IT8968102A1 - Parabrezza riscaldabile per autoveicoli - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

dell'invenzione industriale dal titolo:

"PARABREZZA RISCALDABILE PER AUTOVEICOLI"

RIASSUNTO

Il parabrezza riscaldabile (10) ? costituito da una coppia di lastre di vetro (15, 16) separate da un'intercapedine (17), in cui ? inserito un wafer comprendente un elemento riscaldante (18) inglobato tra due fogli di materiale polimerico (23, 24). L'elemento (18) ? costituito da un rivestimento elettricamente resistivo multistrato, supportato da un foglio (19) di plastica trasparente. Il rivestimento resistivo ? formato da uno strato (21) di materiale metallico disposto tra due strati esterni (22) di materiale semiconduttore- Lo strato metallico (21) ? conformato con uno spessore a gradiente lungo l'altezza del parabrezza, in modo da fornire un riscaldamento maggiore in una zona inferiore (26) del parabrezza- Anche gli strati a semiconduttori (22) possono avere spessori a gradienti per aumentare la trasmissione globale della luce del parabrezza- Lo strato metallico (21) ? collegato ad elettrodi orizzontali o verticali, o ad una pluralit? d? coppie di elettrodi (28, 29) disposti su due lati del parabrezza. Essi vengono alimentati dalla batteria (33) mediante due regolatori di tensione o corrente (33, 34).

(Fig. 2)

La presente invenzione si riferisce a un parabrezza riscaldabile per autoveicoli, comprendente almeno un lastra di vetro, uno strato di materiale elettricamente resistivo e mezzi per applicare una tensione elettrica su una coppia di lati opposti del parabrezza-Come ? noto, durante la stagione fredda i vetri degli autoveicoli in marcia sono soggetti ad appannarsi dall'interno a causa dell'umidit? dell'abitacolo e della differenza di temperatura tra l'abitacolo e l'esterno. Inoltre, in particolari condizioni climatiche, i vetri possono appannarsi dall'esterno o ricoprirsi di una patina di brina o ghiaccio. Nel caso del parabrezza questi fenomeni creano per il guidatore gravi problemi di visibilit?, giacch? ? sempre difficile eliminare tempestivamente appannamento o ghiaccio mediante la ventilazione del parabrezza e/o i tergicristalli.

Per i vetri posteriori degli autoveicoli possono essere accettabili gli usuali vetri termici, riscaldati da una serie di resistenze locali, in forma di bande di larghezza minima, ottenute con un deposito di materiale conduttore sul vetro- Tale soluzione non ? per? accettabile per il parabrezza, sia perch? le resistenze non coprono in genere tutta la superficie del vetro, sia perch? essendo opache eliminano la visibilit? locale, per cui non sono ammesse dalle norme vigenti-Sono noti dei parabrezza in cui tutta la superficie del vetro ? munita di un rivestimento resistivo sostanzialmente trasparente, per cui il parabrezza pu? essere riscaldato per tutta la sua altezza- Secondo una tecnica nota, il vetro del parabrezza viene munito di un rivestimento elettricamente resistivo multistrato di spessore costante, costituito da uno strato metallico centrale e due strati esterni di materiale semiconduttore .

Allo scopo di migliorare l'isolamento termico dell'abitacolo, sono stati anche proposti dei parabrezza a vetri doppi, separati da un'intercapedine- In essa viene disposto un wafer comprendente un elemento riscaldante inglobato tra due fogli di materiale polimerico. L'elemento riscaldante ? formato da un foglio di plastica trasparente, supportante un rivestimento resistivo di spessore costante, associato a uno o pi? strati di materiale semiconduttore.

In entrambi questi parabrezza noti, il rivestimento resistivo richiede una elevata tensione elettrica di alimentazione, per minimizzare la quale gli elettrodi vengono normalmente disposti sui due lati orizzontali del parabrezza. In ogni caso esso provoca un elevato consumo di energia elettrica, mentre la tensione richiesta rimane sempre dell'ordine di 70V, per cui non pu? essere usata l'usuale batteria dell'autoveicolo. Inoltre, poich? il parabrezza ha in genere una forma trapezoidale, una tale alimentazione non consente di scaldare adeguatamente le zone angolari laterali del parabrezza-Scopo dell'invenzione ? quello di realizzare un parabrezza riscaldabile che riduca al minimo l'assorbimento di energia elettrica, migliorando la trasparenza nella zona direttamente frontale per il guidatore, pur assicurando il riscaldamento sull'intera superficie del parabrezza .

Questo scopo viene raggiunto con il parabrezza secondo l'invenzione, il quale ? caratterizzato dal fatto che detto strato resostivo ? conformato in modo da fornire un riscaldamento a gradiente lungo l'altezza del parabrezza .

Secondo un'altra caratteristica dell'invenzione, detto rivestimento ? conformato con uno spessore variabile secondo detto gradiente in modo da consentire nella zona inferiore del parabrezza un riscaldamento maggiore che nella zona superiore.

Per una migliore comprensione dell'invenzione viene qui descritta una forma preferita d? realizzazione dell'invenzione, fatta a titolo esemplificativo, con l'ausilio degli annessi disegni, in cui:

Fig. 1 ? una vista frontale schematica di un parabrezza per autoveicoli secondo l'invenzione;

Fig. 2 ? una sezione di una porzione del parabrezza di Fig. 1 in scala ingrandita;

Fig- 3 ? una vista prospettica di un'apparecchiatura per la fabbricazione industriale del rivestimento multistrato elettricamente resistivo del parabrezza; Fig- 4 ? una vista prospettica di una porzione del rivestimento multistrato di Fig.3;

Figg. 5 e 6 sono due diagrammi relativi ad alcune caratteristiche fisiche del parabrezza.

Con riferimento alla Fig- 1, con 10 ? genericamente indicato un parabrezza per autoveicoli, il quale ? normalmente bombato o cilindrico e ha una suferficie di forma sostanzialmente trapezoidale, comprendente due basi 11 e 12 disposte orizzontalmente e due lati inclinati 13 e 14. Il parabrezza 10 ? costituito da una coppia di lastre di vetro 15 e 16 (Fig. 2), ad esempio di uno spessore compreso tra 2 e 2,5 mm, separate da un'intercapedine 17. Le lastre 15 e 16 possono essere di vetro di uno dei vari tipi noti per tale uso, quali vetro ricotto ossia privo di tensioni interne, temperato, colorato, antiriflettente, infrangibile e/o antiproiettile-Nell'intercapedine 17 ? disposto un insieme multistrato, costituente un film o elemento riscaldante, genericamente indicato con 18- Questo elemento comprende un rivestimento multistrato elettricamente resistivo supportato da un foglio in plastica trasparente 19, ad esempio polietilenteleftalato (PET) di uno spessore compreso tra 100 e 150 micron- Il rivestimento elettricamente resistivo comprende uno strato centrale 21 di materiale metallico, disposto tra due strati esterni 22 Fig- 4) di materiale semiconduttore. Lo strato 21 costituisce una resistenza elettrica per il riscaldamento del parabrezza 10 e pu? essere formato da una stesa multistrato di argento depositato ad esempio con il metodo noto come ?magnetron sputtering" o di sputtering catodico diretto. Gli strati 22 sono costituiti ad esempio da ossido di titanio (Ti02), ossido di stagno (Sn02) e simili, miscele di tali ossidi, oppure ossidi drogati, come ad esempio indio ossido di stagno, noto come ITO .

L'elemento multistrato riscaldante 18 ? inglobato tra due fogli 23 e 24 di un materiale polimerico trasparente, ad esempio poiivinilbutirrale (PVB) di uno spessore compreso tra 0,35 e 0,40 mm- Viene cos? costituito un wafer 18, 23, 24, che viene ritagliato con la st?ssa forma e dimensione delle lastre 15 e 16. Esso viene disposto nell'intercapedine 17 e incollato alle due superfici delle lastre di vetro 15 e 16, tramite un processo noto di temperatura e pressione analogo a quello usato nella fabbricazione dei noti parabrezza stratificati .

Come ? noto in un parabrezza la zona inferiore, in corrispondenza dei tergicristalli, ? quella che pi? interessa l'autista per la visibilit?. Essa ? purtroppo quella maggiormente soggetta ad appannarsi, ed ? la pi? difficile da disappannare, giacch? viene interessata dagli strati pi? bassi e quindi pi? freddi dell'aria dell'abitacolo, specie alla partenza dell'autoveicolo quando l'aria entrante nella zona dei tergicristalli ? ancora fredda.

Secondo l'invenzione, lo strato resistivo 21 viene conformato in modo da fornire un riscaldamento a gradiente lungo l'altezza del parabrezza 10 (Fig. 1), ossia in modo da assorbire un'energia di riscaldamento maggiore, in corrisponenza di una zona inferiore 26 del parabrezza 10, e un'energia di riscaldamento minore, in corrispondenza di una zona superiore 27 del parabrezza 10. In particolare, lo strato resistivo 21 CFigg- 2 e 4) viene formato con uno spessore variabile secondo detto gradiente di riscaldamento, per cui tale spessore risulta maggiore nella zona inferiore 26 (Fig. 1) del parabrezza 10 (resistenza elettrica minore) e minore nella zona superiore 27 del parabrezza 10 (resistenza elettrica maggiore).

Lo strato resistivo 21 pu? essere alimentato elettricariente mediante una coppia di elettrodi lungo le basi 11 e 12 del parabrezza 10, che rappresenta lo schema pi? usato per ottenere un minore consumo energetico, a causa della minore distanza degli elettrodi. Grazie alla variazione a gradiente dello strato 21,questo pu? anche essere alimentato mediante una coppia di elettrodi continui lungo i lati inclinati 13 e 14 del parabrez za 10, o mediante una pluralit? di coppie di elettrodi 28 e 29 disposte su tali lati inclinati 13 e 14. Gli elettrodi 28 e 29 possono essere di lunghezza costante in modo da interessare una pluralit? di fasce di parabrezza 10 di uguale larghezza. Gli elettrodi 28 e 29 sono collegati, mediante una corrispondente pluralit? di coppie di conduttori elettrici 31 e 32, a un generatore di corrente comprendente l'usuale batteria elettrica 33 dell'autoveicolo e due unit? 34 e 35 di regolazione di tensione, o di corrente elettrica a tensione costante, di qualsiasi tipo noto- Le unit? 34 e 35 sono predisposte in modo da alimentare ciascuna coppia di elettrodi 28 e 29 con un' appropriata tensione, o corrente elettrica a tensione costante, sia per la resistenza della corrispondente zona d? parabrezza 10, sia per la variazione della distanza degli elettrodi 26, 29 di ciascuna coppia, per cui sar? maggiore la potenza elettrica specifica sulla zona inferiore 26 e minore quella sulla zona superiore 27-Ovviamente le unit? 34 e 35 possono essere munite di organi d? regolazione e/o esclusione manuale o automatica, ad esempio mediante sensori automatici del grado di umidit?, in modo da variare globalmente o selettivamente la tensione, o la corrente, sugli elettrodi 28 e 29 in base alle condizioni climatiche interne ed esterne.

Come ? noto, per ottenere una visibit? accettabile, la trasparenza di un parabrezza, ossia la percentuale di trasmittanza di radiazioni nel campo visibile dello spettro luminoso, non deve essere inferiore al 75? nella zona 27, e inferiore al 70? nella zona 26 del parabrezza 10 nel suo insieme- Per ottenere una tale trasmi ttanza globale del parabrezza 10, l'elemento 18 deve avere una trasmittanza superiore. E' stato trovato sperimentalmente che in un parabrezza del tipo sopra descritto, la percentuale di trasmittanza supera il suddetto limite quando quella dell'elemento 18 supera l'85%, ossia quando la resistenza quadratica R dello strato resistivo 21 (Fig- 5), supera i 6,5 ohm/quadro. Il diagramma di Fig. 5 indica, in funzione di tale resistenza quadratica, la relativa percentuale di trasmittanza. Esso indica chiaramente che tale percentuale si mantiene praticamente costante per resistenze quadratiche superiori a 6 ohm/quadro.

Secondo l'invenzione, lo spessore variabile dello strato resistivo 21 (Fig. 4), lungo l'altezza del parabrezza 10, viene ottimizzato variandolo in modo tale da realizzare una resistenza quadratica che parte da un valore di circa 4 ohm/quadro in corrispondenza della zona inferiore 26, per arrivare in una zona centrale 36 a un valore,di circa 7 ohm/quadro, e quindi nella zona superiore 27 al valore massimo di circa 10 ohm/quadro. Pertanto, in base al diagramma di Fig- 5, la trasmittanza del parabrezza 10 sar? compresa tra circa il 70% (85% dell'elemento 18), in corrispondenza delia zona 26 con resistenza quadratica minore, e circa l'85%, in corrispondenza della zona 27 con resistenza quadratica maggiore.

Allo scopo di ottenere una trasmissione luminoso globale superiore al 75%, anche gli spessori degli strati 22 di materiale semiconduttore possono essere variati a gradiente in conformit? e nella stessa direzione della variazione dello spoessore dello strato metallico 21. E' da notare che l'elemento 18 permette di ridurre l'energia solare entrante attraverso il vetro, giacch? esso riflette gran parte della gamma infrarossa dello spettro solare- Ad esempio tale riduzione, che nel vetro normale non atermico ? dell?80%, viene ridotta fino al 45%- A causa degli spessori variabili degli strati 21 e 22, tale riduzione ? opportunamente maggiore nella zona inferiore 26 del parabrezza 10, dove tali strati hanno uno spessore maggiore.

Per una fabbricazione industriale dell'elemento riscaldante 18, che possa adattarsi a parabrezza di diverse dimensioni, si parte da un foglio continuo di polietilenteleftalato 19' (Fig- 3), ad esempio della larghezza di 160 cm. Mediante un'apparecchiatura d? stesa, genericamente indicata con 37, sul foglio 19' viene dapprima steso, con il metodo "magnetron sputtering", un rivestimento multistrato semiconduttore 22', ad esempio Sn02 di spessore costante o variabile- Quindi viene steso uno strato di argento 21' in pi? riprese in continuo, in modo che io spessore complessivo del strato 21' risulti variabile secondo l'andamento voluto, prima descritto. Indi sullo strato 21' viene steso un altro multistrato di materiale semiconduttore 22' di spessore costante o variabile, ottenendo cosi una striscia continua 18' per l'elemento riscaldante 18.

Lo spessore dello strato 21' viene dimensionato in modo da ottenere, lungo la larghezza della striscia 18', una variazione della resistenza quadratica avente l'andamento del diagramma indicato con R in Fig.6. In esso in ascissa ? indicata l'altezza in cm dello strato 21' e sulla scala di destra ? indicato il valore di tale resistenza quadratica in ohm/quadro. In Fig. 6 ? inoltre indicato un diagramma T relativo alla percentuale di trasmittanza del parabrezza 10, lungo la larghezza dello strato 21', ? cui valori sono indicati sulla scala di sinistra.

La forma dell'elemento riscaldante 18 da inserire nell'intercapedine 17 viene ottenuta tagliando una porzione della striscia 18' e ritagliandone i due bordi laterali in base all'altezza voluta per il parabrezza 10. In Fig. 6 le due righe verticali tratteggiate indicano la striscia preferita per un parabrezza 10 di un'autovettura avente un'altezza di 90 cm. Ovviamente in caso di parabrezza di maggiore altezza, come ad esempio per i veicoli commerciali o gli autobus, si pu? estendere la striscia utile verso la zona di sinistra di Fig- 6, in cui lo strato metallico 21' ? pi? spesso. Ovviamente si pu? variare anche l'andamento di R e T nella direzione della lunghezza dell'elemento 18-Da quanto visto sopra, risultano evidenti ? numerosi vantaggi del parabrezza dell'invenzione rispetto ai parabrezza riscaldabili noti a spessore conduttivo costante. Innanzi tutto nella zona inferiore 26 (Fig. 1), che ? quella che pi? interessa l'autista per la visibilit?, il parabrezza 10 viene riscaldato pi? energicamente, per cui esso si disappanna o si disgela pi? prontamente. Nella zona centrale 36 (Fig- 4), a causa della diminuzione dello spessore dello strato metallico 21 (Fig. 2), esso risulta pi? trasparente, ai fini della visibilit? globale del 75? richiesta per il parabrezza.

Inoltre l'elemento riscaldante 18 consente di disporre gli elettrodi non solo sui lati orizzontali 11 e 12 (Fig. 1) del parabrezza 10, ma anche sui lati inclinati 13 e 14, come gli elettrodi 28 e 29. In entrambi i casi possono essere riscaldati anche gli angoli inferiori e laterali del parabrezza. A sua volta l'uso di una pluralit? di coppie di elettrodi 28 e 29 consente un'alimentazione differenziata da zona a zona, riducendo cosi la potenza elettrica totale richiesta a seconda delle condizioni climatiche, per cui il parabrezza 10 pu? essere alimentato elettricamente dalla normale batteria elettrica dell'autoveicolo, mediante un inverter per il probabile aumento del voltaggio della batteria. Infine l'andamento scelto per la variazione dello spessore del strato metallico 21 garantisce un certo spessore di materiale in corrispondenza dei due bordi 11 e 12 del parabrezza 10, mentre la variazione graduale dello spessore evita le probabili rotture generate dalle brusche differenze di temperatura tra zona e zona, come avviene nei parabrezza in cui viene riscaldata elettricamente, o per aria calda, solo la zona inferiore del parabrezza.

Si intende che al parabrezza descritto possono essere apportate varie modifiche e perfezionamenti senza uscire dall'ambito dell'invenzione. Ad esempio, la variazione dello spessore dello strato resistivo 21' e/o degli strati semiconduttori 22' lungo l'altezza della striscia 18' pu? avere un andamento diverso da quello sopra descritto- Inoltre il parabrezza 10 pu? essere del tipo a vetro singolo, dove l'elemento 18 viene direttamente incollato per mezzo dello strato di polivinilbutirrale direttamente sulla lastra di vetro. con l'accorgimento di effettuare sulla superficie esterna dell'elemento 18 un trattamento antigraffio. Infine la striscia 18' pu? essere ottenuta con apparecchiature diverse e pu? avere una larghezza doppia, in modo da formare uno strato 21' il cui spessore vari simmetricamente partendo dall'asse longitudinale della striscia? Essa viene poi divisa lungo tale asse, allo scopo di ottenere due elementi riscaldanti 18 sulla larghezza della striscia 18'.

Claims (7)

R I V E N D I C A Z I O N I

1. Parabrezza riscaldabile per autoveicoli, comprendente almeno una lastra di vetro (15, 16), un strato (21) di materiale elettricamente resistivo, e mezzi (28, 29) per applicare una tensione elettrica su una coppia di lati opposti (13, 14) del parabrezza, caratterizzato dal fatto che detto strato resistivo (21) ? conformato in modo da fornire un riscaldamento a gradiente lungo l'altezza del parabrezza.

2. Parabrezza secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto strato resistivo (21) ? conformato con uno spessore variabile secondo detto gradiente .

3- Parabrezza secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che lo spessore di detto strato resistivo (21) varia in modo tale da fornire in una zona inferiore (26) del parabrezza un riscaldamento maggiore che nella zona superiore (27) del parabrezza.

4. Parabrezza secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che l'andamento della variazione di detto strato resistivo (21) presenta una zona inferiore con uno spessore maggiore, una zona centrale (36) con uno spessore progressivamente decrescente e una zona superiore (27) con uno spessore minore.

5. Parabrezza secondo una delle rivendicazioni da 2 a 4, caratterizzato dal fatto che detto strato resistivo (21) ? costituito da una stesa a pi? riprese in continuo di materiale metallico ed ? associato ad almeno uno strato d? materiale. semiconduttore (22) di spessore costante o.variabile a gradiente.

6. Parabrezza secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detto strato resistivo (21) e detto associato strato di materiale semiconduttore (22) sono supportati da un foglio di plastica trasparente (19) per formare un elemento riscaldante multistrato (18).

7. Parabrezza secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto elemento riscaldante (18) viene inglobato tra una coppia di fogli di materiale polimerico (23, 24) per formare un unico wafer da inserire in un intercapedine (17) tra una coppia di lastre di vetro (15, 16) del parabrezza-6- Parabrezza secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto strato resistivo (21) e detto associato strato di materiale semiconduttore (22) sono ottenuti mediante un deposito dei relativi materiali direttamente su detta lastra di vetro (15 o 16).

9. Parabrezza secondo una delle rivendicazioni da 5 a 8, caratterizzato dal fatto che detto elemento riscaldante (18) presenta caratteristiche di assorbimento variabile secondo detto gradiente della gamma infrarossa dello spettro luminoso-10- Parabrezza secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la superficie del parabrezza ha una forma quadrangolare, caratterizzato dal fatto che detta tensione elettrica viene applicata lungo due lati (13 e 14) sostanzialmente verticali del quadrangolo.

11. Parabrezza secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detti mezzi per applicare detta tensione comprendono una pluralit? di coppie di elettrodi (28, 29), le quali interessano una corrispondente pluralit? di zone orizzontali di detto strato resistivo (21) e sono attivate in parallelo dalla batteria elettrica (35) dell'autoveicolo.

12. Parabrezza secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che su ciascun lato (13, 14) del parabrezza detti elettrodi (28, 29) sono equidistanti fra loro e presentano una lunghezza costante-13? Parabrezza secondo la rivendicazione 11 o 12, caratterizzato dal fatto che dette coppie di elettrodi (28, 29) sono alimentate elettricamente attraverso mezzi (33, 34) di regolazione selettiva della tensione o della corrente.

14. Parabrezza secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto elemento riscaldante (18) viene ottenuto da una striscia continua (18') tagliata di dimensioni uguali a quelle del parabrezza -15- Parabrezza secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che detta striscia (18') ? simmetrica rispetto al suo asse longitudinale e viene divisa in due parti lungo detto asse per ottenere due elementi riscaldanti (18) sulla sua larghezza.

16- Parabrezza riscaldabile per autove?coli, sostanzialmente come descritto con riferimento agli annessi disegni.