than 10 °C is significantly longer than the switching time at temperatures of more than 10 °C.
  • the limit temperature is typically for common functional elements at about 10 °C. Temperatures that are lower than 10 °C are mainly seasonal and weather-related.
  • the time t max is typically 0.5 s or less at temperatures of 20 °C. At temperatures of -10 °C, however, the time t max is typically 5 s or more. This time difference for different temperatures can increase with decreasing temperature and depending on the functional element.
  • the at least two switching states therefore preferably have a longer time required to switch between two switching states at lower temperatures than at higher temperatures.
  • the functional element is preferably divided into at least two separate segments and each segment is electrically connected to the control unit, so that the electrical voltage with the voltage ramp can be applied independently for each segment.
  • the functional element can also be divided into more than two separate segments.
  • the functional element is particularly preferably divided into 3 or more separate segments, very particularly preferably into 5 or more and in particular into 10 or more separate segments. The division into different segments enables a needs-based control of the functional element.
  • the independently controllable segments allow the user to specify which areas of the glazing unit should be transparent and which should be darkened, opaque or provided with a high level of light scattering (translucency).
  • the glazing unit is used, for example, as a roof pane in a vehicle, depending on the position of the sun, excessive heating of the vehicle interior can be avoided by selectively controlling the individual segments. It is also possible for each vehicle occupant, ie for example the driver, the front passenger, the left and the right rear occupant, to be assigned a segment located above him/her.
  • the functional element is approached with an animation scheme, the electrical voltage being applied first to a first segment of the at least two separate segments and only after the switching time is the electrical voltage also applied to a further segment of the at least two separate segments becomes.
  • the further segment changes to another switching state only after the switching process of the first segment has been completed.
  • An electrical voltage is preferably applied to the further segment immediately after the previous switching process has been completed.
  • “immediately” preferably means a time of 1 s or less, particularly preferably 0.5 s or less and in particular 0.1 s or less.
  • the at least two separate segments change preferably in the same switching state.
  • Other animation schemes are also possible.
  • adjacent segments can be switched one after the other in the manner described above, with “switching” meaning the change from one switching state to another switching state.
  • switching meaning the change from one switching state to another switching state.
  • the functional element is used with a different animation scheme, with a voltage being applied simultaneously for all segments of the at least two segments, so that all segments of the at least two segments change to a desired switching state at the same time.
  • an electrical voltage is applied to all segments of the at least two segments with a slight time offset, preferably by a maximum of 5 seconds and particularly preferably by a maximum of 1 second, in order to change the switching state.
  • the control unit is intended and suitable for controlling the optical properties of the functional element.
  • the control unit is electrically conductively connected on the one hand to the functional element or possibly to the individual segments of the functional element and on the other hand to a voltage source.
  • the control unit contains the required electrical and/or electronic components in order to apply the required voltage to the surface electrodes depending on a switching state.
  • the switching state can be specified by the user (e.g. by operating a switch, a button or a rotary or slider), can be determined by sensors and/or via a digital interface from the central control unit of the vehicle (if the laminated pane is a vehicle pane, usually LIN -Bus or CAN-Bus) can be transmitted.
  • the device is a PDLC device or SPD device, but the voltage source is a DC voltage source.
  • the control unit is preferably connected to the on-board electrical system, from where it in turn obtains the electrical voltage and optionally the information about the switching state to be set.
  • the control unit is then equipped with at least one inverter to convert the DC voltage into AC voltage.
  • the control unit has a single inverter, which optionally has an output pole of the inverter with a plurality of independent outputs for separately controlling the segments of the functional element, with each segment being connected to one of the outputs.
  • the first configuration has the advantage that it is more cost-effective and space-saving.
  • the segments can only be optically controlled digitally, so to speak.
  • the segments cannot be provided with different finite switching states (can be “dimmed” independently, as it were), which is easily possible in the second embodiment.
  • the inverter or inverters can be operated in such a way that a real AC voltage is generated, including its negative components based on the supply voltage of the control unit.
  • a DC voltage source such as in the case of a vehicle, no negative potentials are available, this solution is technically comparatively complex.
  • each segment is electrically connected to two different inverters in order to be able to modulate an AC voltage for each segment.
  • "Different inverters” does not mean that the respective inverters cannot be connected to several segments.
  • the on-board voltage of vehicles (for example 12 to 14 V) is typically not sufficient to control the functional element completely optically.
  • the control unit regardless of whether the functional element is a PDLC functional element, an SPD functional element or an electrochromic functional element, is also preferably equipped with a DC/DC converter which is suitable for increasing the supply voltage (primary voltage) provided, i.e to a higher secondary voltage (e.g. 65 V).
  • the control unit is connected to the DC voltage source and is supplied with a primary voltage by this.
  • the primary voltage is converted into the higher secondary voltage by the DC-DC converter.
  • the secondary voltage is from 5 V to 70 V
  • the AC voltage is from 5 V to 50 V.
  • the laminated pane is equipped with a temperature sensor.
  • the temperature sensor is connected to the control unit in such a way that the control unit can determine the temperature of the laminated pane and thus of the functional element by means of the temperature sensor.
  • the measurement signal from the temperature sensor is therefore transmitted to the control unit and evaluated there, so that the control unit determines the temperature of the laminated pane using the temperature sensor.
  • the temperature sensor can be integrated in the laminated pane. Alternatively, the temperature sensor can be fastened externally to the laminated pane or assigned to it.
  • the temperature sensor is preferably attached to a surface of the laminated pane facing the interior (for example the vehicle interior).
  • the temperature sensor can also be arranged in the control unit itself or in a fastening element with which the control unit is fastened to the laminated pane.
  • a temperature sensor can also be used which is not attached directly to the laminated pane or integrated into it, but measures the temperature at a distance, for example an IR sensor which is arranged in the vicinity of the laminated pane and directed towards it.
  • the method is carried out in such a way that the control unit determines the impedance of the functional element and uses it to determine or estimate the temperature. For this purpose, in particular, a voltage is applied and the current flow resulting therefrom is determined. The impedance can be calculated as the quotient of the voltage and the current flow. Impedance data, for example an impedance curve or table, is stored in the control unit, which describes the temperature dependency of the impedance (more precisely, the real part of the impedance) (impedance as a function of temperature or temperature as a function of impedance). The control unit can approximately determine the temperature by comparing the absolute value of the measured impedance with the impedance data.
  • Impedance data for example an impedance curve or table
  • An estimation algorithm can be used as a further possibility for determining the temperature of the functional element.
  • the estimation algorithm is preferably located on the control unit and is executed there.
  • the temperature of the functional element is estimated based on one or more measured signals.
  • the signals for temperature estimation can be measurement data, preferably on the interior temperature, the exterior temperature, the heat radiation (infrared rays, secondary heat rays and/or ultraviolet rays) and/or the driving speed if the laminated pane is used as a vehicle pane in a vehicle.
  • the signals can be measured via sensors that are typically located in vehicles anyway and can be transmitted to the control unit. Alternatively, sensors can also be arranged in the vicinity of the laminated pane specifically for the purpose of estimating the temperature. In any case, the sensors are connected to the control unit.
  • the functional element is an electrochromic functional element.
  • the transmission of visible light through the functional element depends on the degree of incorporation of ions.
  • the ions are released, for example, by an ion storage layer and stored in an electrochromic layer.
  • the transmission can be influenced by the voltage applied to the functional element, which causes the ions to migrate.
  • Suitable electrochromic layers preferably contain at least tungsten oxide or vanadium oxide.
  • the control unit is preferably not equipped with an inverter and a DC voltage is applied to the functional element.
  • a DC/DC converter to achieve voltages in the range 1V to 50V and preferably 10V to 42V may be part of the control unit as required.
  • the surface electrodes are preferably transparent, which means in the context of the invention that they have a light transmission in the visible spectral range of at least 50%, preferably at least 70%, particularly preferably at least 80%.
  • the surface electrodes preferably contain at least one metal, a metal alloy or a transparent conducting oxide (TCO).
  • TCO transparent conducting oxide
  • the surface electrodes can be formed, for example, based on silver, gold, copper, nickel, chromium, tungsten, indium tin oxide (ITO), gallium-doped or aluminum-doped zinc oxide and/or fluorine-doped or antimony-doped tin oxide, preferably based on Silver or ITO.
  • control unit is instructed by a computer program product to determine the temperature of the functional element and then determines the temperature, (b) a voltage ramp based on the determined temperature is selected by the computer program product from the data set or is calculated using the programmed function and
  • the glazing unit or the laminated pane is a windshield of a vehicle.
  • the functional element is preferably used as an electrically controllable sun visor, which is arranged in an upper area of the windshield, while the majority of the windshield is not provided with the functional element.
  • the segments that may be present are preferably arranged essentially parallel to the upper edge of the windshield at an increasing distance from it. The independently controllable segments allow the user to determine, depending on the position of the sun, the extent of the area adjacent to the top edge to be darkened or to provide high light diffusion to avoid sun glare.
  • the independently controllable segments allow the user to specify which areas of the roof pane should be transparent and which should be darkened or provided with a high degree of light scattering, for example depending on the position of the sun in order to avoid excessive heating of the vehicle interior. It is also possible for each vehicle occupant, ie for example the driver, the front passenger, the left and the right rear occupant, to be assigned a segment located above him/her.
  • the invention is explained in more detail with reference to a drawing and exemplary embodiments.
  • the drawing is a schematic representation and not to scale. The drawing does not limit the invention in any way. Show it:
  • FIG. 1 shows a plan view of an embodiment of the glazing unit according to the invention
  • FIG. 3 shows an enlarged representation of the area Z from FIG. 2,
  • FIG. 5A shows a diagram of the “switching on” with the switching time at 23° C. of an electrically controllable generic functional element
  • FIG. 5B shows a diagram of the “switching off” with the switching time at 23° C. of an electrically controllable generic functional element
  • FIG. 6A shows a diagram of the “switching on” with the switching time at ⁇ 20° C. of an electrically controllable generic functional element
  • FIG. 6B shows a diagram of the “switching off” with the switching time at -20° C. of an electrically controllable generic functional element
  • FIG. 7 shows a representation of the method according to the invention with an animation scheme.
  • FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3 and FIG. 4 each show a detail of a composite pane 100 according to the invention with electrically controllable optical properties.
  • FIG. 1 shows a top view of the laminated pane 100 according to the invention
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of the laminated pane shown in FIG. 1 with the section line XX′.
  • FIG. 3 shows an enlarged area Z of the cross-sectional view from FIG.
  • the composite pane 100 comprises an outer pane 1 and an inner pane 2 which are connected to one another via an intermediate layer 3 .
  • the outer pane 1 and the inner pane 2 consist of soda-lime glass, which can optionally be tinted.
  • the outer pane 1 has a thickness of 2.1 mm, for example, and the inner pane 2 has a thickness of 1.6 mm.
  • the functional element 4 is, for example, a PDLC multilayer film that can be switched from a cloudy, non-transparent (translucent) switching state of 0% to a clear, transparent switching state of 100%.
  • the functional element 4 is a multi-layer film consisting of an active layer 5 between a first surface electrode 8 and a second surface electrode 9 and two carrier films 6, 7.
  • the first carrier film 6 is in surface contact with the first surface electrode 8 and the second carrier film 7 is with of the second surface electrode 9 areal in contact.
  • the active layer 5 contains a polymer matrix with liquid crystals dispersed therein, which align themselves as a function of the electrical voltage (AC voltage) applied to the surface electrodes 8, 9, as a result of which the optical properties can be regulated.
  • the carrier films 6, 7 are made of PET and have a thickness of 0.125 mm, for example.
  • the carrier foils 6 , 7 are provided with a coating of ITO with a thickness of approximately 100 nm, which faces the active layer 5 and forms the surface electrodes 8 , 9 .
  • the surface electrodes 8, 9 are formed via busbars (not shown, for example from strips of copper foil) connected to electrical cables 14, which establish the electrical connection to a control unit 10.
  • This control unit 10 is attached, for example, to the surface of the inner pane 2 facing away from the intermediate layer 3 on the interior side.
  • a non-illustrated fastening element is glued to the inner pane 2, in which the control unit 10 is inserted.
  • the control unit 10 does not necessarily have to be attached directly to the laminated pane 100 .
  • it can be attached to the dashboard or the vehicle body, for example, or integrated into the vehicle's on-board electrical system.
  • the laminated pane 100 has a peripheral edge area which is provided with an opaque cover print 13 .
  • This masking print 13 is typically made of black enamel. It is printed as a printing ink with a black pigment and glass frits in a screen printing process and burned into the surface of the pane.
  • the covering print 13 is applied, for example, to the interior-side surface of the outer pane 1 and also to the interior-side surface of the inner pane 2 .
  • the side edges of the functional element 4 are covered by this covering print 13 .
  • the control unit 10 is arranged in this opaque edge area, ie glued onto the cover print 13 of the inner pane 2 . There, the control unit 10 does not interfere with the view through the laminated pane 100 and is optically unobtrusive. In addition, it is at a small distance from the side edge of the laminated pane 100, so that only short cables 14 are advantageously required for the electrical connection of the functional element 4.
  • the functional element 4 has, for example, four independent segments S1, S2, S3, S4, in which the switching state of the functional element 4 can be set independently of one another by the control unit 10.
  • the segments S1, S2, S3, S4 are arranged one behind the other in the direction from the front edge to the rear edge of the roof pane.
  • Front edge means that edge of the roof pane which is arranged closest to the front of the vehicle in the installation position
  • the rear edge means that edge which is arranged closest to the rear of the vehicle in the installation position.
  • the driver of the vehicle can choose (for example depending on the position of the sun) instead of providing only one area of the entire laminated pane 100 with the translucent state, while the other areas remain transparent.
  • the first surface electrode 8 is interrupted by three insulating lines 8 ′, which are arranged essentially parallel to one another and extend from one side edge to the opposite side edge of the functional element 4 .
  • the insulation lines 8′ are typically introduced into the first flat electrode 8 by laser processing and divide it into four materially separate electrode segments 8.1, 8.2, 8.3 and 8.4. Each electrode segment 8.1, 8.2, 8.3 and 8.4 is connected to the control unit 10 independently of the others.
  • the control unit 10 is suitable for independently applying an electrical voltage between each electrode segment 8.1, 8.2, 8.3 and 8.4 of the first surface electrode 8 on the one hand and the second surface electrode 9 on the other hand, so that the section of the active layer 5 located in between is subjected to the required voltage. to achieve a desired switching state.
  • the control unit 10 is connected to a voltage source 15 via the on-board electrical system of the vehicle.
  • the voltage source 15 typically provides a DC voltage in the range from 12 V to 14 V (on-board voltage of the vehicle).
  • the control unit 10 is equipped with a DC-DC converter 11, which converts the on-board voltage (primary voltage) into a DC voltage with a higher magnitude, for example 65 V (secondary voltage).
  • the secondary voltage must be sufficiently high to realize a switching state of the functional element 4 of 100%.
  • the control unit 10 is also equipped with an inverter 12, which converts the secondary voltage into an AC voltage. One pole of the inverter 12 is connected to the second flat electrode 9 .
  • the inverter 12 has several independent outputs, each output being connected to an electrode segment 8.1, 8.2, 8.3 and 8.4, so that the switching state of the associated segment S1, S2, S3, S4 can be set independently of the others can.
  • the electrode segments 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 and the second surface electrode 9 always have the same electrical potential, so that no voltage is present.
  • a switching state greater than 0% of a segment S1, S2, S3, S4 a voltage is present between the associated electrode segment 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 and the second surface electrode 9.
  • a current flows through the associated section of the active layer 5.
  • the switching speed and thus the switching time depend on the temperature.
  • lower temperatures from 10° C. result in the functional element 4 or the segments S1, S2, S3, S4 having a lower switching speed for changing between the switching states.
  • temperatures above 10 °C such a delay is usually not present or is less pronounced.
  • the switching time required to switch between two switching states is therefore the highest when the functional element 4 has a temperature of -20.degree.
  • the switching speed is also defined by a voltage ramp, with which the electrical voltage is applied to the segments S1 , S2 , S3 , S4 of the functional element 4 .
  • This dependence of the switching speed is exploited according to the invention in that a voltage with a voltage ramp is applied to the surface electrodes 8 , 9 , the voltage ramp being selected as a function of the temperature of the functional element 4 .
  • a computer program product stored on the control unit 10 instructs the control unit 10 to first determine the temperature of the laminated pane 100 or of the functional element 4 .
  • the control unit 10 determines the temperature and the computer program product selects, depending on the determined temperature, a voltage ramp from a data set stored on the control unit 10 or calculates a voltage ramp using a function programmed on the control unit 10 and instructs the control unit 10 to apply an electrical voltage with the selected or to apply a calculated voltage ramp to one or more segments S1, S2, S3, S4 of the functional element 4.
  • the electrical voltage is selected in such a way that the desired switching state is achieved.
  • the voltage ramp selected from the data set or calculated using the programmed function has a different value or values (linear voltage ramp or non-linear voltage ramp) depending on the temperature determined, so that the Speed of sound with which switching between the switching states is larger or smaller depending on the voltage ramp.
  • the voltage ramp is selected in such a way that the switching time tschait results for all determined temperatures in the temperature range for changing the switching states.
  • the switching time tschait is, for example, equal to the maximum switching time t max required in this example for a temperature of the functional element 4 at -20°C.
  • the switching speed vschait, with which one changes between the switching states is identical for all temperatures and is artificially extended for all temperatures except for -20 °C.
  • the temperature-dependent time for switching can therefore be higher when switching from a switching state with higher transparency or higher transmittance to a switching state with lower transparency or lower transmittance (decreasing switching state), instead of when switching from a switching state with lower transparency or low transmittance into one Switching state with higher transparency or higher degree of transmission is switched (increasing switching state).
  • the voltage ramp is therefore selected or calculated such that when an electrical voltage is applied to the functional element 4, the switching time tschait results both for the change to a decreasing switching state and for the change to an increasing switching state.
  • the magnitude of the voltage ramp is different depending on whether there is a change to a decreasing or an increasing switching state. It follows from this that the switching speed vschait is the same both for the change to an increasing switching state and to a decreasing switching state.
  • the laminated pane 100 can be equipped with a temperature sensor, for example, which transmits the measured temperature to the control unit 10 .
  • a temperature sensor can be dispensed with if the temperature of the functional element 4 is estimated on the basis of the impedance of the active layer 5, for example.
  • An applied voltage leads to a current flow through the active layer 5, the extent of which depends on the temperature-dependent electrical impedance. If the current consumption is determined when a voltage is applied, then the current flow or the impedance of the active layer 5 and, in turn, the temperature can be approximately determined therefrom.
  • the control unit 10 are to Stored impedance data that link the impedance of the active layer 5 with the temperature.
  • FIGS. 5A, 5B, 6A and 6B show diagrams of the transmittance as a function of time for a generic glazing unit.
  • FIG. 5A and FIG. 6A show the change from a switching state with a lower degree of transmission to a switching state with a higher degree of transmission (switching on).
  • FIG. 5B and FIG. 6B show the change from a switching state with a higher degree of transmission to a switching state with a lower degree of transmission (switching off).
  • the transmittance indicates the percentage of light transmission through the laminated pane.
  • the composite pane or the functional element has a temperature of 23.degree. C. and in FIGS. 6A and 6B a temperature of -20.degree.
  • the signal to change the switching state comes for all curves after 5 s (indicated by “switching” in FIGS. 5A, 5B, 6A and 6B).
  • switching in FIGS. 5A, 5B, 6A and 6B.
  • the change to the other switching state is completed after less than 1 s.
  • the switching behavior in Figure 6A and Figure 6B at -20 °C differs from that at 23 °C.
  • Switching on the functional element i.e. changing from a switching state with a transmittance of approx. 20% to a transmittance with approx. 47%, requires a switching time of approx. 5 s.
  • the switching time is therefore 23° compared to FIG. 5A C more than quintuple.
  • the effect can be observed even more clearly when switching off.
  • the transmittance drops by only about 25% over a period of 100 s and reaches a transmittance of about 32% within this time. Since the measurement ended after 105 s, the targeted switching state of 20%
  • This temperature-dependent switching behavior with switching times lasting from less than a second to several minutes irritates a non-specialist user of the glazing unit and possibly triggers the user's suspicion that the glazing unit is not working properly.
  • FIG. 7 shows a flowchart to illustrate an exemplary method according to the invention, for example, after setting the desired switching state of the functional element 4 with the four segments S1, S2, S3, S4, the computer program product instructs the control unit 10 in a first method step, the Temperature of the functional element 4 to determine.
  • the desired switching state is for example a switching state with a maximum change in the optical properties, ie for example the change from a minimally transparent switching state to a maximally transparent switching state.
  • the temperature is determined, for example, by the control unit 10 using the temperature-dependent impedance behavior of the functional element 4 .
  • a voltage ramp is selected from the data set stored on the control unit 10 using the computer program product, for example, based on the determined temperature.
  • the control unit 10 is instructed by the computer program product, for example, to apply the required voltage with the selected voltage ramp to achieve the desired switching state to the first segment S1 of the four segments S1, S2, S3, S4.
  • the result of these three method steps is that the switching time to switch to the desired switching state corresponds to the switching time tschait for segment S1 or the speed of sound for changing from the minimum switching state to the maximum switching state corresponds to the speed of sound vschait.
  • the switching time tschait for the first segment S1 has elapsed, the desired switching state is reached and it is switched to the second segment S2 of the four segments
  • S3, S4 corresponds to the switching time tschait.
  • the voltage is maintained even after the desired switching state has been reached, or it is switched to a state in which no voltage is applied by the control unit.
  • the voltage continues to be applied to the respective segment S1, S2, S3,
  • the temperature of the functional element 4 of the glazing unit is determined by the control unit 10 as instructed by the computer program product;
  • the electrical voltage is applied to the third segment S3 of the four segments S1, S2, S3, S4 with the voltage ramp selected in (b).
  • the electrical voltage continues to be applied even after the desired switching state has been reached, so that the third segment S3 remains in the desired switching state;

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verglasungseinheit mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften umfassend: - eine Verbundscheibe (100) mit einem Funktionselement (4), welches elektrisch steuerbare optische Eigenschaften aufweist, und - eine Steuereinheit (10), welche mit dem Funktionselement (4) elektrisch verbunden ist, wobei die Steuereinheit (10) einen Datensatz oder eine programmierte Funktion aufweist, welche oder welcher jeder Temperatur in einem vorher festgelegten Temperaturbereich eine Spannungsrampe zuordnet, wobei die Steuereinheit (10) geeignet ist, - die Temperatur zu ermitteln, - eine Spannungsrampe anhand der ermittelten Temperatur aus dem Datensatz zu wählen oder mittels der programmierten Funktion zu berechnen und - die elektrische Spannung mit der gewählten oder berechneten Spannungsrampe an das Funktionselement (4) anzulegen.

Description

Verglasungseinheit mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften mit temperaturabhängigem Schaltverhalten
Die Erfindung betrifft eine Verglasungseinheit mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften, deren Verwendung sowie ein Verfahren zu deren Steuerung.
Verglasungseinheiten mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften sind als solche bekannt. Sie umfassen Verbundscheiben, welche mit Funktionselementen ausgestattet sind, deren optische Eigenschaften durch eine angelegte elektrische Spannung verändert werden können. Das Anlegen der elektrischen Spannung erfolgt über eine Steuereinheit, welche an zwei Flächenelektroden des Funktionselements angeschlossen ist, zwischen denen sich die aktive Schicht des Funktionselements befindet. Ein Beispiel für solche Funktionselemente sind SPD-Funktionselemente (suspended particle device), die beispielsweise aus EP 0876608 B1 und WO 2011033313 A1 bekannt sind. Durch die angelegte Spannung lässt sich die Transmission von sichtbarem Licht durch SPD-Funktionselemente steuern. Ein weiteres Beispiel sind PDLC-Funktionselemente (polymer dispersed liquid crystal), die beispielsweise aus DE 102008026339 A1 bekannt sind. Die aktive Schicht enthält dabei Flüssigkristalle, welche in eine Polymermatrix eingelagert sind. Wird keine Spannung angelegt, so sind die Flüssigkristalle ungeordnet ausgerichtet, was zu einer starken Streuung des durch die aktive Schicht tretenden Lichts führt. Wird an die Flächenelektroden eine Spannung angelegt, so richten sich die Flüssigkristalle in einer gemeinsamen Richtung aus und die Transmission von Licht durch die aktive Schicht wird erhöht. Das PDLC- Funktionselement wirkt weniger durch eine Herabsetzung der Gesamttransmission als durch eine Erhöhung der Streuung, wodurch die freie Durchsicht verhindert oder ein Blendschutz gewährleistet werden kann. Außerdem sind elektrochrome Funktionselemente bekannt, beispielsweise aus US 20120026573 A1 , WO 2010147494 A1 und EP 1862849 A1 und WO 2012007334 A1, bei denen eine Transmissionsänderung durch elektrochemische Prozesse erfolgt, welche durch die angelegte elektrische Spannung induziert wird.
Solche Verglasungseinheiten können beispielsweise als Fahrzeugscheiben verwendet werden, deren Lichttransmissionsverhalten dann elektrisch gesteuert werden kann. Sie können beispielsweise als Dachscheiben verwendet werden, um Sonneneinstrahlung zu verringern oder störende Reflexionen abzumindern. Solche Dachscheiben sind beispielsweise aus DE 10043141 A1 und EP 3456913 A1 bekannt. Ebenfalls wurden Windschutzscheiben vorgeschlagen, bei denen durch ein schaltbares Funktionselement eine elektrisch steuerbare Sonnenblende realisiert ist, um die herkömmliche mechanisch klappbare Sonnenblende in Kraftfahrzeugen zu ersetzen. Windschutzscheiben mit elektrisch steuerbaren Sonnenblenden sind beispielsweise bekannt aus DE 102013001334 A1 , DE 102005049081 B3, DE 102005007427 A1 und DE 102007027296 A1 .
Es ist ebenfalls bekannt, solche Verglasungseinheit beziehungsweise die schaltbaren Funktionselemente mit mehreren Segmenten zu versehen, deren optische Eigenschaften unabhängig voneinander geschaltet werden können. So kann ein Bereich des Funktionselements selektiv abgedunkelt oder mit einer hohen Lichtstreuung versehen werden, während andere Bereiche transparent bleiben. Verglasungseinheiten mit unabhängigen Segmenten und ein Verfahren zu ihrer Herstellung sind beispielsweise aus WO 2014072137 A1 bekannt. Weiter sei auf WO 2017157626 A1 verwiesen.
Durch das Anlegen einer elektrischen Spannung auf die einzelnen Segmente können die optischen Eigenschaften gesteuert werden. Somit sind auch Animationsschemata möglich bei denen Segmente beispielsweise hintereinander, zufällig durcheinander oder von den äußeren Segmenten zu den inneren Segmenten abgedunkelt bzw. opak oder transparent geschaltet werden können. Die optischen Eigenschaften des Funktionselementes sind allerdings temperaturabhängig. So können beispielsweise hohe Temperaturen, beispielsweise höher 50 °C, dazu führen, dass der elektrische Widerstand der Flächenelektroden stark ansteigt. Wird dann eine elektrische Spannung an bestimmte Segmente bei hohen Temperaturen angelegt, führt dies in der Folge zur Erzeugung elektrischer Felder in der Nähe von eigentlich ausgeschalteten Segmenten. Die Segmente wechseln dann nicht durch das gezielte Anlegen einer Spannung ihren optischen Zustand, sondern aufgrund des elektrischen Feldes.
Ein anderes optisches Problem tritt auf, wenn das Funktionselement unter besonders niedrigen Temperaturen, beispielsweise niedriger als 0 °C, betrieben wird. In diesem Fall kann die Schaltzeit des Funktionselementes stark erhöht sein. Liegt die Dauer zwischen zwei optischen Zuständen bei üblicherweise unter einer Sekunde, kann es bei niedrigen Temperaturen zu einer Dauer von mehreren Minuten kommen bis von einem optischen Zustand vollständig in den anderen gewechselt wurde. Für den unwissenden Benutzer des Funktionselementes drängt sich dadurch die Vermutung auf, dass das Funktionselement nicht richtig funktioniert. Eine Lösung für dieses Problem ist in WO 2019111235 A1 offenbart. Mittels einer Heizbeschichtung, welche das Funktionselement bei zu niedrigen Temperaturen erwärmt, kann die Dauer des Schaltens konstant gehalten werden. Allerdings erfordert diese Lösung den Einsatz einer Heizbeschichtung, welche elektrisch betrieben werden muss. Es muss also zusätzlich Platz verfügbar sein und eine weitere elektrische Versorgung gewährleistet sein. WO 9837453 A1 offenbart ein elektrochromes Element, bei dem eine temperaturabhängige elektrische Spannung an das elektrochrome Element angelegt wird, um eine möglichst schnelle Umfärbung zu ermöglichen. Mittels eines Temperaturfühlers, welcher vorzugsweise direkt im elektrochromen Funktionselement misst, wird die Temperatur ermittelt. Die temperaturabhängige Spannung wird mittels einertemperaturunabhängigen und vorzugsweise linearen Spannungsrampe an das elektrochrome Funktionselement angelegt, um eine Umfärbung des Funktionselementes zu erzielen.
Es besteht der Bedarf an Verglasungseinheiten bei denen das Schaltverhalten ihrer elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften verbessert wird. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche verbesserte Verglasungseinheit und ein Verfahren zu ihrer Steuerung bereitzustellen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Verglasungseinheit mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften. Die Verglasungseinheit umfasst: eine Verbundscheibe mit einem Funktionselement, welches elektrisch steuerbare optische Eigenschaften aufweist und eine Steuereinheit, welche mit dem Funktionselement elektrisch verbunden ist.
Die Steuereinheit weist einen Datensatz oder eine programmierte Funktion auf, welche oder welcher jeder Temperatur in einem vorher festgelegten Temperaturbereich eine Spannungsrampe zuordnet. Die Steuereinheit ist außerdem geeignet die Temperatur des Funktionselementes zu ermitteln, eine Spannungsrampe anhand der ermittelten Temperatur aus dem Datensatz zu wählen oder mittels der programmierten Funktion zu berechnen und die elektrische Spannung mit der gewählten oder berechneten Spannungsrampe an das Funktionselement anzulegen.
Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung einer Verglasungseinheit mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass durch die Steuereinheit
(a) die Temperatur des Funktionselementes ermittelt wird,
(b) eine Spannungsrampe anhand der ermittelten Temperatur aus dem Datensatz gewählt oder mittels der programmierten Funktion berechnet wird und (c) eine elektrische Spannung mit der gewählten oder berechneten Spannungsrampe an das Funktionselement angelegt wird.
Die Verglasungseinheit und das Verfahren werden im Folgenden gemeinsam vorgestellt, wobei sich Erläuterungen und bevorzugte Ausgestaltungen gleichermaßen auf Verglasungseinheit und Verfahren beziehen. Sind bevorzugte Merkmale im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben, so ergibt sich daraus, dass auch die Verglasungseinheit bevorzugt entsprechend ausgelegt und geeignet ist. Sind umgekehrt bevorzugte Merkmale im Zusammenhang mit der Verglasungseinheit beschrieben, so ergibt sich daraus, dass auch das Verfahren bevorzugt entsprechend durchgeführt wird. Die Verglasungseinheit ist dafür vorgesehen, in einem Fahrzeug oder Gebäude eingesetzt zu werden. Die Verbundscheibe ist dafür vorgesehen, in einer Fensteröffnung (insbesondere einer Fensteröffnung eines Fahrzeugs, alternativ aber auch einer Fensteröffnung eines Gebäudes oder eines Raums) den Innenraum gegenüber der äußeren Umgebung abzutrennen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Schaltverhalten typischer elektrisch steuerbarer Funktionselemente temperaturabhängig ist. Durch die Ermittlung der Temperatur und der Auswahl einer Spannungsrampe aus einem Datensatz oder Berechnung einer Spannungsrampe mittels einer programmierten Funktion kann das Schaltverhalten an die Temperatur angepasst werden. Da die Zeit, um zwischen zwei Schaltzuständen zu wechseln, temperaturabhängig ist, können in Abhängigkeit von der Temperatur des Funktionselementes mehrere Minuten vergehen bis zwischen zwei Schaltzuständen gewechselt wurde, es kann aber auch weniger als eine Sekunde dauern. Erfindungsgemäß kann durch die Verglasungseinheit die Spannungsrampe, mit der stufenweise eine Spannung an das Funktionselement angelegt wird, in Abhängigkeit von der Temperatur des Funktionselementes berechnet oder ausgewählt werden, wodurch die Dauer, um zwischen zwei Schaltzuständen zu wechseln, beschleunigt oder verlangsamt werden kann.
Der „festgelegte Temperaturbereich“ ist das Temperaturintervall, welches auf dem Datensatz hinterlegt ist oder den Definitionsbereich der programmierten Funktion ausmacht und welches vor der Nutzung des Funktionselementes festgelegt sein muss. Der festgelegte Temperaturbereich erstreckt sich vorzugsweise von -30 °C bis 120 °C, besonders bevorzugt von -25 °C bis 100 °C und insbesondere von -20 °C bis 100 °C. In diesen Temperaturbereichen ist die erforderliche Zeit, um zwischen zwei Schaltzuständen zu wechseln, für die verschiedenen Temperaturen besonders unterschiedlich. Außerdem handelt es sich um gewöhnliche Temperaturbereiche, die in natürlicher Umgebung (also nicht reine Laborbedingungen oder Ausnahmebedingungen) auftreten.
Im Sinne der Erfindung ist mit „dem Anlegen einer elektrischen Spannung“ auch gemeint, dass von einem Schaltzustand bei dem eine elektrische Spannung durch die Steuereinheit angelegt ist zu einem spannungsfreien Schaltzustand gewechselt werden kann. Der spannungsfreie Zustand beschreibt auch den Zustand der Gleichgewichtsspannung bei beispielsweise elektrochromen Funktionselementen. Spannungsfrei bedeutet also viel mehr, dass keine Spannung durch eine Spannungsquelle angelegt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Funktionselement zumindest zwei Schaltzustände mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften und für den Wechsel zwischen zwei Schaltzuständen wird eine temperaturabhängige Schaltzeit benötigt. Folglich existiert in jedem beliebigen Temperaturbereich eine Temperatur mit einer Zeit tmax, die der längstmöglichen, benötigten Schaltzeit entspricht.
Wobei von der Steuereinheit jede anhand der ermittelten Temperatur gewählte oder berechnete Spannungsrampe zu einer Schaltzeit tschait, die größer oder gleich tmax ist, führt, sodass sich beim Anlegen einer elektrischen Spannung an das Funktionselement die Schaltzeit tschait ergibt.
Mit anderen Worten ausgedrückt, existiert in jedem beliebigen Temperaturbereich eine Temperatur mit einer temperaturabhängigen Schaltgeschwindigkeit vmin, die die kleinste Schaltgeschwindigkeit innerhalb des Temperaturbereiches ist. Die Steuereinheit weist einen Datensatz oder eine programmierte Funktion auf, welcher oder welche jeder Temperatur in einem vorher festgelegten Temperaturbereich eine Spannungsrampe zuordnet, welche zu einer Schaltgeschwindigkeit vschait, die kleiner oder gleich vmin ist, führt. Dabei wird mittels der Steuereinheit
(a) die Temperatur des Funktionselementes ermittelt,
(b) die Spannungsrampe anhand der ermittelten Temperatur so aus dem Datensatz gewählt oder mit der programmierten Funktion berechnet, dass sich beim Anlegen einer elektrischen Spannung an das Funktionselement die Schaltgeschwindigkeit vschait ergibt und
(c) die elektrische Spannung an das Funktionselement mit der Spannungsrampe angelegt, sodass zwischen den zumindest zwei Schaltzuständen gewechselt wird.
Mit dem Ausdruck „beliebigen Temperaturbereich“ ist im Sinne der Erfindung gemeint, dass vorzugsweise für jedes betrachtete Temperaturintervall mindestens eine Temperatur existiert, für die der Wechsel zwischen zwei Schaltzuständen die Zeit tmax erfordert bei ansonsten gleichbleibenden Bedingungen (Spannungsrampe, Druck, Luftfeuchtigkeit etc.). Es spielt also keine Rolle, ob die Temperaturen beispielsweise von -20 °C bis 50 °C oder ob die Temperaturen von 0 °C bis 100 °C im beliebigen Temperaturbereich betrachtet werden. Jeder dieser beiden Temperaturbereiche besitzt zumindest eine Temperatur für die tmax gilt. Mit beliebigem Temperaturbereich ist zudem ein Temperaturbereich gemeint, welcher sich über mindestens 1 °C, bevorzugt mindestens 2 °C, insbesondere mindestens 5 °C, erstreckt. Der beliebige Temperaturbereich hat also mindestens eine Breite von 1 °C. Ein Temperaturbereich über mindestens 1 °C kann also beispielsweise von 150 °C bis 151 °C gehen oder beispielsweise von -50 °C bis -51 °C. Es ist eben nicht ausschließlich der Bereich von 0 °C bis 1 °C gemeint.
Mit Temperaturen (Temperaturwerten) können auch nicht ganze Zahlen gemeint sein. Vorzugsweise können Temperaturen (Temperaturwerten) in einem Temperaturbereich reelle Zahlen mit bis zu 10 Nachkommastellen sein, besonders bevorzugt bis zu 5 Nachkommastellen, insbesondere bis zu 2 Nachkommastellen.
In Abhängigkeit der Temperatur des Funktionselementes kann die benötigte Schaltzeit zwischen zwei Schaltzuständen von unter einer Sekunde bis zu mehreren Minuten betragen. Für einen Benutzer einer Verglasungseinheit mit einem solchem Funktionselement ist dieses variable Schaltverhalten unerwünscht. Dem fachfremden Benutzer drängt sich bei dieser temperaturabhängigen Schaltzeit des Funktionselementes schnell der Eindruck auf, dass die Verglasungseinheit nicht ordnungsgemäß funktioniert. Dieser Eindruck kann das Anwendererlebnis verschlechtern. Dieses Problem kann dadurch gelöst werden, dass die Steuereinheit einen Datensatz oder eine programmierte Funktion aufweist und die Temperatur durch die Steuereinheit ermittelt wird. Der Datensatz ordnet jeder Temperatur in einem zuvor festgelegten Temperaturbereich eine Spannungsrampe zu. Die programmierte Funktion umfasst eine Definitionsmenge, welche zumindest durch den festgelegten Temperaturbereich abgebildet ist, und berechnet mittels der Temperatur eine Spannungsrampe (Spannungsrampe befindet sich in der Zielmenge). Soll nun zwischen zwei Schaltzuständen gewechselt werden, wird die elektrische Spannung, die zum Schalten benötigt wird, mit einer aus dem Datensatz gewählten oder mittels der programmierten Funktion berechneten Spannungsrampe angelegt. Die Spannungsrampe wird dabei entsprechend der ermittelten Temperatur so gewählt, dass zwischen den zwei Schaltzuständen mit der Schaltgeschwindigkeit vschait gewechselt wird. Es versteht sich, dass die Dauer, um von dem einen Schaltzustand in den anderen Schaltzustand der beiden Schaltzustände zu wechseln, dabei der Dauer tmax oder einer längeren Dauer entspricht. Die Zeit, um zwischen zwei Schaltzuständen zu wechseln, wird also für zumindest die meisten Schaltvorgänge, also alle die eine technisch notwendige Schaltzeit von kleiner tmax haben, künstlich verlängert.
Unter elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften werden im Sinne der Erfindung insbesondere solche Eigenschaften verstanden, die stufenlos steuerbar sind. Mit Schaltzuständen zwischen denen das Funktionselement wechseln kann, werden dabei im Sinne der Erfindung die Schaltzustände bezeichnet, die auf einer Skala von einem Schaltzustand mit minimaler Änderung der optischen Eigenschaften (Schaltzustand 0 % oder minimaler Schaltzustand) bis zu einem Schaltzustand der maximalen Änderung der optischen Eigenschaften (Schaltzustand 100 % oder maximaler Schaltzustand) liegen können. Durch geeignete Wahl der Spannung sind dazwischen stufenlos alle Schaltzustände realisierbar. Ein Schaltzustand von 20 % entspricht beispielsweise einer Änderung der optischen Eigenschaften um 20 % der maximalen Änderung. Die besagten optischen Eigenschaften betreffen insbesondere die Lichttransmission und/oder das Streuverhalten. Die Schaltzeit, um zwischen den Schaltzuständen zu wechseln, kann abhängig von der prozentualen Änderung der optischen Eigenschaften sein. Die Differenz der Änderung ist vorzugsweise direkt proportional zu der Schaltzeit, sodass beispielsweise eine Änderung des Schaltzustandes von 0 % zu einem Schaltzustand von 80 % vorzugsweise vier Mal so lange dauert, wie eine Änderung des Schaltzustandes von 0 % zu einem Schaltzustand von 20 %. Die Schaltzeit, um zwischen den Schaltzuständen zu wechseln, kann jedoch auch unabhängig von der prozentualen Änderung der optischen Eigenschaften sein.
Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, dass die elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften nur zwischen zwei diskreten Schaltzuständen geschaltet werden können. Dann existieren nur zwei Schaltzustände nämlich 0% und 100%. Ebenso ist es denkbar, dass die elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften zwischen mehr als zwei diskreten Schaltzuständen geschaltet werden können.
An das Funktionselement kann eine Wechselspannung oder eine Gleichspannung angelegt werden. Ist das Funktionselement ein PDLC-Funktionselement oder ein SPD- Funktionselement wird eine Wechselspannung an das Funktionselement angelegt. Ist das Funktionselement ein elektrochromes Funktionselement wird eine Gleichspannung an das Funktionselement angelegt.
Handelt es sich beim Funktionselement um ein elektrochromes Funktionselement, dann ist im Sinne der Erfindung mit der Spannungsrampe die lineare Spannungsänderung über die Zeit gemeint mit einer Einheit V s-1.
Handelt es sich hingegen beim Funktionselement um ein PDLC- oder ein SPD- Funktionselement dann ist die Spannungsrampe nicht linear und wird mittels einer Umkehrfunktion, welche sich aus den gewünschten optischen Eigenschaften des Schaltzustandes ergibt, ermittelt. Da zwischen der elektrischen Spannung, also dem Effektivwert der Wechselspannung, und den optischen Eigenschaften des Funktionselements eine nichtlineare Kohärenz vorliegt, wird eine Umkehrfunktion zur Bestimmung der Spannungsrampe verwendet. Die Umkehrfunktion kann insbesondere die inverse Funktion der Charakteristik der Einstellung des Schaltzustandes des Funktionselements sein. Anders ausgedrückt: zum Erreichen eines bestimmten Schaltzustandes wird die Spannung (der Effektivwert der Wechselspannung) an das Funktionselement stufenweise angelegt, wobei die Spannung mit jeder Stufe entweder erniedrigt wird oder erhöht wird in Abhängigkeit vom Typ des Funktionselementes und davon, ob ein transparenter Schaltzustand oder ein Schaltzustand niedrigerer Transparenz erzielt werden soll. Die stufenweise Erhöhung der Spannung erfolgt vorzugsweise nicht linear mittels der Umkehrfunktion. Die Umkehrfunktion ist temperaturabhängig, sodass wenn die Spannungsrampe nicht linear ist, diese vorzugsweise Bestandteil der programmierten Funktion ist. Alternativ sind alle Spannungswerte, die stufenweise bis zu der endgültigen Spannung angelegt werden, auf dem Datensatz für alle Temperaturen innerhalb eines festgelegten Temperaturbereiches gespeichert. Jede Spannungswertänderung erfolgt dabei innerhalb eines bestimmten Zeitraums von vorzugsweise höchstens einer Sekunde.
Die programmierte Funktion beinhaltet die Spannungsrampe als Funktion der Temperatur, des aktuellen Schaltzustandes und des angesteuerten Schaltzustandes. So kann von der Steuereinheit in Abhängigkeit der ermittelten Temperatur (beispielsweise 60 °C) die erforderliche Spannungsrampe für vschait bzw. tschait ermittelt werden und an das Funktionselement angelegt werden.
Im Datensatz ist, wenn die Spannungsrampe linear ist, vorzugsweise jedem Temperatur- Wert ein Spannungsrampen-Wert zugeordnet. Der Datensatz kann beispielsweise dadurch erstellt werden, dass einzelne Punkte durch Messungen bekannt sind, zwischen denen (beispielsweise linear) interpoliert wird. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass der Datensatz tabellenartig vorliegt, wobei bestimmten Temperaturzonen (beispielsweise 1 °C bis 2 °C) oder diskreten Temperatur- Werten (beispielsweise exakt 1 ,0 °C) jeweils eine Spannungsrampe zugeordnet wird. Letzteres ist weniger bevorzugt, da es deutlich aufwendiger ist für alle Temperaturen Messwerte zu ermitteln.
Die temperaturabhängige Schaltzeit kann höher sein, wenn von einem Schaltzustand mit höherer Transparenz oder Lichttransmissionsgrad in einen Schaltzustand mit niedrigerer Transparenz oder Lichttransmissionsgrad geschaltet wird (abnehmender Schaltzustand), statt, wenn von einem Schaltzustand mit niedrigerer Transparenz oder Lichttransmissionsgrad in einen Schaltzustand mit höherer Transparenz oder Lichttransmissionsgrad geschaltet wird (zunehmender Schaltzustand). Das bedeutet, dass beispielsweise das Schalten eines Schaltzustandes mit 40% Transparenz zu einem Schaltzustand mit 70% Transparenz eine geringere Schaltzeit benötigt als das Schalten in die umgekehrte Richtung. Die Schaltzeit kann also abhängig von der Richtung der angesteuerten Schaltzustände sein. Die Spannungsrampe wird daher vorzugsweise jeweils so gewählt, dass sich beim Anlegen einer elektrischen Spannung an das Funktionselement die Schaltzeit tschait sowohl für den Wechsel in einen abnehmenden Schaltzustand als auch für den Wechsel in einen zunehmenden Schaltzustand ergibt. Der Datensatz hat also vorzugsweise jeder Temperatur in einem vorher festgelegten Temperaturbereich unterschiedliche Spannungsrampen zugeordnet. Weist die Steuereinheit eine programmierte Funktion auf, umfasst die programmierte Funktion vorzugsweise eine Funktion für den Wechsel in einen zunehmenden Schaltzustand und eine Funktion für den Wechsel in einen abnehmenden Schaltzustand.
T ypischerweise ist die temperaturabhängige, notwendige Schaltzeit tmax bei T emperaturen von weniger als 10 °C deutlich gegenüber der Schaltzeit bei Temperaturen von mehr als 10 °C verlängert. Die Grenztemperatur liegt bei gebräuchlichen Funktionselementen typischerweise bei etwa 10 °C. Temperaturen, die niedriger als 10 °C sind, treten insbesondere saisonal und wetterbedingt auf. Die Zeit tmax liegt typischerweise bei Temperaturen von 20 °C bei 0,5 s oder weniger. Bei Temperaturen von -10 °C liegt die Zeit tmax typischerweise hingegen bei 5 s oder mehr. Diese zeitliche Differenz für unterschiedliche Temperaturen kann mit sinkender Temperatur und je nach Funktionselement größer werden. Vorzugsweise weisen die zumindest zwei Schaltzustände daher bei niedrigeren Temperaturen eine längere benötigte Zeit auf, um zwischen zwei Schaltzuständen zu wechseln, als bei höheren Temperaturen.
Vorzugsweise ist das Funktionselement in mindestens zwei getrennte Segmente aufgeteilt und jedes Segment ist elektrisch mit der Steuereinheit verbunden, sodass für jedes Segment unabhängig voneinander die elektrische Spannung mit der Spannungsrampe angelegt werden kann. Das Funktionselement kann auch in mehr als zwei getrennte Segmente aufgeteilt sein. Das Funktionselement ist besonders bevorzugt in 3 oder mehr getrennte Segmente, ganz besonders bevorzugt in 5 oder mehr und insbesondere in 10 oder mehr getrennte Segmente aufgeteilt. Die Aufteilung in verschiedene Segmente ermöglicht eine bedarfsangepasste Steuerung des Funktionselements. Durch die unabhängig voneinander steuerbaren Segmente kann der Benutzer festlegen, welche Bereiche der Verglasungseinheit transparent sein sollen und welche abgedunkelt, opak oder mit einer hohen Lichtstreuung (Transluzenz) versehen werden sollen. Falls die Verglasungseinheit beispielsweise als Dachscheibe in einem Fahrzeug verwendet wird, kann in Abhängigkeit vom Sonnenstand eine übermäßige Erwärmung des Fahrzeuginnenraums durch selektives Steuern der einzelnen Segmente vermieden werden. Es ist auch möglich, dass jedem Fahrzeuginsassen, also beispielsweise dem Fahrer, dem Beifahrer, dem linken und dem rechten hinteren Insassen, jeweils ein über ihm befindliches Segment zugeordnet ist.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird das Funktionselement mit einem Animationsschema angefahren, wobei zunächst an ein erstes Segment der mindestens zwei getrennten Segmente die elektrische Spannung angelegt wird und erst nach der Schaltzeit tschäit an ein weiteres Segment der mindestens zwei getrennten Segmente ebenfalls die elektrische Spannung angelegt wird. Das weitere Segment wechselt also erst nach Abschluss des Schaltvorgangs des ersten Segmentes in einen anderen Schaltzustand. Vorzugsweise wird an das weitere Segment sofort nach Abschluss des vorherigen Schaltvorgangs eine elektrische Spannung angelegt. Mit „sofort“ ist in diesem Zusammenhang vorzugsweise eine Zeit von 1 s oder weniger, besonders bevorzugt 0,5 s oder weniger und insbesondere 0,1 s oder weniger gemeint. Dabei wechseln die mindestens zwei getrennten Segmente vorzugsweise in den gleichen Schaltzustand. Es sind auch andere Animationsschema möglich. Ist das Funktionselement in mehr als zwei Segmente aufgeteilt, können auf die zuvor beschriebene Art und Weise aneinander angrenzende Segmente nacheinander geschaltet werden, wobei „schalten“ den Wechsel von einem Schaltzustand in einen anderen Schaltzustand bedeutet. Es können aber auch zuerst äußere Segmente und dann nacheinander angrenzende innere Segmente geschaltet werden. Es versteht sich, dass ebenso die umgekehrte Reihenfolge möglich ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Funktionselement mit einem anderen Animationsschema verwendet, wobei für alle Segmente der mindestens zwei Segmente gleichzeitig eine Spannung angelegt wird, sodass alle Segmente der mindestens zwei Segmente gleichzeitig in einen gewünschten Schaltzustand wechseln. Alternativ wird an alle Segmente der mindestens zwei Segmente geringfügig zeitversetzt, vorzugsweise um höchstens 5 Sekunden und besonders bevorzugt höchstens 1 Sekunde, nacheinander eine elektrische Spannung zum Wechsel des Schaltzustandes angelegt.
Die Steuereinheit ist dafür vorgesehen und geeignet, die optischen Eigenschaften des Funktionselements zu steuern. Die Steuereinheit ist elektrisch leitend einerseits mit dem Funktionselement bzw. gegebenenfalls den einzelnen Segmenten des Funktionselementes und andererseits mit einer Spannungsquelle verbunden. Die Steuereinheit beinhaltet die erforderlichen elektrischen und/oder elektronischen Bauteile, um in Abhängigkeit von einem Schaltzustand die erforderliche Spannung an die Flächenelektroden anzulegen. Der Schaltzustand kann dabei vom Benutzer vorgegeben werden (beispielsweise durch Bedienung eines Schalters, einer Taste oder eines Dreh- oder Schiebereglers), durch Sensoren ermittelt werden und/oder übereine digitale Schnittstelle vom zentralen Steuergerät des Fahrzeugs (falls die Verbundscheibe eine Fahrzeugscheibe ist, üblicherweise LIN-Bus oder CAN-Bus) übermittelt werden. Die Schalter, Tasten, Dreh- oder Schieberegler können beispielsweise in den Armaturen des Fahrzeugs integriert sein, falls die Verbundscheibe eine Fahrzeugscheibe ist. Es können aber auch Berührungsschaltflächen direkt in die Verbundscheibe integriert sein, beispielsweise kapazitive oder resistive Schaltflächen. Alternativ kann das Funktionselement auch durch kontaktfreie Verfahren, beispielsweise durch das Erkennen von Gesten, oder in Abhängigkeit des durch eine Kamera und geeignete Auswerteelektronik festgestellten Zustands von Pupille oder Augenlid gesteuert werden. Die Steuereinheit kann beispielsweise elektronische Prozessoren, Spannungswandler, Transistoren, Kondensatoren, Dioden und andere Bauteile umfassen. Die Spannung, welche an das Funktionselement angelegt wird, ist eine Wechselspannung, wenn das Funktionselement ein SPD-Funktionselement oder ein PDLC-Funktionselement ist. Handelt es sich um ein elektrochromes Funktionselement, wird an das Funktionselement eine Gleichspannung angelegt.
Es kann Fälle geben in denen das Funktionselement ein PDLC-Funktionselement oder SPD- Funktionselement ist, die Spannungsquelle aber eine Gleichspannungsquelle ist. Diese Situation tritt beispielweise in einem Fahrzeug auf, wenn die Verbundscheibe eine Fahrzeugscheibe ist und an die Bordspannung angeschlossen ist. Die Steuereinheit ist dabei bevorzugt an die Bordelektrik angeschlossen, woher sie ihrerseits die elektrische Spannung und optional die Information über den einzustellenden Schaltzustand bezieht. Die Steuereinheit ist dann mit mindestens einem Wechselrichter ausgestattet, um die Gleichspannung in die Wechselspannung zu wandeln. In einer ersten Ausgestaltung weist die Steuereinheit einen einzelnen Wechselrichter auf, der gegebenenfalls zur separaten Ansteuerung der Segmente des Funktionselementes einen Ausgangspol des Wechselrichters mit mehreren unabhängigen Ausgängen aufweist, wobei jedes Segment an einen der Ausgänge angeschlossen ist. Jedes Segment oder das Funktionselement als Ganzes ist also einem Ausgang des Wechselrichters zugeordnet und damit elektrisch verbunden. Die einzelnen Ausgänge sind typischerweise durch Schalter realisiert, wobei der Wechselrichter eine Spannung erzeugt, welche anschließend geschaltet wird. Diese Schalter können direkt im Wechselrichter integriert sein. Alternativ ist es aber auch möglich, dass der Wechselrichter selbst streng genommen nur einen einzigen Ausgang aufweist, an welchen dann externe Schalter angeschlossen sind, um die Spannung auf die Segmente des Funktionselementes zu verteilen. Im Sinne der Erfindung werden auch solche extern angeschlossenen Schalter als Ausgänge des Wechselrichters betrachtet. In einer zweiten Ausgestaltung und für den Fall, dass das Funktionselement mindestens zwei Segmente aufweist, umfasst die Steuereinheit mehrere Wechselrichter, wobei zur separaten Ansteuerung der Segmente jedes Segment an einen eigenen Wechselrichter angeschlossen ist. Jedes Segment ist also mit einem Wechselrichter elektrisch verbunden. Die erste Ausgestaltung hat den Vorteil, dass sie kostengünstiger und platzsparender ist. Sie hat allerdings den Nachteil, dass, falls das Funktionselement in mindestens zwei Segmente aufgeteilt ist, die Segmente lediglich gleichsam digital optisch steuerbar sind. Die Segmente können nicht mit unterschiedlichen endlichen Schaltzuständen versehen werden (gleichsam unabhängig „dimmbar“ sein), was bei der zweiten Ausgestaltung problemlos möglich ist. Der oder die Wechselrichter können derart betrieben werden, dass eine echte Wechselspannung erzeugt wird, inklusive deren negativer Anteile bezogen auf die Versorgungsspannung des Steuergerätes. Da im Falle einer Gleichspannungsquelle, wie beispielsweise im Falle eines Fahrzeugs, allerdings keine negativen Potentiale zur Verfügung stehen, ist diese Lösung technisch vergleichsweise aufwändig. Es ist alternativ möglich und häufig bevorzugt, die Wechselspannung gleichsam zu simulieren. Dabei ist die Steuereinheit mit zwei Wechselrichtern ausgestattet, wobei das Funktionselement mit beiden Wechselrichtern elektrisch verbunden ist. Die Potentiale der Wechselrichter werden mit einer veränderlichen Funktion moduliert, beispielsweise einer Sinusfunktion, wobei die Potentiale eines ersten Wechselrichters in Phase sind und das Potential eines zweiten Wechselrichters dazu phasenverschoben ist, insbesondere mit einer Phasenverschiebung von 180°. Das Signal des ersten Wechselrichters ist dann dem Signal des zweiten Wechselrichters gegenüber invertiert. So wird eine zeitlich veränderliche, periodische Potentialdifferenz erzeugt, mit abwechselnd relativ positiven und relativ negativen Beiträgen, was einer Wechselspannung entspricht. Falls das Funktionselement in mindestens zwei Segmente aufgeteilt ist, wird jedes Segment mit zwei unterschiedlichen Wechselrichtern elektrisch verbunden, um für jedes Segment eine Wechselspannung modulieren zu können. Mit „unterschiedlichen Wechselrichtern“ ist dabei nicht gemeint, dass die jeweiligen Wechselrichter nicht auch an mehrere Segmente angeschlossen sein können.
Die Bordspannung von Fahrzeugen (beispielsweise 12 bis 14 V) ist typischerweise nicht ausreichend, um das Funktionselement vollständig optisch zu steuern. Aus diesem Grund ist die Steuereinheit, unabhängig davon ob das Funktionselement ein PDLC-Funktionselement, ein SPD-Funktionselement oder ein elektrochromes Funktionselement ist, darüber hinaus bevorzugt mit einem Gleichspannungswandler ausgestattet, der geeignet ist, die bereitgestellte Speisespannung (Primärspannung) zu erhöhen, das heißt in eine höhere Sekundärspannung zu wandeln (beispielsweise 65 V). Die Steuereinheit ist an die Gleichspannungsquelle angeschlossen und wird von dieser mit einer Primärspannung versorgt. Die Primärspannung wird durch den Gleichspannungswandler in die höhere Sekundärspannung gewandelt. Die Sekundärspannung beträgt in einer vorteilhaften Ausgestaltung von 5 V bis 70 V, die Wechselspannung von 5 V bis 50 V. Handelt es sich bei dem Funktionselement nicht um ein elektrochromes Funktionselement wird die Sekundärspannung durch einen Wechselrichter in eine Wechselspannung gewandelt (beispielsweise 48 V). Erfindungsgemäß wird die Temperatur des Funktionselementes ermittelt, um die Spannungsrampe mit der eine elektrische Spannung angelegt wird, anhand dieser Temperatur auszuwählen oder zu berechnen. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Verbundscheibe insgesamt eine homogene Temperatur aufweist, also die Temperatur des Funktionselements mit der Temperatur anderer Bereiche der Verbundscheibe übereinstimmt, was typischerweise zumindest näherungsweise der Fall ist. Die Ermittlung der Temperatur der Verbundscheibe entspricht demnach zumindest näherungsweise der Ermittlung der Temperatur des Funktionselementes.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verbundscheibe mit einem Temperatursensor ausgestattet. Der Temperatursensor ist derart mit der Steuereinheit verbunden, dass die Steuereinheit die Temperatur der Verbundscheibe und damit des Funktionselementes mittels des Temperatursensors ermitteln kann. Das Messsignal des Temperatursensors wird also an die Steuereinheit übermittelt und dort ausgewertet, sodass die Steuereinheit die Temperatur der Verbundscheibe mittels des Temperatursensors ermittelt. Der Temperatursensor kann in der Verbundscheibe integriert sein. Alternativ kann der Temperatursensor äußerlich an der Verbundscheibe befestigt oder dieser zugeordnet sein. Bevorzugt ist der Temperatursensor dabei an einer dem Innenraum (beispielsweise dem Fahrzeuginnenraum) zugewandten Oberfläche der Verbundscheibe befestigt. Der Temperatursensor kann auch in der Steuereinheit selbst angeordnet sein oder in einem Befestigungselement, mit dem die Steuereinheit an der Verbundscheibe befestigt ist. Grundsätzlich kann auch ein Temperatursensor verwendet werden, der nicht direkt an der Verbundscheibe befestigt oder in diese integriert ist, sondern die T emperatur auf Distanz misst, beispielsweise ein I R-Sensor, der in der Umgebung der Verbundscheibe angeordnet und auf diese gerichtet ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuereinheit geeignet, die elektrische Impedanz des Funktionselementes zu ermitteln und daraus die Temperatur des Funktionselements zu ermitteln. Dies ist möglich, da die Impedanz (das Äquivalent des klassischen ohmschen Widerstands bei Wechselspannungen) temperaturabhängig ist. Insbesondere besteht zwischen dem Realteil der elektrischen Impedanz und der Temperatur des Funktionselementes ein injektiver Zusammenhang. Auf diese Weise kann jeder Impedanz eine Temperatur zugeordnet werden. Insbesondere ist der Realteil der Impedanz als Funktion der Temperatur mit steigender Temperatur streng monoton fallend. Die Ausgestaltung hat den Vorteil, dass auf einen Temperatursensor verzichtet werden kann, der als weiteres Bauteil integriert werden muss und daher den Aufbau verkompliziert und die Herstellungskosten erhöht. Das Verfahren wird derart ausgeführt, dass die Steuereinheit die Impedanz des Funktionselementes ermittelt und daraus die Temperatur ermittelt beziehungsweise abschätzt. Dazu wird insbesondere eine Spannung angelegt und der daraus resultierende Stromfluss ermittelt. Die Impedanz kann berechnet werden als Quotient aus der Spannung und dem Stromfluss. In der Steuereinheit sind Impedanzdaten, beispielsweise eine Impedanzkurve oder -tabelle, hinterlegt, welche die Temperaturabhängigkeit der Impedanz (genauer gesagt des Realteils der Impedanz) beschreibt (Impedanz als Funktion der Temperatur oder Temperatur als Funktion der Impedanz). Durch einen Abgleich des Betrags der gemessenen Impedanz mit den Impedanzdaten kann die Steuereinheit die Temperatur näherungsweise ermitteln.
Bei der Ermittlung der Impedanz sind wiederum verschiedene Ausführungen möglich, insbesondere hinsichtlich der Messung der Leistungsaufnahme. Wenn die Steuereinheit mindestens einen Wechselrichter umfasst, der eine eingehende Gleichspannung in eine ausgehende Wechselspannung wandelt, so dass der Ausgangsstrom des Wechselrichters gemessen werden. Problematisch dabei ist, dass sich der so ermittelte Strom („Scheinstrom“ oder auch „Gesamtstrom“) aus zwei Anteilen zusammensetzt, nämlich dem Blindstrom (bildlich ausgedrückt hervorgerufen durch das „Hin- und Herschieben“ von Elektronen infolge der Wechselspannung und des kapazitiv wirkenden Funktionselementes) und dem Wirkstrom (hervorgerufen durch parasitäre Verluste in den Zuleitungen sowie in dem Funktionselement). Für die Ermittlung der Impedanz (genauer gesagt deren Realteil) ist aber lediglich der Wirkstrom entscheidend. Der Wirkanteil des gemessenen Stromes (Wirkstrom) muss dann durch die Steuereinheit aus dem Gesamtstrom herausgerechnet werden, beispielsweise durch Ermittlung der Phasenverschiebung zwischen Spannung und Scheinstrom.
Ist das Funktionselement ein PDLC-Funktionselement oder ein SPD-Funktionselement kann in einer besonders bevorzugten Variante die Impedanz aus einer Messung der Stromaufnahme des Wechselrichters ermittelt werden. Die Steuereinheit ist zu dieser Ermittlung geeignet. Da hier nur Gleichspannungen vorliegen, verschwindet jeglicher Blindstrom im zeitlichen Mittel, sofern er nicht ohnehin von den Zwischenkreiskondensatoren im Wechselrichter abgefangen wurde. Der gemessene Strom kann unter Berücksichtigung eines Verlustfaktors im Wechselrichter entsprechend direkt zur Ermittlung der Impedanz zugrunde gelegt werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass diese Strommessung zur Fehlererkennung (Kurzschluss und Überlast) häufig ohnehin vorhanden ist und auf zusätzlichen Bauteilaufwand verzichtet werden kann.
Als weitere Möglichkeit, um die Temperatur des Funktionselementes zu ermitteln, kann ein Abschätzungsalgorithmus verwendet werden. Der Abschätzungsalgorithmus befindet sich vorzugsweise auf der Steuereinheit und wird dort ausgeführt. Die Temperatur des Funktionselementes wird anhand von einem oder mehreren gemessenen Signalen abgeschätzt. Die Signale zur Temperaturabschätzung können Messdaten vorzugsweise zu der Innentemperatur, der Außentemperatur, der Wärmestrahlung (Infrarotstrahlen-, sekundäre Wärme- und/oder Ultraviolett-Strahlen) und/oder der Fahrtgeschwindigkeit sein, falls die Verbundscheibe als Fahrzeugscheibe in einem Fahrzeug verwendet wird. Die Signale können über ohnehin typischerweise in Fahrzeugen befindliche Sensoren gemessen werden und an die Steuereinheit übertragen werden. Alternativ können auch speziell zum Zwecke der Temperaturabschätzung Sensoren in der Umgebung der Verbundscheibe angeordnet sein. In jedem Fall sind die Sensoren mit der Steuereinheit verbunden. Mittels des Abschätzungsalgorithmus lässt sich die Temperatur anhand der gemessenen Signale abschätzen. Die Temperatur ist dabei eine Funktion von einem oder mehreren Signalen; die Signale sind also die Definitionsmenge und die Temperatur die Zielmenge. Die Temperatur des Funktionselementes lässt sich mittels des Abschätzungsalgorithmus unabhängig davon, ob das Funktionselement ein PDLC-Funktionselement, SPD-Funktionselement oder elektrochromes Funktionselement ist, ermitteln.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Funktionselement ein PDLC-Funktionselement (polymer dispersed liquid crystal). Das PDLC-Funktionselement enthält Flüssigkristalle, welche in eine Polymermatrix eingelagert sind. Wird an das PDLC-Funktionselement keine Spannung angelegt, so sind die Flüssigkristalle ungeordnet ausgerichtet, was zu einer starken Streuung des durch die aktive Schicht tretenden Lichts (Transluzenz) führt. Wird das Funktionselement eine Spannung angelegt, so richten sich die Flüssigkristalle in einer gemeinsamen Richtung aus und die T ransmission von Licht durch das Funktionselement wird erhöht (Transparenz). Es kann allerdings auch sein, dass die Flüssigkristalle in einem spannungsfreien Zustand geordnet vorliegen und die Flüssigkristalle entsprechend ungeordnet vorliegen, wenn eine Spannung angelegt wird. Es können aber auch andere Funktionselemente verwendet werden, deren Veränderlichkeit der optischen Eigenschaften auf Flüssigkristallen basiert, beispielsweise PNLC-Funktionselemente (polymer networked liquid crystal). Wird im Zusammenhang des Funktionselementes als PDLC-Funktionselement von dem Anlegen einer Spannung gesprochen, dann ist im Sinne der Erfindung immer eine Wechselspannung (der Effektivwert der Wechselspannung nicht die Momentanspannung) gemeint.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Funktionselement ein SPD- Funktionselement (suspended particle device). Dabei enthält das SPD-Funktionselement suspendierte Partikel. Die suspendierten Partikel verändern durch die Absorption von Licht mittels Anlegen einer Spannung den optischen Zustand des Funktionselementes. SPD- Funktionselemente weisen also Schaltzustände mit transparenten und opaken optischen Eigenschaften sowie Zwischenstufen zwischen Transparenz und Opazität auf. Wird im Zusammenhang des Funktionselementes als SPD-Funktionselement von dem Anlegen einer Spannung gesprochen, dann ist im Sinne der Erfindung immer eine Wechselspannung (der Effektivwert der Wechselspannung nicht die Momentanspannung) gemeint.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Funktionselement ein elektrochromes Funktionselement. In diesem Fall ist die Transmission von sichtbarem Licht durch das Funktionselement abhängig vom Einlagerungsgrad von Ionen. Die Ionen werden beispielsweise durch eine lonenspeicherschicht freigesetzt und in eine elektrochrome Schicht eingelagert. Die Transmission kann durch die an das Funktionselement angelegte Spannung, welche eine Wanderung der Ionen hervorruft, beeinflusst werden. Geeignete elektrochrome Schichten enthalten vorzugsweise zumindest Wolframoxid oder Vanadiumoxid. Ist das Funktionselement ein elektrochromes Funktionselement, wird die Steuereinheit vorzugsweise nicht mit einem Wechselrichter ausgestattet und es wird eine Gleichspannung an das Funktionselement angelegt. Ein Gleichspannungswandler zum Erreichen von Spannungen im Bereich von 1 V bis 50 V und vorzugsweise 10 V bis 42 V, kann aber je nach Notwendigkeit ein Bestandteil der Steuereinheit sein.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Funktionselement ein SPD- Funktionselement oder ein PDLC-Funktionselement. Die Schaltgeschwindigkeit des Funktionselementes lässt sich deutlich besser mit der Spannungsrampe beeinflussen, wenn das Funktionselement mittels Wechselspannung betrieben wird. Insbesondere ist das Funktionselement ein PDLC-Funktionselement. Es hat sich in experimentellen Studien gezeigt, dass die technische Wirkung der Erfindung sich besonders vorteilhaft für PDLC- Funktionselemente entfaltet. Die erwähnten regelbaren Funktionselemente und deren Funktionsweise sind dem Fachmann an sich bekannt, sodass an dieser Stelle auf eine ausführliche Beschreibung verzichtet werden kann.
Vorzugsweise umfasst die Verbundscheibe mindestens eine Außenscheibe und eine Innenscheibe, die über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind.
Mit der Innenscheibe wird im Sinne der Erfindung die dem Innenraum zugewandte Scheibe bezeichnet. Mit der Außenscheibe wird die der äußeren Umgebung zugewandte Scheibe bezeichnet. Die Außenscheibe und die Innenscheibe weisen jeweils eine außenseitige und eine innenraumseitige Oberfläche auf und eine dazwischen verlaufende, umlaufende Seitenkantenfläche. Mit der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe und der Außenscheibe wird im Sinne der Erfindung diejenige Hauptfläche bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt zu sein. Mit der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe und der Außenscheibe wird im Sinne der Erfindung diejenige Hauptfläche bezeichnet, welche dafür vorgesehen ist, in Einbaulage dem Innenraum zugewandt zu sein. Die innenraumseitige Oberfläche der Außenscheibe und die außenseitige Oberfläche der Innenscheibe sind also einander zugewandt und durch die thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden.
Die thermoplastische Zwischenschicht dient der Verbindung der Innenscheibe und der Außenscheibe, wie es bei Verbundscheiben üblich ist. Typischerweise werden thermoplastische Folien verwendet und die Zwischenschicht aus diesen ausgebildet. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Zwischenschicht zumindest aus einer ersten thermoplastischen Schicht und einer zweiten thermoplastischen Schicht gebildet, zwischen denen das Funktionselement angeordnet ist. Das Funktionselement ist dann über einen Bereich der ersten thermoplastischen Schicht mit der Außenscheibe und über einen Bereich der zweiten thermoplastischen Schicht mit der Innenscheibe verbunden. Bevorzugt ragen die thermoplastischen Schichten umlaufend über das Funktionselement hinaus. Dort wo die thermoplastischen Schichten direkten Kontakt miteinander haben und nicht durch das Funktionselement voneinander getrennt sind, können sie beim Laminieren derart verschmelzen, dass die ursprünglichen Schichten unter Umständen nicht mehr erkennbar sind und stattdessen eine homogene Zwischenschicht vorliegt. Eine thermoplastische Schicht kann beispielsweise durch eine einzige thermoplastische Folie ausgebildet werden. Eine thermoplastische Schicht kann auch aus Abschnitten unterschiedlicher thermoplastischer Folien gebildet werden, deren Seitenkanten aneinandergesetzt sind.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Funktionselement, genauer die Seitenkanten des Funktionselements umlaufend von einer dritten thermoplastischen Schicht umgeben. Die dritte thermoplastische Schicht ist rahmenartig ausgebildet mit einer Aussparung, in welche das Funktionselement eingelegt wird. Die dritte thermoplastische Schicht kann durch eine thermoplastische Folie gebildet werden, in welche die Aussparung durch Ausschneiden eingebracht worden ist. Alternativ kann die dritte thermoplastische Schicht auch aus mehreren Folienabschnitten um das Funktionselement zusammengesetzt werden. Die Zwischenschicht ist dann aus insgesamt mindestens drei flächig aufeinander angeordneten thermoplastischen Schichten gebildet, wobei die mittlere Schicht eine Aussparung ausweist, in der das Funktionselement angeordnet ist. Bei der Herstellung wird die dritte thermoplastische Schicht zwischen der ersten und der zweiten thermoplastischen Schicht angeordnet, wobei die Seitenkanten aller thermoplastischen Schichten bevorzugt in Deckung befindlich sind. Die dritte thermoplastische Schicht weist bevorzugt etwa die gleiche Dicke auf wie das Funktionselement. Dadurch wird der lokale Dickenunterschied, der durch das örtlich begrenzte Funktionselement eingebracht wird, kompensiert, so dass Glasbruch beim Laminieren vermieden werden kann und ein verbessertes optisches Erscheinungsbild entsteht.
Die Schichten der Zwischenschicht sind bevorzugt aus demselben Material ausgebildet, können prinzipiell aber auch aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sein. Die Schichten beziehungsweise Folien der Zwischenschicht sind bevorzugt auf Basis von Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA), oder Polyurethan (PU). Das bedeutet, dass die Schicht beziehungsweise Folie mehrheitlich das besagte Material enthält (Anteil von größer als 50 Gew.-%) und daneben optional weitere Bestandteile enthalten kann, beispielsweise Weichmacher, Stabilisatoren, UV- oder IR-Absorber. Die Dicke jeder thermoplastischen Schicht beträgt bevorzugt von 0,2 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0,3 mm bis 1 mm. Beispielsweise können Folien mit den Standarddicken von 0,38 mm oder 0,76 mm verwendet werden. Die Außenscheibe und die Innenscheibe sind bevorzugt aus Glas gefertigt sind, besonders bevorzugt aus Kalk-Natron-Glas, wie es für Fensterscheiben üblich ist. Die Scheiben können aber auch aus anderen Glassorten gefertigt sein, beispielsweise Quarzglas, Borosilikatglas oder Alumosilikatglas, oder aus starren klaren Kunststoffen, beispielsweise Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat. Die Scheiben können klar sein oder auch getönt oder gefärbt. Je nach Anwendungsfall können dem Grad der Tönung oder Färbung Grenzen gesetzt sein: so muss mitunter eine vorgeschriebene Lichttransmission gewährleistet sein, beispielsweise eine Lichttransmission von mindestens 70 % im Haupt-Durchsichtbereich A gemäß der Regelung Nr. 43 der Wirtschaftskommission der Vereinten Nationen für Europa (UN/ECE) (ECE-R43, „Einheitliche Bedingungen für die Genehmigung der Sicherheitsverglasungswerkstoffe und ihres Einbaus in Fahrzeuge“).
Die Außenscheibe, die Innenscheibe und/oder die Zwischenschicht können geeignete, an sich bekannte Beschichtungen aufweisen, beispielsweise Antireflexbeschichtungen, Antihaftbeschichtungen, Antikratzbeschichtungen, photokatalytische Beschichtungen, UV- absorbierende oder reflektierende Beschichtungen oder IR-absorbierende oder - reflektierende Beschichtungen wie Sonnenschutzbeschichtungen oder Low-E- Beschichtungen.
Die Dicke der Außenscheibe und der Innenscheibe kann breit variieren und so den Erfordernissen im Einzelfall angepasst werden. Die Außenscheibe und die Innenscheibe weisen bevorzugt Dicken von 0,5 mm bis 5 mm auf, besonders bevorzugt von 1 mm bis 3 mm.
Die Verbundscheibe kann mit einem opaken Abdeckdruck ausgestattet sein, insbesondere in einem umlaufenden Randbereich, wie es im Fahrzeugbereich insbesondere für Windschutzscheiben, Heckscheiben und Dachscheiben üblich ist. Der Abdeckdruck ist typischerweise aus einer Emaille gebildet, enthaltend Glasfritten und ein Pigment, insbesondere Schwarzpigment. Die Druckfarbe wird typischerweise im Siebdruckverfahren aufgebracht und eingebrannt. Ein solcher Abdeckdruck ist auf mindestens einer der Scheibenoberflächen aufgebracht, bevorzugt der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe und/oder der Innenscheibe. Der Abdeckdruck umgibt bevorzugt einen zentralen Durchsichtbereich rahmenartig und dient insbesondere dem Schutz des Klebstoffs, durch den die Verbundscheibe mit der Fahrzeugskarosserie verbunden ist, vor UV-Strahlung. Ist die Steuereinheit an der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe angebracht, dann bevorzugt im opaken Bereich des Abdeckdrucks.
Die erfindungsgemäße Verbundscheibe enthält das Funktionselement mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften, das vorzugsweise zwischen der Außenscheibe und der Innenscheibe angeordnet, also in die Zwischenschicht eingelagert ist. Das Funktionselement ist besonders bevorzugt 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. Alternativ kann das Funktionselement aber auch direkt auf der zur Zwischenschicht hingewandten Oberfläche der Außenscheibe oder der Innenscheibe angeordnet sein. Bevorzugt ist die Seitenkante des Funktionselements vollständig von der Zwischenschicht umgeben, so dass sich das Funktionselement nicht bis zur Seitenkante der Verbundscheibe erstreckt und somit keinen Kontakt zur umgebenden Atmosphäre hat.
Ist der Temperatursensor in der Verbundscheibe integriert, ist damit im Sinne der Erfindung gemeint, dass der Temperatursensor zwischen der Außenscheibe und der Innenscheibe einlaminiert ist. Der Temperatursensor ist vorzugsweise in die Zwischenschicht eingelagert und besonders bevorzugt zwischen mindestens zwei Schichten von thermoplastischen Material der Zwischenschicht angeordnet. Vorzugsweise ist der Temperatursensor dabei angrenzend zum Funktionselement angeordnet, sodass der Temperatursensor 2 cm oder weniger, besonders bevorzugt 1 cm oder weniger vom Funktionselement entfernt ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Funktionselement mindestens eine aktive Schicht und eine erste sowie eine zweite Flächenelektrode, die beidseitig der aktiven Schicht angeordnet sind, so dass die aktive Schicht zwischen der ersten und der zweiten Flächenelektrode angeordnet ist. Die Flächenelektroden und die aktive Schicht sind typischerweise im Wesentlichen parallel zu den Oberflächen der Außenscheibe und der Innenscheibe angeordnet. Die aktive Schicht weist die veränderlichen optischen Eigenschaften auf, die durch die über die Flächenelektroden an die aktive Schicht angelegte elektrische Spannung gesteuert werden können. Die aktive Schicht umfasst also vorzugsweise im Falle des PDLC-Funktionselementes zumindest die Flüssigkristalle in einer Polymermatrix, im Falle des SPD-Funktionselementes zumindest die suspendierten Partikel und im Falle des elektrochromen Funktionselementes zumindest die lonenspeicherschicht und die elektrochrome Schicht. Die erste Flächenelektrode weist vorzugsweise mindestens zwei Elektrodensegmente auf, welche durch eine Isolierungslinie voneinander getrennt sind. Unter der Isolierungslinie wird ein linienartiger Bereich verstanden, in dem das Material der Flächenelektrode nicht vorhanden ist, sodass die angrenzenden Segmente stofflich voneinander getrennt sind und daher elektrisch voneinander isoliert sind. Damit ist gemeint, dass keine direkte elektrische Verbindung zwischen den Elektrodensegmenten besteht, wobei die Elektrodensegmente allerdings über die mit ihnen in Kontakt befindliche aktive Schicht indirekt in gewissem Maße elektrisch leitend miteinander verbunden sein können. Die erste Flächenelektrode kann durch mehrere Isolierungslinien in mehrere Segmente aufgeteilt sein. Jedes Elektrodensegment steht für ein Segment des Funktionselementes. Die Anzahl der Elektrodensegmente ist entsprechend der gewünschten Anzahl der Segmente des Funktionselementes frei wählbar. In einer bevorzugten Ausgestaltung verlaufen die Isolierungslinien im Wesentlichen parallel zueinander und erstrecken sich von einer Seitenkante der Flächenelektrode zur gegenüberliegenden Seitenkante. Es sind aber auch beliebige andere geometrische Formen denkbar. Die Verwendung von Isolierungslinien zur Ausbildung von Elektrodensegmenten des Funktionselements ist eine kostengünstige und einfache Methode, um Segmente des Funktionselementes herzustellen. Die zweite Flächenelektrode und die aktive Schicht bilden bevorzugt jeweils eine zusammenhängende, vollständige Schicht.
Die Isolierungslinien weisen beispielsweise eine Breite von 5 pm bis 500 pm, insbesondere 20 pm bis 200 pm auf. Sie werden bevorzugt mittels Laserstrahlung in die Flächenelektrode eingebracht. Die Breite der Segmente, also der Abstand benachbarten Isolierungslinien kann vom Fachmann gemäß den Anforderungen im Einzelfall geeignet gewählt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die zweite Flächenelektrode parallel zu der ersten Flächenelektrode verlaufende Isolierungslinien auf, sodass sowohl die erste als auch die zweite Flächenelektrode mindestens zwei Elektrodensegmente aufweisen, die in Durchsicht durch die Verbundscheibe deckungsgleich angeordnet sind. Durch diese Anordnung können sogenannte „Cross-talk“-Effekte zwischen den Segmenten des Funktionselementes verhindert werden. „Cross-talk“-Effekte beschreiben eine Änderung des Schaltzustandes von Segmenten, die eigentlich spannungsfrei sein sollten, aber aufgrund von benachbarten Segmenten, an die eine Spannung angelegt wurde, ihren Schaltzustand verändern. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, dass die zweite Flächenelektrode in geringerem Maße segmentiert ist als die erste Flächenelektrode, also weniger Isolierungslinien und Elektrodensegmente aufweist, sodass mindestens einem Elektrodensegment der zweiten Flächenelektrode mehrere Elektrodensegmente der ersten Flächenelektrode zugeordnet sind. Auf diese Weise können Kosten gespart werden.
Die Elektrodensegmente der ersten Flächenelektrode sind unabhängig voneinander elektrisch mit der Steuereinheit verbunden, so dass an jedes Elektrodensegment (unabhängig von den anderen Elektrodensegmenten) ein erstes (im Falle einer Wechselspannung zeitlich veränderliches) elektrisches Potential angelegt werden kann. Die zweite Flächenelektrode ist ebenfalls elektrisch mit der Steuereinheit verbunden, so dass an die zweite Flächenelektrode insgesamt ein zweites elektrisches Potential angelegt werden kann. Es wird also die elektrische Spannung mit der Spannungsrampe zwischen jedem Elektrodensegment und der zweiten Flächenelektrode angelegt. Falls die zweite Flächenelektrode ebenfalls in Elektrodensegmente aufgeteilt ist, ist jedes Elektrodensegment der zweiten Flächenelektrode ebenfalls unabhängig voneinander elektrisch mit der Steuereinheit verbunden. Sind das erste und das zweite Potential identisch, so liegt im jeweiligen Segment keine Spannung zwischen den Elektroden an (Schaltzustand 0%). Sind das erste und das zweite Potential unterschiedlich, so liegt im jeweiligen Segment eine Spannung zwischen den Elektroden an, wodurch ein endlicher Schaltzustand erzeugt wird. Für elektrochrome Funktionselemente, kann sich auch in einem Schaltzustand von 0 % eine Gleichgewichtsspannung einstellen, sodass das erste Potentiale und zweite Potential nicht identisch sind. Da bei dieser Gleichgewichtsspannung aber fast kein elektrischer Strom fließt, ändert sich der Schaltzustand erst mit dem Anlegen einer Spannung von einer Spannungsquelle.
Die Flächenelektroden sind bevorzugt transparent, was im Sinne der Erfindung bedeutet, dass sie eine Lichttransmission im sichtbaren Spektral be re ich von mindestens 50% aufweisen, bevorzugt mindestens 70%, besonders bevorzugt mindestens 80%. Die Flächenelektroden enthalten bevorzugt zumindest ein Metall, eine Metalllegierung oder ein transparentes leitfähiges Oxid (transparent conducting oxide, TCO). Die Flächenelektroden können beispielsweise auf Basis von Silber, Gold, Kupfer, Nickel, Chrom, Wolfram, Indium- Zinnoxid (ITO), Gallium-dotiertem oder Aluminium-dotiertem Zinkoxid und/oder Fluordotiertem oder Antimon-dotiertem Zinnoxid ausgebildet sein, bevorzugt auf Basis von Silber oder ITO. Die Flächenelektroden weisen bevorzugt eine Dicke von 10 nm bis 2 pm auf, besonders bevorzugt von 20 nm bis 1 pm, ganz besonders bevorzugt von 30 nm bis 500 nm. In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Funktionselement außer der aktiven Schicht und der ersten und der zweiten Flächenelektrode zwei Trägerfolien, wobei die aktive Schicht und die Flächenelektroden bevorzugt zwischen den Trägerfolien angeordnet sind. Die Trägerfolien sind bevorzugt aus thermoplastischem Material ausgebildet, beispielsweise auf Basis von Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylen, Polyvinylchlorid, fluorinierte Ethylen- Propylen, Polyvinylfluorid oder Ethylen-Tetrafluorethylen, besonders bevorzugt auf Basis von PET. Die Dicke der Trägerfolien beträgt bevorzugt von 10 pm bis 200 pm. Solche Funktionselemente können vorteilhaft als Mehrschichtfolien bereitgestellt werden, insbesondere käuflich erworben werden, in der gewünschten Größe und Form zurechtgeschnitten werden und dann in die Verbundscheibe einlaminiert werden, bevorzugt über jeweils eine thermoplastische Schicht mit der Außenscheibe und der Innenscheibe. Es ist möglich, die erste und/oder die zweite Flächenelektrode durch Laserstrahlung zu segmentieren, auch wenn sie in einer solche Mehrschichtfolie eingelagert ist. Durch die Laserbearbeitung kann eine dünne, optisch unauffällige Isolierungslinie erzeugt werden, ohne die typischerweise darüber liegende Trägerfolie zu beschädigen.
Eine umlaufende Seitenkante des Funktionselements kann teilweise oder vollständig versiegelt werden, beispielsweise durch Verschmelzen der Trägerschichten oder durch ein (bevorzugt polymeres) Band. So kann die gegebenenfalls vorhandene aktive Schicht geschützt werden, insbesondere davor, dass Bestandteile der Zwischenschicht (insbesondere Weichmacher) in das Funktionselement hineindiffundieren, was zu einer Degradation des Funktionselements führen kann.
Zur elektrischen Kontaktierung des Funktionselementes, bzw. der Segmente, ist dieses bevorzugt mit sogenannten Flach- oder Folienleitern verbunden, welche sich aus der Zwischenschicht über die Seitenkante der Verbundscheibe hinaus erstrecken. Flachleiter weisen als leitfähigen Kern eine bandartige metallische Schicht auf, welche typischerweise mit Ausnahme der Kontaktflächen von einer polymeren Isolationsummantelung umgeben ist. Optional können sogenannte Sammelleiter (bus bars), beispielsweise Streifen einer elektrisch leitfähigen Folie (beispielsweise Kupferfolie) oder elektrisch leitfähige Aufdrucke, auf den Flächenelektroden angeordnet sein, wobei die Flach- oder Folienleiter mit diesen Sammelleitern verbunden sind. Die Flach- oder Folienleiter sind direkt oder über weitere Leiter an die Steuereinheit angeschlossen. Die Steuereinheit ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung an der innenraumseitigen Oberfläche der Verbundscheibe, vorzugsweise an der von der Zwischenschicht abgewandten Oberfläche der Innenscheibe, befestigt. Die Steuereinheit kann beispielsweise direkt an die Oberfläche der Verbundscheibe angeklebt sein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuereinheit in ein Befestigungselement eingesetzt, welches wiederum an der innenraumseitigen Oberfläche der Verbundscheibe befestigt ist, bevorzugt über eine Schicht eines Klebstoffs. Solche Befestigungselemente sind im Fahrzeugbereich auch als „Brackets“ bekannt und typischerweise aus Kunststoff gefertigt. Durch die Anbringung der Steuereinheit direkt an der Verbundscheibe wird der elektrische Anschluss derselben erleichtert. Insbesondere sind keine langen Kabel zwischen der Steuereinheit und dem Funktionselement erforderlich.
Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Steuereinheit nicht an der Verbundscheibe befestigt ist, sondern beispielsweise im elektrische System des Fahrzeugs integriert ist oder an der Fahrzeugkarosserie befestigt ist, falls die Verbundscheibe eine Fahrzeugscheibe ist. Die Steuereinheit ist bevorzugt im Innenraum des Fahrzeugs derart angeordnet, dass sie nicht sichtbar ist, beispielsweise im Armaturenbrett oder hinter einer Wandverkleidung.
Die Erfindung erstreckt sich außerdem auf ein Computerprogrammprodukt, welches auf der Steuereinheit der erfindungsgemäßen Verglasungseinheit installiert ist und geeignet ist, die Steuereinheit anzuweisen, die Temperatur des Funktionselementes zu ermitteln, wobei die Steuereinheit anschließend die Temperatur des Funktionselementes ermittelt, eine Spannungsrampe anhand der ermittelten Temperatur aus dem Datensatz zu wählen oder mittels der programmierten Funktion zu berechnen und die Steuereinheit anzuweisen eine elektrische Spannung mit der Spannungsrampe an das Funktionselement anzulegen, wobei die Steuereinheit anschließend eine elektrische Spannung mit der Spannungsrampe an das Funktionselement anlegt.
Die Erfindung erstreckt sich außerdem auf ein Verfahren zur Steuerung einer Verglasungseinheit mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften, bei welchem eine erfindungsgemäße Verglasungseinheit bereitgestellt wird, wobei
(a) die Steuereinheit von einem Computerprogrammprodukt angewiesen wird, die Temperatur des Funktionselementes zu ermitteln und die Temperatur anschließend ermittelt, (b) eine Spannungsrampe anhand der ermittelten Temperatur vom Computerprogrammprodukt aus dem Datensatz gewählt oder mit der programmierten Funktion berechnet wird und
(c) die Steuereinheit vom Computerprogrammprodukt angewiesen wird, eine elektrische Spannung an das Funktionselement mit der Spannungsrampe anzulegen und die Spannung mit der Spannungsrampe anschließend anlegt.
Die Erfindung umfasst außerdem die Verwendung einer erfindungsgemäßen Verglasungseinheit, insbesondere der Verbundscheibe einer erfindungsgemäßen Verglasungseinheit, in Gebäuden oder in Fortbewegungsmitteln für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, bevorzugt als Fensterscheibe eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Die Verglasungseinheit bzw. die Verbundscheibe kann beispielweise verwendet werden als Windschutzscheibe, Dachscheibe, Rückwandscheibe oder Seitenscheibe.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Verglasungseinheit beziehungsweise die Verbundscheibe eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs. Das Funktionselement wird dabei bevorzugt als elektrisch steuerbare Sonnenblende eingesetzt, welche in einem oberen Bereich der Windschutzscheibe angeordnet ist, während der Großteil der Windschutzscheibe nicht mit dem Funktionselement versehen ist. Die gegebenenfalls vorhandenen Segmente sind bevorzugt im Wesentlichen parallel zur Oberkante der Windschutzscheibe mit wachsendem Abstand zu dieser angeordnet. Durch die unabhängig steuerbaren Segmente kann der Benutzer in Abhängigkeit vom Sonnenstand das Ausmaß des an die Oberkante grenzenden Bereichs bestimmen, der abgedunkelt oder mit einer hohen Lichtstreuung versehen werden soll, um eine Blendwirkung durch die Sonne zu vermeiden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Verglasungseinheit beziehungsweise die Verbundscheibe eine Dachscheibe eines Fahrzeugs. Das Funktionselement ist dabei bevorzugt im gesamten Durchsichtbereich der Verbundscheibe angeordnet. In einer typischen Ausgestaltung umfasst dieser Durchsichtbereich die gesamte Verbundscheibe abzüglich eines umlaufenden Randbereichs, der mit einem opaken Abdeckdruck auf mindestens einer der Oberfläche der Verbundscheibe versehen ist. Das Funktionselement erstreckt sich über den gesamten Durchsichtbereich, wobei seine Seitenkanten im Bereich des opaken Abdeckdrucks angeordnet und dadurch für den Betrachter nicht sichtbar sind. Die gegebenenfalls vorhandenen Segmente sind bevorzugt im Wesentlichen parallel zu einer Vorderkante (Kante, welche der Windschutzscheibe zugewandt ist) der Dachscheibe mit wachsendem Abstand zu dieser angeordnet. Durch die unabhängig steuerbaren Segmente kann der Benutzer festlegen, welche Bereiche der Dachscheibe transparent sein sollen und welche abgedunkelt oder mit einer hohen Lichtstreuung versehen werden sollen, beispielsweise in Abhängigkeit vom Sonnenstand, um eine übermäßige Erwärmung des Fahrzeuginnenraums zu vermeiden. Es ist auch möglich, dass jedem Fahrzeuginsassen, also beispielsweise dem Fahrer, dem Beifahrer, dem linken und dem rechten hinteren Insassen, jeweils ein über ihm befindliches Segment zugeordnet ist.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein. Es zeigen:
Figur 1 eine Draufsicht auf eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verglasungseinheit,
Figur 2 einen Querschnitt durch die Verglasungseinheit aus Figur 1 ,
Figur 3 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs Z aus Figur 2,
Figur 4 das Funktionselement aus Figur 1 in einem Schaltbild,
Figur 5A ein Diagramm des „Einschaltens“ mit der Schaltzeit bei 23 °C eines elektrisch steuerbaren, gattungsgemäßen Funktionselements,
Figur 5B ein Diagramm des „Ausschaltens“ mit der Schaltzeit bei 23 °C eines elektrisch steuerbaren, gattungsgemäßen Funktionselements,
Figur 6A ein Diagramm des „Einschaltens“ mit der Schaltzeit bei -20 °C eines elektrisch steuerbaren, gattungsgemäßen Funktionselements und
Figur 6B ein Diagramm des „Ausschaltens“ mit der Schaltzeit bei -20 °C eines elektrisch steuerbaren, gattungsgemäßen Funktionselements und
Figur 7 eine Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Animationsschema. Figur 1 , Figur 2, Figur 3 und Figur 4 zeigen je ein Detail einer erfindungsgemäßen Verbundscheibe 100 mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften. Die Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Verbundscheibe 100, wohingegen die Figur 2 eine Querschnittansicht der in Figur 1 gezeigten Verbundscheibe mit der Schnittlinie X-X‘ zeigt. Die Figur 3 stellt einen vergrößerten Bereich Z der Querschnittansicht aus Figur 2 dar. Die Verbundscheibe 100 ist beispielhaft als Dachscheibe eines Personenkraftwagens vorgesehen, deren Lichttransmission bereichsweise elektrisch gesteuert werden kann. Die Verbundscheibe 100 umfasst eine Außenscheibe 1 und eine Innenscheibe 2, die über eine Zwischenschicht 3 miteinander verbunden sind. Die Außenscheibe 1 und die Innenscheibe 2 bestehen aus Kalk-Natron-Glas, welches optional getönt sein kann. Die Außenscheibe 1 weist beispielsweise eine Dicke von 2,1 mm auf, die Innenscheibe 2 eine Dicke von 1 ,6 mm.
Die Zwischenschicht 3 umfasst insgesamt drei thermoplastischen Schichten 3a, 3b, 3c, 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 thermoplastische Schicht 3b mit der Innenscheibe 2. Die dazwischenliegende dritte thermoplastische Schicht 3c weist einen Ausschnitt auf, in welchen ein Funktionselement 4 mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften im Wesentlichen passgenau, das heißt an allen Seiten etwa bündig, eingelegt ist. Die dritte thermoplastische Schicht 3c bildet also gleichsam eine Art Passepartout oder Rahmen für das etwa 0,4 mm dicke Funktionselement 4, welches somit rundum in thermoplastisches Material eingekapselt und dadurch geschützt ist. Das Funktionselement 4 ist beispielsweise eine PDLC-Mehrschichtfolie, die von einem trüben, nicht-transparenten (transluzenten) Schaltzustand 0 % in einen klaren, transparenten Schaltzustand 100 % geschaltet werden kann. Das Funktionselement 4 ist eine Mehrschichtfolie, bestehend aus einer aktiven Schicht 5 zwischen einer ersten Flächenelektrode 8 und einer zweiten Flächenelektrode 9 sowie zwei Trägerfolien 6, 7. Die erste Trägerfolie 6 ist mit der ersten Flächenelektrode 8 flächig in Kontakt und die zweite Trägerfolie 7 ist mit der zweiten Flächenelektrode 9 flächig in Kontakt. Die aktive Schicht 5 enthält eine Polymermatrix mit darin dispergierten Flüssigkristallen, die sich in Abhängigkeit der an die Flächenelektroden 8, 9 angelegten elektrischen Spannung (Wechselspannung) ausrichten, wodurch die optischen Eigenschaften geregelt werden können. Die Trägerfolien 6, 7 bestehen aus PET und weisen eine Dicke von beispielsweise 0,125 mm auf. Die Trägerfolien 6, 7 sind mit einer zur aktiven Schicht 5 weisenden Beschichtung aus ITO mit einer Dicke von etwa 100 nm versehen, welche die Flächenelektroden 8, 9 ausbilden. Die Flächenelektroden 8, 9 sind über nicht dargestellte Sammelleiter (beispielweise ausgebildet aus Streifen einer Kupferfolie) mit elektrischen Kabeln 14 verbunden, welche die elektrische Verbindung zu einer Steuereinheit 10 herstellen.
Diese Steuereinheit 10 ist beispielhaft an der innenraumseitigen, von der Zwischenschicht 3 abgewandten Oberfläche der Innenscheibe 2 angebracht. Dazu ist beispielsweise ein nicht dargestelltes Befestigungselement an die Innenscheibe 2 angeklebt, in welches die Steuereinheit 10 eingesetzt ist. Die Steuereinheit 10 muss aber nicht zwingend direkt an der Verbundscheibe 100 angebracht sein. Sie kann alternativ beispielsweise am Armaturenbrett oder der Fahrzeugkarosserie angebracht sein oder in die Bordelektrik des Fahrzeugs integriert sein.
Die Verbundscheibe 100 weist einen umlaufenden Randbereich auf, welche mit einem opaken Abdeckdruck 13 versehen ist. Diese Abdeckdruck 13 ist typischerweise aus einer schwarzen Emaille ausgebildet. Sie wird als Druckfarbe mit einem Schwarzpigment und Glasfritten im Siebdruckverfahren aufgedruckt und in die Scheibenoberfläche eingebrannt. Der Abdeckdruck 13 ist beispielhaft auf der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe 1 und auch auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe 2 aufgebracht. Die Seitenkanten des Funktionselements 4 sind durch diesen Abdeckdruck 13 verdeckt. Die Steuereinheit 10 ist in diesem opaken Randbereich angeordnet, also auf den Abdeckdruck 13 der Innenscheibe 2 aufgeklebt. Dort stört die Steuereinheit 10 die Durchsicht durch die Verbundscheibe 100 nicht und ist optisch unauffällig. Zudem weist sie einen geringen Abstand zur Seitenkante der Verbundscheibe 100 auf, so dass nur vorteilhaft kurze Kabel 14 zum elektrischen Anschluss des Funktionselements 4 nötig sind.
Die Steuereinheit 10 ist andererseits mit der Bordelektrik des Fahrzeugs verbunden, was in den Figuren 1 und 2 der Einfachheit halber nicht dargestellt ist. Die Steuereinheit 10 ist geeignet, in Abhängigkeit von einem Signal zur Steuerung, welches der Fahrer beispielsweise mit einem Knopfdruck vorgibt, die Spannung mit einer Spannungsrampe an die Flächenelektroden 8, 9 des Funktionselements 4 anzulegen, welche für den gewünschten optischen Zustand des Funktionselements 4 (Schaltzustand) erforderlich ist.
Das Funktionselement 4 weist beispielhaft vier unabhängige Segmente S1 , S2, S3, S4 auf, in denen der Schaltzustand des Funktionselements 4 unabhängig voneinander durch die Steuereinheit 10 eingestellt werden kann. Die Segmente S1 , S2, S3, S4 sind in der Richtung von der Vorderkante zur Hinterkante der Dachscheibe hintereinander angeordnet. Mit der Vorderkante, ist jene Kante der Dachscheibe gemeint, welche in Einbaulage am nächsten zu der Front des Fahrzeugs angeordnet ist und mit der Hinterkante ist die Kante gemeint, welche in Einbaulage am nächsten zum Heck des Fahrzeugs angeordnet ist. Durch die Segmente S1 , S2, S3, S4 kann der Fahrer des Fahrzeugs (beispielsweise in Abhängigkeit vom Sonnenstand) wählen, statt der gesamten Verbundscheibe 100 nur einen Bereich derselben mit dem transluzenten Zustand zu versehen, während die anderen Bereiche transparent bleiben.
Um die Segmente S1 , S2, S3, S4 auszubilden, ist die erste Flächenelektrode 8 durch drei Isolierungslinien 8' unterbrochen, welche im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und sich von einer Seitenkante zur gegenüberliegenden Seitenkante des Funktionselements 4 erstrecken. Die Isolierungslinien 8' sind typischerweise durch Laserbearbeitung in die erste Flächenelektrode 8 eingebracht und teilt diese in vier stofflich voneinander getrennte Elektrodensegmente 8.1 , 8.2, 8.3 und 8.4 auf. Jedes Elektrodensegment 8.1 , 8.2, 8.3 und 8.4 ist unabhängig von den anderen mit der Steuereinheit 10 verbunden. Die Steuereinheit 10 ist geeignet, unabhängig voneinander eine elektrische Spannung zwischen jedem Elektrodensegment 8.1 , 8.2, 8.3 und 8.4 der ersten Flächenelektrode 8 einerseits und der zweiten Flächenelektrode 9 andererseits anzulegen, sodass der dazwischen befindliche Abschnitt der aktiven Schicht 5 mit der erforderlichen Spannung beaufschlagt wird, um einen gewünschten Schaltzustand zu erreichen.
Wie im Ersatzschaltbild der Figur 4 veranschaulicht, ist die Steuereinheit 10 über die Bordelektrik des Fahrzeugs an eine Spannungsquelle 15 angeschlossen. Die Spannungsquelle 15 stellt im Fahrzeugbereich typischerweise eine Gleichspannung im Bereich von 12 V bis 14 V bereit (Bordspannung des Fahrzeugs). Die Steuereinheit 10 ist mit einem Gleichspannungswandler 11 ausgestattet, welcher die Bordspannung (Primärspannung) in eine Gleichspannung mit höherem Betrag wandelt, beispielsweise 65 V (Sekundärspannung). Die Sekundärspannung muss ausreichend hoch sein, um einen Schaltzustand des Funktionselements 4 von 100% zu realisieren. Die Steuereinheit 10 ist darüber hinaus mit einem Wechselrichter 12 ausgestattet, der die Sekundärspannung in eine Wechselspannung wandelt. Ein Pol des Wechselrichters 12 ist mit der zweiten Flächenelektrode 9 verbunden. Für den anderen Pol weist der Wechselrichter 12 mehrere unabhängige Ausgänge auf, wobei jeder Ausgang jeweils mit einem Elektrodensegment 8.1 , 8.2, 8.3 und 8.4 verbunden ist, so dass der Schaltzustand des zugehörigen Segments S1 , S2, S3, S4 unabhängig von den anderen eingestellt werden kann. Bei einem Schaltzustand von 0% weisen die Elektrodensegmente 8.1 , 8.2, 8.3, 8.4 und die zweite Flächenelektrode 9 stets das gleiche elektrische Potential auf, so dass keine Spannung anliegt. Bei einem Schaltzustand größer 0% eines Segments S1 , S2, S3, S4 liegt eine Spannung zwischen dem zugehörigen Elektrodensegment 8.1 , 8.2, 8.3, 8.4 und der zweiten Flächenelektrode 9 an. Infolge der Spannung fließt ein Strom durch den zugehörigen Abschnitt der aktiven Schicht 5.
Die Schaltgeschwindigkeit und damit die Schaltzeit sind temperaturabhängig. Insbesondere niedrigere Temperaturen ab 10 °C führen dazu, dass das Funktionselement 4, bzw. die Segmente S1 , S2, S3, S4 eine niedrigere Schaltgeschwindigkeit aufweisen für den Wechsel zwischen den Schaltzuständen. Bei Temperaturen oberhalb von 10 °C ist eine solche Verzögerung in der Regel nicht vorhanden oder weniger stark ausgeprägt. Es gibt daher in einem beliebigen Temperaturbereich, beispielsweise von -20 °C bis 120 °C, immer mindestens eine Temperatur, die zu der höchsten, benötigen Schaltzeit tmax führt. In diesem Ausführungsbeispiel ist -20 °C diese Temperatur. Die erforderliche Schaltzeit, um zwischen zwei Schaltzuständen zu wechseln, ist also am höchsten, wenn das Funktionselement 4 eine Temperatur von -20 °C aufweist.
Die Schaltgeschwindigkeit wird neben der Temperatur auch über eine Spannungsrampe, mit der die elektrische Spannung an die Segmente S1 , S2, S3, S4 des Funktionselementes 4 angelegt wird, definiert. Diese Abhängigkeit der Schaltgeschwindigkeit wird erfindungsgemäß dadurch ausgenutzt, dass an die Flächenelektroden 8, 9 eine Spannung mit einer Spannungsrampe angelegt wird, wobei die Spannungsrampe in Abhängigkeit von der Temperatur des Funktionselementes 4 ausgewählt wird. Dazu weist ein auf der Steuereinheit 10 gespeichertes Computerprogrammprodukt die Steuereinheit 10 an zunächst die Temperatur der Verbundscheibe 100 beziehungsweise des Funktionselements 4 zu ermitteln. Die Steuereinheit 10 ermittelt die Temperatur und das Computerprogrammprodukt wählt in Abhängigkeit der ermittelten Temperatur eine Spannungsrampe aus einem auf der Steuereinheit 10 gespeicherten Datensatz oder berechnet eine Spannungsrampe mittels einer auf der Steuereinheit 10 programmierten Funktion und weist die Steuereinheit 10 an, eine elektrische Spannung mit der gewählten oder berechneten Spannungsrampe an eines oder mehrere Segmente S1 , S2, S3, S4 des Funktionselementes 4 anzulegen. Die elektrische Spannung wird so gewählt, dass der gewünschte Schaltzustand erreicht wird. Die aus dem Datensatz gewählte oder mittels der programmierten Funktion berechnete Spannungsrampe weist je nach ermittelter Temperatur einen unterschiedlichen Wert oder Werte auf (lineare Spannungsrampe oder nicht lineare Spannungsrampe), sodass die Schallgeschwindigkeit mit der zwischen den Schaltzuständen gewechselt wird je nach Spannungsrampe größer oder kleiner ist. Die Spannungsrampe ist dabei so gewählt, dass sich die Schaltzeit tschait für alle ermittelten Temperaturen im Temperaturbereich zum Wechseln der Schaltzustände ergibt. Die Schaltzeit tschait ist beispielsweise gleich der höchsten Schaltzeit tmax, die in diesem Beispiel für eine Temperatur des Funktionselementes 4 bei -20 °C erforderlich ist. Mit anderen Worten: die Schaltgeschwindigkeit vschait, mit der zwischen den Schaltzuständen gewechselt wird, ist für alle Temperaturen identisch und für alle Temperaturen außer für -20 °C künstlich verlängert.
Für einige Funktionselemente 4 und Temperaturen kann es allerdings vorkommen, dass die Zeit für die Erhöhung und die Erniedrigung der elektrischen Spannung unterschiedlich lang ist. Die temperaturabhängige Zeit zum Schalten kann also höher sein, wenn von einem Schaltzustand mit höherer Transparenz oder höherem Transmissionsgrad in einen Schaltzustand mit niedrigerer Transparenz oder niedrigerem Transmissionsgrad geschaltet wird (abnehmender Schaltzustand), statt, wenn von einem Schaltzustand mit niedrigerer Transparenz oder niedrigem Transmissionsgrad in einen Schaltzustand mit höherer T ransparenz oder höheren T ransmissionsgrad geschaltet wird (zunehmender Schaltzustand). Die Spannungsrampe wird daher beispielsweise jeweils so gewählt oder berechnet, dass sich beim Anlegen einer elektrischen Spannung an das Funktionselement 4 die Schaltzeit tschait sowohl für den Wechsel in einen abnehmenden Schaltzustand als auch für den Wechsel in einen zunehmenden Schaltzustand ergibt. Mit anderen Worten der Betrag der Spannungsrampe ist je nach dem, ob in einen abnehmenden oder in einen zunehmenden Schaltzustand gewechselt wird, unterschiedlich. Daraus ergibt sich, dass die Schaltgeschwindigkeit vschait sowohl für den Wechsel in einen zunehmenden Schaltzustand als auch in einen abnehmenden Schaltzustand gleich ist.
Zur Ermittlung der Temperatur kann die Verbundscheibe 100 beispielsweise mit einem Temperatursensor ausgestattet sein, welcher die gemessene Temperatur an die Steuereinheit 10 übermittelt. Auf einen Temperatursensor kann verzichtet werden, wenn die Temperatur des Funktionselements 4 beispielsweise auf Grundlage der Impedanz der aktiven Schicht 5 abgeschätzt wird. Eine angelegte Spannung führt zu einem Stromfluss durch die aktive Schicht 5, dessen Ausmaß von der temperaturabhängigen elektrischen Impedanz abhängt. Wird bei einer angelegten Spannung die Stromaufnahme ermittelt, so kann daraus der Stromfluss beziehungsweise die Impedanz der aktiven Schicht 5 und daraus wiederum die Temperatur näherungsweise ermittelt werden. In der Steuereinheit 10 sind dazu Impedanzdaten hinterlegt, welche die Impedanz der aktiven Schicht 5 mit der Temperatur verknüpfen.
Figuren 5A, 5B, 6A und 6B zeigen Diagramme des Transmissionsgrades in Abhängigkeit der Zeit für eine gattungsgemäße Verglasungseinheit. Figur 5A und Figur 6A zeigen den Wechsel von einem Schaltzustand mit einem niedrigerem Transmissionsgrad zu einem Schaltzustand mit einem höheren Transmissionsgrad (Einschalten). Figur 5B und Figur 6B zeigen den Wechsel von einem Schaltzustand mit einem höheren Transmissionsgrad zu einem Schaltzustand mit einem niedrigeren Transmissionsgrad (Ausschalten). Der Transmissionsgrad gibt den prozentualen Anteil der Lichttransmission durch die Verbundscheibe an. In Figur 5A und 5B weist die Verbundscheibe bzw. das Funktionselement eine Temperatur von 23 °C auf und in Figur 6A und Figur 6B eine Temperatur von -20 °C. Das Signal den Schaltzustand zu wechseln, kommt für alle Kurven nach 5 s (In den Figuren 5A, 5B, 6A und 6B durch „Schalten“ gekennzeichnet). Bei 23 °C ist der Wechsel zum jeweils anderen Schaltzustand (Einschalten und Ausschalten) nach weniger als 1 s abgeschlossen. Das Schaltverhalten in Figur 6A und Figur 6B bei -20 °C unterscheidet sich von jenem bei 23 °C. Das Einschalten des Funktionselementes, also der Wechsel von einem Schaltzustand mit einem Transmissionsgrad von ca. 20 % zu einem Transmissionsgrad mit ca. 47 %, erfordert eine Schaltzeit von ca. 5 s. Die Schaltzeit hat sich damit im Vergleich zu Figur 5A bei 23 °C mehr als verfünffacht. Der Effekt ist noch deutlicher beim Ausschalten zu beobachten. In diesem Fall sinkt der Transmissionsgrad über einen Zeitraum von 100 s nur um ca. 25 % ab und erreicht innerhalb dieser Zeit einen Transmissionsgrad von ca. 32 %. Da die Messung nach 105 s beendet wurde, wird der angezielte Schaltzustand von 20 % in der Figur 6B nicht erreicht.
Dieses temperaturabhängige Schaltverhalten mit Schaltzeiten, die von unter einer Sekunde bis zu mehreren Minuten dauern, irritiert einen fachfremden Benutzer der Verglasungseinheit und löst möglicherweise die naheliegende Vermutung des Benutzers aus, dass die Verglasungseinheit nicht ordnungsgemäß funktioniert.
Figur 7 zeigt ein Fluss- bzw. Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei beispielsweise das Computerprogrammprodukt nach dem Einstellen des gewünschten Schaltzustandes des Funktionselementes 4 mit den vier Segmenten S1 , S2, S3, S4 in einem ersten Verfahrensschritt die Steuereinheit 10 anweist, die Temperatur des Funktionselementes 4 zu ermitteln. Der gewünschte Schaltzustand ist beispielsweise ein Schaltzustand mit maximaler Änderung der optischen Eigenschaften, also zum Beispiel der Wechsel von einem minimalen transparenten Schaltzustand zu einem maximalen transparenten Schaltzustand. Die Temperatur wird beispielsweise durch die Steuereinheit 10 Mithilfe des temperaturabhängigen Impedanzverhaltens des Funktionselementes 4 ermittelt. In einem zweiten Verfahrensschritt wird beispielsweise mittels des Computerprogrammproduktes eine Spannungsrampe anhand der ermittelten Temperatur aus dem auf der Steuereinheit 10 gespeicherten Datensatz gewählt. In einem dritten Verfahrensschritt wird die Steuereinheit 10 von beispielsweise dem Computerprogrammprodukt angewiesen, die erforderliche Spannung mit der gewählten Spannungsrampe zum Erreichen des gewünschten Schaltzustandes an das erste Segment S1 der vier Segmente S1 , S2, S3, S4 anzulegen. Aus diesen drei Verfahrensschritten resultiert, dass die Schaltzeit, um in den gewünschten Schaltzustand zu wechseln, für das Segment S1 der Schaltzeit tschait entspricht bzw. die Schallgeschwindigkeit für den Wechsel aus dem minimalen Schaltzustand zum maximalen Schaltzustand der Schallgeschwindigkeit vschait entspricht. Mit dem Ablauf der Schaltzeit tschait für das erste Segment S1 wird der gewünschte Schaltzustand erreicht und es wird an das zweite Segment S2 der vier Segmente
51 , S2, S3, S4 eine Spannung mit der gewählten Spannungsrampe angelegt. Mit dem Ablauf der Schaltzeit tschait für das zweite Segment S2 wird dieses Vorgehen mit dem dritten Segment
53 und anschließend mit dem vierten Segment 4 der vier Segmente S1 , S2, S3, S4 wiederholt. Es gilt ebenso für das zweite, das dritte und das vierte Segment S2, S3, S4, dass die Schaltzeit, um in den gewünschten Schaltzustand zu wechseln, für das jeweilige Segment
52, S3, S4 der Schaltzeit tschait entspricht. Die Spannung wird je nach Funktionselement 4 auch nach dem Erreichen des gewünschten Schaltzustandes aufrechtgehalten oder es wird in einen Zustand, in dem keine Spannung durch die Steuereinheit angelegt wird, gewechselt. In dem hier gezeigten Verfahren für eine Verglasungseinheit mit einem PDLC- Funktionselement, wie in den Figuren 1 bis 4 gezeigt, wird beispielsweise die Spannung nach Erreichen des gewünschten Schaltzustandes weiterhin an das jeweilige Segment S1 , S2, S3,
54 angelegt. Im Falle eines elektrochromen Funktionselementes wird nach Erreichen des gewünschten Schaltzustandes in einen Zustand gewechselt, in dem keine Spannung durch die Steuereinheit, also keine äußere Spannung, angelegt wird.
In einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nach dem Start zumindest die folgenden Schritte durchgeführt.
Start: [Eingabe eines gewünschten Schaltzustandes für die Segmente S1 , S2, S3, S4] Das Verfahren wird durch das Auswahlen des gewünschten Schaltzustandes für die vier Segmente S1 , S2, S3, S4 gestartet;
(a): [Temperatur-Ermittlung des Funktionselementes 4]
Die Temperatur des Funktionselementes 4 der Verglasungseinheit wird nach der Anweisung durch das Computerprogrammprodukt durch die Steuereinheit 10 ermittelt;
(b): [Auswahl einer Spannungsrampe anhand der ermittelten Temperatur]
Eine Spannungsrampe wird anhand der ermittelten Temperatur aus (a) aus dem auf der Steuereinheit 10 gespeicherten Datensatz gewählt oder mittels der programmierten Funktion berechnet;
(c1): [Anlegen der Spannung mit der Spannungsrampe an das Segment S1 bis der gewünschte Schaltzustand erreicht wird.]
Es wird eine elektrische Spannung, die zum Erreichen des gewünschten Schaltzustandes notwendig ist, an das erste Segment S1 der vier Segmente S1 , S2, S3, S4 mit der in (b) gewählten Spannungsrampe angelegt. Die elektrische Spannung wird auch nach Erreichen des gewünschten Schaltzustandes weiter angelegt, sodass das erste Segment S1 im gewünschten Schaltzustand verbleibt;
(c2): [Anlegen der Spannung mit der Spannungsrampe an das Segment S2 bis der gewünschte Schaltzustand erreicht wird.]
Nach dem Ablauf der Schaltzeit tschait für das erste Segment S1 wird die elektrische Spannung an das zweite Segment S2 der vier Segmente S1 , S2, S3, S4 mit der in (b) gewählten Spannungsrampe angelegt. Die elektrische Spannung wird auch nach Erreichen des gewünschten Schaltzustandes weiter angelegt, sodass das zweite Segment S2 im gewünschten Schaltzustand verbleibt;
(c3): [Anlegen der Spannung mit der Spannungsrampe an das Segment S3 bis der gewünschte Schaltzustand erreicht wird.]
Nach dem Ablauf der Schaltzeit tschaitfür das zweite Segment S2 wird die elektrische Spannung an das dritte Segment S3 der vier Segmente S1 , S2, S3, S4 mit der in (b) gewählten Spannungsrampe angelegt. Die elektrische Spannung wird auch nach Erreichen des gewünschten Schaltzustandes weiter angelegt, sodass das dritte Segment S3 im gewünschten Schaltzustand verbleibt;
(c4): [Anlegen der Spannung mit der Spannungsrampe an das Segment S4 bis der gewünschte Schaltzustand erreicht wird.]
Nach dem Ablauf der Schaltzeit tschait für das dritte Segment S3 wird die elektrische Spannung an das vierte Segment S4 der vier Segmente S1 , S2, S3, S4 mit der in (b) gewählten Spannungsrampe angelegt. Die elektrische Spannung wird auch nach Erreichen des gewünschten Schaltzustandes weiter angelegt, sodass das vierte Segment S4 im gewünschten Schaltzustand verbleibt;
Ende: Das Verfahren ist abgeschlossen und wird beendet. Die vier Segmente S1 , S2, S3, S4 werden also nacheinander vom ersten Segment S1 bis zum vierten Segment S4 in den gewünschten Schaltzustand gebracht. Der gewünschte Schaltzustand wird mit Ablauf der Schaltzeit tschait erreicht. Die Reihenfolge kann auch eine andere sein, beispielsweise könnte zuerst das vierte Segment S4 in den gewünschten Schaltzustand gebracht werden, anschließend das dritte Segment S3, dann das zweite Segment S2 und schlussendlich das erste Segment S1. Es sind auch weniger oder mehr Segmente als die vier hier gezeigten Segmente S1, S2, S3, S4 möglich. Das Verfahren lässt sich also auch mit einer anderen Anzahl von Segmenten in gleicher Weise durchführen. Es ist auch möglich, dass die Segmente in unterschiedliche Schaltzustände geschaltet werden.
Bezugszeichenliste
S1, S2, S3, S4 Segmente des Funktionselementes 4
1 Außenscheibe
2 Innenscheibe
3 thermoplastische Zwischenschicht
3a erste Schicht der Zwischenschicht 3
3b zweite Schicht der Zwischenschicht 3
3c dritte Schicht der Zwischenschicht 3
4 Funktionselement
5 aktive Schicht
6 erste Trägerfolie
7 zweite Trägerfolie
8 erste Flächenelektrode
8.1 , 8.2, 8.3, 8.4 Elektrodensegmente der ersten Flächenelektrode 8
8' Isolierungslinie zwischen zwei Elektrodensegmenten 8.1 , 8.2, 8.3, 8.4
9 zweite Flächenelektrode
10 Steuereinheit
11 Gleichspannungswandler
12 Wechselrichter
13 Abdeckdruck
14 elektrische Kabel
15 Spannungsquelle / Gleichspannungsquelle
100 Verbundscheibe
X-X‘ Schnittlinie
Z vergrößerter Bereich

Claims

38
Patentansprüche Verglasungseinheit mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften umfassend: eine Verbundscheibe (100) mit einem Funktionselement (4), welches elektrisch steuerbare optische Eigenschaften aufweist, und eine Steuereinheit (10), welche mit dem Funktionselement (4) elektrisch verbunden ist, wobei die Steuereinheit (10) einen Datensatz oder eine programmierte Funktion aufweist, welche oder welcher jeder Temperatur in einem vorher festgelegten Temperaturbereich eine Spannungsrampe zuordnet, wobei die Steuereinheit (10) geeignet ist, die Temperatur zu ermitteln, eine Spannungsrampe anhand der ermittelten Temperatur aus dem Datensatz zu wählen oder mittels der programmierten Funktion zu berechnen und die elektrische Spannung mit der gewählten oder berechneten Spannungsrampe an das Funktionselement (4) anzulegen. Verglasungseinheit nach Anspruch 1 , wobei das Funktionselement (4) zumindest zwei Schaltzustände mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften umfasst und für den Wechsel zwischen zwei Schaltzuständen eine temperaturabhängige Schaltzeit benötigt wird und folglich in jedem beliebigen Temperaturbereich eine Temperatur mit einer Zeit tmax existiert, die der längstmöglichen, benötigten Schaltzeit entspricht, wobei jede anhand der ermittelten Temperatur gewählte oder berechnete Spannungsrampe zu einer Schaltzeit tschait, die größer oder gleich tmax ist, führt, sodass sich beim Anlegen einer elektrischen Spannung an das Funktionselement (4) die Schaltzeit tschait ergibt, wobei mit beliebigem Temperaturbereich ein Temperaturbereich gemeint ist, welcher sich über mindestens 1 °C, bevorzugt mindestens 2 °C, insbesondere mindestens 5 °C, erstreckt. Verglasungseinheit nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Funktionselement (4) in mindestens zwei getrennte Segmente (S1 , S2, S3, S4) aufgeteilt ist und jedes Segment (S1 , S2, S3, S4) elektrisch mit der Steuereinheit (10) verbunden ist, sodass für jedes Segment (S1 , S2, S3, S4) unabhängig voneinander die elektrische Spannung mit der gewählten oder berechneten Spannungsrampe angelegt werden kann. 39
4. Verglasungseinheit nach Anspruch 3, wobei die Steuereinheit (10) geeignet ist, zunächst an ein erstes Segment (S1) der mindestens zwei getrennten Segmente (S1 , S2, S3, S4) die elektrische Spannung anzulegen und geeignet ist, erst nach der Schaltzeit tschait an ein weiteres Segment (S2) der mindestens zwei getrennten Segmente (S1 , S2, S3, S4) die elektrische Spannung anzulegen, wobei die mindestens zwei getrennten Segmente (S1 , S2, S3, S4) vorzugsweise in den gleichen Schaltzustand wechseln.
5. Verglasungseinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Wechsel zwischen zwei Schaltzuständen bei niedrigeren Temperaturen eine längere benötigte Zeit tmax aufweist als bei höheren Temperaturen.
6. Verglasungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Funktionselement (4) ein PDLC-Funktionselement oder ein SPD-Funktionselement ist.
7. Verglasungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Verbundscheibe (100) eine Außenscheibe (1) und eine Innenscheibe (2) aufweist und das Funktionselement (4) zwischen der Außenscheibe (1) und der Innenscheibe (2) angeordnet ist.
8. Verglasungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Funktionselement (4) eine aktive Schicht (5) zwischen einer ersten Flächenelektrode (8) und einer zweiten Flächenelektrode (9) aufweist und die elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften des Funktionselementes (4) durch die aktive Schicht (5) bestimmt sind.
9. Verglasungseinheit nach Anspruch 8, wobei die erste und/oder die zweite Flächenelektrode (8, 9) auf Basis von Indium-Zinn-Oxid (ITO) ausgebildet sind.
10. Verfahren zur Steuerung einer Verglasungseinheit mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften, bei welchem eine Verglasungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9 bereitgestellt wird, wobei von der Steuereinheit (10)
(a) die Temperatur ermittelt wird,
(b) eine Spannungsrampe anhand der ermittelten Temperatur aus dem Datensatz gewählt oder mittels der programmierten Funktion berechnet wird und
(c) eine elektrische Spannung mit der gewählten oder berechneten Spannungsrampe an das Funktionselement (4) angelegt wird. 40 Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Temperatur des Funktionselementes (4) mit einem an der Verbundscheibe (100) angebrachtem Temperatursensor gemessen wird. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem mittels der Steuereinheit (10) eine Impedanz des Funktionselements (4) ermittelt wird und wobei die Temperatur des Funktionselements (4) mittels der Impedanz berechnet wird. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Steuereinheit (10) an eine Gleichspannungsquelle (15) angeschlossen ist und mit einem Gleichspannungswandler (11) ausgestattet ist, der eine Primärspannung der Gleichspannungsquelle (15) in eine höhere Sekundärspannung wandelt, und mit einem Wechselrichter (12) ausgestattet ist, der die Sekundärspannung in eine Wechselspannung wandelt, welche an das Funktionselement (4) angelegt wird, und wobei die Steuereinheit (10) die Impedanz des Funktionselementes (4) aus einer Messung der Stromaufnahme des Wechselrichters (12) ermittelt. Computerprogrammprodukt, welches auf der Steuereinheit (10) einer Verglasungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9 installiert ist und geeignet ist ein Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13 auszuführen. Verwendung einer Verglasungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Fensterscheibe eines Fahrzeugs, insbesondere als Seitenscheibe, Windschutzscheibe, Heckscheibe oder Dachscheibe.
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