WO2015062820A1 - Scheibe mit mindestens zwei elektrischen anschlusselementen und verbindungsleiter - Google Patents

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WO2015062820A1
WO2015062820A1 PCT/EP2014/071395 EP2014071395W WO2015062820A1 WO 2015062820 A1 WO2015062820 A1 WO 2015062820A1 EP 2014071395 W EP2014071395 W EP 2014071395W WO 2015062820 A1 WO2015062820 A1 WO 2015062820A1
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WO
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elements
connection
electrically conductive
connection elements
conductor
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Application number
PCT/EP2014/071395
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English (en)
French (fr)
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Mitja Rateiczak
Bernhard Reul
Klaus SCHMALBUCH
Bernd Stelling
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Saint-Gobain Glass France
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Publication date
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Priority to CA2924262A priority patent/CA2924262C/en
Priority to PL14783590T priority patent/PL3064034T3/pl
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Priority to BR112016006435-6A priority patent/BR112016006435B1/pt
Priority to MA38983A priority patent/MA38983B1/fr
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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
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • 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 disc with at least two electrical connection elements and a connecting conductor, an economical and environmentally friendly method for their production and their use.
  • the invention further relates to a disc with at least two electrical connection elements and a connection conductor for vehicles with electrically conductive structures such as heating conductors or antenna conductors.
  • the electrically conductive structures are usually connected via soldered electrical connection elements with the on-board electrical system.
  • the aim is to maximize the transparent surface of the glazing.
  • the usually applied at the edge of the glazing non-transparent black print is used to mask the bonding of the disc with the body and the bus bars.
  • the width of the bus bars and the adhesive surface must be minimized.
  • a smaller width of the bus bars results in a reduced current-carrying capacity, since the line cross-section is likewise reduced with the same thickness of the bus bars.
  • a sufficient heating power of the heating elements can no longer be guaranteed.
  • a simple contact with the connection elements described above is no longer sufficient in this case.
  • This connecting conductor is mounted on the bus bar and connected at regular intervals with this electrically conductive.
  • US 44151 16 discloses a bus bar on which an additional connection conductor is mounted, whose free end is connected to the on-board voltage.
  • the connecting conductor consists of a braided copper cable, which is fixed at intervals of 50 mm by means of a soldering point on the bus bar.
  • the connecting conductor minimizes undesirable voltage drop across the bus bars, which would result in undesirable heating of the bus bars.
  • the solder joints between the common conductor and the connecting conductor which are applied within short distances, are necessary by the length of the current paths in the region of Minimize busbars. This is intended to further reduce the voltage drop across the bus bars and the associated heat loss, so that the heating power of the heating elements is optimized.
  • soldering points are arranged within short distances of less than 60 mm.
  • the object of the invention is to provide a disk with at least two electrical connection elements and a connection conductor as well as an economical and environmentally friendly method for the production thereof, wherein the connection elements with connection conductors are both cost-effective and easy to handle and automated.
  • the object of the present invention is achieved by a disc having at least two electrical connection elements and a connecting conductor, a process for their preparation and their use according to the independent claims 1, 13 and 15. Preferred embodiments will become apparent from the dependent claims.
  • the disc according to the invention with at least two connecting elements and a connecting conductor comprises at least
  • a substrate having an electrically conductive structure on at least a portion of the
  • connection element at least one contact surface on the underside of each connection element, a solder composition which connects the contact surfaces of the electrical connection elements in at least one subregion to the electrically conductive structure, and a connection conductor, which electrically conductively connects the connection elements to one another, wherein the closest contact surfaces of adjacent connection elements have a distance x of at least 70 mm.
  • the distance x is measured between the closest edges of the nearest contact surfaces of adjacent connection elements.
  • connection elements of the pane according to the invention have a spacing of at least 70 mm.
  • the connecting conductor according to the invention where the connecting conductor is not fixed via a soldering point.
  • the closest contact surfaces of adjacent connection elements have a distance of at least 100 mm, preferably at least 150 mm, particularly preferably at least 200 mm.
  • These long distances are to be bridged by means of connecting elements according to the invention with connecting conductor without loss of heating power occurs in comparison to known in the prior art solutions.
  • the arrangement according to the invention is particularly advantageous for long connecting conductors, since a reduction in the number of soldering points leads to a significant cost reduction. With the number of solder points to be applied, the production cost also increases. Furthermore, the method is no longer automated with a high number of soldering points feasible. The number of solder points should therefore be minimized as far as possible.
  • the connection conductor comprises a conductive core and a non-conductive sheath.
  • the conductive core is a metallic conductor.
  • the conductive core of the connection conductor may contain, for example, copper, aluminum and / or silver or alloys or mixtures thereof.
  • the conductive core can be designed, for example, as a wire stranded conductor or as a solid wire conductor.
  • usable electrical conductors are the Expert sufficiently well known.
  • the non-conductive sheath (insulation sheath) forms an electrical insulation of the conductive core.
  • the non-conductive sheath is polymer-containing, more preferably containing polyvinyl chloride and / or polytetrafluoroethylene.
  • the non-conductive sheath In addition to electrical insulation of the conductive core, the non-conductive sheath on the other hand also has the task of avoiding noise in the vehicle. Since the connection conductor is fixed only to the connection elements, the part located between them is free to move and can impact while driving on the underlying bus bar, which may lead to noise without appropriate countermeasures. The non-conductive sheath attenuates such an impact of the connecting conductor on the bus bar and thus avoids a disturbing noise.
  • the non-conductive sheath of the connecting conductor additionally contains a foamed polymer, preferably polypropylene, polyethylene, polystyrene, polyethylene terephthalate and / or mixtures and / or copolymers thereof. This leads to a further improvement of the noise damping.
  • the connecting conductor has a conductor cross-section of less than or equal to 6 mm 2 , preferably less than or equal to 4 mm 2 , particularly preferably less than or equal to 2.5 mm 2 .
  • the cable cross-section of the connecting conductor is chosen as small as possible in order to achieve a material and weight savings. Even such small conductor cross-sections of the connecting conductor are surprisingly sufficient to achieve a sufficiently high heating power.
  • the line cross section of the connecting conductor 1, 5 mm 2 to 2.5 mm 2 .
  • the connecting elements are connected via their upper side to the connecting conductor.
  • the upper side of the connection elements is the surface which faces away from the contact surfaces of the connection elements with the electrically conductive structure (soldering surfaces).
  • the connection conductor is preferably mounted on the upper side of the connection elements.
  • the electrically conductive structure can serve, for example, for contacting wires or a coating applied to the pane.
  • the electrically conductive structure is mounted, for example in the form of bus bars on opposite edges of the disc.
  • the electrically conductive structure comprises at least one bus bar with a conductor cross-section of less than 0.3 mm 2 , preferably less than 0.1 mm 2 , particularly preferably less than 0.06 mm 2 .
  • a voltage may be applied across the headers mounted on the headers, thereby flowing current through the conductive wires or conductive coating from one bus bar to the other and heating the wafer.
  • the pane according to the invention can also be used in combination with antenna conductors or also in any other embodiments.
  • the bus bars have a width of less than or equal to 10 mm, preferably less than or equal to 8 mm, particularly preferably less than or equal to 6 mm.
  • Such narrow busbars are particularly advantageous because the black print for lamination of the bus bars also has to have only a small width. As a result, the transparent portion of the glazing can be increased.
  • the layer thickness of the bus bars is less than or equal to 16 ⁇ , preferably less than or equal to 12 ⁇ , more preferably less than or equal to 10 ⁇ .
  • a reduction of the layer thickness of the bus bars leads to a saving of material and thus also a reduction in costs.
  • the layer thickness of the bus bars is therefore to be kept as low as possible, wherein the connecting conductor according to the invention also allows the use of very thin layer thicknesses of, for example, 8 ⁇ m.
  • the disc comprises two connecting elements, between which a connecting conductor with a length of less than or equal to 300 mm extends. In order to bridge this distance of a maximum of 300 mm, two connecting elements at the ends of the connecting conductor are thus sufficient, wherein no additional fixations of the connecting conductor are required. Also in terms of heating power, the use of two connection elements is sufficient.
  • the disc comprises at least three connecting elements, wherein the connecting conductor has a length of greater than 300 mm.
  • the connection conductor is divided into individual sections which each extend from one connection element to the nearest connection element.
  • connection elements may contain a wide variety of materials and alloys known to those skilled in the art.
  • the connecting elements preferably contain titanium, iron, nickel, Cobalt, molybdenum, copper, zinc, tin, manganese, niobium and / or chromium and / or alloys thereof.
  • the material composition of the connection element can be adapted to the material composition of the solder used. In connection with lead-containing solders, connecting elements containing copper are preferably used. In a preferred embodiment, the connection element contains iron alloys or titanium and is therefore particularly suitable for combination with lead-free solder materials.
  • the material thickness of the connecting element is preferably 0.1 mm to 2 mm, particularly preferably 0.2 mm to 1, 5 mm, very particularly preferably 0.4 mm to 1 mm.
  • the material thickness of the connection element is constant in its entire area. This is particularly advantageous with regard to a simple production of the connection element.
  • connection elements each have at least one contact surface, via which the connection element is connected over the whole surface to a subregion of the electrically conductive structure by means of the solder mass.
  • the connection elements can be designed in a wide variety of geometries. In this case, simple shapes with only one contact surface, such as crimps, can be used as connecting elements. Further, the connection elements may also be formed bridge-shaped or in the form of a push button.
  • connection element is bridge-shaped, wherein the connection element has two feet for contacting the electrically conductive structure, between which there is a raised portion which does not directly contact the electrically conductive structure.
  • the connection element can both have a simple bridge shape and comprise more complex bridge shapes. In this case, for example, a dumbbell shape with rounded feet is conceivable, which both cause a uniform tensile stress distribution and also allow a uniform distribution of solder.
  • the use of bridge-shaped connection elements is particularly advantageous because the applied current is divided into two partial flows, which in each case enter a soldering foot of the connection element in the electrically conductive structure and thus allow a uniform current distribution.
  • connection conductor The electrical contacting of the connection conductor with the connection elements can be effected via a solder connection, a welded connection, a crimp connection or a plug connection.
  • the connecting conductor may be attached to it at an angle of 45 ° to 180 °, relative to the longitudinal direction of the relevant connection element. At an angle of 180 °, the connection conductor extends over the contact surface in the direction of the nearest connection element. Thus, a required for resistance soldering for the electrode starting point is covered by the connecting conductor. This can be avoided for example by the use of connectors and the subsequent attachment of the connection conductor. If the contact between connecting conductor and connecting element is not reversible nature, as an alternative, the application by means of induction soldering is possible.
  • connection conductor is attached to it at an angle of 90 ° relative to the longitudinal direction of the connection element. In practice, however, it has been shown that even an angle of 45 ° is sufficient to ensure sufficient accessibility of the electrode attachment points.
  • At least one connecting element is connected via connecting cable with the on-board electronics of the motor vehicle.
  • the electrical contacting of the connecting elements with the connecting cables can also be done via a solder joint, a welded joint, a crimped connection or a plug connection.
  • connection element In the simplest conceivable embodiment, the connecting conductor and the connection cable are attached directly to the connection element, for example via a solder connection.
  • connection conductor and / or the connection cable are contacted via contact elements on the connection element.
  • connection conductor and the connection cable can be attached both together via a contact element as well as via different contact elements.
  • the connecting conductor and the connecting cable are designed as a one-piece cable, wherein the non-conductive sheath of the cable is removed in the region of a connecting element and the conductive core, for example via a crimp, is contacted with the connecting element in an electrically conductive manner.
  • connection elements are electrically conductively connected to the connection elements, wherein the elements can be connected by means of various soldering or welding techniques.
  • the contact elements and the connection elements by means of electrode resistance welding, induction soldering, ultrasonic welding or Friction welding connected.
  • a one-piece design of connection element and contact element is conceivable.
  • contact elements for example, crimps or tabs can be used, which can be realized both in one piece with the connection element as well as in a multi-part embodiment.
  • the upper female part of a push button used in this context as a contact element to which the connection conductor and / or the connection cable are fixed.
  • connection elements are advantageous in terms of a standardization made possible thereby.
  • the connecting elements and the connecting conductor are stored separately and only when needed, a mounting of the individual modules.
  • connecting conductors of different lengths via contact elements with any connection elements can be combined in a simple manner.
  • Such a modular design allows a high degree of flexibility and variety of variants with low production costs.
  • the contact element is dimensioned so that standardized automotive flat plugs with a height of 0.8 mm and a width of either 4.8 mm, 6.3 mm or 9.5 mm can be plugged onto at least one free end of the contact element ,
  • the embodiment of the contact element with a width of 6.3 mm is particularly preferably used, since this corresponds to the automotive flat connectors according to DIN 46244 commonly used in this field.
  • the contact element is constructed symmetrically and has two tabs.
  • a symmetrical shaping serves the homogeneous power consumption of the contact element during processing, for example a homogeneous heat distribution in soldering and welding processes.
  • At such a contact element of the connecting conductor to a first tongue and a connecting cable to a second tongue are contacted.
  • Such a structure is in Meaning of a standardization and a modular design also makes sense if only a single slot for a connection conductor is needed.
  • connection element and the contact element are integrally formed.
  • the electrical contacting of the contact element can also be effected via a solder connection or a crimp connection.
  • connection cables are in principle all cables which are known to those skilled in the electrical contacting of an electrically conductive structure.
  • the connection cable can comprise, in addition to an electrically conductive core (inner conductor), an insulating, preferably polymeric sheath, wherein the insulating sheath is preferably removed in the end region of the connection cable in order to allow an electrically conductive connection between the connection element and the inner conductor.
  • the electrically conductive core of the connection cable can contain, for example, copper, aluminum and / or silver or alloys or mixtures thereof.
  • the electrically conductive core can be designed, for example, as a wire stranded conductor or as a solid wire conductor.
  • the cross-section of the electrically conductive core of the connection cable depends on the current carrying capacity required for the use of the pane according to the invention and can be suitably selected by the person skilled in the art.
  • the cross section is for example from 0.3 mm 2 to 6 mm 2 .
  • connection cable has at its free end, which is not connected to the contact element or connection element, via a plug connection, via which the connection to the on-board electronics of the vehicle takes place.
  • the connecting cable is rigid in a particularly preferred embodiment.
  • the end-side plug connection of the connection cable can be connected in a simple manner to the on-board voltage, without the force applied during attachment leading to undesired deformation of the connection cable.
  • the connector is thus also one-hand install and therefore means a simplification of the production process.
  • the stiffening of the cable is preferably carried out via a rigid sheath.
  • the electrically conductive structure contains at least silver, preferably silver particles and glass frits.
  • the electrically conductive structure is connected to the connecting elements in an electrically conductive manner via the solder mass.
  • the solder mass is arranged at the on the contact surfaces, which are located on the underside of the connection elements. In this case, all soldering materials known to those skilled in the art, which are suitable for processing on glass, can be used.
  • the solder mass preferably comprises tin, bismuth, indium, zinc, copper, silver, lead and / or mixtures and / or alloys thereof.
  • the solder composition is lead-free.
  • lead-free solder mass is a solder mass which, according to the EC directive "2002/95 / EC on the restriction of the use of certain hazardous substances in electrical and electronic equipment", has a content of less than or equal to 0.1% by weight.
  • % Lead preferably contains no lead.
  • connection element typically have a lower ductility than lead-containing solder materials, so that mechanical stresses between the connection element and the disk can be compensated less well.
  • critical mechanical stresses can be avoided by a suitable choice of the material of the connection element.
  • the material composition of the connection element is selected such that the difference between the thermal expansion coefficients of the transparent substrate and the connection element is less than 5 ⁇ 10 -6 / ° C. This reduces the thermal stresses of the pane and achieves better adhesion
  • titanium and chromium-containing steel to name.
  • connection elements which are used in conjunction with lead-free solder materials, are shown below.
  • connection element contains a chromium-containing steel with a chromium content of greater than or equal to 5% by weight, preferably greater than or equal to 10.5% by weight.
  • chromium content of greater than or equal to 5% by weight, preferably greater than or equal to 10.5% by weight.
  • Other alloying constituents such as molybdenum, manganese or niobium lead to improved corrosion resistance or altered mechanical properties, such as tensile strength or cold workability.
  • the connecting element preferably contains at least 49% by weight to 95% by weight of iron, 5% by weight to 30% by weight of chromium, 0% by weight to 1% by weight of carbon, 0% by weight to 10% by weight of nickel, 0% by weight to 2% by weight of manganese, 0% by weight to 5% by weight of molybdenum, 0% by weight to 2% by weight of niobium and 0% by weight. % to 1 wt .-% titanium.
  • the connection element may additionally contain admixtures of other elements, including vanadium, aluminum and nitrogen.
  • the connecting element furthermore preferably contains at least 57% by weight to 93% by weight of iron, 7% by weight to 25% by weight of chromium, 0% by weight to 1% by weight of carbon, 0% by weight. to 8% by weight of nickel, 0% by weight to 2% by weight of manganese, 0% by weight to 4% by weight of molybdenum, 0% by weight to 2% by weight of niobium and 0% by weight. % to 1% by weight of titanium.
  • the connection element may additionally contain admixtures of other elements, including vanadium, aluminum and nitrogen.
  • the connecting element particularly preferably contains at least 66.5% by weight to 89.5% by weight of iron, 10.5% by weight to 20% by weight of chromium, 0% by weight to 1% by weight of carbon , 0% by weight to 5% by weight of nickel, 0% by weight to 2% by weight of manganese, 0% by weight to 2.5% by weight of molybdenum, 0% by weight to 2% by weight of molybdenum % Of niobium and 0% to 1% by weight of titanium.
  • the connection element may additionally contain admixtures of other elements, including vanadium, aluminum and nitrogen.
  • the connecting element very particularly preferably contains at least 73% by weight to 89.5% by weight of iron, 10.5% by weight to 20% by weight of chromium, 0% by weight to 0.5% by weight.
  • connection element may additionally contain admixtures of other elements, including vanadium, aluminum and nitrogen.
  • the connecting element contains 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.% niobium, 0 wt.% to 1, 5 wt.% molybdenum and 0 wt.% to 1 wt. Titanium.
  • the connection element may additionally contain admixtures of other elements, including vanadium, aluminum and nitrogen.
  • Chromium-containing in particular so-called stainless or stainless steel is available at low cost.
  • connecting elements made of chromium-containing steel have, in comparison to many conventional connecting elements, for example made of copper high rigidity, which leads to an advantageous stability of the connection elements.
  • chromium-containing steel has improved solderability compared to many conventional terminal elements, for example, titanium, resulting from a higher thermal conductivity.
  • Particularly suitable chromium-containing steels are steels of material numbers 1.4016, 1.41 13, 1.4509 and 1.4510 according to EN 10 088-2.
  • the solder mass preferably contains tin and bismuth, indium, zinc, copper, silver or compositions thereof.
  • the proportion of tin in the solder composition is 3% by weight to 99.5% by weight, preferably 10% by weight to 95.5% by weight, particularly preferably 15% by weight to 60% by weight.
  • the proportion of bismuth, indium, zinc, copper, silver or compositions thereof in the solder composition according to the invention from 0.5 wt .-% to 97 wt .-%, preferably 10 wt .-% to 67 wt .-%, wherein the proportion may be 0 wt .-% of bismuth, indium, zinc, copper or silver.
  • the solder composition may contain nickel, germanium, aluminum or phosphorus at a level of from 0% to 5% by weight.
  • the solder composition most preferably contains Bi40Sn57Ag3, Sn40Bi57Ag3, Bi59Sn40Ag1, Bi57Sn42Ag1, ln97Ag3, ln60Sn36.5Ag2Cu1, 5, Sn95.5Ag3.8Cu0.7, Bi67ln33, Bi33ln50Sn17, Sn77.2ln20Ag2.8, Sn95Ag4Cu1, Sn99Cu1, Sn96.5Ag3.5, Sn96.5Ag3CuO, 5, Sn97Ag3 or mixtures thereof.
  • the solder mass contains bismuth. It has been shown that a bismuth-containing solder composition leads to a particularly good adhesion of the connecting element according to the invention to the disk, wherein damage to the disk can be avoided.
  • the proportion of bismuth in the solder composition is preferably from 0.5 wt% to 97 wt%, more preferably from 10 wt% to 67 wt%, and most preferably from 33 wt% to 67 Wt .-%, in particular from 50 wt .-% to 60 wt .-%.
  • the solder mass preferably contains 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% by weight of 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 contains from 90% by weight to 99.5% by weight of tin, preferably from 95% by weight to 99% by weight, particularly preferably 93% by weight. % to 98% by weight.
  • the solder mass preferably contains from 0.5% by weight to 5% by weight of silver and from 0% by weight to 5% by weight of copper.
  • the layer thickness of the solder mass is preferably less than or equal to 600 ⁇ m, more preferably between 150 ⁇ m and 600 ⁇ m, in particular less than 300 ⁇ m.
  • the solder mass emerges with an exit width of preferably less than 1 mm from the intermediate space between the soldering region of the connection element and the electrically conductive structure.
  • the maximum exit width is less than 0.5 mm and in particular about 0 mm. This is particularly advantageous with regard to the reduction of mechanical stresses in the disc, the adhesion of the connecting element and the saving of the solder.
  • the maximum exit width is defined as the distance between the outer edges of the soldering area and the point of Lotmasseübertritts, at which the solder mass falls below a layer thickness of 50 ⁇ . The maximum exit width is measured after the soldering process on the solidified solder mass.
  • a desired maximum exit width is achieved by a suitable choice of Lotmassenvolumen and perpendicular distance between the connection element and electrically conductive structure, which can be determined by simple experiments.
  • the vertical distance between the connection element and the electrically conductive structure can be predetermined by a corresponding process tool, for example a tool with an integrated spacer.
  • the maximum exit width can also be negative, that is to say retracted into the intermediate space formed by the soldering area of the electrical connection element and the electrically conductive structure.
  • the maximum exit width in the intermediate space formed by the soldering area of the electrical connection element and the electrically conductive structure is withdrawn in a concave meniscus.
  • a concave meniscus is created by increasing the perpendicular distance between the spacer and conductive structure during the soldering process while the solder is still liquid.
  • the advantage lies in the reduction of the mechanical stresses in the disc, in particular in the critical range, which is present at a large Lotmasseübertritt.
  • connection elements on spacers preferably at least two spacers, more preferably at least three spacers.
  • the spacers are preferably formed integrally with the connection element, for example by embossing or deep drawing.
  • the spacers preferably have a width of 0.5 x 10 "4 m to 10 x 10" 4 m and a height of 0.5 x 10 "4 m to 5 x 10" 4 m, more preferably from 1 x 10 "4 m to 3 x 10 "4 m
  • the spacers achieve a homogeneous, uniformly thick and evenly melted layer of the solder mass, which can reduce mechanical stress between the connection element and the pane and improve the adhesion of the connection element, which is particularly advantageous when using lead-free solder materials , which, due to their lower ductility, can compensate less well for mechanical stresses than leaded solder masses.
  • At least one contact elevation is arranged on the surface of the connection elements facing away from the substrate, which serves for contacting the connection elements with the soldering tool during the soldering operation.
  • the contact elevation is preferably convexly curved, at least in the area of the contacting with the soldering tool.
  • the contact elevation preferably has a height of 0.1 mm to 2 mm, more preferably of 0.2 mm to 1 mm.
  • the length and width of the contact elevation is preferably between 0.1 and 5 mm, very particularly preferably between 0.4 mm and 3 mm.
  • the contact elevations are preferably formed integrally with the connection element, for example by embossing or deep-drawing. For soldering electrodes can be used, the contact side is formed flat.
  • the electrode surface is brought into contact with the contact elevation.
  • the electrode surface is arranged parallel to the surface of the substrate.
  • the contact area between the electrode surface and contact elevation forms the solder joint.
  • the position of the solder joint is determined by the point on the convex surface of the contact elevation, which has the greatest perpendicular distance from the surface of the substrate.
  • the position of the solder joint is independent of the position of the soldering electrode on the connecting element. This is particularly advantageous in terms of a reproducible, even heat distribution during the soldering process.
  • the heat distribution during the soldering process is determined by the position, the size, the arrangement and the geometry of the contact elevation.
  • the electrical connection elements preferably have a coating (wetting layer) at least on the contact surface aligned with the solder mass, which contains nickel, copper, zinc, tin, silver, gold or alloys or layers thereof, preferably silver.
  • connection elements according to the invention are preferably coated with nickel, tin, copper and / or silver.
  • the connection elements according to the invention are particularly preferably with an adhesion-promoting layer, preferably of nickel and / or copper, and additionally provided with a solderable layer, preferably of silver.
  • the connecting elements according to the invention are very particularly preferably coated with 0.1 ⁇ m to 0.3 ⁇ m nickel and / or 3 ⁇ m to 20 ⁇ m silver.
  • the connection elements can be nickel-plated, tinned, copper-plated and / or silver-plated. Nickel and silver improve the current carrying capacity and corrosion stability of the connection elements and the wetting with the solder mass.
  • the contact elements may optionally also have a coating. However, a coating of the contact elements is not necessary because there is no direct contact between contact elements and solder mass. Thus, there is no need to optimize the wetting properties of the contact elements.
  • the contact elements have a coating which contains nickel, copper, zinc, tin, silver, gold or alloys or layers thereof, preferably silver.
  • the contact elements are preferably coated with nickel, tin, copper and / or silver. Most preferably, the contact elements are coated with 0.1 ⁇ to 0.3 ⁇ nickel and / or 3 ⁇ to 20 ⁇ silver.
  • the contact elements can be nickel-plated, tin-plated, copper-plated and / or silver-plated.
  • the shape of the electrical connection element can form one or more solder deposits in the intermediate space of connection element and electrically conductive structure.
  • the solder deposits and wetting properties of the solder on the connecting element prevent the escape of the solder mass from the intermediate space.
  • Lotdepots can be rectangular, rounded or polygonal configured.
  • the substrate preferably contains glass, particularly preferably flat glass, float glass, quartz glass, borosilicate glass and / or soda-lime glass.
  • the substrate may also contain polymers, preferably polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polystyrene, polybutadiene, polynitriles, polyesters, polyurethane, polyvinyl chloride, polyacrylate, polyamide, polyethylene terephthalate and / or copolymers or mixtures thereof.
  • the substrate is preferably transparent.
  • the substrate preferably has a thickness of 0.5 mm to 25 mm, more preferably of 1 mm to 10 mm and most preferably of 1, 5 mm to 5 mm.
  • a screen printing is applied to the substrate, which covers the contacting of the disc in the installed state of the disc, so that the connection elements with connecting conductors from the outside are not visible.
  • the invention further comprises a method for producing a pane comprising the steps:
  • connection elements b) applying a solder mass to at least one contact surface on the underside of the connection elements
  • connection elements with the solder mass on the electrically conductive structure on the substrate
  • connection elements soldering the connection elements with the electrically conductive structure
  • step a) before, during or after steps b), c) and d) can take place.
  • the electrically conductive structure can be applied to the substrate by methods known per se, for example by screen printing methods.
  • the application of the electrically conductive structure can take place before, during or after method step b).
  • the solder mass is preferably applied as platelets or flattened drops with a defined layer thickness, volume, shape and arrangement on the connection element.
  • the layer thickness of the Lotmasseplättchens is preferably less than or equal to 0.6 mm.
  • the shape of the Lotmasseplättchens preferably corresponds to the shape of the contact surface. If the contact surface is rectangular, for example, the solder mass platelet preferably has a rectangular shape.
  • the introduction of the energy in the electrical connection of electrical connection element and electrically conductive structure is preferably carried out with stamp, thermodes, piston soldering, microflame soldering, preferably laser soldering, hot air soldering, induction soldering, resistance soldering and / or with ultrasound.
  • connection elements are automatically soldered.
  • the connection conductor is contacted via contact elements in an electrically conductive manner on the connection elements.
  • These contact elements are attached to the connecting elements prior to the electrical contacting of connecting conductors and connecting elements.
  • the contact elements can already be connected to the connection elements in preparatory fashion before the first method step, while the connection conductor is attached only before, during or after steps b), c) and d).
  • the connecting conductor is preferably attached to the contact elements only after step d). In this case, first the connecting elements not yet connected to one another are soldered to contact elements, wherein there is no spatial obstruction through the connecting conductor, which is attached only in the further course of the method.
  • the contact elements are welded or soldered on the top of the connection elements.
  • the contact elements are fixed by electrode resistance welding, induction soldering, ultrasonic welding or friction welding on the connection element.
  • the contact element and the connection element are integrally formed. In this case eliminates a connection of contact element and connecting element.
  • the invention comprises the use of a pane having at least two connection elements and connecting conductors as a pane with electrically conductive structures, preferably with heating conductors and / or antenna conductors, for vehicles, aircraft, ships, architectural glazing and building glazing.
  • the connecting elements serve the connection of electrically conductive structures of the disk, such as heat conductors or antenna conductors, with external electrical systems, such as amplifiers, control units or voltage sources.
  • the invention comprises the use of the pane according to the invention in rail vehicles or motor vehicles, preferably as a windscreen, rear window, side window and / or roof window, in particular as a heatable pane or as a pane with an antenna function.
  • Figure 1 is a schematic view of a disc according to the invention with two connecting elements and connecting conductors.
  • Figure 2 shows another embodiment of the disc according to the invention with two connecting elements and connecting conductors.
  • Figure 3 shows another embodiment of the disc according to the invention with two connecting elements and connecting conductors.
  • Figure 4 shows another embodiment of the disc according to the invention with two connecting elements and connecting conductors.
  • Figure 5 shows another embodiment of the disc according to the invention with two connecting elements and connecting conductors.
  • Figure 6 shows another embodiment of the disc according to the invention with two connecting elements and connecting conductors.
  • FIG. 7a shows a flow chart of the method according to the invention for producing a pane with connecting elements and connecting conductors.
  • FIG. 7b shows a flow chart of a further embodiment of the method according to the invention for producing a pane with connecting elements and connecting conductors.
  • Figure 1 shows a disc according to the invention with two connecting elements (4.1, 4.2) and connecting conductor (6).
  • a Abdecksiebdruck (2) is applied on a substrate (1) made of a 3 mm thick thermally toughened safety glass of soda-lime glass .
  • the substrate (1) has a width of 150 cm and a height of 80 cm, wherein on the shorter side edge in the region of Abdecksieb réelles (2) two connection elements (4) with connecting conductor (6) are mounted.
  • an electrically conductive structure (2) is applied in the form of a Schuleiter Modell.
  • the electrically conductive structure contains silver particles and glass frits, the silver content being greater than 90%.
  • the electrically conductive Structure (3) In the edge region of the disc is the electrically conductive Structure (3) widened to 6 mm and serves as a bus bar.
  • the bus bar has a layer thickness of 10 ⁇ .
  • a solder mass (8) is applied, which connects the electrically conductive structure (3) with the contact surfaces (9) of the connection elements (4). The contact is obscured by the Abdecksieb réelle (2) after mounting in the vehicle body.
  • the solder mass (8) ensures a permanent electrical and mechanical connection of the electrically conductive structure (3) with the connection element (4).
  • the solder mass (8) is lead-free and contains 96.5% by weight of tin, 3% by weight of silver and 0.5% by weight of copper.
  • the solder mass (8) has a layer thickness of 250 ⁇ .
  • connection elements (4.1, 4.2) have a bridge shape.
  • the connection elements comprise two feet, each with a contact surface (9) on its underside and a bridge-shaped section which extends between the feet.
  • a contact element (5.1, 5.2) on the surface of the connecting elements (4.1, 4.2) is welded.
  • the contact elements (5.1, 5.2) have a double bridge shape and are aligned parallel to the connection elements (4.1, 4.2).
  • the contact elements (5.1, 5.2) each have two tabs, to which via connectors of the connecting conductor (6) or a connection cable can be connected.
  • connection conductor (6) To the tongue of a respective contact element (5.1, 5.2) is connected via connectors (7.1, 7.2) of the connecting conductor (6), which thus connects the two connection elements (4.1) and (4.2) electrically conductive.
  • connecting conductor (6) a copper round cable with a polymeric sheath and a conductor cross-section of 2.5 mm 2 is used.
  • a connection cable (not shown) are plugged, which connects the connection elements (4.1, 4.2) with the on-board electronics.
  • the current flowing via this connecting cable is split into two partial currents which enter the electrically conductive structure (3) via the soldering feet of the connecting element (4.1) and a partial current which is conducted via the connecting conductor (6) to the second connecting element (4.2). on.
  • the embodiment shown here is particularly advantageous in terms of a modular construction of the system.
  • the individual standardized elements can be assembled variably via plug connections according to a modular principle.
  • the use of connectors is also advantageous in terms of the reversibility of the connection, so that in case of damage to the cable a simple exchange is possible.
  • the electrical connection elements (4.1, 4.2) have a width of 4 mm and a length of 24 mm and consist of steel of material number 1 .4509 according to EN 10 088-2 (ThyssenKrupp Nirosta® 4509).
  • the material thickness of the connection elements (4.1, 4.2) is 1 mm.
  • the contact elements (5.1, 5.2) have a height of 0.8 mm, a width of 6.3 mm and a length of 27 mm.
  • the contact elements (5.1, 5.2) consist of copper of material number CW004A (Cu-ETP).
  • connection element has a substrate to the (1) matching thermal expansion coefficient, while the contact elements (5.1, 5.2) have a sufficiently high conductivity of 1, 8 ⁇ " ⁇ ⁇ ⁇ own The electrical resistance of the contact elements (5.1, 5.2) is thus selected such that a high voltage drop is avoided at the contact elements (5.1, 5.2) .
  • the connection element itself is again made of a material with a suitable expansion coefficient (difference to the CTE of the substrate smaller than 5 x 10 "6 / ° C).
  • connection elements (4.1, 4.2) and the contact elements (5.1, 5.2) Due to the different material compositions of the connection elements (4.1, 4.2) and the contact elements (5.1, 5.2), the advantageous properties of the materials used at the appropriate location are optimally utilized.
  • the closest contact surfaces (9) of the first connection element (4.1) and the second connection element (4.2) have a distance x of 190 mm.
  • the connecting elements (4.1, 4.2) according to the invention with connecting conductor (6) allow a significant improvement in the current carrying capacity, even when using bus bars with small cross-sections and only two terminal connection elements. Additional solder points are not required.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the pane according to the invention with two connecting elements (4.1, 4.2) and connecting conductor (6).
  • a substrate (1) made of a 3 mm thick thermally toughened safety glass of soda-lime glass a Abdecksieb whatsoever (2) is applied.
  • the substrate (1) has a width of 150 cm and a height of 80 cm, wherein on the shorter side edge in the region of Abdecksieb réelles (2) two connection elements (4) with connecting conductor (6) are mounted.
  • an electrically conductive structure (2) is applied in the form of a Schuleiter Modell.
  • the electrically conductive structure contains silver particles and glass frits, the silver content being greater than 90%.
  • the electrically conductive structure (3) is widened to 6 mm and serves as a bus bar.
  • the bus bar has a layer thickness of 10 ⁇ .
  • a solder mass (8) is applied, which connects the electrically conductive structure (3) with the contact surfaces (9) of the connection elements (4). The contact is obscured by the Abdecksieb réelle (2) after mounting in the vehicle body.
  • the solder mass (8) ensures a permanent electrical and mechanical connection of the electrically conductive structure (3) with the connection element (4).
  • the solder mass (8) is a lead-containing solder mass with the composition Pb70Sn27Ag3.
  • the solder mass (8) has a layer thickness of 250 ⁇ .
  • the electrical connection elements (4.1, 4.2) have a width of 4 mm and a length of 24 mm and are made of copper of material number CW004A (Cu-ETP).
  • the material thickness of the connection elements (4.1, 4.2) is 0.8 mm.
  • the contact elements (5.1, 5.2) have a height of 0.8 mm, a width of 6.3 mm and a length of 8 mm.
  • the contact elements (5.1, 5.2) are made of copper of material number CW004A (Cu-ETP).
  • the connection elements (4.1, 4.2) have a bridge shape.
  • the connection elements comprise two feet, each with a contact surface (9) on its underside and a bridge-shaped section which extends between the feet.
  • connecting elements (4.1, 4.2) and contact elements (5.1, 5.2) are integrally formed, wherein the first contact element (5.1) in the form of two tabs on the first connection element (4.1) is mounted, while the second connection element (4.2) also via has two tabs that form the second contact element (5.2).
  • the contact elements (5.1, 5.2) extend the connecting elements (4.1, 4.2) in the longitudinal direction and are upwards, facing away from the substrate, bent.
  • connecting elements (4.1, 4.2) and contact elements (5.1, 5.2) together form a double bridge shape.
  • connection conductor (6) To the tongue of a respective contact element (5.1, 5.2) is connected via connectors (7.1, 7.2) of the connecting conductor (6), which thus connects the two connection elements (4.1) and (4.2) electrically conductive.
  • connecting conductor (6) a copper round cable with a polymeric sheath and a conductor cross-section of 2.5 mm 2 is used.
  • a connection cable (not shown) are plugged, which connects the connection elements (4.1, 4.2) with the on-board electronics.
  • the current flowing via this connecting cable is split into two partial currents which enter the electrically conductive structure (3) via the soldering feet of the connecting element (4.1) and a partial current which is conducted via the connecting conductor (6) to the second connecting element (4.2). on.
  • This embodiment is particularly advantageous in the case of integrally formed connecting elements (4.1, 4.2) with contact elements (5.1, 5.2), since these can be embossed from a single sheet in one step.
  • the closest contact surfaces (9) of the first connection element (4.1) and the second connection element (4.2) have a distance x of 190 mm.
  • the connecting elements (4.1, 4.2) according to the invention with connecting conductor (6) allow a significant improvement in the current carrying capacity, even when using bus bars with small cross-sections and only two terminal connection elements. Additional solder points are not required.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the pane according to the invention with two connecting elements (4.1, 4.2) and connecting conductor (6).
  • a substrate (1) made of a 3 mm thick thermally toughened safety glass of soda-lime glass a Abdecksieb whatsoever (2) is applied.
  • the substrate (1) has a width of 150 cm and a height of 80 cm, wherein on the shorter side edge in the region of Abdecksieb réelles (2) two connection elements (4) with connecting conductor (6) are mounted.
  • an electrically conductive structure (2) is applied in the form of a Schuleiter Modell.
  • the electrically conductive structure contains silver particles and glass frits, the silver content being greater than 90%.
  • the electrically conductive structure (3) is widened to 6 mm and serves as a bus bar.
  • the bus bar has a layer thickness of 10 ⁇ .
  • a solder mass (8) is applied, which connects the electrically conductive structure (3) with the contact surfaces (9) of the connection elements (4).
  • the contact is obscured by the Abdecksieb réelle (2) after mounting in the vehicle body.
  • the solder mass (8) ensures a permanent electrical and mechanical connection of the electrically conductive structure (3) with the connection elements (4).
  • the shape and material composition of the connecting elements (4.1, 4.2) and the solder mass (8) corresponds to FIG. 1.
  • the contact elements (5.1, 5.2) consist of crimps, which are fastened at the ends of the connecting conductor (6) by means of a crimped connection and are welded onto the bridge-shaped section of the connecting elements (4.1, 4.2).
  • the connecting conductor (6) thus constitutes an electrically conductive connection of the first connecting element (4.1) and the second connecting element (4.2).
  • the connecting conductor (6) used is a round copper cable with a polymeric sheath and a conductor cross-section of 2.5 mm 2 .
  • the contact elements (5.1, 5.2) consist of copper of material number CW004A (Cu-ETP).
  • the first contact element (5.1) in this case comprises a tongue, to which by means of a plug connection cable (not shown) can be plugged, which connects the connection elements (4.1, 4.2) with the on-board electronics.
  • the closest contact surfaces (9) of the first connection element (4.1) and the second connection element (4.2) have a distance x of 190 mm.
  • the connecting elements (4.1, 4.2) according to the invention with connecting conductor (6) allow a significant improvement in the current carrying capacity, even when using bus bars with small cross-sections and only two terminal connection elements. Additional solder points are not required.
  • the use of crimp connections is advantageous above all with regard to cost-effective production of the pane according to the invention.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the pane according to the invention with connecting elements and connecting conductors.
  • a substrate (1) made of a 3 mm thick thermally toughened safety glass of soda-lime glass a Abdecksieb whatsoever (2) is applied.
  • the substrate (1) has a width of 150 cm and a height of 80 cm, wherein on the shorter side edge in the region of Abdecksieb réelles (2) two connection elements (4) with connecting conductor (6) are mounted.
  • an electrically conductive structure (2) is applied in the form of a Schuleiter Modell.
  • the electrically conductive structure contains silver particles and Glass frits, wherein the silver content is greater than 90%.
  • the electrically conductive structure (3) is widened to 6 mm and serves as a bus bar.
  • the bus bar has a layer thickness of 10 ⁇ .
  • a solder mass (8) is applied, which connects the electrically conductive structure (3) with the contact surfaces (9) of the connection elements (4).
  • the contact is obscured by the Abdecksieb réelle (2) after mounting in the vehicle body.
  • the solder mass (8) ensures a permanent electrical and mechanical connection of the electrically conductive structure (3) with the connection elements (4).
  • the connecting elements (4.1, 4.2) each have a contact surface (9), via which they are soldered by means of the solder mass (8) on the electrically conductive structure (3).
  • the material composition of the connecting elements (4.1, 4.2) and the solder mass (8) corresponds to Figure 1.
  • the contact elements (5.1, 5.2) consist of crimps, which are attached to the ends of the connecting conductor (6) by means of a crimped connection and on a higher-lying portion of Connection elements (4.1, 4.2) are welded.
  • the connecting conductor (6) thus constitutes an electrically conductive connection of the first connecting element (4.1) and the second connecting element (4.2).
  • the connecting conductor (6) used is a round copper cable with a polymeric sheath and a conductor cross-section of 2.5 mm 2 .
  • the first connection element (4.1) has a third contact element (5.3) which is likewise mounted on the higher-lying section of the connection element (4.1) and connects a connection cable (10) in an electrically conductive manner to the connection element (4.1).
  • the third contact element (5.3) is also a crimp, which surrounds the connection cable (10) and is welded to the first connection element.
  • the contact elements (5.1, 5.2, 5.3) consist of steel of material number 1.4016 according to EN 10 088-2 (ThyssenKrupp Nirosta® 4016).
  • the closest contact surfaces (9) of the first connection element (4.1) and the second connection element (4.2) have a distance x of 190 mm.
  • connecting elements (4.1, 4.2) according to the invention with connecting conductor (6) allow a significant improvement in the current carrying capacity, even when using bus bars with small cross-sections and only two terminal connection elements. Additional solder points are not required.
  • the use of crimp connections is advantageous above all with regard to cost-effective production of the pane according to the invention.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the pane according to the invention with connecting elements and connecting conductors.
  • a substrate (1) made of a 3 mm thick thermally toughened safety glass of soda-lime glass a Abdecksieb whatsoever (2) is applied.
  • the substrate (1) has a width of 150 cm and a height of 80 cm, wherein at the shorter side edge in the region of Abdecksieb réelles (2) two connection elements (4) with connecting conductor (6) are mounted.
  • an electrically conductive structure (2) is applied in the form of a Schuleiter Modell.
  • the electrically conductive structure contains silver particles and glass frits, the silver content being greater than 90%.
  • the electrically conductive structure (3) is widened to 6 mm and serves as a bus bar.
  • the bus bar has a layer thickness of 10 ⁇ .
  • a solder mass (8) is applied, which connects the electrically conductive structure (3) with the contact surfaces (9) of the connection elements (4).
  • the contact is obscured by the Abdecksieb réelle (2) after mounting in the vehicle body.
  • the solder mass (8) ensures a permanent electrical and mechanical connection of the electrically conductive structure (3) with the connection elements (4).
  • the connecting elements (4.1, 4.2) each have a contact surface (9), via which they are soldered by means of the solder mass (8) on the electrically conductive structure (3).
  • FIG. 4 corresponds to the material composition of the connection elements (4.1, 4.2) and the solder composition (8).
  • connection elements (4.1, 4.2) consist of crimps, which are fastened at the ends of the connection conductor (6) by means of a crimp connection and by means of the solder composition (8 ) are soldered directly on the electrically conductive structure (3).
  • the connecting conductor (6) thus constitutes an electrically conductive connection of the first connecting element (4.1) and the second connecting element (4.2).
  • the connecting conductor (6) used is a round copper cable with a polymeric sheath and a conductor cross-section of 2.5 mm 2 .
  • the connection elements (4.1, 4.2) consist of steel of material number 1.4016 according to EN 10 088-2 (ThyssenKrupp Nirosta® 4016).
  • the closest contact surfaces (9) of the first connection element (4.1) and the second connection element (4.2) have a distance x of 190 mm.
  • the first connection element (4.1) has a tongue which serves as a contact element (5.1).
  • a connecting cable (not shown) is connected, which connects the connecting elements (4.1, 4.2) with the on-board electronics.
  • the connecting elements (4.1, 4.2) according to the invention with connecting conductor (6) allow a significant improvement in the current carrying capacity, even when using bus bars with small cross-sections and only two terminal connection elements. Additional solder points are not required.
  • the use of crimp connections is advantageous above all with regard to cost-effective production of the pane according to the invention.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of the pane according to the invention with connecting elements and connecting conductors.
  • a substrate (1) made of a 3 mm thick thermally toughened safety glass of soda-lime glass a Abdecksieb whatsoever (2) is applied.
  • the substrate (1) has a width of 150 cm and a Height of 80 cm, wherein at the shorter side edge in the region of Abdecksieb réelles (2) two connection elements (4) with connecting conductor (6) are mounted.
  • an electrically conductive structure (2) is applied in the form of a Schuleiter Modell.
  • the electrically conductive structure contains silver particles and glass frits, the silver content being greater than 90%.
  • the electrically conductive structure (3) is widened to 6 mm and serves as a bus bar.
  • the bus bar has a layer thickness of 10 ⁇ .
  • a solder mass (8) is applied, which connects the electrically conductive structure (3) with the contact surfaces (9) of the connection elements (4).
  • the contact is obscured by the Abdecksieb réelle (2) after mounting in the vehicle body.
  • the solder mass (8) ensures a permanent electrical and mechanical connection of the electrically conductive structure (3) with the connection elements (4).
  • the connecting elements (4.1, 4.2) each have a contact surface (9), via which they are soldered by means of the solder mass (8) on the electrically conductive structure (3).
  • the connecting elements (4.1, 4.2) are designed in the form of snubbing, wherein the lower male part of the push button serves as a connection element (4.1, 4.2) and the upper female part of the push button acts as a contact element (5.1, 5.2).
  • the material composition of the connection elements (4.1, 4.2) and the solder mass (8) corresponds to FIG. 1.
  • the contact elements (5.1, 5.2) consist of the same material as the connection elements (4.1, 4.2).
  • At the contact elements (5.1, 5.2) one end of the connecting conductor (6) is electrically conductively contacted so that it represents an electrically conductive connection of the two connecting elements (4.1, 4.2).
  • the closest contact surfaces (9) of the first connection element (4.1) and the second connection element (4.2) have a distance x of 190 mm.
  • a connecting cable (10) is applied, which connects the connecting elements (4.1, 4.2) with the on-board electronics.
  • the connecting elements (4.1, 4.2) according to the invention with connecting conductor (6) allow a significant improvement in the current carrying capacity, even when using bus bars with small cross-sections and only two terminal connection elements. Additional solder points are not required.
  • the use of connecting elements in the form of push buttons is particularly advantageous in terms of a reversible attachment of the connecting conductor and the connecting cable. In the event of a cable break, the solder connection does not have to be loosened and the affected cables can be easily replaced.
  • FIG. 7a shows a flow chart of the method according to the invention for producing a pane with connecting elements and connecting conductors.
  • contact elements (5) are electrically conductively attached to the connection elements (4).
  • connection elements are soldered in the subsequent steps by means of a solder mass (8) on the electrically conductive structure (3).
  • the connection elements (4) are contacted with each other in an electrically conductive manner by attaching a connection conductor (6) to the contact elements (5).
  • the embodiment of the method according to the invention shown here is particularly suitable for reversibly attached connecting conductors, such as connecting conductors contacted via plug-in connections.
  • connection conductor and the further connection elements form a disturbing mass, whereby the forces acting on the first connection element thereby lead to a slippage of the first connection element during the soldering process. By subsequently connecting the connection elements via connectors, this can be prevented.
  • FIG. 7b shows a flow chart of a further embodiment of the method according to the invention for producing a pane with connecting elements and connecting conductors.
  • a connecting conductor (6) is first electrically conductively contacted to the connecting elements (4.1, 4.2). This can be done either directly, for example by soldering the conductor directly to the connection element, or indirectly, for example via contact elements. In the subsequent steps, this arrangement is soldered via the contact surfaces (9) of the connection elements (4) by means of a solder mass (8) on an electrically conductive structure (3).
  • This embodiment of the method according to the invention is preferably used if the connection between the connecting conductor and the connecting element, or between the connecting element and contact element is not reversibly solvable.
  • the invention is compared below on the basis of a test series of disks with connecting elements and connecting conductors according to the prior art and the disk according to the invention with connecting elements and connecting conductors.
  • connection conductor with 6 connecting elements at a distance of 57 mm and a total length of 285 mm was soldered analogously to Example 1 to the arrangement of substrate and electrically conductive structure described in Figure 1.
  • the connection conductor consists of an uninsulated braided and nickel-plated copper conductor with a conductor cross-section of 3 mm 2 , whereby the connection elements are formed by crimps.
  • Each of the connecting elements was soldered to the electrically conductive structure by means of a lead-free solder mass containing 65% by weight of indium, 30% by weight of tin, 4.5% by weight of silver and 0.5% by weight of copper.
  • a connection conductor is commercially available from Antaya.
  • Table 1 shows the result of a series of experiments of the inventive connecting conductor (Example 1) and the connecting conductor according to the prior art (Comparative Example 2).
  • Example 1 shows the result of a series of experiments of the inventive connecting conductor (Example 1) and the connecting conductor according to the prior art (Comparative Example 2).
  • Comparative Example 2 shows the result of a series of experiments of the inventive connecting conductor (Example 1) and the connecting conductor according to the prior art (Comparative Example 2).
  • a sufficient current carrying capacity and the maximum temperature increase of the busbar is of crucial importance. This is set by many car manufacturers to a maximum limit of 60 ° C.
  • the costs of the different connection conductors are compared.
  • connection conductor according to the invention adheres to the limit value for the maximum temperature increase of the busbar.
  • the connecting conductor according to the invention is much cheaper. This is mainly due to the material-intensive design of the connecting conductor according to the prior art. According to the state of the art, a substantially more massive conductor with a slightly higher conductor cross-section is required to maintain the temperature limit and to achieve sufficient current carrying capacity.
  • the high number of connection elements also serves to achieve a sufficiently high current carrying capacity and to avoid noise in the moving automobile.
  • a correspondingly high current carrying capacity can also be achieved by means of the connecting conductor according to the invention with only two connecting elements.
  • connection conductor according to the invention can be soldered to connection elements within a shorter period of time. This time savings goes hand in hand with a further reduction in production costs. Furthermore, automation of the soldering process is enormously simplified by a smaller number of soldering points. The solution according to the invention also leads to a significant reduction in the cost of material, since the connecting conductor according to the invention is less solid worked with connecting elements.
  • the connecting conductor according to the prior art has a much higher total material consumption due to the large number of connection elements (6 crimps) and solder deposits.
  • inventive connecting conductor (Example 1) compared to the prior art (Comparative Example 2), both in terms of production, as well as with respect to further processing, far cheaper and more economical.

Landscapes

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

Eine Scheibe mit mindestens zwei Anschlusselementen (4) und einem Verbindungsleiter (6) mindestens umfassend - ein Substrat (1) mit elektrisch leitfähiger Struktur (3) auf mindestens einem Teilbereich des Substrats (1), - mindestens zwei elektrische Anschlusselemente (4) auf mindestens einem Teilbereich der elektrisch leitfähigen Struktur (3), - mindestens eine Kontaktfläche (9) an der Unterseite jedes Anschlusselements (4), - eine Lotmasse (8), die die Kontaktflächen (9) der elektrischen Anschlusselemente (4) in mindestens einem Teilbereich mit der elektrisch leitfähigen Struktur (3) verbindet und - einen Verbindungsleiter (6), der die Anschlusselemente (4) elektrisch leitfähig miteinander verbindet, wobei die einander nächstliegenden Kontaktflächen (9) benachbarter Anschlusselemente (4) einen Abstand x von mindestens 70 mm aufweisen.

Description

Scheibe mit mindestens zwei elektrischen Anschlusselementen und Verbindungsleiter
Die Erfindung betrifft eine Scheibe mit mindestens zwei elektrischen Anschlusselementen und einem Verbindungsleiter, ein wirtschaftliches und umweltfreundliches Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung.
Die Erfindung betrifft weiter eine Scheibe mit mindestens zwei elektrischen Anschlusselementen und einem Verbindungsleiter für Fahrzeuge mit elektrisch leitfähigen Strukturen wie beispielsweise Heizleiter oder Antennenleiter. Die elektrisch leitfähigen Strukturen sind üblicherweise über angelötete elektrische Anschlusselemente mit der Bordelektrik verbunden.
Im modernen Fahrzeugbau gewinnt ein optisch ansprechendes Design der Verglasungselemente immer mehr an Bedeutung, so wird beispielsweise angestrebt die transparente Fläche der Verglasungen zu maximieren. Der üblicherweise am Rand der Verglasung aufgebrachte nicht transparente Schwarzdruck dient dazu die Verklebung der Scheibe mit der Karosserie sowie die Sammelleiter zu kaschieren. Um den Anteil des Schwarzdrucks möglichst gering zu halten sind somit die Breite der Sammelleiter und die Klebefläche zu minimieren. Eine geringere Breite der Sammelleiter hat jedoch eine reduzierte Stromtragfähigkeit zur Folge, da der Leitungsquerschnitt bei gleichbleibender Dicke der Sammelleiter ebenfalls reduziert wird. Somit kann eine ausreichende Heizleistung der Heizelemente nicht mehr gewährleistet werden. Eine einfache Kontaktierung mit den zuvor beschriebenen Anschlusselementen ist in diesem Fall nicht mehr ausreichend.
Bei zu geringer Stromtragfähigkeit der Sammelleiter kann nach dem Stand der Technik ein zusätzlicher Verbindungsleiter zur Erhöhung der Heizleistung verwendet werden. Dieser Verbindungsleiter wird auf dem Sammelleiter angebracht und in regelmäßigen Abständen mit diesem elektrisch leitfähig verbunden.
US 44151 16 offenbart einen Sammelleiter auf dem ein zusätzlicher Verbindungsleiter angebracht ist, dessen freies Ende mit der Bordspannung verbunden ist. Der Verbindungsleiter besteht aus einem geflochtenen Kupferkabel, das in Abständen von jeweils 50 mm mittels eines Lötpunktes auf dem Sammelleiter befestigt ist. Der Verbindungsleiter minimiert einen unerwünschten Spannungsabfall an den Sammelleitern, der zu einer unerwünschten Erwärmung der Sammelleiter führen würde. Die innerhalb kurzer Abstände aufgebrachten Lötverbindungen zwischen Sammelleiter und Verbindungsleiter sind laut US 44151 16 notwendig um die Länge der Strompfade im Bereich des Sammelleiters zu minimieren. Dadurch soll der Spannungsabfall an den Sammelleitern und die damit einhergehende Verlustwärme weiter reduziert werden, so dass die Heizleistung der Heizelemente optimiert wird.
Aus der Praxis sind ähnliche Lösungen bekannt, bei denen ein vernickelter geflochtener Kupferleiter mittels mehrerer Lötpunkte auf den Sammelleiter aufgebracht ist, wobei an den Lötpunkten jeweils ein Crimp auf dem Kupferleiter angebracht ist. Auch in derartigen Ausführungsformen werden die Lötpunkte innerhalb kurzer Abstände von kleiner als 60 mm angeordnet.
Die nach dem Stand der Technik bekannten Verbindungsleiter sind einerseits aufgrund eines hohen Materialaufwands teuer und andererseits aufwändig zu verarbeiten, da diese über eine Vielzahl von Lötpunkten verfügen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es eine Scheibe mit mindestens zwei elektrischen Anschlusselementen und einem Verbindungsleiter sowie ein wirtschaftliches und umweltfreundliches Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen, wobei die Anschlusselemente mit Verbindungsleiter sowohl kostengünstig als auch einfach und automatisiert zu verarbeiten sind.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Scheibe mit mindestens zwei elektrischen Anschlusselementen und einem Verbindungsleiter, ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 , 13 und 15 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die erfindungsgemäße Scheibe mit mindestens zwei Anschlusselementen und einem Verbindungsleiter umfasst mindestens
ein Substrat mit elektrisch leitfähiger Struktur auf mindestens einem Teilbereich des
Substrats,
mindestens zwei elektrische Anschlusselemente auf mindestens einem Teilbereich der elektrisch leitfähigen Struktur,
mindestens eine Kontaktfläche an der Unterseite jedes Anschlusselements, eine Lotmasse, die die Kontaktflächen der elektrischen Anschlusselemente in mindestens einem Teilbereich mit der elektrisch leitfähigen Struktur verbindet und einen Verbindungsleiter, der die Anschlusselemente elektrisch leitfähig miteinander verbindet, wobei die einander nächstliegenden Kontaktflächen benachbarter Anschlusselemente einen Abstand x von mindestens 70 mm aufweisen.
Der Abstand x wird dabei zwischen den einander nächstliegenden Kanten der nächstliegenden Kontaktflächen benachbarter Anschlusselemente gemessen.
Die erfindungsgemäße Verwendung eines Verbindungsleiters, der die auf der elektrischen Struktur aufgebrachten Anschlusselemente überspannt, führt zu einer wesentlichen Verbesserung der Heizleistung der Scheibe. Auf diese Weise sind auch schmale Sammelleiter mit geringer Stromtragfähigkeit ohne Verluste der Heizleistung verwendbar. Im Vergleich zu den nach dem Stand der Technik bekannten Lösungen weisen die Anschlusselemente der erfindungsgemäßen Scheibe einen Abstand von mindestens 70 mm auf. Somit können durch den erfindungsgemäßen Verbindungsleiter wesentlich längere Strecken überbrückt werden, an denen der Verbindungsleiter nicht über einen Lötpunkt fixiert wird. Bei Montage der Anschlusselemente mit Verbindungsleiter sind demnach bei gleicher Länge des Verbindungsleiters wesentlich weniger Lötpunkte notwendig als nach dem Stand der Technik bekannt. Das in US 44151 16 genannte Vorurteil, dass zur Erhöhung der Heizleistung kurze Abstände der Lötpunkte (50 mm) notwendig sind, konnte somit wiederlegt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die einander nächstliegenden Kontaktflächen benachbarter Anschlusselemente einen Abstand von mindestens 100 mm, bevorzugt mindestens 150 mm, besonders bevorzugt mindestens 200 mm, auf. Auch diese langen Abstände sind mittels der erfindungsgemäßen Anschlusselemente mit Verbindungsleiter zu überbrücken ohne dass im Vergleich zu nach dem Stand der Technik bekannten Lösungen ein Verlust der Heizleistung eintritt. Die erfindungsgemäße Anordnung ist besonders bei langen Verbindungsleitern vorteilhaft, da eine Reduzierung der Anzahl der Lötpunkte zu einer wesentlichen Kostensenkung führt. Mit Anzahl der aufzubringenden Lötpunkte steigt auch der Produktionsaufwand. Ferner ist das Verfahren bei einer hohen Anzahl von Lötpunkten nicht mehr automatisiert durchführbar. Die Anzahl der Lötpunkte sollte somit möglichst minimiert werden.
Der Verbindungsleiter umfasst einen leitfähigen Kern und eine nicht leitfähige Ummantelung. Der leitfähige Kern ist ein metallischer Leiter. Der leitfähige Kern des Verbindungsleiters kann beispielsweise Kupfer, Aluminium und/oder Silber oder Legierungen oder Gemische davon enthalten. Der leitfähige Kern kann beispielsweise als Drahtlitzenleiter oder als Volldrahtleiter ausgeführt sein. Zu diesem Zweck einsetzbare elektrische Leiter sind dem Fachmann hinreichend bekannt. Die nicht leitfähige Ummantelung (Isolationshülle) bildet eine elektrische Isolierung des leitfähigen Kerns. Bevorzugt ist die nicht leitfähige Ummantelung polymerhaltig, besonders bevorzugt enthaltend Polyvinylchlorid und/oder Polytetrafluorethylen. Neben einer elektrischen Isolierung des leitfähigen Kerns hat die nicht leitfähige Ummantelung andererseits auch die Aufgabe eine Geräuschentwicklung im Fahrzeug zu vermeiden. Da der Verbindungsleiter nur an den Anschlusselementen fixiert ist, ist der zwischen diesen befindliche Teil frei beweglich und kann während der Fahrt an den darunterliegenden Sammelleiter anprallen, wodurch es ohne entsprechende Gegenmaßnahmen zu einer Geräuschentwicklung kommen kann. Die nicht leitfähige Ummantelung dämpft einen derartigen Aufprall des Verbindungsleiters auf dem Sammelleiter und vermeidet somit eine störende Geräuschentwicklung.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform enthält die nicht leitfähige Ummantelung des Verbindungsleiters zusätzlich ein aufgeschäumtes Polymer, bevorzugt Polypropylen, Polyethylen, Polystyrol, Polyethylenterephthalat und/oder Gemische und/oder Copolymere davon. Dies führt zu einer weiteren Verbesserung der Geräuschdämpfung.
Der Verbindungsleiter besitzt einen Leitungsquerschnitt von kleiner gleich 6 mm2, bevorzugt kleiner gleich 4 mm2, besonders bevorzugt kleiner gleich 2,5 mm2. Der Leitungsquerschnitt des Verbindungsleiters wird dabei möglichst klein gewählt um eine Material- und Gewichtsersparnis zu erzielen. Auch derartig kleine Leitungsquerschnitte des Verbindungsleiters sind überraschenderweise ausreichend um eine genügend hohe Heizleistung zu erzielen. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt der Leitungsquerschnitt des Verbindungsleiters 1 ,5 mm2 bis 2,5 mm2.
Die Anschlusselemente sind in einer bevorzugten Ausgestaltung über ihre Oberseite mit dem Verbindungsleiter verbunden. Die Oberseite der Anschlusselemente ist im Sinne der Erfindung die Oberfläche, die von den Kontaktflächen der Anschlusselemente mit der elektrisch leitfähigen Struktur (Lötflächen) abgewandt ist. Der Verbindungsleiter ist bevorzugt auf der Oberseite der Anschlusselemente angebracht.
Die elektrisch leitfähige Struktur kann beispielsweise der Kontaktierung von auf der Scheibe angebrachten Drähten oder einer Beschichtung dienen. Dabei ist die elektrisch leitfähige Struktur beispielsweise in Form von Sammelleitern an gegenüberliegenden Rändern der Scheibe angebracht. Die elektrisch leitfähige Struktur umfasst mindestens einen Sammelleiter mit einem Leitungsquerschnitt kleiner 0,3 mm2, bevorzugt kleiner 0,1 mm2, besonders bevorzugt kleiner 0,06 mm2. Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Anschlusselemente mit Verbindungsleiter sind somit auch Sammelleiter mit kleinen Leitungsquerschnitten bei gleichzeitig ausreichender Heizleistung realisierbar.
Über die auf den Sammelleitern angebrachten Anschlusselemente kann eine Spannung angelegt werden, wodurch ein Strom durch die leitfähigen Drähte bzw. eine leitfähige Beschichtung von einem Sammelleiter zum anderen fließt und die Scheibe erwärmt. Alternativ zu einer solchen Heizfunktion ist die erfindungsgemäße Scheibe auch in Kombination mit Antennenleitern verwendbar oder auch in beliebigen anderen Ausgestaltungen denkbar.
Die Sammelleiter weisen eine Breite von kleiner gleich 10 mm, bevorzugt kleiner gleich 8 mm, besonders bevorzugt kleiner gleich 6 mm auf. Derartig schmale Sammelleiter sind besonders vorteilhaft, da der Schwarzdruck zur Kaschierung der Sammelleiter ebenfalls nur eine geringe Breite besitzen muss. Dadurch kann der transparente Anteil der Verglasung erhöht werden.
Die Schichtdicke der Sammelleiter beträgt kleiner gleich 16 μηη, bevorzugt kleiner gleich 12 μηη, besonders bevorzugt kleiner gleich 10 μηη. Eine Reduzierung der Schichtdicke der Sammelleiter führt zu einer Materialersparnis und somit auch Kostensenkung. Die Schichtdicke der Sammelleiter ist demnach so gering wie möglich zu halten, wobei der erfindungsgemäße Verbindungsleiter auch die Verwendung sehr dünner Schichtdicken von beispielsweise 8 μηη ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Scheibe zwei Anschlusselemente, zwischen denen sich ein Verbindungsleiter mit einer Länge von kleiner gleich 300 mm erstreckt. Um diese Distanz von maximal 300 mm zu überbrücken sind somit zwei Anschlusselemente an den Enden des Verbindungsleiters genügend, wobei keine zusätzlichen Fixierungen des Verbindungsleiters erforderlich sind. Auch bezüglich der Heizleistung ist die Verwendung von zwei Anschlusselementen ausreichend.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Scheibe mindestens drei Anschlusselemente, wobei der Verbindungsleiter eine Länge von größer als 300 mm besitzt. Dabei gliedert sich der Verbindungsleiter in einzelne Abschnitte, die sich jeweils von einem Anschlusselement zum nächstliegenden Anschlusselement erstrecken.
Die Anschlusselemente können die verschiedensten dem Fachmann bekannten Materialien und Legierungen enthalten. Die Anschlusselemente enthalten bevorzugt Titan, Eisen, Nickel, Kobalt, Molybdän, Kupfer, Zink, Zinn, Mangan, Niob und/oder Chrom und/oder Legierungen davon. Die Materialzusammensetzung des Anschlusselements kann dabei an die Materialzusammensetzung des verwendeten Lots angepasst werden. In Verbindung mit bleihaltigen Loten werden dabei bevorzugt Anschlusselemente enthaltend Kupfer verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Anschlusselement Eisen-Legierungen oder Titan und ist somit besonders geeignet zur Kombination mit bleifreien Lotmassen.
Die Materialstärke des Anschlusselements beträgt bevorzugt 0,1 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt 0,2 mm bis 1 ,5 mm, ganz besonders bevorzugt 0,4 mm bis 1 mm. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Materialstärke des Anschlusselements in seinem gesamten Bereich konstant. Dies ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine einfache Herstellung des Anschlusselements.
Die Anschlusselemente weisen jeweils mindestens eine Kontaktfläche auf, über die das Anschlusselement mittels der Lotmasse vollflächig mit einem Teilbereich der elektrisch leitfähigen Struktur verbunden ist. Die Anschlusselemente können in den verschiedensten Geometrien ausgeführt sein. Dabei sind auch einfache Formgebungen mit nur einer Kontaktfläche, wie beispielsweise Crimps, als Anschlusselemente verwendbar. Ferner können die Anschlusselemente auch brückenförmig oder in Form eines Druckknopfes ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Anschlusselement brückenförmig ausgeprägt, wobei das Anschlusselement über zwei Füße zur Kontaktierung der elektrisch leitfähigen Struktur verfügt, zwischen denen ein erhöhter Abschnitt liegt, der die elektrisch leitfähige Struktur nicht direkt flächig kontaktiert. Das Anschlusselement kann sowohl eine einfache Brückenform aufweisen als auch komplexere Brückenformen umfassen. Dabei ist beispielsweise eine Hantelform mit abgerundeten Füßen denkbar, die sowohl eine gleichmäßige Zugspannungsverteilung bewirken als auch eine gleichmäßige Lotverteilung ermöglichen. Die Verwendung brückenförmiger Anschlusselemente ist besonders vorteilhaft, da der angelegte Strom sich in zwei Teilströme aufteilt, die über jeweils einen Lötfuß des Anschlusselements in die elektrisch leitfähige Struktur eintreten und somit eine gleichmäßige Stromverteilung ermöglichen.
Die elektrische Kontaktierung des Verbindungsleiters mit den Anschlusselementen kann über eine Lötverbindung, eine Schweißverbindung, eine Crimpverbindung oder eine Steckverbindung erfolgen. Der Verbindungsleiter kann in einem Winkel von 45° bis 180°, relativ zur Längsrichtung des betreffenden Anschlusselements an dieses angesetzt sein. Bei einem Winkel von 180° verläuft der Verbindungsleiter über die Kontaktfläche hinweg in Richtung des nächstliegenden Anschlusselements. Somit wird ein beim Widerstandslöten für die Elektrode benötigter Ansatzpunkt vom Verbindungsleiter verdeckt. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung von Steckverbindungen und die nachträgliche Anbringung des Verbindungsleiters vermieden werden. Sollte die Kontaktierung zwischen Verbindungsleiter und Anschlusselement nicht von reversibler Natur sein, so ist alternativ auch die Aufbringung mittels Induktionslöten möglich. Sofern ein Verdecken der Kontaktfläche unerwünscht ist, kann dies durch Modifikation des Winkels zwischen Verbindungsleiter und Anschlusselement umgangen werden. In einer möglichen Ausführungsform ist der Verbindungsleiter in einem Winkel von 90° relativ zur Längsrichtung des Anschlusselements an dieses angesetzt. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass bereits ein Winkel von 45° genügt um eine ausreichende Zugänglichkeit der Elektrodenansatzpunkte zu gewährleisten.
Mindestens ein Anschlusselement ist über Anschlusskabel mit der Bordelektronik des Kraftfahrzeugs verbunden. Die elektrische Kontaktierung der Anschlusselemente mit den Anschlusskabeln kann ebenfalls über eine Lötverbindung, eine Schweißverbindung, eine Crimpverbindung oder eine Steckverbindung erfolgen.
In der einfachsten denkbaren Ausführungsform sind der Verbindungsleiter und das Anschlusskabel unmittelbar am Anschlusselement angebracht, beispielsweise über eine Lötverbindung.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind der Verbindungsleiter und/oder das Anschlusskabel über Kontaktelemente am Anschlusselement kontaktiert. Dabei können der Verbindungsleiter und das Anschlusskabel sowohl gemeinsam über ein Kontaktelement als auch über verschiedene Kontaktelemente angebracht werden. In einer möglichen Ausführungsform sind der Verbindungsleiter und das Anschlusskabel dabei als einstückiges Kabel ausgeführt, wobei im Bereich eines Anschlusselements die nicht leitfähige Ummantelung des Kabels entfernt und der leitfähige Kern, beispielsweise über einen Crimp, mit dem Anschlusselement elektrisch leitfähig kontaktiert ist.
Die Kontaktelemente sind elektrisch leitfähig mit den Anschlusselementen verbunden, wobei die Elemente mittels verschiedener Löt- oder Schweißtechniken verbunden werden können. Bevorzugt werden die Kontaktelemente und die Anschlusselemente mittels Elektrodenwiderstandsschweißen, Induktionslöten, Ultraschallschweißen oder Reibschweißen verbunden. Des Weiteren ist auch eine einteilige Ausführung von Anschlusselement und Kontaktelement denkbar.
Als Kontaktelemente können beispielsweise Crimps oder Steckzungen verwendet werden, die sowohl einteilig mit dem Anschlusselement als auch in einer mehrteiligen Ausführungsform realisierbar sind. Auch der obere weibliche Teil eines Druckknopfes dient in diesem Zusammenhang als Kontaktelement, an dem der Verbindungsleiter und/oder das Anschlusskabel fixiert werden.
Die Verwendung von Kontaktelementen ist im Sinne einer dadurch ermöglichten Standardisierung vorteilhaft. Dabei werden die Anschlusselemente und der Verbindungsleiter getrennt bevorratet und erst bei Bedarf erfolgt eine Montage der Einzelmodule. Somit sind Verbindungsleiter verschiedener Längen über Kontaktelemente mit beliebigen Anschlusselementen in einfacher Weise kombinierbar. Ein solcher modularer Aufbau ermöglicht eine hohe Flexibilität und Variantenvielfalt bei gleichzeitig niedrigen Produktionskosten.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kontaktelement so bemessen, dass normierte Kraftfahrzeugflachstecker mit einer Höhe von 0,8 mm und einer Breite von entweder 4,8 mm, 6,3 mm oder 9,5 mm auf mindestens ein freies Ende des Kontaktelements aufgesteckt werden können. Die Ausführungsform des Kontaktelements mit einer Breite von 6,3 mm wird besonders bevorzugt eingesetzt, da dies den in diesem Bereich üblicherweise verwendeten Kraftfahrzeugflachsteckern nach DIN 46244 entspricht. Durch eine Normierung des Kontaktelements passend zur Größe der gängigen Kraftfahrzeugflachstecker ergibt sich eine einfache und auch reversible Möglichkeit die leitfähige Struktur des Substrats mit der Bordspannung zu verbinden. Bei einem Kabelbruch des Anschlusskabels oder Verbindungsleiters muss somit zum Austausch des defekten Teils keine Lötverbindung erneuert werden, sondern das Ersatzkabel wird nur auf das Kontaktelement aufgesteckt. Des Weiteren ist der Einsatz von Steckverbindungen besonders vorteilhaft im Hinblick auf einen modularen Aufbau des Systems und eine Standardisierung.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Kontaktelement symmetrisch aufgebaut und verfügt über zwei Steckzungen. Eine symmetrische Formgebung dient der homogenen Leistungsaufnahme des Kontaktelements während der Verarbeitung, beispielsweise einer homogenen Wärmeverteilung bei Löt- und Schweißprozessen. An einem derartigen Kontaktelement werden der Verbindungsleiter an einer ersten Steckzunge und ein Anschlusskabel an einer zweiten Steckzunge kontaktiert. Ein solcher Aufbau ist im Sinne einer Standardisierung und eines modularen Aufbaus auch sinnvoll sofern nur ein einzelner Steckplatz für einen Verbindungsleiter benötigt wird.
In einer möglichen Ausführungsform sind das Anschlusselement und das Kontaktelement einstückig ausgeformt.
Alternativ kann die elektrische Kontaktierung des Kontaktelements auch über eine Lötverbindung oder eine Crimpverbindung erfolgen.
Verwendbare Anschlusskabel sind prinzipiell alle Kabel, die dem Fachmann zur elektrischen Kontaktierung einer elektrisch leitfähigen Struktur bekannt sind. Das Anschlusskabel kann neben einem elektrisch leitfähigen Kern (Innenleiter) eine isolierende, bevorzugt polymere Ummantelung umfassen, wobei die isolierende Ummantelung bevorzugt im Endbereich des Anschlusskabels entfernt ist, um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Anschlusselement und Innenleiter zu ermöglichen.
Der elektrisch leitfähige Kern des Anschlusskabels kann beispielsweise Kupfer, Aluminium und/oder Silber oder Legierungen oder Gemische davon enthalten. Der elektrisch leitfähige Kern kann beispielsweise als Drahtlitzenleiter oder als Volldrahtleiter ausgeführt sein. Der Querschnitt des elektrisch leitfähigen Kerns des Anschlusskabels richtet sich nach der für die Verwendung der erfindungsgemäßen Scheibe erforderlichen Stromtragfähigkeit und kann vom Fachmann geeignet gewählt werden. Der Querschnitt beträgt beispielsweise von 0,3 mm2 bis 6 mm2.
Das Anschlusskabel verfügt an seinem freien Ende, das nicht mit dem Kontaktelement oder Anschlusselement verbunden ist, über eine Steckverbindung, über die der Anschluss an die Bordelektronik des Fahrzeugs erfolgt.
Das Anschlusskabel ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform biegesteif. Dadurch kann die endseitige Steckverbindung des Anschlusskabels auf einfache Weise mit der Bordspannung verbunden werden, ohne dass die beim Aufstecken aufgewandte Kraft zu einer unerwünschten Verformung des Anschlusskabels führt. Die Steckverbindung ist somit auch einhändig anzubringen und bedeutet demnach eine Vereinfachung des Produktionsprozesses. Die Versteifung des Kabels erfolgt bevorzugt über eine biegesteife Ummantelung. Die elektrisch leitfähige Struktur enthält zumindest Silber, bevorzugt Silberpartikel und Glasfritten.
Die elektrisch leitfähige Struktur ist mit den Anschlusselementen elektrisch leitend über die Lotmasse verbunden. Die Lotmasse ist dabei an den an den Kontaktflächen angeordnet, die sich an der Unterseite der Anschlusselemente befinden. Dabei sind alle dem Fachmann bekannten Lotmassen, die zur Verarbeitung auf Glas geeignet sind, verwendbar. Bevorzugt umfasst die Lotmasse Zinn, Bismut, Indium, Zink, Kupfer, Silber, Blei und/oder Gemische und/oder Legierungen davon.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Lotmasse bleifrei. Dies ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Umweltverträglichkeit der erfindungsgemäßen Scheibe mit elektrischem Anschlusselement. Als bleifreie Lotmasse ist im Sinne der Erfindung eine Lotmasse zu verstehen, welche entsprechend der EG-Richtlinie„2002/95/EG zur Beschränkung der Verwendung bestimmter gefährlicher Stoffe in Elektro- und Elektronikgeräten" einen Anteil von kleiner oder gleich 0,1 Gew.-% Blei, bevorzugt kein Blei enthält.
Bleifreie Lotmassen weisen typischerweise eine geringere Duktilität auf als bleihaltige Lotmassen, so dass mechanische Spannungen zwischen Anschlusselement und Scheibe weniger gut kompensiert werden können. Es hat sich aber gezeigt, dass kritische mechanische Spannungen durch eine geeignete Wahl des Materials des Anschlusselements vermieden werden können. Die Materialzusammensetzung des Anschlusselements wird dabei so ausgewählt, dass die Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des transparenten Substrats und des Anschlusselements kleiner 5 x 10"6/°C ist. Dadurch werden die thermischen Spannungen der Scheibe reduziert und eine bessere Haftung erreicht. Als besonders geeignete Materialien sind hier Titan und chromhaltiger Stahl zu nennen.
Vorteilhafte Materialien der Anschlusselemente, die in Verbindung mit bleifreien Lotmassen Anwendung finden, sind nachfolgend dargestellt.
Das Anschlusselement enthält in einer vorteilhaften Ausgestaltung einen chromhaltigen Stahl mit einem Anteil an Chrom von größer oder gleich 5 Gew.-%, bevorzugt 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. Das Anschlusselement enthält bevorzugt zumindest 49 Gew.-% bis 95 Gew.-% Eisen, 5 Gew.-% bis 30 Gew.-% Chrom, 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Kohlenstoff, 0 Gew.-% bis 10 Gew.- % Nickel, 0 Gew.-% bis 2 Gew.-% Mangan, 0 Gew.-% bis 5 Gew.-% Molybdän, 0 Gew.-% bis 2 Gew.-% Niob und 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Titan enthält. Das Anschlusselement kann zusätzlich Beimengungen weiterer Elemente enthalten, darunter Vanadium, Aluminium und Stickstoff.
Das Anschlusselement enthält weiter bevorzugt zumindest 57 Gew.-% bis 93 Gew.-% Eisen, 7 Gew.-% bis 25 Gew.-% Chrom, 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Kohlenstoff, 0 Gew.-% bis 8 Gew.- % Nickel, 0 Gew.-% bis 2 Gew.-% Mangan, 0 Gew.-% bis 4 Gew.-% Molybdän, 0 Gew.-% bis 2 Gew.-% Niob und 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Titan enthält. Das Anschlusselement kann zusätzlich Beimengungen weiterer Elemente enthalten, darunter Vanadium, Aluminium und Stickstoff.
Das Anschlusselement enthält besonders bevorzugt 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 enthält. Das Anschlusselement kann zusätzlich Beimengungen weiterer Elemente enthalten, darunter Vanadium, Aluminium und Stickstoff.
Das Anschlusselement enthält ganz besonders bevorzugt zumindest 73 Gew.-% bis 89,5 Gew.-% Eisen, 10,5 Gew.-% bis 20 Gew.-% Chrom, 0 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% Kohlenstoff, 0 Gew.-% bis 2,5 Gew.-% Nickel, 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Mangan,
0 Gew.-% bis 1 ,5 Gew.-% Molybdän, 0 Gew.-% bis 1 Gew.-% Niob und 0 Gew.-% bis
1 Gew.-% Titan. Das Anschlusselement kann zusätzlich Beimengungen weiterer Elemente enthalten, darunter Vanadium, Aluminium und Stickstoff.
Das Anschlusselement enthält 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. Das Anschlusselement kann zusätzlich Beimengungen weiterer Elemente enthalten, darunter Vanadium, Aluminium und Stickstoff.
Chromhaltiger, insbesondere sogenannter rostfreier oder nichtrostender Stahl ist kostengünstig verfügbar. Anschlusselemente aus chromhaltigem Stahl weisen zudem im Vergleich zu vielen herkömmlichen Anschlusselementen, beispielsweise aus Kupfer, eine hohe Steifigkeit auf, was zu einer vorteilhaften Stabilität der Anschlusselemente führt. Zudem weist chromhaltiger Stahl im Vergleich zu vielen herkömmlichen Anschlusselementen, beispielsweise solchen aus Titan, eine verbesserte Lötbarkeit auf, die sich aus einer höheren Wärmeleitfähigkeit ergibt.
Besonders geeignete chromhaltige Stähle sind Stähle der Werkstoffnummern 1.4016, 1 .41 13, 1.4509 und 1.4510 nach EN 10 088-2.
Die Lotmasse enthält bevorzugt Zinn und Bismut, Indium, Zink, Kupfer, Silber oder Zusammensetzungen davon. Der Anteil an Zinn in der Lotzusammensetzung beträgt 3 Gew.- % bis 99,5 Gew.-%, bevorzugt 10 Gew.-% bis 95,5 Gew.-%, besonders bevorzugt 15 Gew.- % bis 60 Gew.-%. Der Anteil an Bismut, Indium, Zink, Kupfer, Silber oder Zusammensetzungen davon beträgt in der erfindungsgemäßen Lotzusammensetzung 0,5 Gew.-% bis 97 Gew.-%, bevorzugt 10 Gew.-% bis 67 Gew.-%, wobei der Anteil an Bismut, 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 ganz besonders bevorzugt Bi40Sn57Ag3, Sn40Bi57Ag3, Bi59Sn40Ag1 , Bi57Sn42Ag1 , ln97Ag3, ln60Sn36,5Ag2Cu1 ,5, Sn95,5Ag3,8Cu0,7, Bi67ln33, Bi33ln50Sn17, Sn77,2ln20Ag2,8, Sn95Ag4Cu1 , Sn99Cu1 , Sn96,5Ag3,5, Sn96,5Ag3CuO,5, Sn97Ag3 oder Gemische davon.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung enthält die Lotmasse Bismut. Es hat sich gezeigt, dass eine Bismut-haltige Lotmasse zu einer besonders guten Haftung des erfindungsgemäßen Anschlusselements an der Scheibe führt, wobei Beschädigungen der Scheibe vermieden werden können. Der Anteil des Bismuts an der Lotmassenzusammensetzung beträgt bevorzugt von 0,5 Gew.-% bis 97 Gew.-%, besonders bevorzugt von 10 Gew.-% bis 67 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt von 33 Gew.-% bis 67 Gew.-%, insbesondere von 50 Gew.-% bis 60 Gew.-%. Die Lotmasse enthält neben Bismut bevorzugt Zinn und Silber oder Zinn, Silber und Kupfer. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung enthält die Lotmasse zumindest 35 Gew.-% bis 69 Gew.-% Bismut, 30 Gew.-% bis 50 Gew.-% Zinn, 1 Gew.-% bis 10 Gew.-% Silber und 0 Gew.-% bis 5 Gew.-% Kupfer. In einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltung enthält die Lotmasse zumindest 49 Gew.-% bis 60 Gew.-% Bismut, 39 Gew.-% bis 42 Gew.-% Zinn, 1 Gew.-% bis 4 Gew.-% Silber und 0 Gew.-% bis 3 Gew.-% Kupfer.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung enthält die Lotmasse von 90 Gew.-% bis 99,5 Gew.-% Zinn, bevorzugt von 95 Gew.-% bis 99 Gew.-%, besonders bevorzugt von 93 Gew.- % bis 98 Gew.-%. Die Lotmasse enthält neben Zinn bevorzugt von 0,5 Gew.-% bis 5 Gew.-% Silber und von 0 Gew.-% bis 5 Gew.-% Kupfer.
Die Schichtdicke der Lotmasse beträgt bevorzugt kleiner oder gleich 600 μηη, besonders bevorzugt zwischen 150 μηη und 600 μηη, insbesondere kleiner 300 μηη.
Die Lotmasse tritt mit einer Austrittsbreite von bevorzugt kleiner 1 mm aus dem Zwischenraum zwischen dem Lötbereich des Anschlusselements und der elektrisch leitfähigen Struktur aus. In einer bevorzugten Ausgestaltung 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, die Haftung des Anschlusselements und die Einsparung des Lots. Die maximale Austrittsbreite ist definiert als der Abstand zwischen den Außenkanten des Lötbereichs und der Stelle des Lotmasseübertritts, an dem die Lotmasse eine Schichtdicke von 50 μηη 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 Struktur erreicht, was durch einfache Versuche ermittelt werden kann. Der lotrechte Abstand zwischen Anschlusselement und elektrisch leitfähiger Struktur kann durch ein entsprechendes Prozesswerkzeug, beispielsweise ein Werkzeug mit einem integrierten Abstandshalter, vorgegeben werden. Die maximale Austrittsbreite kann auch negativ sein, also in den vom Lötbereich des elektrischen Anschlusselements und elektrisch leitfähiger Struktur gebildeten Zwischenraum zurückgezogen sein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibe ist die maximale Austrittsbreite in dem vom Lötbereich des elektrischen Anschlusselements und der elektrisch leitfähigen Struktur 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 vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Kontaktflächen der Anschlusselemente Abstandshalter auf, bevorzugt mindestens zwei Abstandshalter, besonders bevorzugt mindestens drei Abstandshalter. Die Abstandshalter sind bevorzugt einstückig mit dem Anschlusselement ausgebildet, beispielsweise durch Prägen oder Tiefziehen. Die Abstandshalter haben bevorzugt eine Breite von 0,5 x 10"4 m bis 10 x 10"4 m und eine Höhe von 0,5 x 10"4 m bis 5 x 10"4 m, besonders bevorzugt von 1 x 10"4 m bis 3 x 10"4 m. Durch die Abstandshalter wird eine homogene, gleichmäßig dicke und gleichmäßig aufgeschmolzene Schicht der Lotmasse erreicht. Dadurch können mechanische Spannungen zwischen Anschlusselement und Scheibe verringert werden und die Haftung des Anschlusselements verbessert werden. Das ist insbesondere bei der Verwendung bleifreier Lotmassen besonders vorteilhaft, die aufgrund ihrer geringeren Duktilität im Vergleich zu bleihaltigen Lotmassen mechanische Spannungen weniger gut kompensieren können.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist auf der vom Substrat abgewandten Oberfläche der Anschlusselemente gegenüberliegend zu den Kontaktflächen zumindest eine Kontakterhebung angeordnet, welche der Kontaktierung der Anschlusselemente mit dem Lötwerkzeug während des Lötvorgangs dient. Die Kontakterhebung ist bevorzugt zumindest im Bereich der Kontaktierung mit dem Lötwerkzeug konvex gekrümmt ausgeformt. Die Kontakterhebung hat bevorzugt eine Höhe von 0,1 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0,2 mm bis 1 mm. Die Länge und Breite der Kontakterhebung beträgt bevorzugt zwischen 0,1 und 5 mm, ganz besonders bevorzugt zwischen 0,4 mm und 3 mm. Die Kontakterhebungen sind bevorzugt einstückig mit dem Anschlusselement ausgebildet, beispielsweise durch Prägen oder Tiefziehen. Zum Löten können Elektroden verwendet werden, deren Kontaktseite flach ausgeformt ist. Die Elektrodenfläche wird mit der Kontakterhebung in Kontakt gebracht. Die Elektrodenfläche ist dabei parallel zur Oberfläche des Substrats angeordnet. Der Kontaktbereich zwischen Elektrodenfläche und Kontakterhebung bildet die Lötstelle. Die Position der Lötstelle wird dabei durch den Punkt auf der konvexen Oberfläche der Kontakterhebung bestimmt, der den größten lotrechten Abstand zur Oberfläche des Substrats aufweist. Die Position der Lötstelle ist unabhängig von der Position der Lötelektrode auf dem Anschlusselement. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine reproduzierbare, gleichmäßige Wärmeverteilung während des Lötvorgangs. Die Wärmeverteilung während des Lötvorgangs wird durch die Position, die Größe, die Anordnung und die Geometrie der Kontakterhebung bestimmt.
Die elektrischen Anschlusselemente weisen bevorzugt zumindest auf der zur Lotmasse ausgerichteten Kontaktfläche eine Beschichtung (Benetzungsschicht) auf, die Nickel, Kupfer, Zink, Zinn, Silber, Gold oder Legierungen oder Schichten davon, bevorzugt Silber enthält. Dadurch wird eine verbesserte Benetzung der Anschlusselemente mit der Lotmasse und eine verbesserte Haftung der Anschlusselemente erreicht.
Die erfindungsgemäßen Anschlusselemente sind bevorzugt mit Nickel, Zinn, Kupfer und/oder Silber beschichtet. Die erfindungsgemäßen Anschlusselemente sind besonders bevorzugt mit einer haftvermittelnden Schicht, bevorzugt aus Nickel und/oder Kupfer, und zusätzlich mit einer lötbaren Schicht, bevorzugt aus Silber, versehen. Die erfindungsgemäßen Anschlusselemente sind ganz besonders bevorzugt mit 0,1 μηη bis 0,3 μηη Nickel und/oder 3 μηη bis 20 μηη Silber beschichtet. Die Anschlusselemente können vernickelt, verzinnt, verkupfert und/oder versilbert werden. Nickel und Silber verbessern die Stromtragfähigkeit und Korrosionsstabilität der Anschlusselemente und die Benetzung mit der Lotmasse.
Die Kontaktelemente können optional ebenfalls über eine Beschichtung verfügen. Eine Beschichtung der Kontaktelemente ist jedoch nicht notwendig, da kein direkter Kontakt zwischen Kontaktelementen und Lotmasse besteht. Somit bedarf es keiner Optimierung der Benetzungseigenschaften der Kontaktelemente.
In einer alternativen Ausführungsform weisen die Kontaktelemente eine Beschichtung auf, die Nickel, Kupfer, Zink, Zinn, Silber, Gold oder Legierungen oder Schichten davon, bevorzugt Silber enthält. Bevorzugt sind die Kontaktelemente mit Nickel, Zinn, Kupfer und/oder Silber beschichtet. Ganz besonders bevorzugt sind die Kontaktelemente mit 0,1 μηη bis 0,3 μηη Nickel und/oder 3 μηη bis 20 μηη Silber beschichtet. Die Kontaktelemente können vernickelt, verzinnt, verkupfert und/oder versilbert werden.
Die Form des elektrischen Anschlusselementes kann ein oder mehrere Lotdepots im Zwischenraum von Anschlusselement und elektrisch leitfähiger Struktur ausbilden. Die Lotdepots und Benetzungseigenschaften des Lotes am Anschlusselement verhindern den Austritt der Lotmasse aus dem Zwischenraum. Lotdepots können rechtwinklig, verrundet oder polygonal ausgestaltet sein.
Das Substrat enthält bevorzugt Glas, besonders bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas und/oder Kalk-Natron-Glas. Das Substrat kann aber auch Polymere enthalten, bevorzugt Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polybutadien, Polynitrile, Polyester, Polyurethan, Polyvinylchlorid, Polyacrylat, Polyamid, Polyethylenterephthalat und/oder Copolymere oder Gemische davon. Das Substrat ist bevorzugt transparent. Das Substrat weist bevorzugt eine Dicke von 0,5 mm bis 25 mm, besonders bevorzugt von 1 mm bis 10 mm und ganz besonders bevorzugt von 1 ,5 mm bis 5 mm auf. Optional ist auf dem Substrat ein Siebdruck aufgebracht, der im Einbauzustand der Scheibe die Kontaktierung der Scheibe verdeckt, so dass die Anschlusselemente mit Verbindungsleitern von außen nicht erkennbar sind.
Die Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Scheibe umfassend die Schritte:
a) elektrische Kontaktierung eines Verbindungsleiters mit mindestens zwei Anschlusselementen,
b) Aufbringen einer Lotmasse auf jeweils mindestens einer Kontaktfläche auf der Unterseite der Anschlusselemente,
c) Anordnen der Anschlusselemente mit der Lotmasse auf der elektrisch leitfähigen Struktur auf dem Substrat und
d) Verlöten der Anschlusselemente mit der elektrisch leitfähigen Struktur,
wobei Schritt a) vor, während oder nach den Schritten b), c) und d) erfolgen kann.
Die elektrisch leitfähige Struktur kann durch an sich bekannte Verfahren auf das Substrat aufgebracht werden, beispielsweise durch Siebdruck-Verfahren. Das Aufbringen der elektrisch leitfähigen Struktur kann zeitlich vor, während oder nach dem Verfahrensschritt b) erfolgen.
Die Lotmasse wird bevorzugt als Plättchen oder abgeflachter Tropfen mit festgelegter Schichtdicke, Volumen, Form und Anordnung auf dem Anschlusselement angebracht. Die Schichtdicke des Lotmasseplättchens beträgt bevorzugt kleiner oder gleich 0,6 mm. Die Form des Lotmasseplättchens entspricht bevorzugt der Form der Kontaktfläche. Ist die Kontaktfläche beispielsweise rechteckig ausgebildet, so weist das Lotmasseplättchen bevorzugt eine rechteckige Form auf.
Das Einbringen der Energie beim elektrischen Verbinden von elektrischem Anschlusselement und elektrisch leitfähiger Struktur erfolgt bevorzugt mit Stempel, Thermoden, Kolbenlöten, Microflammlöten, bevorzugt Laserlöten, Heißluftlöten, Induktionslöten, Widerstandslöten und/oder mit Ultraschall.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Anschlusselemente automatisiert aufgelötet. Dies ist möglich, da die erfindungsgemäßen Anschlusselemente mit Verbindungssteg über eine vergleichsweise geringe Anzahl an Lötpunkten verfügen und somit auch automatisiert verarbeitbar sind. Bevorzugt wird der Verbindungsleiter über Kontaktelemente elektrisch leitfähig an den Anschlusselementen kontaktiert. Diese Kontaktelemente werden vor der elektrischen Kontaktierung von Verbindungsleitern und Anschlusselementen an den Anschlusselementen angebracht. Im Sinne eines modularen Aufbaus können die Kontaktelemente bereits vorbereitend vor dem ersten Verfahrensschritt mit den Anschlusselementen verbunden werden, während der Verbindungsleiter erst vor, während oder nach den Schritten b), c) und d) angebracht wird. Bevorzugt wird der Verbindungsleiter erst nach Schritt d) auf die Kontaktelemente aufgesteckt. Dabei werden zuerst die noch nicht miteinander verbundenen Anschlusselemente mit Kontaktelementen aufgelötet, wobei keine räumliche Hinderung durch den Verbindungsleiter besteht, der erst im weiteren Verlauf des Verfahrens angebracht wird.
Bevorzugt werden die Kontaktelemente auf der Oberseite der Anschlusselemente verschweißt oder verlötet. Besonders bevorzugt werden die Kontaktelemente durch Elektrodenwiderstandsschweißen, Induktionslöten, Ultraschallschweißen oder Reibschweißen auf dem Anschlusselement befestigt.
In einer anderen Ausführungsform sind das Kontaktelement und das Anschlusselement einstückig ausgeformt. In diesem Fall entfällt ein Verbinden von Kontaktelement und Anschlusselement.
Ferner umfasst die Erfindung die Verwendung einer Scheibe mit mindestens zwei Anschlusselementen und Verbindungsleiter als Scheibe mit elektrisch leitfähigen Strukturen, bevorzugt mit Heizleitern und/oder Antennenleitern, für Fahrzeuge, Flugzeuge, Schiffe, Architekturverglasung und Gebäudeverglasung. Dabei dienen die Anschlusselemente der Verbindung von elektrisch leitfähigen Strukturen der Scheibe, wie beispielsweise Heizleitern oder Antennenleitern, mit externen elektrischen Systemen, wie beispielsweise Verstärkern, Steuereinheiten oder Spannungsquellen. Die Erfindung umfasst insbesondere die Verwendung der erfindungsgemäßen Scheibe in Schienenfahrzeugen oder Kraftfahrzeugen, bevorzugt als Windschutzscheibe, Heckscheibe, Seitenscheibe und/oder Dachscheibe, insbesondere als beheizbare Scheibe oder als Scheibe mit Antennenfunktion. Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Scheibe mit zwei Anschlusselementen und Verbindungsleiter.
Figur 2 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Scheibe mit zwei Anschlusselementen und Verbindungsleiter.
Figur 3 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Scheibe mit zwei Anschlusselementen und Verbindungsleiter.
Figur 4 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Scheibe mit zwei Anschlusselementen und Verbindungsleiter.
Figur 5 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Scheibe mit zwei Anschlusselementen und Verbindungsleiter.
Figur 6 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Scheibe mit zwei Anschlusselementen und Verbindungsleiter.
Figur 7a ein Fließschema des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Scheibe mit Anschlusselementen und Verbindungsleiter.
Figur 7b ein Fließschema einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Scheibe mit Anschlusselementen und Verbindungsleiter.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Scheibe mit zwei Anschlusselementen (4.1 , 4.2) und Verbindungsleiter (6). Auf einem Substrat (1 ) aus einem 3 mm dicken thermisch vorgespannten Einscheibensicherheitsglas aus Natron-Kalk-Glas ist ein Abdecksiebdruck (2) aufgebracht. Das Substrat (1 ) weist eine Breite von 150 cm und eine Höhe von 80 cm auf, wobei an der kürzeren Seitenkante im Bereich des Abdecksiebdrucks (2) zwei Anschlusselemente (4) mit Verbindungsleiter (6) angebracht sind. Auf der Oberfläche des Substrats (1 ) ist eine elektrisch leitfähige Struktur (2) in Form einer Heizleiterstruktur appliziert. Die elektrisch leitfähige Struktur enthält Silberpartikel und Glasfritten, wobei der Silberanteil größer als 90 % beträgt. Im Randbereich der Scheibe ist die elektrisch leitfähige Struktur (3) auf 6 mm verbreitert und dient als Sammelleiter. Der Sammelleiter besitzt dabei eine Schichtdicke von 10 μηη. In diesem Bereich ist eine Lotmasse (8) aufgebracht, die die elektrisch leitfähige Struktur (3) mit den Kontaktflächen (9) der Anschlusselemente (4) verbindet. Die Kontaktierung wird nach der Montage in der Fahrzeugkarosserie durch den Abdecksiebdruck (2) verdeckt. Die Lotmasse (8) stellt eine dauerhafte elektrische und mechanische Verbindung der elektrisch leitfähigen Struktur (3) mit dem Anschlusselement (4) sicher. Die Lotmasse (8) ist bleifrei und enthält 96,5 Gew.-% Zinn, 3 Gew.-% Silber und 0,5 Gew.-% Kupfer. Die Lotmasse (8) hat eine Schichtdicke von 250 μηη. Die Anschlusselemente (4.1 , 4.2) weisen eine Brückenform auf. Die Anschlusselemente umfassen zwei Füße mit je einer Kontaktfläche (9) an deren Unterseite und einen brückenförmigen Abschnitt, der sich zwischen den Füßen erstreckt. Im brückenförmigen Abschnitt ist jeweils ein Kontaktelement (5.1 , 5.2) auf der Oberfläche der Anschlusselemente (4.1 , 4.2) verschweißt. Die Kontaktelemente (5.1 , 5.2) weisen eine doppelte Brückenform auf und sind parallel zu den Anschlusselementen (4.1 , 4.2) ausgerichtet. Die Kontaktelemente (5.1 , 5.2) weisen jeweils zwei Steckzungen auf, an die über Steckverbindungen der Verbindungsleiter (6) oder ein Anschlusskabel angeschlossen werden kann. An die Steckzunge jeweils eines Kontaktelements (5.1 , 5.2) ist über Steckverbindungen (7.1 , 7.2) der Verbindungsleiter (6) angeschlossen, der somit die beiden Anschlusselemente (4.1 ) und (4.2) elektrisch leitend verbindet. Als Verbindungsleiter (6) wird ein Kupferrundkabel mit polymerer Ummantelung und einem Leitungsquerschnitt von 2,5 mm2 eingesetzt. Über eine noch unbesetzte Steckzunge eines Kontaktelements (5.1 , 5.2) kann ein Anschlusskabel (nicht gezeigt) angesteckt werden, das die Anschlusselemente (4.1 , 4.2) mit der Bordelektronik verbindet. Der über dieses Anschlusskabel fließende Strom teilt sich in zwei Teilströme, die über die Lötfüße des Anschlusselements (4.1 ) in die elektrisch leitfähige Struktur (3) eintreten und einen Teilstrom, der über den Verbindungsleiter (6) zum zweiten Anschlusselement (4.2) geleitet wird, auf. Die hier gezeigte Ausführungsform ist besonders vorteilhaft hinsichtlich eines modularen Aufbaus des Systems. Dabei können die einzelnen standardisierten Elemente nach einem Baukastenprinzip variabel über Steckverbindungen zusammengefügt werden. Der Einsatz von Steckverbindungen ist des Weiteren vorteilhaft im Hinblick auf die Reversibilität der Verbindung, so dass bei einer Beschädigung des Kabels ein einfacher Austausch möglich ist. Die elektrischen Anschlusselemente (4.1 , 4.2) haben eine Breite von 4 mm und eine Länge von 24 mm und bestehen aus Stahl der Werkstoff- Nummer 1 .4509 nach EN 10 088-2 (ThyssenKrupp Nirosta® 4509). Die Materialstärke der Anschlusselemente (4.1 , 4.2) beträgt 1 mm. Die Kontaktelemente (5.1 , 5.2) weisen eine Höhe von 0,8 mm, eine Breite von 6,3 mm und eine Länge von 27 mm auf. Die Kontaktelemente (5.1 , 5.2) bestehen aus Kupfer der Werkstoffnummer CW004A (Cu-ETP). Diese Materialkombination einer bleifreien Lotmasse (8) mit Anschlusselementen (4.1 , 4.2) aus Stahl und kupferhaltigen Kontaktelementen (5.1 , 5.2) ist besonders vorteilhaft, da das Anschlusselement einen zum Substrat (1 ) passenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, während die Kontaktelemente (5.1 , 5.2) eine ausreichend hohe Leitfähigkeit von 1 ,8 μΟΙιη"ΐ·θΓτι besitzen. Der elektrische Widerstand der Kontaktelemente (5.1 , 5.2) wird somit so gewählt, dass ein hoher Spannungsabfall an den Kontaktelementen (5.1 , 5.2) vermieden wird. Das Anschlusselement selbst ist wiederum aus einem Material mit passendem Ausdehnungskoeffizienten (Differenz zum CTE des Substrats kleiner 5 x 10"6/°C) beschaffen. Durch die verschiedenen Materialzusammensetzungen der Anschlusselemente (4.1 , 4.2) und der Kontaktelemente (5.1 , 5.2) werden die vorteilhaften Eigenschaften der an der entsprechenden Stelle verwendeten Materialien optimal ausgenutzt. Die einander nächstliegenden Kontaktflächen (9) des erstem Anschlusselements (4.1 ) und des zweiten Anschlusselements (4.2) weisen einen Abstand x von 190 mm auf. Die erfindungsgemäßen Anschlusselemente (4.1 , 4.2) mit Verbindungsleiter (6) ermöglichen eine wesentliche Verbesserung der Stromtragfähigkeit, auch bei Verwendung von Sammelleitern mit kleinen Leitungsquerschnitten und nur zwei endständigen Anschlusselementen. Weitere Lötpunkte sind dabei nicht erforderlich.
Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Scheibe mit zwei Anschlusselementen (4.1 , 4.2) und Verbindungsleiter (6). Auf einem Substrat (1 ) aus einem 3 mm dicken thermisch vorgespannten Einscheibensicherheitsglas aus Natron-Kalk-Glas ist ein Abdecksiebdruck (2) aufgebracht. Das Substrat (1 ) weist eine Breite von 150 cm und eine Höhe von 80 cm auf, wobei an der kürzeren Seitenkante im Bereich des Abdecksiebdrucks (2) zwei Anschlusselemente (4) mit Verbindungsleiter (6) angebracht sind. Auf der Oberfläche des Substrats (1 ) ist eine elektrisch leitfähige Struktur (2) in Form einer Heizleiterstruktur appliziert. Die elektrisch leitfähige Struktur enthält Silberpartikel und Glasfritten, wobei der Silberanteil größer als 90 % beträgt. Im Randbereich der Scheibe ist die elektrisch leitfähige Struktur (3) auf 6 mm verbreitert und dient als Sammelleiter. Der Sammelleiter besitzt dabei eine Schichtdicke von 10 μηη. In diesem Bereich ist eine Lotmasse (8) aufgebracht, die die elektrisch leitfähige Struktur (3) mit den Kontaktflächen (9) der Anschlusselemente (4) verbindet. Die Kontaktierung wird nach der Montage in der Fahrzeugkarosserie durch den Abdecksiebdruck (2) verdeckt. Die Lotmasse (8) stellt eine dauerhafte elektrische und mechanische Verbindung der elektrisch leitfähigen Struktur (3) mit dem Anschlusselement (4) sicher. Die Lotmasse (8) ist eine bleihaltige Lotmasse mit der Zusammensetzung Pb70Sn27Ag3. Die Lotmasse (8) hat eine Schichtdicke von 250 μηη. Die elektrischen Anschlusselemente (4.1 , 4.2) haben eine Breite von 4 mm und eine Länge von 24 mm und bestehen aus Kupfer der Werkstoffnummer CW004A (Cu-ETP). Die Materialstärke der Anschlusselemente (4.1 , 4.2) beträgt 0,8 mm. Die Kontaktelemente (5.1 , 5.2) weisen eine Höhe von 0,8 mm, eine Breite von 6,3 mm und eine Länge von 8 mm auf. Die Kontaktelemente (5.1 , 5.2) bestehen aus Kupfer der Werkstoffnummer CW004A (Cu- ETP). Die Anschlusselemente (4.1 , 4.2) weisen eine Brückenform auf. Die Anschlusselemente umfassen zwei Füße mit je einer Kontaktfläche (9) an deren Unterseite und einen brückenförmigen Abschnitt, der sich zwischen den Füßen erstreckt. In dieser Ausführungsform sind Anschlusselemente (4.1 , 4.2) und Kontaktelemente (5.1 , 5.2) einteilig ausgeformt, wobei das erste Kontaktelement (5.1 ) in Form von zwei Steckzungen am ersten Anschlusselement (4.1 ) angebracht ist, während das zweite Anschlusselement (4.2) ebenfalls über zwei Steckzungen verfügt, die das zweite Kontaktelement (5.2) bilden. Die Kontaktelemente (5.1 , 5.2) verlängern dabei die Anschlusselemente (4.1 , 4.2) in Längsrichtung und sind nach oben, vom Substrat weg weisend, gebogen. Somit ergeben Anschlusselemente (4.1 , 4.2) und Kontaktelemente (5.1 , 5.2) gemeinsam eine doppelte Brückenform. An die Steckzunge jeweils eines Kontaktelements (5.1 , 5.2) ist über Steckverbindungen (7.1 , 7.2) der Verbindungsleiter (6) angeschlossen, der somit die beiden Anschlusselemente (4.1 ) und (4.2) elektrisch leitend verbindet. Als Verbindungsleiter (6) wird ein Kupferrundkabel mit polymerer Ummantelung und einem Leitungsquerschnitt von 2,5 mm2 eingesetzt. Über eine noch unbesetzte Steckzunge eines Kontaktelements (5.1 , 5.2) kann ein Anschlusskabel (nicht gezeigt) angesteckt werden, das die Anschlusselemente (4.1 , 4.2) mit der Bordelektronik verbindet. Der über dieses Anschlusskabel fließende Strom teilt sich in zwei Teilströme, die über die Lötfüße des Anschlusselements (4.1 ) in die elektrisch leitfähige Struktur (3) eintreten und einen Teilstrom, der über den Verbindungsleiter (6) zum zweiten Anschlusselement (4.2) geleitet wird, auf. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft bei einteilig ausgeformten Anschlusselementen (4.1 , 4.2) mit Kontaktelementen (5.1 , 5.2), da diese in einem Schritt aus einem einzelnen Blech geprägt werden können. Die einander nächstliegenden Kontaktflächen (9) des erstem Anschlusselements (4.1 ) und des zweiten Anschlusselements (4.2) weisen einen Abstand x von 190 mm auf. Die erfindungsgemäßen Anschlusselemente (4.1 , 4.2) mit Verbindungsleiter (6) ermöglichen eine wesentliche Verbesserung der Stromtragfähigkeit, auch bei Verwendung von Sammelleitern mit kleinen Leitungsquerschnitten und nur zwei endständigen Anschlusselementen. Weitere Lötpunkte sind dabei nicht erforderlich.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Scheibe mit zwei Anschlusselementen (4.1 , 4.2) und Verbindungsleiter (6). Auf einem Substrat (1 ) aus einem 3 mm dicken thermisch vorgespannten Einscheibensicherheitsglas aus Natron-Kalk-Glas ist ein Abdecksiebdruck (2) aufgebracht. Das Substrat (1 ) weist eine Breite von 150 cm und eine Höhe von 80 cm auf, wobei an der kürzeren Seitenkante im Bereich des Abdecksiebdrucks (2) zwei Anschlusselemente (4) mit Verbindungsleiter (6) angebracht sind. Auf der Oberfläche des Substrats (1 ) ist eine elektrisch leitfähige Struktur (2) in Form einer Heizleiterstruktur appliziert. Die elektrisch leitfähige Struktur enthält Silberpartikel und Glasfritten, wobei der Silberanteil größer als 90 % beträgt. Im Randbereich der Scheibe ist die elektrisch leitfähige Struktur (3) auf 6 mm verbreitert und dient als Sammelleiter. Der Sammelleiter besitzt dabei eine Schichtdicke von 10 μηη. In diesem Bereich ist eine Lotmasse (8) aufgebracht, die die elektrisch leitfähige Struktur (3) mit den Kontaktflächen (9) der Anschlusselemente (4) verbindet. Die Kontaktierung wird nach der Montage in der Fahrzeugkarosserie durch den Abdecksiebdruck (2) verdeckt. Die Lotmasse (8) stellt eine dauerhafte elektrische und mechanische Verbindung der elektrisch leitfähigen Struktur (3) mit den Anschlusselementen (4) sicher. Die Formgebung und Materialzusammensetzung der Anschlusselemente (4.1 , 4.2) sowie der Lotmasse (8) entspricht dabei Figur 1 . Die Kontaktelemente (5.1 , 5.2) bestehen aus Crimps, die an den Enden des Verbindungsleiters (6) mittels einer Crimpverbindung befestigt und auf dem brückenförmigen Abschnitt der Anschlusselemente (4.1 , 4.2) aufgeschweißt sind. Der Verbindungsleiter (6) stellt somit eine elektrisch leitfähige Verbindung des ersten Anschlusselements (4.1 ) und des zweiten Anschlusselements (4.2) dar. Als Verbindungsleiter (6) wird ein Kupferrundkabel mit polymerer Ummantelung und einem Leitungsquerschnitt von 2,5 mm2 eingesetzt. Die Kontaktelemente (5.1 , 5.2) bestehen aus Kupfer der Werkstoffnummer CW004A (Cu-ETP). Das erste Kontaktelement (5.1 ) umfasst dabei eine Steckzunge, an die mittels einer Steckverbindung ein Anschlusskabel (nicht gezeigt) angesteckt werden kann, das die Anschlusselemente (4.1 , 4.2) mit der Bordelektronik verbindet. Die einander nächstliegenden Kontaktflächen (9) des erstem Anschlusselements (4.1 ) und des zweiten Anschlusselements (4.2) weisen einen Abstand x von 190 mm auf. Die erfindungsgemäßen Anschlusselemente (4.1 , 4.2) mit Verbindungsleiter (6) ermöglichen eine wesentliche Verbesserung der Stromtragfähigkeit, auch bei Verwendung von Sammelleitern mit kleinen Leitungsquerschnitten und nur zwei endständigen Anschlusselementen. Weitere Lötpunkte sind dabei nicht erforderlich. Die Verwendung von Crimpverbindungen ist vor allem hinsichtlich einer kostengünstigen Produktion der erfindungsgemäßen Scheibe vorteilhaft.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Scheibe mit Anschlusselementen und Verbindungsleiter. Auf einem Substrat (1 ) aus einem 3 mm dicken thermisch vorgespannten Einscheibensicherheitsglas aus Natron-Kalk-Glas ist ein Abdecksiebdruck (2) aufgebracht. Das Substrat (1 ) weist eine Breite von 150 cm und eine Höhe von 80 cm auf, wobei an der kürzeren Seitenkante im Bereich des Abdecksiebdrucks (2) zwei Anschlusselemente (4) mit Verbindungsleiter (6) angebracht sind. Auf der Oberfläche des Substrats (1 ) ist eine elektrisch leitfähige Struktur (2) in Form einer Heizleiterstruktur appliziert. Die elektrisch leitfähige Struktur enthält Silberpartikel und Glasfritten, wobei der Silberanteil größer als 90 % beträgt. Im Randbereich der Scheibe ist die elektrisch leitfähige Struktur (3) auf 6 mm verbreitert und dient als Sammelleiter. Der Sammelleiter besitzt dabei eine Schichtdicke von 10 μηη. In diesem Bereich ist eine Lotmasse (8) aufgebracht, die die elektrisch leitfähige Struktur (3) mit den Kontaktflächen (9) der Anschlusselemente (4) verbindet. Die Kontaktierung wird nach der Montage in der Fahrzeugkarosserie durch den Abdecksiebdruck (2) verdeckt. Die Lotmasse (8) stellt eine dauerhafte elektrische und mechanische Verbindung der elektrisch leitfähigen Struktur (3) mit den Anschlusselementen (4) sicher. Die Anschlusselemente (4.1 , 4.2) verfügen über jeweils eine Kontaktfläche (9), über die diese mittels der Lotmasse (8) auf der elektrisch leitfähigen Struktur (3) aufgelötet sind. Die Materialzusammensetzung der Anschlusselemente (4.1 , 4.2) sowie der Lotmasse (8) entspricht dabei Figur 1. Die Kontaktelemente (5.1 , 5.2) bestehen aus Crimps, die an den Enden des Verbindungsleiters (6) mittels einer Crimpverbindung befestigt und auf einem höherliegenden Abschnitt der Anschlusselemente (4.1 , 4.2) aufgeschweißt sind. Der Verbindungsleiter (6) stellt somit eine elektrisch leitfähige Verbindung des ersten Anschlusselements (4.1 ) und des zweiten Anschlusselements (4.2) dar. Als Verbindungsleiter (6) wird ein Kupferrundkabel mit polymerer Ummantelung und einem Leitungsquerschnitt von 2,5 mm2 eingesetzt. Das erste Anschlusselement (4.1 ) verfügt über ein drittes Kontaktelement (5.3), das ebenfalls auf dem höherliegenden Abschnitt des Anschlusselements (4.1 ) angebracht ist und ein Anschlusskabel (10) elektrisch leitfähig mit dem Anschlusselement (4.1 ) verbindet. Das dritte Kontaktelement (5.3) ist ebenfalls ein Crimp, der das Anschlusskabel (10) umschließt und auf dem ersten Anschlusselement verschweißt ist. Die Kontaktelemente (5.1 , 5.2, 5.3) bestehen aus Stahl der Werkstoff-Nummer 1.4016 nach EN 10 088-2 (ThyssenKrupp Nirosta® 4016). Die einander nächstliegenden Kontaktflächen (9) des erstem Anschlusselements (4.1 ) und des zweiten Anschlusselements (4.2) weisen einen Abstand x von 190 mm auf. Die erfindungsgemäßen Anschlusselemente (4.1 , 4.2) mit Verbindungsleiter (6) ermöglichen eine wesentliche Verbesserung der Stromtragfähigkeit, auch bei Verwendung von Sammelleitern mit kleinen Leitungsquerschnitten und nur zwei endständigen Anschlusselementen. Weitere Lötpunkte sind dabei nicht erforderlich. Die Verwendung von Crimpverbindungen ist vor allem hinsichtlich einer kostengünstigen Produktion der erfindungsgemäßen Scheibe vorteilhaft.
Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Scheibe mit Anschlusselementen und Verbindungsleiter. Auf einem Substrat (1 ) aus einem 3 mm dicken thermisch vorgespannten Einscheibensicherheitsglas aus Natron-Kalk-Glas ist ein Abdecksiebdruck (2) aufgebracht. Das Substrat (1 ) weist eine Breite von 150 cm und eine Höhe von 80 cm auf, wobei an der kürzeren Seitenkante im Bereich des Abdecksiebdrucks (2) zwei Anschlusselemente (4) mit Verbindungsleiter (6) angebracht sind. Auf der Oberfläche des Substrats (1 ) ist eine elektrisch leitfähige Struktur (2) in Form einer Heizleiterstruktur appliziert. Die elektrisch leitfähige Struktur enthält Silberpartikel und Glasfritten, wobei der Silberanteil größer als 90 % beträgt. Im Randbereich der Scheibe ist die elektrisch leitfähige Struktur (3) auf 6 mm verbreitert und dient als Sammelleiter. Der Sammelleiter besitzt dabei eine Schichtdicke von 10 μηη. In diesem Bereich ist eine Lotmasse (8) aufgebracht, die die elektrisch leitfähige Struktur (3) mit den Kontaktflächen (9) der Anschlusselemente (4) verbindet. Die Kontaktierung wird nach der Montage in der Fahrzeugkarosserie durch den Abdecksiebdruck (2) verdeckt. Die Lotmasse (8) stellt eine dauerhafte elektrische und mechanische Verbindung der elektrisch leitfähigen Struktur (3) mit den Anschlusselementen (4) sicher. Die Anschlusselemente (4.1 , 4.2) verfügen über jeweils eine Kontaktfläche (9), über die diese mittels der Lotmasse (8) auf der elektrisch leitfähigen Struktur (3) aufgelötet sind. Die Materialzusammensetzung der Anschlusselemente (4.1 , 4.2) sowie der Lotmasse (8) entspricht dabei Figur 4. Die Anschlusselemente (4.1 , 4.2) bestehen aus Crimps, die an den Enden des Verbindungsleiters (6) mittels einer Crimpverbindung befestigt und mittels der Lotmasse (8) unmittelbar auf der elektrisch leitfähigen Struktur (3) aufgelötet sind. Der Verbindungsleiter (6) stellt somit eine elektrisch leitfähige Verbindung des ersten Anschlusselements (4.1 ) und des zweiten Anschlusselements (4.2) dar. Als Verbindungsleiter (6) wird ein Kupferrundkabel mit polymerer Ummantelung und einem Leitungsquerschnitt von 2,5 mm2 eingesetzt. Die Anschlusselemente (4.1 , 4.2) bestehen aus Stahl der Werkstoff-Nummer 1.4016 nach EN 10 088-2 (ThyssenKrupp Nirosta® 4016). Die einander nächstliegenden Kontaktflächen (9) des erstem Anschlusselements (4.1 ) und des zweiten Anschlusselements (4.2) weisen einen Abstand x von 190 mm auf. Das erste Anschlusselement (4.1 ) verfügt über eine Steckzunge, die als Kontaktelement (5.1 ) dient. Über dieses Kontaktelement (5.1 ) wird ein Anschlusskabel (nicht gezeigt) angeschlossen, das das die Anschlusselemente (4.1 , 4.2) mit der Bordelektronik verbindet. Die erfindungsgemäßen Anschlusselemente (4.1 , 4.2) mit Verbindungsleiter (6) ermöglichen eine wesentliche Verbesserung der Stromtragfähigkeit, auch bei Verwendung von Sammelleitern mit kleinen Leitungsquerschnitten und nur zwei endständigen Anschlusselementen. Weitere Lötpunkte sind dabei nicht erforderlich. Die Verwendung von Crimpverbindungen ist vor allem hinsichtlich einer kostengünstigen Produktion der erfindungsgemäßen Scheibe vorteilhaft.
Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Scheibe mit Anschlusselementen und Verbindungsleiter. Auf einem Substrat (1 ) aus einem 3 mm dicken thermisch vorgespannten Einscheibensicherheitsglas aus Natron-Kalk-Glas ist ein Abdecksiebdruck (2) aufgebracht. Das Substrat (1 ) weist eine Breite von 150 cm und eine Höhe von 80 cm auf, wobei an der kürzeren Seitenkante im Bereich des Abdecksiebdrucks (2) zwei Anschlusselemente (4) mit Verbindungsleiter (6) angebracht sind. Auf der Oberfläche des Substrats (1 ) ist eine elektrisch leitfähige Struktur (2) in Form einer Heizleiterstruktur appliziert. Die elektrisch leitfähige Struktur enthält Silberpartikel und Glasfritten, wobei der Silberanteil größer als 90 % beträgt. Im Randbereich der Scheibe ist die elektrisch leitfähige Struktur (3) auf 6 mm verbreitert und dient als Sammelleiter. Der Sammelleiter besitzt dabei eine Schichtdicke von 10 μηη. In diesem Bereich ist eine Lotmasse (8) aufgebracht, die die elektrisch leitfähige Struktur (3) mit den Kontaktflächen (9) der Anschlusselemente (4) verbindet. Die Kontaktierung wird nach der Montage in der Fahrzeugkarosserie durch den Abdecksiebdruck (2) verdeckt. Die Lotmasse (8) stellt eine dauerhafte elektrische und mechanische Verbindung der elektrisch leitfähigen Struktur (3) mit den Anschlusselementen (4) sicher. Die Anschlusselemente (4.1 , 4.2) verfügen über jeweils eine Kontaktfläche (9), über die diese mittels der Lotmasse (8) auf der elektrisch leitfähigen Struktur (3) aufgelötet sind. Die Anschlusselemente (4.1 , 4.2) sind in der Form vom Druckknöpfen ausgeführt, wobei der untere männliche Teil des Druckknopfes als Anschlusselement (4.1 , 4.2) dient und der obere weibliche Teil des Druckknopfes als Kontaktelement (5.1 , 5.2) fungiert. Die Materialzusammensetzung der Anschlusselemente (4.1 , 4.2) sowie der Lotmasse (8) entspricht dabei Figur 1 . Die Kontaktelemente (5.1 , 5.2) bestehen aus dem gleichen Material wie die Anschlusselemente (4.1 , 4.2). An den Kontaktelementen (5.1 , 5.2) ist jeweils ein Ende des Verbindungsleiters (6) elektrisch leitfähig kontaktiert, so dass dieser eine elektrisch leitende Verbindung der beiden Anschlusselemente (4.1 , 4.2) darstellt. Die einander nächstliegenden Kontaktflächen (9) des ersten Anschlusselements (4.1 ) und des zweiten Anschlusselements (4.2) weisen einen Abstand x von 190 mm auf. An dem ersten Kontaktelement (5.1 ) ist ein Anschlusskabel (10) aufgebracht, das das die Anschlusselemente (4.1 , 4.2) mit der Bordelektronik verbindet. Die erfindungsgemäßen Anschlusselemente (4.1 , 4.2) mit Verbindungsleiter (6) ermöglichen eine wesentliche Verbesserung der Stromtragfähigkeit, auch bei Verwendung von Sammelleitern mit kleinen Leitungsquerschnitten und nur zwei endständigen Anschlusselementen. Weitere Lötpunkte sind dabei nicht erforderlich. Die Verwendung von Anschlusselementen in Form von Druckknöpfen ist vor allem hinsichtlich einer reversiblen Befestigung des Verbindungsleiters und des Anschlusskabels vorteilhaft. Bei einem Kabelbruch muss somit nicht die Lötverbindung gelöst werden und die betroffenen Kabel können einfach ausgetauscht werden.
Figur 7a zeigt ein Fließschema des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Scheibe mit Anschlusselementen und Verbindungsleiter. In einem ersten Schritt werden Kontaktelemente (5) elektrisch leitfähig an den Anschlusselementen (4) befestigt. Erst danach werden die Anschlusselemente in den darauffolgenden Schritten mittels einer Lotmasse (8) auf der elektrisch leitfähigen Struktur (3) aufgelötet. In einem letzten Schritt werden die Anschlusselemente (4) durch Anbringen eines Verbindungsleiters (6) an den Kontaktelementen (5) elektrisch leitfähig miteinander kontaktiert. Die hier gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich besonders bei reversibel anzubringenden Verbindungsleitern, wie beispielsweise über Steckverbindungen kontaktierten Verbindungsleitern. Diese sind auch nachträglich in einfacher Art und Weise anzubringen und stellen keine räumliche Hinderung beim Lötprozess dar sofern sie erst nachträglich angesteckt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren nach Figur 7a erleichtert des Weiteren den Lötprozess. Beim Verlöten des ersten Anschlusselements bilden der Verbindungsleiter und die weiteren Anschlusselemente eine störende Masse, wobei die dadurch auf das erste Anschlusselement wirkenden Kräfte zu einem Verrutschen des ersten Anschlusselements während des Lötvorgangs führen. Durch ein nachträgliches Verbinden der Anschlusselemente über Steckverbindungen kann dies verhindert werden.
Figur 7b zeigt ein Fließschema einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Scheibe mit Anschlusselementen und Verbindungsleiter. Ein Verbindungsleiter (6) wird zunächst elektrisch leitfähig an den Anschlusselementen (4.1 , 4.2) kontaktiert. Dies kann entweder unmittelbar, beispielsweise durch Anlöten des Leiters direkt an das Anschlusselement, oder mittelbar, zum Beispiel über Kontaktelemente, erfolgen. In den nachfolgenden Schritten wird diese Anordnung über die Kontaktflächen (9) der Anschlusselemente (4) mittels einer Lotmasse (8) auf einer elektrisch leitfähigen Struktur (3) verlötet. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bevorzugt angewandt sofern die Verbindung zwischen Verbindungsleiter und Anschlusselement, bzw. zwischen Anschlusselement und Kontaktelement nicht reversibel lösbar ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Testreihe von Scheiben mit Anschlusselementen und Verbindungsleitern nach dem Stand der Technik und der erfindungsgemäßen Scheibe mit Anschlusselementen und Verbindungsleitern verglichen.
Beispiel 1
Der Aufbau der erfindungsgemäßen Scheibe mit zwei Anschlusselementen (4) und einem Verbindungsleiter (6) entspricht dem in Figur 3 gezeigten, wobei der Abstand x der einander nächstliegenden Kontaktflächen (9) der Anschlusselemente (4.1 , 4.2) 285 mm betrug. Vergleichsbeispiel 2
Ein Verbindungsleiter mit 6 Anschlusselementen im Abstand von jeweils 57 mm und einer Gesamtlänge von 285 mm wurde analog Beispiel 1 auf die in Figur 1 beschriebene Anordnung aus Substrat und elektrisch leitfähiger Struktur aufgelötet. Der Verbindungsleiter besteht aus einem unisolierten geflochtenen und vernickelten Kupferleiter mit einem Leitungsquerschnitt von 3 mm2, wobei die Anschlusselemente von Crimps gebildet werden. Jedes der Anschlusselemente wurde mittels einer bleifreien Lotmasse enthaltend 65 Gew.-% Indium, 30 Gew.-% Zinn, 4,5 Gew.-% Silber sowie 0,5 Gew.-% Kupfer auf die elektrisch leitfähige Struktur aufgelötet. Ein derartiger Verbindungsleiter ist kommerziell von der Firma Antaya zu beziehen.
Tabelle 1 zeigt das Ergebnis einer Versuchsreihe des erfindungsgemäßen Verbindungsleiters (Beispiel 1 ) und des Verbindungsleiters nach dem Stand der Technik (Vergleichsbeispiel 2). Neben einer ausreichenden Stromtragfähigkeit ist auch die maximale Temperaturerhöhung des Sammelleiters von entscheidender Bedeutung. Diese wird seitens vieler Automobilhersteller auf einen maximalen Grenzwert von 60°C festgelegt. Ferner werden die Kosten der verschiedenen Verbindungsleiter verglichen.
Tabelle 1
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Sowohl der erfindungsgemäße Verbindungsleiter als auch der Verbindungsleiter nach dem Stand der Technik halten den Grenzwert für die maximale Temperaturerhöhung des Sammelleiters ein. Der erfindungsgemäße Verbindungsleiter ist jedoch wesentlich kostengünstiger. Dies ist vor allem durch die materialintensive Ausgestaltung des Verbindungsleiters nach dem Stand der Technik bedingt. Nach dem Stand der Technik wird zur Einhaltung des Temperaturgrenzwertes und zum Erreichen einer ausreichenden Stromtragfähigkeit ein wesentlich massiverer Leiter mit einem geringfügig höheren Leitungsquerschnitt benötigt. Die hohe Anzahl an Anschlusselementen dient ebenfalls dem Erreichen einer genügend hohen Stromtragfähigkeit sowie der Vermeidung einer Geräuschentwicklung im fahrenden Automobil. Eine entsprechend hohe Stromtragfähigkeit kann jedoch, wie gezeigt werden konnte, auch mittels des erfindungsgemäßen Verbindungsleiters mit nur zwei Anschlusselementen erreicht werden. Eine Fixierung des erfindungsgemäßen Verbindungsleiters über weitere Anschlusselemente ist überflüssig. Eine mögliche Geräuschentwicklung wird durch eine polymerhaltige Ummantelung des Verbindungsleiters vermieden. Durch die wesentliche Reduzierung der Lötpunkte ist der erfindungsgemäße Verbindungsleiter mit Anschlusselementen innerhalb einer kürzeren Zeitspanne verlötbar. Diese Zeitersparnis geht mit einer weiteren Senkung der Produktionskosten einher. Ferner wird eine Automatisierung des Lötprozesses durch eine geringere Anzahl von Lötpunkten enorm vereinfacht. Die erfindungsgemäße Lösung führt des Weiteren zu einer wesentlichen Senkung der Material kosten, da der erfindungsgemäße Verbindungsleiter mit Anschlusselementen weniger massiv gearbeitet ist. Der Verbindungsleiter nach dem Stand der Technik (Vergleichsbeispiel 2) weist aufgrund der Vielzahl von Anschlusselementen (6 Crimps) und Lotdepots einen wesentlich höheren Gesamtmaterialverbrauch auf. Insgesamt ist der erfindungsgemäße Verbindungsleiter (Beispiel 1 ) im Vergleich zum Stand der Technik (Vergleichsbeispiel 2) sowohl bezüglich der Herstellung, als auch bezüglich der Weiterverarbeitung, weit kostengünstiger und wirtschaftlicher.
Bezugszeichenliste
1 transparentes Substrat
2 Abdecksiebdruck
3 leitfähige Struktur
4 Anschlusselemente
4.1 erstes Anschlusselement
4.2 zweites Anschlusselement
5 Kontaktelemente
5.1 erstes Kontaktelement
5.2 zweites Kontaktelement
5.3 drittes Kontaktelement
6 Verbindungsleiter
7 Steckverbindungen
8 Lotmasse
9 Kontaktflächen
10 Anschlusskabel
x Abstand der einander nächstliegenden Kontaktflächen benachbarter Anschlusselemente

Claims

Patentansprüche
Eine Scheibe mit mindestens zwei Anschlusselementen (4) und einem Verbindungsleiter (6) mindestens umfassend
ein Substrat (1 ) mit elektrisch leitfähiger Struktur (3) auf mindestens einem
Teilbereich des Substrats (1 ),
mindestens zwei elektrische Anschlusselemente (4) auf mindestens einem Teilbereich der elektrisch leitfähigen Struktur (3),
mindestens eine Kontaktfläche (9) an der Unterseite jedes Anschlusselements (4),
eine Lotmasse (8), die die Kontaktflächen (9) der elektrischen Anschlusselemente (4) in mindestens einem Teilbereich mit der elektrisch leitfähigen Struktur
(3) verbindet und
einen Verbindungsleiter (6), der die Anschlusselemente (4) elektrisch leitfähig miteinander verbindet,
wobei der Verbindungsleiter (6) einen leitfähigen Kern und eine nicht leitfähige Ummantelung umfasst und wobei die einander nächstliegenden Kontaktflächen (9) benachbarter Anschlusselemente (4) einen Abstand x von mindestens 70 mm aufweisen.
Scheibe nach Anspruch 1 , wobei die einander nächstliegenden Kontaktflächen (9) benachbarter Anschlusselemente (4) einen Abstand von mindestens 100 mm, bevorzugt mindestens 150 mm, besonders bevorzugt mindestens 200 mm, aufweisen.
Scheibe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anschlusselemente
(4) über ihre Oberseite mit dem Verbindungsleiter (6) verbunden sind.
Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Verbindungsleiter (6) einen Leitungsquerschnitt von kleiner gleich 6 mm2, bevorzugt kleiner gleich 4 mm2, besonders bevorzugt kleiner gleich 2,
5 mm2 besitzt.
Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die elektrisch leitfähige Struktur (3) mindestens einen Sammelleiter mit einem Leitungsquerschnitt kleiner 0,3 mm2, bevorzugt kleiner 0,1 mm2, besonders bevorzugt kleiner 0,06 mm2 umfasst.
6. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Scheibe zwei Anschlusselemente (4) umfasst und der Verbindungsleiter (6) eine Länge von kleiner gleich 300 mm besitzt oder die Scheibe mindestens drei Anschlusselemente (4) umfasst und der Verbindungsleiter (6) eine Länge von größer als 300 mm besitzt.
7. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Anschlusselemente (4) Titan, Eisen, Nickel, Kobalt, Molybdän, Kupfer, Zink, Zinn, Mangan, Niob und/oder Chrom und/oder Legierungen davon, bevorzugt Eisen-Legierungen, Titan und/oder Kupfer- Legierungen enthalten.
8. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Anschlusselemente (4) über Kontaktelemente (5) mit dem Verbindungsleiter (6) elektrisch leitend kontaktiert sind.
9. Scheibe nach Anspruch 8, wobei die Kontaktelemente (5) Steckzungen umfassen, die mit dem Verbindungsleiter (6) elektrisch leitend kontaktiert sind.
10. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die elektrisch leitfähige Struktur (3) zumindest Silber, bevorzugt Silberpartikel und Glasfritten enthält.
1 1 . Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Lotmasse (8) Zinn, Bismut, Indium, Zink, Kupfer, Silber, Blei und/oder Gemische und/oder Legierungen davon enthält.
12. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , wobei das Substrat (1 ) Glas und/oder Polymere enthält, bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas, Kalk- Natron-Glas und/oder Polymethylmethacrylat.
13. Verfahren zur Herstellung einer Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei a) ein Verbindungsleiter (6) mit mindestens zwei Anschlusselementen (4) elektrisch leitfähig kontaktiert wird,
b) auf der Unterseite der Anschlusselemente (4) eine Lotmasse (8) auf jeweils mindestens einer Kontaktfläche (9) aufgebracht wird,
c) die Anschlusselemente (4) mit der Lotmasse (8) auf der elektrisch leitfähigen Struktur (3) auf dem Substrat (1 ) angeordnet werden und
d) die Anschlusselemente (4) mit der elektrisch leitfähigen Struktur (3) verlötet werden,
wobei Schritt a) vor, während oder nach den Schritten b), c) und d) erfolgen kann. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Verbindungsleiter (6) über Kontaktelemente (5) an den Anschlusselementen (4) kontaktiert wird.
Verwendung einer Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 12 als Scheibe mit elektrisch leitfähigen Strukturen, bevorzugt mit Heizleitern und/oder Antennenleitern, für Fahrzeuge, Flugzeuge, Schiffe, Architekturverglasung und Gebäudeverglasung.
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