Pare-brise chauffant
L'invention concerne les pare -brise qui comportent un système de couches minces conducteur de l'électricité.
Des pare-brise de ce type sont ceux qui initialement ont été développés pour conférer des propriétés de filtre des rayons infrarouges. Les systèmes dans ce cas comportent une ou plusieurs couches métalliques essentiellement à base d'argent associées à des couches diélectriques qui, d'une part protègent les couches métalliques, et d'autre part, corrigent les effets de ces couches sur le spectre transmis et surtout réfléchi, pour que ceux-ci soient de couleur aussi "neutre" que possible.
Les systèmes de couches conducteurs de l'électricité sont aussi proposés pour chauffer le pare-brise dans le but de le désembuer ou le dégivrer. Dans cette application une difficulté bien reconnue est la nécessité de parvenir à des couches dont la résistance est suffisamment faible pour permettre de disposer d'une puissance appropriée. La puissance développée est limitée par la tension disponible sur le véhicule, en général 12-14v, d'une part, et d'autre part en raison de la nécessité de maintenir l'épaisseur de la ou des couches métalliques telle que la transmission lumineuse dans le domaine des longueurs d'onde du visible reste suffisante pour satisfaire aux exigences réglementaires dans ce domaine, 70 ou 75% selon les pays.
L'obtention des puissances requises pour un dégivrage dans des conditions de rapidité suffisantes, se trouve souvent à la limite des possibilités techniques, en particulier en raison des dimensions croissantes des pare-brise modernes. L'amélioration des couches conductrices, répondant aux conditions de transmission lumineuses, en termes de résistance ne progresse plus de façon suffisante pour suivre cet accroissement de dimension.
La nécessité de disposer sur la surface du pare-brise d'une zone de puissance par unité de surface plus élevée a conduit à différentes solutions. Parmi celles-ci plusieurs propositions s'articulent sur l'idée de rapprocher les conducteurs d'alimentation qui ne sont plus alors au bord des pare-brise mais s'avancent dans la zone normalement de vision. Il s'agit par exemple d'étirer un ensemble de fils très fins depuis le «busbar» proprement disposé dans sa position habituelle.
Cette solution reprend pour partie une structure dans laquelle il n'existe pas de couche conductrice, les fils eux-mêmes constituant un réseau chauffant qui s'étend d'un busbar à l'autre dans toute la hauteur du pare-brise. L'inconvénient de cette solution est bien évidemment de faire apparaître des fils, qui si ils ne contribuent que partiellement au chauffage restent visible et nuisent donc à l'apparence uniforme qui fait préférer les couches chauffantes.
Toujours dans l'idée de rapprocher les busbars il a été proposé aussi d'utiliser les bandes d'émail qui couvrent les bords des vitrages et notamment dans la partie haute du pare-brise selon une distribution non uniforme, partant d'une couverture complète vers un dégradé progressif plus l'on s'écarte du bord. La proposition est alors d'utiliser une composition d'émail conductrice. Cette solution ne permet pas de réduire significativement la distance séparant effectivement la limite de cette zone émaillée de l'autre busbar. Faute de quoi la zone de vision serait elle- même réduite.
L'invention a pour but de remédier aux difficultés énoncées ci-dessus. Les pare-brise selon l'invention sont tels que définis dans la revendication 1.
L'invention est fondée sur l'idée que le chauffage du pare -brise peut ne pas être uniforme. Les constructeurs demandent une certaine rapidité d'obtention de la température à laquelle le givre notamment disparaît. Mais toute la surface du pare- brise ne doit pas nécessairement atteindre dans le même temps cette température. Dans la surface du pare -brise on distingue toujours différentes zones selon la
condition de vision que ces zones doivent présenter. Cette distinction apparaît dans la norme R43 des Nations Unies. Les zones dites A sont celles pour lesquelles la vision ne doit rencontrer aucun obstacle. A cette zone s'ajoutent les zones B et C, et éventuellement D, pour lesquelles, et dans cet ordre les impératifs sont moins rigoureux. La figure 1 représente schématiquement la localisation de ces zones A, B, C.
Si antérieurement, les efforts étaient dirigés vers l'obtention d'un chauffage aussi uniforme que possible sur toute la surface (hors les solutions évoquées ci-dessus) l'invention, sans négliger la nécessité d'un chauffage aussi uniforme que possible, privilégie l'obtention d'une bonne localisation des zones les plus rapidement chauffées. Ces zones sont bien évidemment celles de vision principales notamment la zone A et la zone B. Le chauffage privilégié de ces zones ne doit pas introduire dans le champ visuel d'éléments rompant l'apparence d'uniformité du vitrage.
La présence des busbars traditionnels en haut et en bas du pare -brise, avec ceux, selon l'invention, qui se prolongent sur une certaine hauteur sur le côté et de préférence essentiellement dans la partie haute de ces côtés, change de façon significative les lignes de distribution du courant électrique. Pour une couche conductrice de qualité uniforme sur toute la surface, ces lignes ont naturellement tendance à suivre les cheminements les plus courts. En présence de ces parties de busbars dans les zones latérales on constate en conséquence un chauffage plus intense latéralement mais pas de manière exclusive dans le prolongement immédiat des busbars en question.
Il est remarquable surtout pour les pare-brise qui sont proposés actuellement de constater qu'en raison de multiples éléments fonctionnels présents sur le pare-brise, fenêtres pour le télépéage, les détecteurs de pluie, de lumière, caméra infra-rouge... la couche chauffante n'est plus présente uniformément sur toute la surface du pare-brise. Ceci a pour conséquence un chauffage également non
uniforme même si des dispositions s'efforcent de minimiser les différences existantes. Il faut notamment souligner que le manque d'uniformité du fait de la position des fenêtres en question, n'épargne pas les zones de vision principales quand les discontinuités se situent entre les deux busbars antagonistes, donc sur le trajet des lignes de courant.
Par ailleurs la présence de ces fenêtres dans les modes traditionnels se situant nécessairement à proximité du bord du pare-brise, conduit à une concentration inévitable des lignes de courant autour de ces fenêtres. Cette concentration, sauf mesures spécifiques dont l'art antérieur fait aussi état, conduit à des surchauffes locales dommageables à la bonne tenue des composants du pare- brise. L'élévation de température peut altérer la qualité des produits intercalaires thermoplastiques et conduire à une délamination partielle.
Les dispositions selon l'invention conduisent non seulement à une meilleure localisation des zones chauffées le plus vite, mais réduit la présence de ces points de surchauffe locale dans les zones les plus sensibles du pare-brise, celles où sont localisés tous les éléments fonctionnels indiqués ci-dessus.
Les busbars localisés latéralement s'étendent de préférence sur une hauteur du pare-brise qui s'étend approximativement jusqu'au niveau de la limite de la zone A et de préférence de la zone B. Cette manière conduit comme le montrent les exemples à un moindre chauffage notamment dans la zone C, celle pour laquelle l'exigence en terme de vision est la moins forte.
Plusieurs configurations concernant la disposition des busbars répondent aux objectifs de l'invention.
La disposition traditionnelle comprend un busbar s' étendant en haut et en bas du pare-brise pratiquement sur toute la largeur de celui-ci. Un mode de réalisation de l'invention dérivé de cette disposition, conduit à prolonger sans discontinuité le busbar situé en position haute par des parties s'étendant le long des
bords dans la hauteur du pare -brise. La même tension s'applique alors nécessairement dans l'ensemble busbars haut et latéraux. Il est possible de dissocier l'alimentation du busbar en partie haute du pare -brise et ceux disposés latéralement. Ceci permet le cas échéant d'appliquer des voltages différents. Dans ce dernier cas il est préféré de maintenir le busbar haut au potentiel le plus élevé. Une application moindre sur les busbars latéraux a pour conséquence un moindre chauffage aux extrémités de ces busbars, réduisant les points chauds à ces extrémités, mais dans le même temps réduisant aussi le bénéfice de la présence de ces busbars pour l'accroissement du chauffage recherché selon l'invention. Il s'agit donc dans tous les cas d'un compromis entre ces deux tendances.
Les busbars latéraux sont avantageusement symétriques par rapport à l'axe du pare-brise. Néanmoins une disposition dissymétrique peut être préférée. Dans ce cas la disposition préférée est celle qui assure le chauffage le plus rapide dans la zone de vision faisant face au conducteur. Pour obtenir cet effet spécifique le busbar latéral du côté conducteur peut être le seul, ou encore celui qui s'étend le plus bas à partir du busbar en position haute. Ce mode se prête à toutes les variations permettant de moduler plus ou moins la dissymétrie du chauffage.
La continuité du busbar est d'abord celle de la tension appliquée. Il est possible de ne constituer qu'une continuité électrique en reliant le busbars en position haute au(x) busbar(s) latéral par un conducteur qui n'est pas nécessairement de même constitution que celle constituant le busbar proprement dit. Cette disposition facilite l'application des busbars, lorsque ceux-ci sont constitués de rubans métalliques. Ces rubans ne se prêtent pas aisément à suivre le pourtour du pare-brise dans ses coins. Un fil de jonction s'étendant entre deux éléments de ruban métallique évite cette difficulté. Par ailleurs l'absence de continuité de structure du busbar ne constitue pas une gêne en ce qui concerne la distribution des lignes de courant dans la mesure où le coin ne favorise pas l'importance de ces lignes.
Lorsque le pare-brise, comme c'est le plus fréquent comporte des zones dans lesquelles la couche chauffante est absente pour les raisons rappelées ci-dessus, il est préférable de disposer un busbar de petite dimension localement sous ces zones sans couche, ce busbar étant relié de préférence au busbar principal en position haute. Ce busbar additionnel se situe avantageusement au niveau de l'extrémité basse des busbars latéraux. Dans ce cas il est préféré de porter ces différents busbars au même potentiel.
Le busbar en position haute, comme indiqué précédemment, s'étend traditionnellement sur toute la largeur du pare-brise. Cette disposition n'est pas toujours nécessaire. Il est possible de disposer des tronçons distincts reliés les uns aux autres comme indiqué ci-dessus à propos des éléments latéraux. Toujours en position haute le busbar, ou les éléments qui le composent, ne s'étendent pas nécessairement sur toute la largeur. Comme indiqué aussi précédemment, les «coins» hauts du pare- brise ne voient pas de lignes de courant très intenses, et il n'est pas nécessaire que ces busbars s'étendent jusque dans les coins.
En présence des zones non couvertes par la couche conductrice, pour maintenir une distribution des lignes de courant qui ne soit pas trop perturbée, il est avantageux, comme proposé antérieurement de disposer un élément de busbar sous ces «fenêtres» ménagées dans la couche. Cet élément est dissimulé dans les parties masquées à la vue par les émaux appliqués à cet effet. Le cas échéant si cet élément, qui se trouve ordinairement au centre, peut s'étendre suffisamment dans la largeur du pare-brise, il peut constituer à lui seul le busbar du haut du pare-brise. Le plus souvent néanmoins, le busbar principal situé sur le bord en haut du pare-brise est combiné avec cet élément additionnel. La tension appliquée à cet élément dans ce cas peut être soit la même que celle du busbar principal soit aménagée pour faire en sorte que cette tension soit sensiblement moindre et limite de ce fait une concentration trop forte de lignes de courant partant de cet élément. On peut
notamment s'efforcer de régler la tension appliquée pour qu'elle soit à peu près uniforme sur la largeur du pare-brise au niveau où se situe cet élément de busbar.
L'invention est décrite de manière détaillée en référence aux planches de dessins dans lesquelles :
- la figure 1 représente schématiquement en vue de face la structure d'un pare- brise chauffant traditionnel ;
- la figure 2 est une représentation analogue à la figure 1 illustrant les dispositions antérieures tendant à uniformiser le chauffage du pare-brise ;
- la figure 3 représente un pare-brise comportant des éléments analogues à ceux de la figure 2, mais intégrant des dispositions selon l'invention ; la figure 4 illustre la distribution d'accroissement de la température sur le pare- brise de la figure 2 en après un temps de chauffage ;
- la figure 5 est analogue à la précédente pour le pare-brise de la figure 3 ;
- la figure 6 est un graphique représentant l'accroissement moyen de température pour les zones A et B ;
- la figure 7 est un graphique analogue au précédent pour l'accroissement de température au centre du vitrage ; la figure 8 est une présentation d'un autre mode de réalisation de l'invention analogue à la figure 2 ou 3 ; la figure 9 représente comme aux figures 4 et 5 la distribution de températures pour le mode de réalisation de la figure 8 ;
- la figure 10 est une présentation d'un autre mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 11 représente la distribution des températures correspondant au mode de réalisation de la figure 10.
La représentation du pare-brise de la figure 1 est limitée aux éléments nécessaires à la description de l'invention.
Sur les pare-brise la couche chauffante est telle que décrite dans de nombreuses publications antérieures. Il s'agit pour atteindre les meilleurs résultats, à savoir la résistance/carré la plus petite possible d'ensembles de couches métalliques protégées par des couches diélectriques. Les systèmes les plus performants comportent deux, trois ou même quatre couches d'argent. Dans les meilleures conditions les couches chauffantes parviennent à des résistances/carré de l'ordre de Ι Ω/D OU moins. En dépit de ces résistances très petites, les dimensions actuelles des pare-brise dépassant souvent un mètre en hauteur ne permettent pas d'obtenir la puissance demandée pour répondre à la demande des constructeurs. Cette puissance est de l'ordre de 400w/m2, en utilisant les potentiels disponibles sur les véhicules particuliers (12-14v).
La figure 1 montre la disposition traditionnelle de la couche chauffante qui s'étend sur la quasi-totalité de la surface du vitrage. La limite de la couche est matérialisée par la ligne 1. Seuls les bords du vitrage ne sont pas en contact avec la couche conductrice pour éviter les altérations possibles par contact avec l'humidité ambiante.
La couche conductrice est aussi interrompue à l'emplacement de divers dispositifs traditionnellement présents. C'est le cas par exemple de ce qui est désigné habituellement sous le nom de fenêtre de télétransmission 2, 3, du type télépéage, ou celles pour les caméras d'aide à la conduite notamment nocturne 4. Les fenêtres en question sont ménagées pour laisser pénétrer les ondes notamment infrarouges lesquelles ne franchissent pas, ou sont trop atténuées, par les couches conductrices entrant dans le système de couches chauffant.
D'autre zones du pare-brise peuvent aussi être débarrassées des couches, comme les emplacements de détecteurs de pluie 5 lorsqu'ils fonctionnent également par rayonnement infrarouge. De façon générale, les systèmes de couches chauffants faisant obstacle à une part substantielle de la transmission infrarouge, tout instrument nécessitant la transmission en question, la zone dans laquelle cet instrument opère est dépourvue du système de couches.
Pour alimenter le système de couches le pare-brise comporte des "busbars" 6, 7, constitués de conducteurs suffisamment peu résistant pour conserver le plus possible la puissance disponible pour les éléments directement utiles au chauffage du pare -brise. Ces busbars sont traditionnellement soit des rubans métalliques soit des rubans de pâtes émaillées conductrices.
Les busbars principaux sont disposés sur les bords haut et bas de la feuille 1. Cette disposition est choisie de manière à limiter la distance qui les sépare afin de réduire la résistance entre ces busbars et accroître la puissance disponible par unité de surface pour une différence de potentielle disponible limitée.
Les busbars 6 et 7 sont reliés par l'intermédiaire de connecteurs non représentés à l'alimentation électrique.
Le busbar 7 en partie basse est souvent écarté du bord inférieur du vitrage pour aménager, suivant des modes décrits antérieurement, une zone de chauffage particulière pour le repos des essuie-glaces. Ces dispositions ne sont pas représentées par mesure de clarté.
Les pare-brise comportent ordinairement des parties émaillées destinées à masquer l'ensemble des busbars, et les cordons de colle de fixation du pare-brise à la carrosserie. Les zones émaillées de masquage sont disposées en position 2 sur la feuille externe suivant la désignation traditionnelle des faces des feuilles de verre d'un ensemble feuilleté.
La zone émaillée s'étend au-delà des bords aux emplacements qui reçoivent les supports du rétroviseur intérieur et des autres appareils tels que caméra, support souvent collés sur le pare -brise.
La présence des différentes zones sans couche chauffante modifie de manière très importante la distribution des lignes de courant autour de ces zones et dans le prolongement de celles-ci en direction du busbar 7 situé en bas du pare-brise. Par suite le chauffage ne peut être uniformément assuré à proximité de ces zones. Pour minimiser ce manque d'uniformité, suivant des dispositions décrites antérieurement, un busbar supplémentaire 8 est disposé dans la zone masquée par l'émail et en dessous des principales zones sans couche. Le busbar 8 est raccordé électriquement au busbar 6. Ce raccordement peut en outre adapter le potentiel du busbar 8 de telle sorte qu'il soit à peu près celui que présenterait la couche à ce niveau, en l'absence de ces fenêtres. Autrement dit, on s'efforce de rétablir le même potentiel sur toute la largeur de la feuille pour une certaine uniformité du courant en direction du bas du pare-brise. Pour obtenir ce résultat, l'art antérieur propose de relier les busbars 6 et 8 par un conducteur présentant sensiblement la même résistance que la couche entre ces mêmes busbars.
Sur la figure 1 on a représenté de façon schématique en pointillé les zones de vision distinguées réglementairement. Il s'agit respectivement des zones A, celle la plus directement concernée pour la vision du conducteur. La zone B est plus large que la précédente qu'elle englobe entièrement. Cette zone couvre pratiquement toute les parties du vitrage non masquées. Le reste de la surface correspond à la zone C.
Comme indiqué ci-dessus le but de l'invention est de favoriser un chauffage différencié. La priorité est d'obtenir le plus vite possible le chauffage de la zone A.
A titre d'exemple de mise en œuvre de l'invention il est procédé à la comparaison du fonctionnement d'un pare-brise de type traditionnel représenté en figure 2, et d'un pare-brise selon l'invention en figure 3.
Sur la figure 2 on a indiqué le potentiel des différents busbars. Le busbar 7 est mis à la masse (Ov). Le busbar 6 du bord supérieur est à 14v. Le busbar additionnel 8 est à environ llv.
Le même pare -brise est équipé de la façon représentée à la figure 3. Sur celle-ci le busbar supérieur 6 se prolonge sur les côtés par deux parties 9 et 10 qui sont au même potentiel de 14v. De même le busbar 8 est à 14v tendant à reproduire, d'une certaine manière, une zone équipotentielle au niveau des extrémités de 9 et 10 d'une part et du busbar 8 d'autre part.
Les deux pare-brise sont comparés dans leurs conditions de chauffage.
Pour l'essai comparatif, le système de couches chauffant utilisé est celui décrit dans la demande de brevet belge n° 2011/0218 déposée le 12 avril 2011. Il s'agit d'un ensemble comprenant plusieurs couches minces d'argent avec des couches diélectriques qui protègent ces couches métalliques. La résistance R/D de la couche s'établit à 0,786Ω/α.
Le pare-brise d'essai est composé de deux feuilles de verre de 2,1mm d'épaisseur pour le verre extérieur et 1,6mm pour le verre intérieur, et d'une feuille de PVB de 0,76mm d'épaisseur. La couche chauffante est en position 3 dans le feuilleté.
Les températures sont mesurées en surface à l'extérieur du vitrage. La température initiale est de 20°C. La convection externe et interne assurée par de l'air dissipe une puissance de 10W/m2K.
Dans l'essai dont le résultat est représenté aux figures 4 et 5 la variation de température par rapport à la température initiale est mesurée sur toute la surface du vitrage. Cette mesure est faite après 8 minutes de chauffage. Les températures sont représentées par le degré de gris. L'échelle des températures est jointe à ces figures.
L'essai montre en premier que la zone A est plus claire pour le vitrage selon l'invention. La différence de température s'établit environ 5°C plus haut pour le vitrage selon l'invention. De la même façon on constate globalement pour l'ensemble des zones A et B un accroissement de température.
Les figures 6 et 7 établissent l'évolution dans les deux cas de l'écart de température dans le temps, d'une part pour l'ensemble des zones A et B, et d'autre part, au centre du pare-brise. Dans tous les cas le résultat selon l'invention conduit à un accroissement de température supérieur.
De façon complémentaire, la comparaison des figures 4 et 5 montre un moindre échauffement dans le cas de l'invention dans la partie supérieure du vitrage, ce qui s'explique sans difficulté du fait du rôle moindre des lignes de courant dans cette partie, au bénéfice des lignes venant des busbars latéraux 9 et 10.
La structure selon l'invention introduit aussi une modification concernant l'emplacement des points chauds. Sans surprise l'extrémité des busbars latéraux 9 et 10 est le siège de points chauds inexistant dans l'exemple comparatif. La zone située directement sous le busbar additionnel 8 est aussi plus chaude, et l'augmentation de température se prolonge au-delà de cette zone pour améliorer aussi la température au centre du vitrage.
A l'inverse toute la partie comportant les fenêtres est sensiblement plus froide que dans l'exemple comparatif. La vision dans cette zone étant pratiquement nulle une température moins élevée est sans incidence sur le comportement attendu.
La disposition de la figure 8 se distingue de celle de la figure 3. Les éléments de busbars latéraux 11 et 12 ne sont pas directement dans la continuité du busbar 6 mais relié par des fils conducteurs à une alimentation dont le potentiel n'est plus celui du busbar 6. Dans la hauteur du pare-brise les extrémités des éléments latéraux se situant plus bas que le busbar 8, une tension moindre de lOv est appliquée. La figure 9 montre comme pour la figure 5 que la disposition proposée est sensiblement plus efficace que dans le mode de comparaison de la figure 4.
Dans le pare-brise de la figure 10 tous les busbars sont de nouveau au même potentiel de 14v. Dans cette composition le busbar longeant le bord supérieur du pare-brise est divisé en deux parties 13, 14 qui ne s'étendent pas jusqu'aux bords latéraux. Les éléments situés sur les côtés ont leur extrémités inférieures à peu près au niveau du busbar 8.
Sur la figure 9 on constate encore une fois que les zone de vision A et même B sont mieux chauffées qu'à la figure comparative 4. Inversement la disposition conduit à un chauffage plus limité des coins supérieurs et de la zone située au-dessus du busbar 8.