EP4593527A1 - Scheibe mit elektrischem anschlusselement - Google Patents

Scheibe mit elektrischem anschlusselement

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Publication number
EP4593527A1
EP4593527A1 EP24153849.5A EP24153849A EP4593527A1 EP 4593527 A1 EP4593527 A1 EP 4593527A1 EP 24153849 A EP24153849 A EP 24153849A EP 4593527 A1 EP4593527 A1 EP 4593527A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pane
disc
connection element
electrically conductive
connecting element
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.)
Withdrawn
Application number
EP24153849.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Francois HERMANGE
Bernhard Reul
Katja HELWER
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 Sekurit France SAS
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 Sekurit France SAS filed Critical Saint Gobain Sekurit France SAS
Priority to EP24153849.5A priority Critical patent/EP4593527A1/de
Publication of EP4593527A1 publication Critical patent/EP4593527A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/84—Heating arrangements specially adapted for transparent or reflecting areas, e.g. for demisting or de-icing windows, mirrors or vehicle windshields
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/02—Details
    • H05B3/06—Heater elements structurally combined with coupling elements or holders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R12/00—Structural associations of a plurality of mutually-insulated electrical connecting elements, specially adapted for printed circuits, e.g. printed circuit boards [PCB], flat or ribbon cables, or like generally planar structures, e.g. terminal strips, terminal blocks; Coupling devices specially adapted for printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures; Terminals specially adapted for contact with, or insertion into, printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures
    • H01R12/50—Fixed connections
    • H01R12/51—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures
    • H01R12/53—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures connecting to cables except for flat or ribbon cables
    • H—ELECTRICITY
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
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    • H01R12/50—Fixed connections
    • H01R12/51—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures
    • H01R12/55—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures characterised by the terminals
    • H01R12/57—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures characterised by the terminals surface mounting terminals
    • H—ELECTRICITY
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    • H01R2201/26—Connectors or connections adapted for particular applications for vehicles
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    • H01R4/00—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
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    • H01R4/10—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation
    • H01R4/18—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation by crimping
    • H01R4/183—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation by crimping for cylindrical elongated bodies, e.g. cables having circular cross-section
    • H01R4/184—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation by crimping for cylindrical elongated bodies, e.g. cables having circular cross-section comprising a U-shaped wire-receiving portion
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/016—Heaters using particular connecting means

Definitions

  • the invention relates to a pane with an electrical connection element, in particular for vehicles.
  • solder joints are available from WO 2016/096248 A1 and WO 2017/177653 A1
  • the mechanical stress on the solder joint is particularly problematic with lead-free solders.
  • Lead-free solders typically exhibit significantly lower ductility than lead-containing solders and are often significantly more brittle. Therefore, lead-free solders are not as able to withstand mechanical stress.
  • WO 2022/148667 A1 discloses an electrical connection element having a crimped region, wherein the crimped region is electrically connected to an electrically conductive coating via a solder compound, and has a corrosion-inhibiting coating. In practice, it has been shown that both the solder material and the substrate with the electrically conductive structure can be a weak point under mechanical stress.
  • the invention is based on the object of creating a disc with an electrical connection element, with which an increased force must be applied to detach the connection element while being simple and inexpensive.
  • the disk according to the invention with at least one electrical connection element comprises a flat substrate, an electrically conductive structure applied to a surface of the substrate, and an electrical connection element having a crimped region for electrical connection to a conductor of a connecting cable and a contact region for electrical connection to the electrically conductive structure. Furthermore, the connection element is arranged on the electrically conductive structure, wherein the crimped region is arranged around the conductor of the connecting cable and the contact region is electrically conductively connected to the electrically conductive structure.
  • the contact region is longer in the longitudinal direction of the connection element than the crimped region.
  • the contact region has twice the length of the crimped region. This has the advantage that increased force must be applied to detach the connection element from the disk.
  • this solution is independent of the solder material and substrate used, in particular with silver-based electrically conductive structures.
  • the center of gravity of the connecting element can be arranged within the contact area and outside the crimped area.
  • the crimped area can be designed such that a point of application of a withdrawal force for detaching the connecting element from the flat substrate is located centrally in the contact area.
  • the contact region of the connection element can have a maximum length of 20 mm in the longitudinal direction of the connection element.
  • the contact region can preferably have a length of 6 mm to 15 mm, for example 10 mm or 8 mm.
  • the crimped region can have a length in the longitudinal direction of the connection element in the range of 20% to 50% of the length of the contact region.
  • the contact region of the connection element is connected to the electrically conductive structure via a Solder or an electrically conductive adhesive are used.
  • the crimped area can have a maximum length of 4.5 mm in the longitudinal direction of the connection element.
  • the crimped area can have a length of 4 mm, 3 mm, or 2 mm in the longitudinal direction of the connection element.
  • the total length of the connection element can be suitably selected taking into account the diameter of the connecting cable and is, for example, from 1 mm to 20 mm, preferably from 4 mm to 8 mm, particularly preferably 6 mm, 4.5 mm, or 4.3 mm. This is particularly advantageous with regard to a stable connection between the connection element and the connecting cable.
  • the width of the connecting element can be from 1 mm to 5 mm, preferably 2 mm to 3 mm, and particularly preferably 2.5 mm. This is particularly advantageous in terms of the small space required for the connecting element. This also ensures a stable connection between the connecting element and the connecting cable.
  • the height of the connecting element can be selected by a specialist, taking into account the diameter of the connecting cable and common standards, and is, for example, from 1 mm to 5 mm or from 2 mm to 3 mm, in particular 2.5 mm. This is particularly advantageous in terms of the small space required for the connecting element and in terms of a stable connection between the connecting element and the connecting cable.
  • the connection element has the crimped area around the conductor of the connecting cable.
  • the shape of the crimped area can be arbitrary and can be determined according to the requirements of the individual case by selecting the crimping tool.
  • the crimp shape is determined by the cross-section of the crimped area.
  • the crimped area can be designed, for example, as an oval crimp, polygonal crimp (e.g., square crimp, hexagon crimp, or trapezoidal crimp), O-crimp, or B-crimp.
  • connection element is designed in the form of a crimp, in particular as a B-crimp.
  • the connecting element is advantageously provided as a flat plate or as a plate pre-bent into a crimp claw and is used to crimp the connecting cable. crimped.
  • the connecting element is advantageously designed as a completely closed sleeve (wire end ferrule) and is crimped around the conductor of the connecting cable.
  • the connecting cable connects the connecting element and the electrically conductive structure of the substrate to an electrical system such as a control unit or voltage source, which is located outside the wafer.
  • the contact area of the connection element is preferably directly connected to the electrically conductive structure via the solder compound or the electrically conductive adhesive.
  • the solder compound or the adhesive is arranged between the contact area of the connection element and the electrically conductive structure, thereby permanently and stably fixing the connection element to the electrically conductive structure.
  • the entire contact area of the connection element is connected to the electrically conductive structure via the solder compound. This means that the solder compound is arranged along almost the entire length of the connection element. This ensures particularly stable adhesion of the connection element to the electrically conductive structure.
  • solder compound it is also possible for the solder compound to be arranged only between a section of the connection element and the electrically conductive structure. It is also possible for a special connection surface, for example a bus bar, to be arranged on an electrically conductive coating and for the connection element to be directly electrically connected to the connection surface.
  • the connecting element has a material thickness of 0.1 mm to 2 mm. With such material thicknesses, processing, especially crimping, is particularly easy in the crimped area.
  • the connecting element contains a chromium-containing steel with a chromium content of greater than or equal to 10.5 wt.%.
  • Additional alloying components such as molybdenum, manganese, or niobium lead to improved corrosion resistance or modified mechanical properties, such as tensile strength or cold formability.
  • the connecting element can additionally contain admixtures of other elements, including vanadium, aluminum, and nitrogen.
  • the connection element contains at least 66.5 wt.% to 89.5 wt.% iron, 10.5 wt.% to 20 wt.% chromium, 0 wt.% to 1 wt.% carbon, 0 wt.% to 5 wt.% nickel, 0 wt.% to 2 wt.% manganese, 0 wt.% to 2.5 wt.% molybdenum, 0 wt.% to 2 wt.% niobium and 0 wt.% to 1 wt.% titanium, in particular at least 77 wt.% to 84 wt.% iron, 16 wt.% to 18.5 wt.% chromium, 0 wt.% to 0.1 wt.% carbon, 0 wt.% to 1 wt.% manganese, 0 wt.% to 1 wt.%.%
  • connection element preferably has a coating containing copper, nickel, zinc, tin, silver, gold, or alloys or layers thereof, preferably silver. This improves the wetting of the connection element with the solder compound and improves the adhesion of the connection element.
  • the connection element is coated with nickel, tin, copper, and/or silver.
  • the connection element is provided, in particular, with an adhesion-promoting layer, for example made of nickel and/or copper, and additionally with a solderable layer, in particular made of silver.
  • the connection element is, in particular, coated with 0.1 ⁇ m to 0.3 ⁇ m of nickel and/or 3 ⁇ m to 20 ⁇ m of silver.
  • the connection element can be nickel-plated, tin-plated, copper-plated, and/or silver-plated. Nickel and silver improve the current-carrying capacity and corrosion resistance of the connection element, as well as wetting with the solder compound.
  • the conductor of the connecting cable comprises a plurality of wire strands made of copper.
  • the connecting cable comprises at least two, for example, seven or twenty, wire strands.
  • the crimped region of the connection element and an insulating sheath surrounding the conductor are spaced apart.
  • the distance between the crimped region of the connection element and the sheath of the conductor is at least 5 mm, preferably at least 8 mm, in the longitudinal direction of the connection element.
  • the conductor's sheath does not have direct contact with the crimped area, so that the conductor is at least partially openly accessible.
  • the substrate may contain glass.
  • the substrate may be formed as a glass pane, preferably made of soda-lime glass, as is common for window panes.
  • the substrate may also be made of other types of glass, for example Quartz glass, borosilicate glass or aluminosilicate glass, or rigid clear plastics, such as polycarbonate or polymethyl methacrylate.
  • the electrically conductive structure can be formed as an electrically conductive coating, for example, a functional layer.
  • the electrically conductive coating is preferably transparent to visible light.
  • the electrically conductive coating is a single layer or a layer structure comprising several individual layers with a total thickness of less than or equal to 2 ⁇ m [micrometers], particularly preferably less than or equal to 1 ⁇ m.
  • the electrically conductive coating contains at least one metal, preferably silver, nickel, chromium, niobium, tin, titanium, copper, palladium, zinc, gold, cadmium, aluminum, silicon, tungsten, or alloys thereof, and/or at least one metal oxide layer, preferably tin-doped indium oxide (ITO), aluminum-doped zinc oxide (AZO), fluorine-doped tin oxide (FTO, SnO2:F), or antimony-doped tin oxide (ATO, SnO2:Sb).
  • ITO indium oxide
  • AZO aluminum-doped zinc oxide
  • FTO, SnO2:F fluorine-doped tin oxide
  • ATO, SnO2:Sb antimony-doped tin oxide
  • Transparent, electrically conductive layers are made, for example, of DE 20 2008 017 611 U1 and EP 0 847 965 B1 They consist, for example, of a metal layer such as a silver layer or a layer of a silver-containing metal alloy.
  • Transparent, electrically conductive layers preferably have a sheet resistance of 0.1 ohm/square to 200 ohm/square, more preferably of 1 ohm/square to 50 ohm/square, and most preferably of 1 ohm/square to 10 ohm/square.
  • the electrically conductive coating can, for example, be an electrically heatable layer that provides the pane with a heating function.
  • heatable layers are known per se to those skilled in the art. They typically contain one or more, for example, two, three, or four, electrically conductive layers. These layers preferably contain or consist of at least one metal, for example, silver, gold, copper, nickel, and/or chromium, or a metal alloy, and preferably contain at least 90% by weight of the metal, in particular at least 99.9% by weight of the metal.
  • Such layers exhibit particularly advantageous electrical conductivity while simultaneously achieving high transmission in the visible spectral range.
  • the thickness of an individual layer is preferably from 5 nm to 50 nm, particularly preferably from 8 nm to 25 nm, thereby advantageously achieving high transmission in the visible spectral range and particularly advantageous electrical conductivity.
  • the electrically conductive structure can contain silver, in particular silver particles and glass frits, and has, for example, a layer thickness of 5 ⁇ m to 40 ⁇ m.
  • the electrically conductive structure is arranged on a surface of the substrate.
  • the electrically conductive structure partially covers the surface of the substrate, but preferably over a large area.
  • the term "large area" means that at least 50%, at least 60%, at least 70%, at least 75%, or 90% of the surface of the substrate is covered by the electrically conductive structure.
  • the electrically conductive structure can also extend over smaller portions of the surface of the substrate, for example, if it is a coating within a so-called camera window, a busbar, or a planar antenna.
  • the electrically conductive structure can, for example, be a busbar.
  • the electrically heatable coating is, for example, electrically connected to at least two busbars, through which a heating current can be fed into the coating.
  • the busbars are preferably arranged in the edge region of the electrically conductive coating along a side edge of the electrically conductive coating.
  • the length of the busbar is typically substantially equal to the length of the side edge of the electrically conductive coating, but can also be somewhat longer or shorter.
  • two busbars are arranged on the electrically conductive coating, in the edge region along two opposite side edges of the electrically conductive coating.
  • the width of the busbar is preferably from 2 mm to 30 mm, particularly preferably from 4 mm to 20 mm.
  • the busbars are typically each formed in the form of a strip, with the longer of its dimensions being referred to as the length and the shorter of its dimensions as the width.
  • Busbars are, for example, formed as a printed and fired-in conductive structure.
  • the printed busbar contains at least one metal, preferably silver.
  • the electrical conductivity is preferably achieved via metal particles contained in the busbar, particularly preferably via silver particles.
  • the metal particles can be contained in an organic and/or inorganic matrix such as pastes or inks, preferably as a fired screen printing paste with glass frits.
  • the layer thickness of the printed busbar is preferably from 5 ⁇ m to 40 ⁇ m, particularly preferably from 8 ⁇ m to 20 ⁇ m, and most preferably from 10 ⁇ m to 15 ⁇ m.
  • the electrically conductive structure can be designed, for example, as an antenna, in particular a surface antenna.
  • soldering mass can be a lead-free soldering mass, which is particularly advantageous with regard to the environmental compatibility of the disc according to the invention with electrical connection element
  • solder-free means that the solder mass contains a proportion of less than or equal to 0.1% lead by weight, in particular no lead at all, i.e., 0% lead by weight.
  • the solder mass contains tin, bismuth, indium, zinc, copper, or silver, in particular compositions thereof.
  • the proportion of bismuth, indium, zinc, copper, silver, or compositions thereof in the solder composition is from 0.5 wt.% to 97 wt.%, in particular from 10 wt.% to 67 wt.%, whereby the proportion of bismuth, indium, zinc, copper, or silver can be 0 wt.%.
  • the solder composition can contain nickel, germanium, aluminum, or phosphorus in a proportion of from 0 wt.% to 5 wt.%.
  • the solder composition contains in particular Bi40Sn57Ag3, Sn40Bi57Ag3, Bi59Sn40Ag1, Bi57Sn42Ag1, In97Ag3, Sn95.5Ag3.8Cu0.7, Bi67In33, Bi33In50Sn17, Sn77.2In20Ag2.8, Sn95Ag4Cu1, Sn99Cu1, Sn96.5Ag3.5, Sn96.5Ag3Cu0.5, Sn97Ag3 or mixtures thereof.
  • the layer thickness of the solder mass is preferably less than or equal to 6.0 ⁇ 10 -4 m, in particular less than 3.0 ⁇ 10 -4 m.
  • the solder mass advantageously contains bismuth. It has been shown that a solder mass containing bismuth leads to particularly good adhesion of the connecting element to the substrate, whereby damage to the wafer can be avoided.
  • the proportion of bismuth in the solder mass composition is, for example, from 0.5 wt.% to 97 wt.%, from 10 wt.% to 67 wt.%, or from 33 wt.% to 67 wt.%, in particular from 50 wt.% to 60 wt.%
  • the solder mass contains, in particular, tin and silver or tin, silver and copper.
  • the solder mass contains at least 35 wt.% to 69 wt.% bismuth, 30 wt.% to 50 wt.% tin, 1 wt.% to 10 wt.% silver and 0 wt.% to 5 wt.% copper.
  • the solder mass contains at least 49 wt% to 60 wt% bismuth, 39 wt% to 42 wt% tin, 1 wt% to 4 wt% silver, and 0 wt% to 3 wt% copper.
  • the solder mass can contain, for example, from 90 wt% to 99.5 wt% tin, or from 95 wt% to 99 wt% tin, in particular from 93 wt% to 98 wt% tin.
  • the solder mass contains, for example, from 0.5 wt% to 5 wt% silver and from 0 wt% to 5 wt% copper.
  • the solder mass emerges from the gap between the connection element and the electrically conductive structure with an exit width of less than 1 mm.
  • the maximum exit width is less than 0.5 mm and in particular approximately 0 mm. This is particularly advantageous with regard to the reduction of mechanical stresses in the wafer and the adhesion of the connection element.
  • the maximum exit width is defined as the distance between the outer edges of the connection element and the point of solder overflow at which the solder mass falls below a layer thickness of 50 ⁇ m.
  • the maximum emergence width is measured on the solidified solder mass after the soldering process. A desired maximum emergence width is achieved by a suitable selection of solder mass volume and vertical distance between the connection element and the electrically conductive coating, which can be determined by simple tests.
  • the vertical distance between the connection element and the electrically conductive coating can be specified by an appropriate process tool, for example a tool with an integrated spacer.
  • the maximum emergence width can also be negative, i.e. retracted into the space formed by the connection element and the electrically conductive coating.
  • the maximum emergence width is retracted in a concave meniscus in the space formed by the connection element and the electrically conductive coating.
  • a concave meniscus for example, is created by increasing the vertical distance between the spacer and the conductive structure during the soldering process while the solder is still liquid.
  • a covering print can be applied at least in one edge region on the surface of the pane facing away from the connecting element.
  • the distance of the connecting element to the edge of the pane can be less than 8 cm, preferably less than 5 cm, particularly preferably less than 2 cm.
  • One embodiment of the invention comprises a pane arrangement in which a pane according to the invention is an inner pane of a composite pane, wherein the composite pane further comprises an outer pane with an outer surface and an inner surface and at least one intermediate layer which connects the inner surface of the outer pane to an outer surface of the inner pane in a planar manner.
  • the inside surface of the laminated pane corresponds to the inside surface of the inner pane and the outside surface of the laminated pane corresponds to the outside surface of the outer pane.
  • the outer pane is the pane of the composite pane that, when installed, faces the outside environment, or is intended to do so.
  • the composite pane is typically designed to separate an interior space from the outside environment in an opening (particularly a window opening, for example, a window opening in a vehicle or building).
  • the inner pane refers to the pane facing the interior space.
  • the outer pane and the inner pane each have an outside surface and an inside surface and a circumferential side edge surface running between them.
  • the intermediate layer is preferably transparent and/or thermoplastic.
  • the thermoplastic intermediate layer is preferably based on polyvinyl butyral (PVB), ethylene-vinyl acetate (EVA), or polyurethane (PU), or on mixtures or copolymers or derivatives thereof, particularly preferably based on PVB. This means that the intermediate layer largely contains the said polymer (a proportion greater than 50% by weight).
  • the intermediate layer can contain further additives, for example, plasticizers, UV absorbers, or stabilizers.
  • Each thermoplastic layer serving as an intermediate layer is preferably formed from at least one thermoplastic film.
  • each film is preferably between 0.2 mm and 1 mm.
  • PVB films with standard thicknesses of 0.38 mm or 0.76 mm can be used.
  • the intermediate layer can also comprise multiple layers of thermoplastic material and, for example, be formed from multiple polymer films arranged flatly one above the other.
  • the outer pane, the inner pane and the thermoplastic interlayer can be clear and colorless, but can also be tinted or colored.
  • the outer pane and the inner pane are preferably glass panes, particularly preferably made of soda-lime glass, as is common for window panes.
  • one or both of the panes can also be made of other types of glass, such as quartz glass, borosilicate glass, or aluminosilicate glass, or of rigid, clear plastics, such as polycarbonate or polymethyl methacrylate.
  • the thicknesses of the outer pane and the inner pane, independently of one another, are preferably between 0.5 mm and 5 mm, particularly preferably between 1 mm and 3 mm.
  • the pane or composite pane can be flat or curved, particularly cylindrical or spherical.
  • the composite pane is particularly preferred as a front pane. or roof window of a vehicle, especially a passenger car or truck.
  • the window or laminated window can have an electrically heated camera window, especially for camera systems. Camera systems are placed in motor vehicles behind the windshield in the passenger compartment. They thus provide a good view of the vehicle's surroundings and can detect dangerous situations and obstacles in traffic in a timely manner.
  • the outer pane is preferably transparent, particularly for applications where high light transmission is desired.
  • a pane is considered transparent within the meaning of the invention if it has a transmission in the visible spectral range of greater than 70%.
  • the transmission can also be much lower, for example, greater than 5%.
  • the area of the pane or composite pane can vary widely and can thus be perfectly adapted to the requirements of each individual case.
  • the area of the pane or composite pane can range from 100 cm2 to 5 m2 , preferably from 0.5 m2 to 3 m2 .
  • the pane or the composite pane can additionally comprise the masking print, in particular made of a dark, preferably black, enamel.
  • the masking print is in particular a peripheral, i.e., frame-like, masking print, which is thus arranged in a circumferential edge region.
  • the peripheral masking print primarily serves as UV protection for the assembly adhesive of the composite pane.
  • the masking print can be opaque and full-surface.
  • the masking print can also be semi-transparent, at least in sections, for example, as a dot matrix, striped matrix, or checkered matrix. Alternatively, the masking print can also have a gradient, for example, from an opaque covering to a semi-transparent covering.
  • the masking print can be applied to the second surface of the outer pane facing the intermediate layer or to the second surface of the inner pane facing away from the intermediate layer.
  • a further aspect of the invention encompasses the use of the pane or pane arrangement according to the invention as a vehicle pane in means of transport for land, air, or water traffic, in particular in motor vehicles, and in particular as a windshield, for example, a windshield.
  • the pane according to the invention is designed in particular as a heatable pane or as a pane with an antenna function.
  • Figure 1 shows an electrical connection element 3' with a crimped area 6'.
  • the connection element 3' is crimped along its entire length around the end area of a connecting cable 5'.
  • the connecting cable 5' contains an electrically conductive core, which is designed as a conventional stranded wire conductor.
  • the connection element 3' is thus designed as a crimp.
  • the length of the stripped area exceeds the length L of the crimp by, for example, 0.5 mm to 1 mm to ensure the flexibility of the connecting cable 5'.
  • the electrical connection element 3' has a contact area 7'.
  • the contact area 7' is electrically and mechanically connected to an electrically conductive structure 2' applied to a substrate 1' via a solder compound 8'.
  • F1 is the pulling force required to release the mechanical connection between the substrate 1' and the connecting element 3'.
  • the required pulling force F1 is also referred to as the pull-off force.
  • the required pulling force F1 is, for example, 50 Newtons.
  • FIG. 2 shows a side view of a pane 10 according to the invention with an electrical connection element 3.
  • the pane comprises a substrate 1.
  • the substrate 1 is, for example, a 3 mm thick thermally toughened single-pane safety glass made of soda-lime glass.
  • the substrate 1 has, for example, a width of 150 cm and a height of 80 cm.
  • the electrically conductive structure 1 can be formed as an electrically conductive coating, for example a functional layer, or as a special connection surface, for example a busbar, arranged on the electrically conductive coating.
  • the electrically conductive structure 2 can, for example, be an electrically heatable coating that provides the pane with a heating function.
  • the electrically conductive structure 2 can also extend over smaller portions of the surface of the substrate 1, for example if it is a coating within a so-called camera window or a busbar that contacts the coating of the camera window.
  • connection element 3 is then electrically connected to the connection surface via a solder paste 8.
  • the electrically conductive structure 2 contains silver particles and glass frits. In the edge region of the wafer, the busbar can be widened to a width of 10 mm as the electrically conductive structure 2, thus forming a contact surface for the electrical connection element 3.
  • the connecting element 3 is crimped along the crimped region 6 around the end region of a connecting cable 5.
  • the connecting element 3 can be formed in one piece, wherein the longer of its dimensions is referred to as the length and the shorter of its dimensions is referred to as the width B.
  • the connection element 3 has the crimped region 6 and a contact region 7.
  • the contact region 7 has at least twice the length of the crimped region 6 in the longitudinal direction of the connection element 3. Furthermore, the contact region 7 can have a maximum length of 20 mm.
  • the contact region can have a length L of 15 mm, 10 mm, 8 mm, or 6 mm in the longitudinal direction of the connection element 3.
  • the length of the connection element can be suitably selected taking into account the diameter of the connecting cable 5.
  • the length of the connection element can be from 1 mm to 20 mm, preferably from 4 mm to 10 mm, particularly preferably 9 mm, 8 mm, 6 mm, 4.5 mm, or 4.3 mm.
  • the solder mass 8 is applied, which creates a permanent electrical and mechanical connection between the electrical connection element 3 and the electrically conductive structure 2.
  • Solder mass 8 is lead-free and contains, for example, 96.5 wt% tin, 0.5 wt% copper, and 3 wt% silver. Alternatively, solder mass 8 can contain, for example, 30% In, 65% Sn, 4% Ag, and 1% Cu. Solder mass 8 has a thickness of, for example, 250 ⁇ m.
  • the crimped region 6 preferably has a length in the longitudinal direction of the connection element 3 in the range of 20% to 50% of the length of the contact region.
  • the crimped region 6 of the connection element 3 can have a maximum length of 4.5 mm in the longitudinal direction of the connection element 3.
  • the crimped region 6 can have a length of 4 mm, 3 mm, or 2 mm in the longitudinal direction of the connection element 3, for example.
  • the crimped region 6 can be designed such that a point of application of a withdrawal force for detaching the connection element 3 from the flat substrate is arranged centrally in the contact region 7, wherein the withdrawal force acts perpendicular to the substrate 1 ( Figure 3 ).
  • the connecting cable 5 contains an electrically conductive conductor, also called a core, which is designed as a conventional stranded wire conductor.
  • the connecting cable 5 can have a cross-sectional area of 0.1 mm 2 to 8 mm 2 , for example 0.35 mm 2 or 0.75 mm 2 .
  • the cross-sectional area can be circular or round.
  • the connecting cable 5 further contains a polymeric insulating sheath, which is removed in the end region to enable electrical contact between the electrically conductive conductor of the connecting cable 5 and the connecting element 3.
  • the length of the stripped region exceeds the length of the crimped region 6 by, for example, 5 mm to 8 mm, in order to ensure the bendability of the connecting cable 5.
  • the connecting cable 5 can be designed to be flexible.
  • the connecting element 3 was provided as a small plate with a material thickness of, for example, 2 mm, 1 mm, 0.8 mm, 0.4 mm or 0.1 mm, which was bent around the connecting cable 5 using a crimping tool and permanently and securely connected to the connecting cable 5 by crimping.
  • the length of the contact area 7 corresponds to twice the length of the crimped area of the connecting element 3.
  • the total length of the connecting element 3 is, for example, approximately 9 mm.
  • the width B of the connecting element 3 (crimp width b) is, for example, approximately 5 mm, 2.5 mm or 2 mm.
  • the height H of the connecting element can be suitably selected by a person skilled in the art, taking into account the diameter of the connecting cable and common standards, and is, for example, from 1 mm to 5 mm or from 2 mm to 3 mm, in particular 2.5 mm.
  • the connecting element 3 contains a chromium-containing steel with a chromium content of greater than or equal to 10.5 wt.%.
  • the connecting element 3 can have a coating containing copper, nickel, zinc, tin, silver, gold, or alloys or layers thereof, preferably silver. This results in improved wetting of the connecting element 3 with the solder mass 8 and improved adhesion of the connecting element.
  • the distance of the connecting element 3 to a pane edge 9 can be less than 8 cm, preferably less than 5 cm, particularly preferably less than 2 cm.
  • Figure 3 shows a side view of a pane 10 according to the invention with an electrical connection element 3 from Figure 2 If the connecting cable 5 is pulled perpendicular to the substrate 1 with a force F2, the connecting element 3 detaches from the substrate 1. F2 is the pulling force required to release the mechanical connection between the substrate 1 and the connecting element 3.
  • Figure 4 shows a perspective view of the electrical connection element 3 designed as a B-crimp with the connection cable 5.
  • Figure 5 shows a cross section BB' through the connecting element 3 according to Figure 4 with the substrate 1.
  • the connecting element 3 has the shape of a B-crimp.
  • the lateral edges of the connecting element 3 are bent around the connecting cable 5 and, by piercing the crimping tool, are sunk into the electrically conductive core of the connecting cable 5, whereby the wire strands of the connecting cable 5 extend evenly on both sides into the contact interior.
  • the characteristic crimp shape shows two rounded coatings in profile, similar to the letter "B.”
  • the characteristic crimp shape is arranged on the upper side of the connecting element 3 facing away from the substrate 1.
  • the contact area 7 of the connecting element 3 is arranged opposite the characteristic crimp shape, i.e., on the crimp base. This ensures advantageous wetting of the connecting element 3 with the solder compound 8.
  • the disc 1 can be provided with an increased pull-off force, thus achieving a stable bond between the connecting element and the substrate.
  • the degree of mechanical strength can be adjusted depending on the requirements of the individual case by designing the crimped area and the contact area.

Landscapes

  • Connections Effected By Soldering, Adhesion, Or Permanent Deformation (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Scheibe (10) mit mindesten einem elektrischen Anschlusselement (3), umfassend
- ein flächiges Substrat (1),
- eine elektrisch leitfähige Struktur (2), die an einer Oberfläche des Substrats (1) aufgebracht ist,
- ein elektrisches Anschlusselement (3), das einen gecrimpten Bereich (6) zur elektrischen Verbindung mit mindestens einem Leiter eines Anschlusskabels (5) und einen Kontaktbereich (7) zur elektrischen Verbindung mit der elektrisch leitfähigen Struktur (2) aufweist,
wobei das Anschlusselement (3) an der elektrisch leitfähigen Struktur (2) angeordnet ist, der gecrimpte Bereich (6) um den mindestens einen Leiter (4) des Anschlusskabels (5) angeordnet ist und der Kontaktbereich (7) mit der elektrisch leitfähigen Struktur (2) elektrisch leitend verbunden ist, wobei der Kontaktbereich (7) in Längsrichtung des Anschlusselements (3) mindestens eine doppelte Länge des gecrimpten Bereichs (6) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Scheibe mit einem elektrischen Anschlusselement, insbesondere für Fahrzeuge.
  • Im Fall von Fahrzeugscheiben sind verschiedene Verfahren und Anordnung bekannt, um Scheiben mit einem elektrischen Anschlusselement zu versehen, da die Scheiben zunehmend mit großflächigen, elektrisch leitfähigen und für sichtbares Licht transparenten Schichten und Funktionselementen versehen werden. Derartige Scheiben weisen elektrisch leitfähige Strukturen auf, welche in aller Regel durch elektrische Anschlusselemente mit Kontaktflächen auf der Scheibenoberfläche elektrisch kontaktiert werden. Eine Lotmasse bildet die elektrische Verbindung und gleichzeitig eine mechanische Verbindung zwischen der elektrischen leitfähigen Struktur und dem Anschlusselement.
  • Elektrische Anschlusselemente insbesondere zum bleifreien Verlöten mit elektrischen Strukturen sind aus der WO 2016/096248 A1 und WO 2017/177653 A1 bekannt. Die mechanische Belastung der Lotverbindung ist insbesondere bei bleifreien Lotmassen problematisch. Bleifreie Lote weisen typischerweise eine deutliche geringe Duktilität als bleihaltige Lote auf und sind häufig deutlich spröder. Daher sind bleifreie Lotmassen nicht in gleichem Maße in der Lage mechanische Belastungen Stand zu halten.
  • Die Lotverbindung zwischen der elektrisch leitfähigen Struktur und dem Anschlusselement kann auch durch Alterungsprozess den mechanischen Belastungseigenschaften auf Dauer nicht Stand halten. Es kommt zu unerwünschten Ausfällen bei der Kontaktierung der elektrisch leitfähigen Strukturen. Die kann hohe Reparaturkosten verursachen oder den Austausch der Scheibe zur Folge haben. WO 2022/148667 A1 offenbart ein elektrisches Anschlusselement, das einen gecrimpten Bereich aufweist, wobei der gecrimpte Bereich über eine Lotmasse mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung elektrisch leitend verbunden ist, und eine korrosionshemmende Beschichtung aufweist. In der Praxis hat sich gezeigt, dass sowohl das Lotmaterial als auch das Substrat mit der elektrisch leitfähigen Struktur eine Schwachstelle bei mechanischer Belastung sein können.
  • Wünschenswert ist eine Scheibe mit einem elektrischen Anschlusselement, das eine höhere Abzugskraft aufweist, so dass das Abschlusselement auch bei höheren mechanischen Belastungen sich nicht von der Scheibe lösen lässt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Scheibe mit einem elektrischen Anschlusselement zu schaffen, mit der bei einfacher und preiswerter Ausführung eine erhöhte Kraft zur Ablösung des Anschlusselements aufgewendet werden muss.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Scheibe mit einem Anschlusselement gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Die erfindungsgemäße Scheibe mit mindesten einem elektrischen Anschlusselement umfasst ein flächiges Substrat, eine elektrisch leitfähige Struktur, die an einer Oberfläche des Substrats aufgebracht ist, und ein elektrisches Anschlusselement, das einen gecrimpten Bereich zur elektrischen Verbindung mit einem Leiter eines Anschlusskabels und einen Kontaktbereich zur elektrischen Verbindung mit der elektrisch leitfähigen Struktur aufweist. Ferner ist das Anschlusselement an der elektrisch leitfähigen Struktur angeordnet, wobei der gecrimpte Bereich um den Leiter des Anschlusskabels angeordnet ist und der Kontaktbereich mit der elektrisch leitfähigen Struktur elektrisch leitend verbunden ist. Der Kontaktbereich ist in Längsrichtung des Anschlusselements länger als der gecrimpte Bereich. Der Kontaktbereich weist eine doppelte Länge des gecrimpten Bereichs auf. Dies hat den Vorteil, dass eine erhöhte Kraftwirkung aufgewendet werden muss, um das Anschlusselement von der Scheibe zu lösen. Vorteilhafterweise ist diese Lösung unabhängig von dem verwendeten Lotmaterial und Substrat, insbesondere mit auf Silber basierenden elektrisch leitfähigen Strukturen.
  • Bevorzugt kann der Schwerpunkt des Anschlusselements innerhalb des Kontaktbereichs und außerhalb des gecrimpten Bereichs angeordnet sein. Insbesondere kann der gecrimpte Bereich derart ausgebildet ist, dass ein Angriffspunkt einer Abzugskraft zum Ablösen des Anschlusselements von dem flächigen Substrat mittig im Kontaktbereich angeordnet ist. Der Vorteil liegt in der Verschiebung des Schwerpunkts des Anschlusselements, so dass eine Kraftwirkung zum Ablösen des Anschlusselement von Scheibe im Schwerpunkt des Anschlusselement angreift. Dies hat den Vorteil, dass eine große Kraftwirkung aufgewendet werden muss, um das Anschlusselement von der Scheibe zu lösen.
  • Insbesondere kann der Kontaktbereich des Anschlusselements eine maximale Länge von 20 mm in Längsrichtung des Anschlusselements aufweisen. Der Kontaktbereich kann bevorzugt eine Länge von 6 mm bis 15 mm, beispielsweise 10 mm oder 8 mm aufweisen. Vorzugsweise kann der gecrimpte Bereich eine Länge in Längsrichtung des Anschlusselements im Bereich von 20% bis 50% der Länge des Kontaktbereichs aufweisen. Vorzugsweise ist der Kontaktbereich des Anschlusselements mit der elektrisch leitfähigen Struktur über eine Lotmasse oder einen elektrisch leitfähigen Klebestoff verbunden. Das Anschlusselement bewirkt bei mechanischer Belastung des Anschlusskabels, insbesondere Zug auf das Anschlusskabel, einen sehr geringen Hebelarm, was zu einer hohen Stabilität der Verbindung führt.
  • Ferner kann der gecrimpte Bereich eine maximale Länge von 4,5 mm in Längsrichtung des Anschlusselements aufweisen. Beispielsweise kann der gecrimpte Bereich in Längsrichtung des Anschlusselements eine Länge von 4 mm, 3 mm oder 2 mm aufweisen. Die Gesamtlänge des Anschlusselements kann unter Berücksichtigung des Durchmessers des Anschlusskabels geeignet gewählt werden und beträgt beispielsweise von 1 mm bis 20 mm, bevorzugt von 4 mm bis 8 mm, besonders bevorzugt 6 mm, 4,5 mm oder 4,3 mm. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine stabile Verbindung zwischen Anschlusselement und Anschlusskabel.
  • Die Breite des Anschlusselements kann von 1 mm bis 5 mm, bevorzugt 2 mm bis 3 mm, besonders bevorzugt 2,5 mm betragen. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf einen geringen Raumbedarf des Anschlusselements. Dadurch wird auch eine stabile Verbindung zwischen Anschlusselement und Anschlusskabel erreicht.
  • Die Höhe des Anschlusselements kann vom Fachmann unter Berücksichtigung des Durchmessers des Anschlusskabels sowie gängiger Normen geeignet gewählt werden und beträgt beispielsweise von 1 mm bis 5 mm oder von 2 mm bis 3 mm, insbesondere 2,5 mm. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf einen geringen Platzbedarf des Anschlusselements und im Hinblick auf eine stabile Verbindung zwischen Anschlusselement und Anschlusskabel.
  • Das Anschlusselement weist den um den Leiter des Anschlusskabels gecrimpte Bereich auf. Die Form des gecrimpten Bereichs kann grundsätzlich beliebig sein und ist nach den Erfordernissen im Einzelfall durch die Wahl des Crimp-Werkzeugs bestimmbar. Die Crimpform ergibt sich durch den Querschnitt des gecrimpten Bereichs. Der gecrimpte Bereich kann beispielsweise als ovaler Crimp, polygonaler Crimp (beispielsweise Vierkant-Crimp, Sechskant-Crimp oder Trapezcrimp), O-Crimp oder B-Crimp ausgebildet sein.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das Anschlusselement in Form eines Crimps, insbesondere als B-Crimp, ausgebildet.
  • Bei einem offenen Crimp wird das Anschlusselement vorteilhaft als planes oder als zu einer Crimp-Kralle vorgebogenes Plättchen bereitgestellt und um das Anschlusskabel zum Crimp gequetscht. Bei einem geschlossenen Crimp ist das Anschlusselement vorteilhaft als rundum geschlossene Hülse (Aderendhülse) ausgebildet und wird um den Leiter des Anschlusskabels gequetscht.
  • Das Anschlusskabel verbindet das Anschlusselement und die elektrisch leitfähige Struktur des Substrats mit einem elektrischen System wie Steuereinheit oder Spannungsquelle, welches außerhalb der Scheibe angeordnet ist.
  • Der Kontaktbereich des Anschlusselements ist über die Lotmasse oder den elektrisch leitfähigen Klebestoff mit der elektrisch leitfähigen Struktur vorzugweise direkt verbunden. Gemeint ist hier eine direkte mechanische Verbindung zwischen dem Kontaktbereich des Anschlusselements und der elektrisch leitfähigen Struktur über die Lotmasse oder den Klebstoff. Das bedeutet, dass die Lotmasse oder der Klebstoff zwischen dem Kontaktbereich des Anschlusselements und der elektrisch leitfähigen Struktur angeordnet ist und dadurch das Anschlusselement dauerhaft stabil auf der elektrisch leitfähigen Struktur fixiert. Insbesondere ist der gesamte Kontaktbereich des Anschlusselement über die Lotmasse mit der elektrisch leitfähigen Struktur verbunden. Das bedeutet, dass die Lotmasse entlang nahezu der Gesamtlänge des Anschlusselements angeordnet ist. Dadurch wird eine besonders stabile Haftung des Anschlusselements an der elektrisch leitfähigen Struktur erreicht. Möglich ist jedoch auch, dass die Lotmasse nur zwischen einem Abschnitt des Anschlusselements und der elektrisch leitfähigen Struktur angeordnet ist. Möglich ist auch, dass eine spezielle Anschlussfläche, beispielsweise ein Sammelleiter, auf einer elektrisch leitfähigen Beschichtung angeordnet ist und das Anschlusselement mit der Anschlussfläche direkt elektrisch verbunden ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Anschlusselement eine Materialstärke von 0,1 mm bis 2 mm auf. Bei solchen Materialstärken ist die Bearbeitung, insbesondere das Quetschen, im gecrimpten Bereich besonders leicht.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform enthält das Anschlusselement einen chromhaltigen Stahl mit einem Anteil an Chrom von größer oder gleich 10,5 Gew.-%. Weitere Legierungsbestandteile wie Molybdän, Mangan oder Niob führen zu einer verbesserten Korrosionsbeständigkeit oder veränderten mechanischen Eigenschaften, wie Zugfestigkeit oder Kaltumformbarkeit. Beispielsweise kann das Anschlusselement zusätzlich Beimengungen weiterer Elemente enthalten, darunter Vanadium, Aluminium und Stickstoff.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibe mit elektrischem Anschlusselement enthält das Anschlusselement zumindest 66,5 Gew.-% bis 89,5 Gew.-% Eisen, 10,5 Gew.-% bis 20 Gew.-% Chrom, 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Kohlenstoff, 0 Gew.-% bis 5 Gew.-% Nickel, 0 Gew.-% bis 2 Gew.-% Mangan, 0 Gew.-% bis 2,5 Gew.-% Molybdän, 0 Gew.-% bis 2 Gew.-% Niob und 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Titan, insbesondere zumindest 77 Gew.-% bis 84 Gew.-% Eisen, 16 Gew.-% bis 18,5 Gew.-% Chrom, 0 Gew.-% bis 0,1 Gew.-% Kohlenstoff, 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Mangan, 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Niob, 0 Gew.-% bis 1,5 Gew.-% Molybdän und 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Titan, oder besteht hieraus
  • Vorzugsweise weist das Anschlusselement eine Beschichtung auf, die Kupfer, Nickel, Zink, Zinn, Silber, Gold oder Legierungen oder Schichten davon, bevorzugt Silber, enthält. Dadurch wird eine verbesserte Benetzung des Anschlusselements mit der Lotmasse und eine verbesserte Haftung des Anschlusselements erreicht. Beispielsweise ist das Anschlusselement mit Nickel, Zinn, Kupfer und/oder Silber beschichtet. Das Anschlusselement ist insbesondere mit einer haftvermittelnden Schicht, beispielsweise aus Nickel und/oder Kupfer, und zusätzlich mit einer lötbaren Schicht, insbesondere aus Silber, versehen. Das Anschlusselement ist insbesondere mit 0,1 µm bis 0,3 µm Nickel und/oder 3 µm bis 20 µm Silber beschichtet. Das Anschlusselement kann vernickelt, verzinnt, verkupfert und/oder versilbert sein. Nickel und Silber verbessern die Stromtragfähigkeit und Korrosionsstabilität des Anschlusselements und die Benetzung mit der Lotmasse.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Leiter des Anschlusskabels mehrere Drahtlitzen auf, die aus Kupfer gebildet sind. Besonders bevorzugt weist das Anschlusskabel mindestens zwei, beispielsweise sieben oder zwanzig Drahtlitzen auf.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind der gecrimpte Bereich des Anschlusselements und eine den Leiter umgebende isolierende Ummantelung beabstandet. Bevorzugt beträgt ein Abstand zwischen dem gecrimpten Bereich des Anschlusselements und der Ummantelung des Leiters mindestens 5 mm, bevorzugt mindestens 8 mm in Längsrichtung des Anschlusselements.
  • Die Ummantelung des Leiters weist keinen direkten Kontakt mit dem gecrimpten Bereich auf, so dass der Leiter zumindest teilweise offen zugänglich ist.
  • Das Substrat kann Glas enthalten. Das Substrat kann als eine Glasscheibe, bevorzugt gefertigt aus Kalk-Natron-Glas ausgebildet sein, wie es für Fensterscheiben üblich ist. Das Substrat kann grundsätzlich aber auch aus anderen Glassorten gefertigt sein, beispielsweise Quarzglas, Borosilikatglas oder Aluminosilikatglas, oder aus starren klaren Kunststoffen, beispielsweise Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat.
  • Die elektrische leitfähige Struktur kann als eine elektrisch leitfähige Beschichtung, beispielsweise eine Funktionsschicht ausgebildet sein. Die elektrisch leitfähige Beschichtung ist vorzugsweise transparent für sichtbares Licht. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die elektrisch leitfähige Beschichtung eine Einzelschicht oder ein Schichtaufbau aus mehreren Einzelschichten mit einer Gesamtdicke von kleiner oder gleich 2 µm [Mikrometer], besonders bevorzugt kleiner oder gleich 1 µm. Beispielsweise enthält die elektrisch leitfähige Beschichtung mindestens ein Metall, bevorzugt Silber, Nickel, Chrom, Niob, Zinn, Titan, Kupfer, Palladium, Zink, Gold, Cadmium, Aluminium, Silizium, Wolfram oder Legierungen daraus, und/oder mindestens eine Metalloxidschicht, bevorzugt Zinn-dotiertes Indiumoxid (ITO), Aluminium-dotiertes Zinkoxid (AZO), Fluor-dotiertes Zinnoxid (FTO, SnO2:F) oder Antimon-dotiertes Zinnoxid (ATO, SnO2:Sb). Transparente, elektrisch leitfähige Schichten sind beispielsweise aus DE 20 2008 017 611 U1 und EP 0 847 965 B1 bekannt. Sie bestehen beispielsweise aus einer Metallschicht wie einer Silberschicht oder einer Schicht aus einer silberhaltigen Metalllegierung. Transparente, elektrisch leitfähige Schichten haben bevorzugt einen Flächenwiderstand von 0,1 Ohm/Quadrat bis 200 Ohm/Quadrat, besonders bevorzugt von 1 Ohm/Quadrat bis 50 Ohm/Quadrat und ganz besonders bevorzugt von 1 Ohm/Quadrat bis 10 Ohm/Quadrat.
  • Die elektrisch leitfähige Beschichtung kann beispielsweise eine elektrisch beheizbare Schicht sein, durch welche die Scheibe mit einer Heizfunktion versehen wird. Solche beheizbaren Schichten sind dem Fachmann an sich bekannt. Sie enthalten typischerweise eine oder mehrere, beispielsweise zwei, drei oder vier elektrisch leitfähige Schichten. Diese Schichten enthalten oder bestehen bevorzugt aus zumindest einem Metall, beispielsweise Silber, Gold, Kupfer, Nickel und/oder Chrom, oder einer Metalllegierung und enthalten bevorzugt mindestens 90 Gew. % des Metalls, insbesondere mindestens 99,9 Gew. % des Metalls. Solche Schichten weisen eine besonders vorteilhafte elektrische Leitfähigkeit bei gleichzeitiger hoher Transmission im sichtbaren Spektralbereich auf. Die Dicke einer Einzelschicht beträgt bevorzugt von 5 nm bis 50 nm, besonders bevorzugt von 8 nm bis 25 nm, wodurch vorteilhaft hohe Transmission im sichtbaren Spektralbereich und eine besonders vorteilhafte elektrische Leitfähigkeit erreicht wird.
  • Weiterhin kann die elektrisch leitfähige Struktur Silber enthalten, insbesondere Silberpartikel und Glasfritten, und weist beispielsweise eine Schichtdicke von 5 µm bis 40 µm auf.
  • Die elektrische leitfähige Struktur ist auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet. Die elektrische leitfähige Struktur bedeckt die Oberfläche des Substrats teilweise, jedoch vorzugsweise großflächig. Der Ausdruck "großflächig" bedeutet, dass mindestens 50%, mindestens 60%, mindestens 70%, mindestens 75% oder 90% der Oberfläche des Substrats von der elektrischen leitfähigen Struktur bedeckt sind. Die elektrisch leitfähige Struktur kann sich aber auch über kleinere Anteile der Oberfläche des Substrats erstrecken, beispielsweise wenn es sich um eine Beschichtung innerhalb eines sogenannten Kamerafensters, einen Sammelleiter oder eine Flächenantenne handelt.
  • Die elektrisch leitfähige Struktur kann beispielsweise ein Sammelleiter sein. Im Falle der elektrisch leitfähigen Struktur in Form eines Sammelleiters ist die elektrisch beheizbare Beschichtung beispielsweise mit mindestens zwei Sammelleitern elektrisch verbunden, durch die ein Heizstrom in die Beschichtung eingespeist werden kann. Die Sammelleiter sind bevorzugt im Randbereich der elektrisch leitfähigen Beschichtung entlang einer Seitenkante auf der elektrisch leitfähigen Beschichtung angeordnet. Die Länge des Sammelleiters ist typischerweise im Wesentlichen gleich der Länge der Seitenkante der elektrisch leitfähigen Beschichtung, kann aber auch etwas größer oder kleiner sein. Vorzugsweise sind zwei Sammelleiter auf der elektrisch leitfähigen Beschichtung angeordnet, im Randbereich entlang zweier gegenüberliegenden Seitenkanten der elektrisch leitfähigen Beschichtung. Die Breite des Sammelleiters beträgt bevorzugt von 2 mm bis 30 mm, besonders bevorzugt von 4 mm bis 20 mm. Die Sammelleiter sind typischerweise jeweils in Form eines Streifens ausgebildet, wobei die längere seiner Dimensionen als Länge und die weniger lange seiner Dimensionen als Breite bezeichnet wird. Sammelleiter sind beispielsweise als aufgedruckte und eingebrannte leitfähige Struktur ausgebildet. Der aufgedruckte Sammelleiter enthält zumindest ein Metall, bevorzugt Silber. Die elektrische Leitfähigkeit wird bevorzugt über Metallpartikel, enthalten im Sammelleiter, besonders bevorzugt über Silberpartikel, realisiert. Die Metallpartikel können sich in einer organischen und/oder anorganischen Matrix wie Pasten oder Tinten befinden, bevorzugt als gebrannte Siebdruckpaste mit Glasfritten. Die Schichtdicke des aufgedruckten Sammelleiters beträgt bevorzugt von 5 µm bis 40 µm, besonders bevorzugt von 8 µm bis 20 µm und ganz besonders bevorzugt von 10 µm bis 15 µm.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die elektrisch leitfähige Struktur beispielsweise als eine Antenne, insbesondere Flächenantenne, ausgebildet sein.
  • Die Lotmasse kann eine bleifreie Lotmasse sein, was besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Umweltverträglichkeit der erfindungsgemäßen Scheibe mit elektrischem Anschlusselement ist. Im Sinne der vorliegende Erfindung bedeutet "bleifrei", dass die Lotmasse einen Anteil von kleiner oder gleich 0,1 Gew.-% Blei, insbesondere kein Blei, das heißt 0 Gew.-% Blei enthält.
  • Beispielsweise enthält die Lotmasse Zinn, Wismut, Indium, Zink, Kupfer oder Silber, insbesondere Zusammensetzungen davon. Beispielsweise beträgt der Anteil an Wismut, Indium, Zink, Kupfer, Silber oder Zusammensetzungen davon in der Lotzusammensetzung von 0,5 Gew.-% bis 97 Gew.-%, insbesondere 10 Gew.-% bis 67 Gew.-%, wobei der Anteil an Wismut, Indium, Zink, Kupfer oder Silber 0 Gew.-% betragen kann. Die Lotzusammensetzung kann Nickel, Germanium, Aluminium oder Phosphor mit einem Anteil von 0 Gew.-% bis 5 Gew.-% enthalten. Die Lotzusammensetzung enthält insbesondere Bi40Sn57Ag3, Sn40Bi57Ag3, Bi59Sn40Ag1, Bi57Sn42Ag1, In97Ag3, Sn95,5Ag3,8Cu0,7, Bi67ln33, Bi33ln50Sn17, Sn77,2In20Ag2,8, Sn95Ag4Cu1, Sn99Cu1, Sn96,5Ag3,5, Sn96,5Ag3Cu0,5, Sn97Ag3 oder Gemische davon.
  • Die Schichtdicke der Lotmasse ist vorzugsweise kleiner oder gleich 6.0 × 10-4 m, insbesondere kleiner 3.0 × 10-4 m.
  • Vorteilhaft enthält die Lotmasse Wismut. Es hat sich gezeigt, dass eine Wismut-haltige Lotmasse zu einer besonders guten Haftung des Anschlusselements am Substrat führt, wobei Beschädigungen der Scheibe vermieden werden können. Der Anteil des Wismuts an der Lotmassenzusammensetzung beträgt beispielsweise von 0,5 Gew.-% bis 97 Gew.-%, von 10 Gew.-% bis 67 Gew.-%, oder von 33 Gew.-% bis 67 Gew.-%, insbesondere von 50 Gew.-% bis 60 Gew.-%. Die Lotmasse enthält neben Wismut insbesondere Zinn und Silber oder Zinn, Silber und Kupfer. Beispielsweise enthält die Lotmasse zumindest 35 Gew.-% bis 69 Gew.-% Wismut, 30 Gew.-% bis 50 Gew.-% Zinn, 1 Gew.-% bis 10 Gew.-% Silber und 0 Gew.-% bis 5 Gew.-% Kupfer. Insbesondere enthält die Lotmasse zumindest 49 Gew.-% bis 60 Gew.-% Wismut, 39 Gew.-% bis 42 Gew.-% Zinn, 1 Gew.-% bis 4 Gew.-% Silber und 0 Gew.-% bis 3 Gew.-% Kupfer. Ferner kann die Lotmasse beispielsweise von 90 Gew.-% bis 99,5 Gew.-% Zinn, oder von 95 Gew.-% bis 99 Gew.-% Zinn, insbesondere von 93 Gew.-% bis 98 Gew.-% Zinn enthalten. Die Lotmasse enthält neben Zinn beispielsweise von 0,5 Gew.-% bis 5 Gew.-% Silber und von 0 Gew.-% bis 5 Gew.-% Kupfer.
  • Die Lotmasse tritt beispielsweise mit einer Austrittsbreite von kleiner 1 mm aus dem Zwischenraum zwischen dem Anschlusselement und der elektrisch leitfähigen Struktur aus. Beispielsweise ist die maximale Austrittsbreite kleiner 0,5 mm und insbesondere etwa 0 mm. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Reduzierung von mechanischen Spannungen in der Scheibe und die Haftung des Anschlusselements. Die maximale Austrittsbreite ist definiert als der Abstand zwischen den Außenkanten des Anschlusselementes und der Stelle des Lotmasseübertritts, an dem die Lotmasse eine Schichtdicke von 50 µm unterschreitet. Die maximale Austrittsbreite wird nach dem Lötvorgang an der erstarrten Lotmasse gemessen. Eine gewünschte maximale Austrittsbreite wird durch eine geeignete Wahl von Lotmassenvolumen und lotrechtem Abstand zwischen Anschlusselement und elektrisch leitfähiger Beschichtung erreicht, was durch einfache Versuche ermittelt werden kann. Der lotrechte Abstand zwischen Anschlusselement und elektrisch leitfähiger Beschichtung kann durch ein entsprechendes Prozesswerkzeug, beispielsweise ein Werkzeug mit einem integrierten Abstandshalter, vorgegeben werden. Die maximale Austrittsbreite kann auch negativ sein, also in den von dem Anschlusselement und elektrisch leitfähiger Beschichtung gebildeten Zwischenraum zurückgezogen sein. Beispielsweise ist die maximale Austrittsbreite in dem vom Anschlusselement und der elektrisch leitfähigen Beschichtung gebildeten Zwischenraum in einem konkaven Meniskus zurückgezogen. Ein konkaver Meniskus entsteht beispielsweise durch Erhöhen des lotrechten Abstands zwischen Abstandshalter und leitfähiger Struktur beim Lötvorgang, während das Lot noch flüssig ist. Der Vorteil liegt in der Reduzierung der mechanischen Spannungen in der Scheibe, insbesondere im kritischen Bereich, der bei einem großen Lotmasseübertritt vorliegt.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann mindestens in einem Randbereich auf der dem Anschlusselement abgewandte Oberfläche der Scheibe ein Abdeckdruck angebracht sein.
  • Der Abstand des Anschlusselements zur Scheibenkante kann kleiner als 8 cm sein, bevorzugt kleiner als 5 cm, besonders bevorzugt kleiner als 2 cm sein.
  • Eine Ausgestaltung der Erfindung umfasst eine Scheibenanordnung, bei welcher eine erfindungsgemäße Scheibe eine Innenscheibe einer Verbundscheibe ist, wobei die Verbundscheibe weiterhin eine Außenscheibe mit einer außenseitigen Oberfläche und einer innenseitigen Oberfläche und mindestens eine Zwischenschicht, welche die innenseitige Oberfläche der Außenscheibe flächig mit einer außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe verbindet, umfasst.
  • Die innenseitige Oberfläche der Verbundscheibe entspricht der innenseitigen Oberfläche der Innenscheibe und die außenseitige Oberfläche der Verbundscheibe entspricht der außenseitigen Oberfläche der Außenscheibe.
  • Die Außenscheibe ist diejenige Scheibe der Verbundscheibe, welche in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt ist, beziehungsweise dafür vorgesehen ist. Die Verbundscheibe ist typischerweise dafür vorgesehen, in einer Öffnung (insbesondere Fensteröffnung, beispielsweise einer Fensteröffnung eines Fahrzeugs oder eines Gebäudes) einen Innenraum gegenüber der äußeren Umgebung abzutrennen. Mit Innenscheibe wird im Sinne der Erfindung die dem Innenraum zugewandte Scheibe bezeichnet.
  • Die Außenscheibe und die Innenscheibe weisen jeweils eine außenseitige und eine innenraumseitige Oberfläche auf und eine dazwischen verlaufende, umlaufende Seitenkantenfläche.
  • Im Falle einer Verbundscheibe werden die Innenscheibe und die Außenscheibe durch die mindestens eine Zwischenschicht miteinander verbunden. Die Zwischenschicht ist bevorzugt transparent und/oder thermoplastisch ausgebildet. Die thermoplastische Zwischenschicht ist bevorzugt auf Basis von Polyvinylbutyral (PVB), Ethylen-Vinylacetat (EVA) oder Polyurethan (PU) ausgebildet oder aus Gemischen oder Copolymeren oder Derivaten davon, besonders bevorzugt auf Basis von PVB. Damit ist gemeint, dass die Zwischenschicht größtenteils das besagte Polymer enthält (Anteil größer als 50 Gew.-%). Die Zwischenschicht kann außer dem Polymer weitere Zusätze enthalten, beispielsweise Weichmacher, UV-Absorber oder Stabilisatoren. Jede thermoplastische Lage als Zwischenschicht ist bevorzugt aus mindestens einer thermoplastischen Folie ausgebildet. Die Dicke jeder Folie beträgt bevorzugt von 0,2 mm bis 1 mm. Beispielsweise können PVB-Folien mit den Standarddicken von 0,38 mm oder 0,76 mm verwendet werden. Die Zwischenschicht kann auch mehrere Lagen thermoplastischen Materials umfassen und beispielsweise aus mehreren flächig übereinander angeordneten Polymerfolien ausgebildet sein. Die Außenscheibe, die Innenscheibe und die thermoplastische Zwischenschicht können klar und farblos, aber auch getönt oder gefärbt sein.
  • Die Außenscheibe und die Innenscheibe sind bevorzugt Glasscheiben, besonders bevorzugt gefertigt aus Kalk-Natron-Glas, wie es für Fensterscheiben üblich ist. Eine oder beide der Scheiben können grundsätzlich aber auch aus anderen Glassorten gefertigt sein, beispielsweise Quarzglas, Borosilikatglas oder Aluminosilikatglas, oder aus starren klaren Kunststoffen, beispielsweise Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat. Die Dicken der Außenscheibe und der Innenscheibe betragen unabhängig voneinander bevorzugt von 0,5 mm bis 5 mm, besonders bevorzugt von 1 mm bis 3 mm.
  • Die Scheibe oder Verbundscheibe kann plan sein oder auch, insbesondere zylindrisch oder sphärisch, gebogen sein. Die Verbundscheibe wird besonders bevorzugt als eine Frontscheibe oder Dachscheibe eines Fahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens oder Lastkraftwagens, verwendet. Die Scheibe oder Verbundscheibe kann ein elektrisch beheizbares Kamerafenster, insbesondere für Kamerasysteme, aufweisen. Kamerasysteme werden in Kraftfahrzeugen hinter der Frontscheibe im Fahrgastraum platziert. Damit bieten sie eine gute Sicht auf die Umgebung des Fahrzeugs und können im Straßenverkehr Gefahrensituationen und Hindernisse rechtzeitig erkennen.
  • Die Außenscheibe ist bevorzugt transparent, insbesondere für die Verwendungen der Scheibe, bei denen eine hohe Lichttransmission erwünscht ist. Als transparent im Sinne der Erfindung wird dann eine Scheibe verstanden, die eine Transmission im sichtbaren Spektralbereich von größer 70 % aufweist. Für Scheiben, die nicht im verkehrsrelevanten Sichtfeld des Fahrers liegen, beispielsweise für Dachscheiben, kann die Transmission aber auch viel geringer sein, beispielsweise größer als 5 %.
  • Die Fläche der Scheibe oder der Verbundscheibe kann breit variieren und so hervorragend den Erfordernissen im Einzelfall angepasst werden. Die Fläche der Scheibe oder der Verbundscheibe kann beispielsweise von 100 cm2 bis zu 5 m2 betragen, bevorzugt von 0,5 m2 bis 3 m2.
  • Die Scheibe oder die Verbundscheibe kann zusätzlich den Abdeckdruck, insbesondere aus einer dunklen, bevorzugt schwarzen, Emaille umfassen. Bei dem Abdeckdruck handelt es sich insbesondere um einen peripheren, d.h. rahmenartigen, Abdeckdruck, der somit in einem umlaufenden Randbereich angeordnet ist. Der periphere Abdeckdruck dient in erster Linie als UV-Schutz für den Montagekleber der Verbundscheibe. Der Abdeckdruck kann opak und vollflächig ausgebildet sein. Der Abdeckdruck kann zumindest abschnittsweise auch semitransparent, beispielsweise als Punktraster, Streifenraster oder kariertes Raster ausgebildet sein. Alternativ kann der Abdeckdruck auch einen Gradienten aufweisen, beispielsweise von einer opaken Bedeckung zu einer semitransparenten Bedeckung. Im Falle der Verbundscheibe kann der Abdeckdruck auf der zweiten, zu der Zwischenschicht hingewandten Oberfläche der Außenscheibe oder auf der zweiten, von der Zwischenschicht abgewandten Oberfläche der Innenscheibe aufgebracht sein.
  • Es versteht sich von selbst, dass die Merkmale und die damit jeweils erzielbaren Vorteile, die in Bezug auf die erfindungsgemäße Scheibe beschrieben wurden, auf die erfindungsgemäße Verbundscheibe anwendbar bzw. übertragbar sind und umgekehrt.
  • Die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung können einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein. Insbesondere sind die vorstehend genannten und nachstehend zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst die Verwendung der erfindungsgemäßen Scheibe oder Scheibenanordnung als Fahrzeugscheibe in Fortbewegungsmitteln für den Verkehr auf dem Land, in der Luft oder zu Wasser, insbesondere in Kraftfahrzeugen und insbesondere als Frontscheibe, beispielsweise als Windschutzscheibe. Die erfindungsgemäße Scheibe ist insbesondere als beheizbare Scheibe oder als Scheibe mit Antennenfunktion ausgebildet.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren sind eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Figuren schränken die Erfindung in keiner Weise ein.
    • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine Seitenansicht auf ein elektrisches Anschlusselement mit einem gecrimpten Bereich nach einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform,
    Figur 2
    eine Seitenansicht auf eine erfindungsgemäße Scheibe mit einem elektrischen Anschlusselement,
    Figur 3
    eine Seitenansicht auf die erfindungsgemäße Scheibe mit dem elektrischen Anschlusselement,
    Figur 4
    eine perspektivische Ansicht des als B-Crimp ausgebildeten elektrischen Anschlusselements, und
    Figur 5
    einen Querschnitt B-B' durch die Scheibe 1 mit Anschlusselement gemäß Figur 4.
  • Figur 1 zeigt ein elektrisches Anschlusselement 3' mit einem gecrimpten Bereich 6`. Das Anschlusselement 3' ist entlang seiner gesamten Länge um den Endbereich eines Anschlusskabels 5' gecrimpt. Das Anschlusskabel 5' enthält einen elektrisch leitfähigen Kern, welcher als herkömmlicher Drahtlitzen-Leiter ausgebildet ist. Das Anschlusselement 3' ist also insgesamt als Crimp ausgebildet. Die Länge des abisolierten Bereichs übersteigt die Länge L des Crimps um beispielsweise 0,5 mm bis 1 mm, um die Biegbarkeit des Anschlusskabels 5' zu gewährleisten.
  • Das elektrische Anschlusselement 3' weist einen Kontaktbereich 7' auf. Der Kontaktbereich 7' ist über eine Lotmasse 8' mit einer auf einem Substrat 1' aufgebrachten elektrischen leitfähigen Struktur 2' elektrisch und mechanisch verbunden.
  • Wird senkrecht zum Substrat 1' mit einer Ziehkraft F1 am Anschlusskabel 5' gezogen, dann löst sich das Anschlusselement 3' vom Substrat 1'. F1 ist die notwendige Ziehkraft zum Lösen der mechanischen Verbindung zwischen Substrat 1' und Anschlusselement 3'. Die notwendige Ziehkraft F1 wird auch als sogenannte Abzugskraft bezeichnet. Die notwendige Ziehkraft F1 beträgt beispielsweise 50 Newton.
  • Figur 2 zeigt eine Seitenansicht auf eine erfindungsgemäße Scheibe 10 mit einem elektrischen Anschlusselement 3. Die Scheibe umfasst ein Substrat 1. Das Substrat 1 ist beispielsweise ein 3 mm dickes thermisch vorgespanntes Einscheibensicherheitsglas aus Natron-Kalk-Glas. Das Substrat 1 weist beispielsweise eine Breite von 150 cm und eine Höhe von 80 cm auf.
  • Auf das Substrat 1 ist eine elektrisch leitfähige Struktur 2 aufgebracht. Die elektrisch leitfähige Struktur 1 kann als eine elektrisch leitfähige Beschichtung, beispielsweise Funktionsschicht, ausgebildet sein oder als eine spezielle Anschlussfläche, beispielsweise ein Sammelleiter, der auf der elektrisch leitfähigen Beschichtung angeordnet ist. Die elektrisch leitfähige Struktur 2 kann beispielsweise eine elektrisch beheizbare Beschichtung sein, durch welche die Scheibe mit einer Heizfunktion versehen wird. Die elektrisch leitfähige Struktur 2 kann sich aber auch über kleinere Anteile der Oberfläche des Substrats 1 erstrecken, beispielsweise wenn es sich um eine Beschichtung innerhalb eines sogenannten Kamerafensters oder um einen Sammelleiter handelt, der die Beschichtung des Kamerafensters kontaktiert.
  • Das Anschlusselement 3 ist dann mit der Anschlussfläche über eine Lotmass 8 elektrisch leitend verbunden. Die elektrisch leitfähige Struktur 2 enthält Silberpartikel und Glasfritten. Im Randbereich der Scheibe kann der Sammelleiter als die elektrisch leitfähige Struktur 2 auf eine Breite von 10 mm verbreitert sein und bildet somit eine Kontaktfläche für das elektrische Anschlusselement 3.
  • Das Anschlusselement 3 ist entlang des gecrimpten Bereichs 6 um den Endbereich eines Anschlusskabels 5 gecrimpt. Das Anschlusselement 3 kann einstückig ausgebildet sein, wobei die längere seiner Dimensionen als Länge und die weniger lange seiner Dimensionen als Breite B bezeichnet wird.
  • Das Anschlusselements 3 weist den gecrimpten Bereich 6 und einen Kontaktbereich 7 auf. Der Kontaktbereich 7 weist in Längsrichtung des Anschlusselements 3 mindestens eine doppelte Länge des gecrimpten Bereichs 6 auf. Ferner kann der Kontaktbereich 7 eine maximale Länge von 20 mm aufweisen. Beispielsweise kann der Kontaktbereich eine Länge L von 15 mm, 10 mm, 8 mm oder 6 mm in Längsrichtung des Anschlusselements 3 aufweisen. Die Länge des Anschlusselements kann unter Berücksichtigung des Durchmessers des Anschlusskabels 5 geeignet gewählt werden. Beispielsweise kann die Länge des Anschlusselements von 1 mm bis 20 mm, bevorzugt von 4 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt 9 mm, 8 mm, 6 mm, 4,5 mm oder 4,3 mm betragen.
  • Im Kontaktbereich 7 zwischen dem elektrischen Anschlusselement 3 und der elektrisch leitfähigen Struktur 2 ist die Lotmasse 8 aufgebracht, die eine dauerhafte elektrische und mechanische Verbindung zwischen dem elektrischen Anschlusselement 3 und der elektrisch leitfähigen Struktur 2 bewirkt.
  • Die Lotmasse 8 ist bleifrei und enthält beispielsweise 96,5 Gew.-% Zinn, 0,5 Gew.-% Kupfer und 3 Gew.-% Silber. Alternativ kann die Lotmasse 8 beispielsweise In 30%, Sn 65%, Ag 4 % Cu 1% aufweisen. Die Lotmasse 8 hat beispielsweise eine Dicke von 250 µm.
  • Der gecrimpte Bereich 6 weist bevorzugt eine Länge in Längsrichtung des Anschlusselements 3 im Bereich von 20% bis 50% der Länge des Kontaktbereichs auf. Der gecrimpte Bereich 6 des Anschlusselements 3 kann eine maximale Länge von 4,5 mm in Längsrichtung des Anschlusselements 3 aufweisen. Der gecrimpte Bereich 6 kann in Längsrichtung des Anschlusselements 3 beispielsweise eine Länge von 4 mm, 3 mm oder 2 mm aufweisen. Der gecrimpte Bereich 6 kann derart ausgebildet sein, dass ein Angriffspunkt einer Abzugskraft zum Ablösen des Anschlusselement 3 vom flächigen Substrat mittig im Kontaktbereich 7 angeordnet sein, wobei die Abzugskraft senkrecht zum Substrat 1 angreift (Figur 3).
  • Das Anschlusskabel 5 enthält einen elektrisch leitfähigen Leiter, auch Kern genannt, welcher als herkömmlicher Drahtlitzen-Leiter ausgebildet ist. Das Anschlusskabel 5 kann eine Querschnittsfläche von 0,1 mm2 bis 8 mm2, beispielsweise 0,35 mm2 oder 0,75 mm2 aufweisen. Die Querschnittsfläche kann kreisförmig oder rund sein. Das Anschlusskabel 5 enthält weiter eine polymere Isolierummantelung, welche im Endbereich entfernt ist, um die elektrische Kontaktierung des elektrisch leitfähigen Leiters des Anschlusskabels 5 mit dem Anschlusselement 3 zu ermöglichen. Die Länge des abisolierten Bereichs übersteigt die Länge des gecrimpten Bereichs 6 um beispielsweise 5 mm bis 8 mm, um die Biegbarkeit des Anschlusskabels 5 zu gewährleisten. Das Anschlusskabel 5 kann biegsam ausgebildet sein.
  • Das Anschlusselement 3 wurde bei der Herstellung der Scheibe als Plättchen mit einer Materialstärke von beispielsweise 2 mm, 1 mm, 0,8 mm, 0,4 mm oder 0,1 mm bereitgestellt, welches mittels eines Crimp-Werkzeugs um das Anschlusskabel 5 herumgebogen und durch Quetschen (Crimpen) dauerhaft stabil mit dem Anschlusskabel 5 verbunden wurde. Die Länge des Kontaktbereichs 7 entspricht einer doppelten Länge des gecrimpten Bereichs des Anschlusselements 3. Die Gesamtlänge des Anschlusselements 3 beträgt beispielsweise etwa 9 mm. Die Breite B des Anschlusselements 3 (Crimp-Breite b) beträgt beispielsweise etwa 5 mm, 2,5 mm oder 2 mm. Die Höhe H des Anschlusselements kann vom Fachmann unter Berücksichtigung des Durchmessers des Anschlusskabels sowie gängiger Normen geeignet gewählt werden und beträgt beispielsweise von 1 mm bis 5 mm oder von 2 mm bis 3 mm, insbesondere 2,5 mm. Das Anschlusselement 3 enthält einen chromhaltigen Stahl mit einem Anteil an Chrom von größer oder gleich 10,5 Gew.-%. Weiterhin kann das Anschlusselement 3 eine Beschichtung aufweisen, die Kupfer, Nickel, Zink, Zinn, Silber, Gold oder Legierungen oder Schichten davon, bevorzugt Silber enthält. Dadurch wird eine verbesserte Benetzung des Anschlusselements 3 mit der Lotmasse 8 und eine verbesserte Haftung des Anschlusselements erreicht.
  • Der Abstand des Anschlusselements 3 zu einer Scheibenkante 9 kann kleiner als 8 cm sein, bevorzugt kleiner als 5 cm, besonders bevorzugt kleiner als 2 cm sein.
  • Figur 3 zeigt eine Seitenansicht auf eine erfindungsgemäße Scheibe 10 mit einem elektrischen Anschlusselement 3 aus Figur 2. Wird senkrecht zum Substrat 1 mit einer Kraft F2 am Anschlusskabel 5 gezogen, dann löst sich das Anschlusselement 3 vom Substrat 1. F2 ist die notwendige Ziehkraft zum Lösen der mechanischen Verbindung zwischen Substrat 1 und Anschlusselement 3.
  • Überraschend hat sich gezeigt, dass eine solche erfindungsgemäße Scheibe 1 mit Anschlusselement 3 eine wesentliche höhere notwendige Ziehkraft aufweist als die Scheibe 1' gemäß Figur 1. Für die notwendige Ziehkraft gilt F2 > F1. Die notwendige Ziehkraft F2 entspricht der Abzugskraft. Die Abzugskraft muss senkrecht zum Substrat aufgewendet werden, um das Anschlusselement 3 vom flächigen Substrat 1 abzulösen.
  • Figur 4 zeigt eine perspektivische Ansicht des als B-Crimp ausgebildeten elektrischen Anschlusselement 3 mit dem Anschlusskabel 5.
  • Figur 5 zeigt einen Querschnitt B-B' durch das Anschlusselement 3 gemäß Figur 4 mit dem Substrat 1. Das Anschlusselement 3 weist die Form eines B-Crimps auf. Die seitlichen Kanten des Anschlusselements 3 sind dabei um das Anschlusskabel 5 herumgebogen und durch Einstechen des Crimp-Werkzeugs im elektrisch leitfähigen Kern des Anschlusskabels 5 versenkt, wobei die Drahtlitzen des Anschlusskabels 5 gleichmäßig auf beide Seiten in den Kontaktinnenraum ausweichen. Die charakteristische Quetschform zeigt im Profil zwei abgerundete Beschichtungen nach Art des Buchstabens "B". Die charakteristische Quetschform ist an der vom Substrat 1 abgewandten Oberseite des Anschlusselements 3 angeordnet. Der Kontaktbereich 7 des Anschlusselement 3 ist der charakteristischen Quetschform gegenüberliegend, das heißt am Crimp-Boden, angeordnet. So wird eine vorteilhafte Benetzung des Anschlusselements 3 mit der Lotmasse 8 erreicht.
  • Durch ein Anschlusselement 3 gemäß Figur 2 kann die Scheibe 1 mit einer erhöhten Abzugskraft versehen werden, so dass eine stabile Bindung zwischen Anschlusselement und Substrat erzielt wird. Ein Maß der mechanischen Belastbarkeit kann je nach den Erfordernissen des Einzelfalls durch die Ausgestaltung des gecrimpten Bereichs und des Kontaktbereichs eingestellt werden.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Substrat
    2
    elektrisch leitfähige Struktur
    3
    Anschlusselement
    4
    Leiter des Anschlusskabels
    5
    Anschlusskabel
    6
    gecrimpter Bereich
    7
    Kontaktbereich
    8
    Lotmasse
    9
    Scheibenkante
    10
    Scheibe
    11
    Randbereich
    L
    Länge des Kontaktbereichs 7
    B
    Breite des Anschlusselements

Claims (15)

  1. Scheibe (10) mit mindesten einem elektrischen Anschlusselement (3), umfassend
    • ein flächiges Substrat (1),
    • eine elektrisch leitfähige Struktur (2), die an einer Oberfläche des Substrats (1) aufgebracht ist,
    • ein elektrisches Anschlusselement (3), das einen gecrimpten Bereich (6) zur elektrischen Verbindung mit mindestens einem Leiter eines Anschlusskabels (5) und einen Kontaktbereich zur elektrischen Verbindung mit der elektrisch leitfähigen Struktur (2) aufweist,
    wobei das Anschlusselement (3) an der elektrisch leitfähigen Struktur (2) angeordnet ist, der gecrimpte Bereich (6) um den mindestens einen Leiter (4) des Anschlusskabels (5) angeordnet ist und der Kontaktbereich (7) mit der elektrisch leitfähigen Struktur (2) elektrisch leiten verbunden ist, wobei der Kontaktbereichs (7) in Längsrichtung des Anschlusselements (3) mindestens eine doppelte Länge des gecrimpten Bereichs (6) aufweist.
  2. Scheibe (10) nach Anspruch 1, wobei der gecrimpte Bereich (6) derart ausgebildet ist, dass ein Angriffspunkt einer Abzugskraft (F2) zum Ablösen des Anschlusselement (3) vom flächigen Substrat (1) mittig im Kontaktbereich (7) angeordnet ist.
  3. Scheibe (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kontaktbereich (7) eine maximale Länge (L) von 20 mm, bevorzugt 15 mm, besonders bevorzugt 10 mm in Längsrichtung des Anschlusselements (3) aufweist.
  4. Verbundscheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der gecrimpte Bereich (6) eine Länge in Längsrichtung des Anschlusselements (3) im Bereich von 20% bis 50% der Länge (L) des Kontaktbereichs (7) aufweist.
  5. Scheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Anschlusselement (3) ein Breite (B) von 1 mm bis 5 mm, bevorzugt 2 mm bis 3 mm, besonders bevorzugt 2,5 mm aufweist.
  6. Scheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Anschlusselement (3) eine Materialstärke von 0,1 mm bis 2 mm aufweist.
  7. Scheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Anschlusselement (3) in Form einer Crimps, insbesondere als B-Crimp, ausgebildet ist.
  8. Scheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Anschlusselement (3) einen chromhaltigen Stahl mit einem Anteil an Chrom von größer oder gleich 10,5 Gew.-% enthält.
  9. Scheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Anschlusselement (3) eine Beschichtung aufweist, die Kupfer, Nickel, Zink, Zinn, Silber, Gold oder Legierungen oder Schichten davon, bevorzugt Silber enthält.
  10. Scheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Leiter (4) des Anschlusskabels (5) mehrere Drahtlitzen aufweist, die aus Kupfer gebildet sind.
  11. Scheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der gecrimpte Bereich (6) des Anschlusselements (3) und eine den Leiter (4) umgebende isolierende Ummantelung beabstandet sind, bevorzugt mit einem Abstand von mindestens 5 mm in Längsrichtung des Anschlusselements (3).
  12. Scheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die elektrisch leitfähige Struktur (2) Silber enthält.
  13. Scheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Abstand des Anschlusselements (3) zur Scheibenkante (9) kleiner als 8 cm ist, bevorzugt kleiner als 5 cm, besonders bevorzugt kleiner als 2 cm ist.
  14. Scheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Schwerpunkt des Anschlusselements (3) innerhalb des Kontaktbereichs (7) und außerhalb des gecrimpten Bereichs (6) angeordnet ist.
  15. Scheibenanordnung, bei welcher eine Scheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 eine Innenscheibe (1) einer Verbundscheibe ist, wobei die Verbundscheibe weiterhin
    - eine Außenscheibe (2) mit einer außenseitigen Oberfläche (I) und einer innenseitigen Oberfläche (II) und
    - mindestens eine Zwischenschicht (3), welche die innenseitige Oberfläche (II) der Außenscheibe (2) flächig mit einer außenseitigen Oberfläche (III) der Innenscheibe (1) verbindet,
    umfasst.
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