WO2021160388A1 - Fahrzeugscheibe mit integriertem temperatursensor - Google Patents

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Stephan GILLESSEN
Robert Besler
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Saint-Gobain Glass France
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugscheibe mit Temperatursensor, umfassend ein Substrat (1) und eine transparente, elektrisch leitfähige Beschichtung (4) auf einer Oberfläche des Substrats (1), wobei - in der elektrisch leitfähigen Beschichtung (4) ein Temperaturmessfeld (10) ausgebildet ist, das durch eine Trennlinie (11) von der umgebenden elektrisch leitfähigen Beschichtung (4) elektrisch isoliert ist, - im Temperaturmessfeld (10) aus einem Bereich der elektrisch leitfähigen Beschichtung (4) ein zwischen zwei elektrischen Kontaktstellen (12.1, 12.2) verlaufender Messstrompfad (14) ausgebildet ist, - die elektrischen Kontaktstellen (12.1, 12.2) mit einer Spannungsquelle verbindbar sind, so dass ein elektrischer Strom durch den Messstrompfad (14) fließt, und - die elektrischen Kontaktstellen (12.1, 12.2) mit einer Auswerteeinheit verbindbar sind, welche geeignet ist, die Stromstärke des elektrischen Stroms zu messen, daraus den elektrischen Widerstand des Messstrompfads (14) zu bestimmen und anhand von Kalibrationsdaten aus dem elektrischen Widerstand die Temperatur zu bestimmen.

Description

Fahrzeugscheibe mit integriertem Temperatursensor
Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugscheibe mit Temperatursensor, ein damit ausgestattetes Fahrzeug, ein Verfahren zur Messung ihrer Temperatur und deren Verwendung.
Es ist üblich, die Temperatur des Innenraums eines Fahrzeugs mit in diesem Innenraum befindlichen Temperatursensoren zu messen. Die so gemessene Temperatur kann verwendet werden, um beispielweise eine Klimaanlage zu steuern und die Temperatur auf eine vom Fahrer vorgegebene Zieltemperatur zu regeln.
Prinzipiell kann die Temperatur auch dazu verwendet werden, eine Beheizung der Fahrzeugscheibe selber zu steuern, beispielsweise durch integrierte Heizmittel oder durch einen auf die Fahrzeugscheibe gerichteten Luftstrom. So kann die Scheibe beispielsweise automatisch enteist werden, wenn die Temperatur unterhalb des Gefrierpunkts liegt. Dieses Vorgehen ist allerdings nicht optimal, da die Temperatur im Innenraum nicht genau der Temperatur der Scheibe entspricht. Zwar wäre es auch möglich, die Temperatur der Scheibe selbst durch daran angebrachte Temperatursensoren zu messen. Jedoch erhöhen nachträglich anzubringende Sensoren den Fertigungsaufwand des Fahrzeugs, erhöhen den Platzbedarf und sind mitunter fehleranfällig.
Es ist an sich bekannt, Fahrzeugscheiben mit elektrisch leitfähigen Beschichtungen auszustatten. Solche Beschichtungen können beispielsweise verwendet zur Verbesserung des thermischen Komforts im Innenraum. So können die Beschichtungen als sogenannte IR-Schutzbeschichtungen infrarote Anteile der Sonnenstrahlung reflektieren oder als sogenannte emissivitätsmindernde Beschichtungen (LowE-Beschichtungen) die Abstrahlung von Wärmestrahlung der Fahrzeugscheibe selbst in den Innenraum verhindern. Wenn die Beschichtungen von einem Strom durchflossen werden, können sie verwendet werden, um die Fahrzeugscheibe zu beheizen. Solche Beschichtungen sind aus einer großen Anzahl von Veröffentlichungen hinlänglich bekannt. Lediglich beispielhaft sein auf W003/024155, US20070082219A1 , US20070020465A1, WO2013104438 oder WO2013104439 verwiesen, welche Silber-basierte IR-Schutzbeschichtungen oder heizbare Beschichtungen offenbaren, sowie auf EP2141135A1, WO2010115558A1, WO2011105991 A1 und WO2018206236A1, welche emissivitätsmindernde Beschichtungen auf Basis von transparenten leitfähigen Oxiden offenbaren. Es ist ebenso bekannt, transparente leitfähige Beschichtungen mittels Laserentschichtung zu strukturieren. Dabei werden mit einem Laser dünne linienförmige entschichtete Bereiche in die Beschichtung eingebracht. Diese wurden beispielsweise verwendet, um der beschichteten Scheibe eine Transmission gegenüber elektromagnetische Strahlung zu verleihen, um beispielsweise Mobilfunk- oder GPS-Signale im Fahrzeuginneren empfangen zu können, oder einen Stromfluss zu leiten, um beispielsweise lokale Überhitzungen zu vermeiden. Lediglich beispielhaft sei auf EP2591638B1, EP2335452B1, EP2586610B1, EP2890655B1, WO2014095152A1 und EP2906417B1 verwiesen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fahrzeugscheibe mit einem integrierten Temperatursensor bereitzustellen, sowie ein Verfahren zur Messung der Temperatur einer solchen Fahrzeugscheibe.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Fahrzeugscheibe gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Der Temperatursensor ist direkt in die Fahrzeugscheibe integriert, so dass sich ein nachträgliches Anbringen eines externen Sensors erübrigt. Der Temperatursensor ermöglicht die Messung der wahren Scheibentemperatur. Er ist auf einer transparenten Beschichtung ausgebildet und dadurch optisch unauffällig. Das sind große Vorteile der vorliegenden Erfindung.
Die erfindungsgemäße Fahrzeugscheibe mit Temperatursensor umfasst mindestens ein Substrat und eine transparente, elektrisch leitfähige Beschichtung auf einer Oberfläche des Substrats. Unter einer transparenten Beschichtung wird eine Beschichtung verstanden, die eine mittlere Transmission im sichtbaren Spektra Ibereich von mindestens 70 %, bevorzugt mindestens 80 %, besonders bevorzugt mindestens 90% aufweist und dadurch die Durchsicht durch die Scheibe nicht wesentlich einschränkt.
Das Substrat ist bevorzugt eine Glasscheibe, insbesondere aus Kalk-Natron-Glas, wie es für Fahrzeugscheiben üblich ist. Das Substrat kann aber auch aus anderen Glassorten gefertigt sein, beispielsweise Aluminosilikatglas, Borosilikatglas oder Quarzglas, oder auch aus transparenten Kunststoffen, beispielweise Polycarbonat (PC) oder Polymethylmethacrylat (PMMA). Die Dicke des Substrats beträgt üblicherweise von 0,5 mm bis 5 mm. In bevorzugten Ausgestaltungen ist die Fahrzeugscheibe als Einscheibensicherheitsglas (ESG) oder als Verbundsicherheitsglas (VSG) ausgebildet. Ein ESG wird strukturell nur durch das Glassubstrat ausgebildet, welches thermisch vorgespannt ist. Bei einem VSG ist das Substrat über eine thermoplastische Zwischenschicht mit einer weiteren Scheibe verbunden. Das Substrat kann dabei entweder die Innenscheibe sein, die dafür vorgesehen ist, in Einbaulage dem Fahrzeuginnenraum zugewandt zu sein, oder die Außenscheibe, die dafür vorgesehen ist, in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt zu sein. Die weitere Scheibe ist bevorzugt ebenfalls eine Glasscheibe, insbesondere aus Kalk-Natron-Glas. Die weitere Scheibe kann aber auch aus anderen Glassorten gefertigt sein, beispielsweise Aluminosilikatglas, Borosilikatglas oder Quarzglas, oder auch aus transparenten Kunststoffen, beispielweise PC oder PMMA. Im Falle von Verbundsicherheitsgläsern betragen die Dicken des Substrats und der weiteren Scheibe üblicherweise von 0,5 mm bis 3 mm.
Im Falle eines ESG ist die elektrisch leitfähige Beschichtung bevorzugt auf der innenraumseitigen Oberfläche des Substrats angeordnet. Damit wir diejenige Oberfläche bezeichnet, die in Einbaulage dem Innenraum zugewandt ist. Im Falle eines VSG, bei dem das Substrat die Außenscheibe ausbildet, ist die Beschichtung bevorzugt auf der innenraumseitigen Oberfläche des Substrats angeordnet, welche der Zwischenschicht und der Innenscheibe zugewandt ist. Die elektrisch leitfähige Beschichtung ist dann im Inneren des Verbundglases vor Korrosion und Beschädigung geschützt. Im Falle eines VSG, bei dem das Substrat die Innenscheibe ausbildet, ist die Beschichtung bevorzugt auf der außenseitigen Oberfläche des Substrats angeordnet, welche der Zwischenschicht und der Außenscheibe zugewandt ist, wobei sie im Inneren des Verbundglases vor Korrosion und Beschädigung geschützt ist. Alternativ ist die Beschichtung bevorzugt auf der innenraumseitigen Oberfläche des Substrats als Innenscheibe angeordnet.
Es bestehen prinzipiell keine Anforderungen an die Beschichtung, solange diese elektrisch leitfähig ist. Übliche Beschichtungen sind Stapel mehrerer Dünnschichten, wobei die elektrische Leitfähigkeit durch eine oder mehrere elektrisch leitfähige Einzelschichten bereitgestellt wird. Die Schichtdicken der einzelnen Schichten des Dünnschichtstapels betragen üblicherweise weniger als 1 pm. Ist die Beschichtung auf eine exponierte Oberfläche des Substrats aufgebracht, beispielsweise die innenraumseitige Oberfläche im Falle eines ESG oder eines VSG mit Substrat als Innenscheibe, so sollte die Beschichtung korrosionsbeständig sein. Jede elektrisch leitfähige Schicht ist dabei bevorzugt auf Basis eines transparenten leitfähigen Oxids (TCO, transparent conductive oxide) ausgebildet, insbesondere auf Basis von Indiumzinnoxid (ITO, indium tin oxide), alternativ beispielsweise auf Basis von Indium-Zink-Mischoxid (IZO), Gallium-dotiertes Zinnoxid (GZO), Fluor dotiertes Zinnoxid (SnC>2:F) oder Antimon-dotiertes Zinnoxid (SnC>2:Sb). Solche Beschichtungen sind insbesondere als emissivitätsmindernde Beschichtungen (LowE- Beschichtungen) gebräuchlich, wobei sie auf der innenraumseitigen Oberfläche der Fahrzeugscheibe die Aussendung von Wärmestrahlung der Scheibe in den Innenraum und die Abstrahlung von Wärme aus dem Innenraum heraus verringern. Ist die Beschichtung auf einer internen Oberfläche einer Verbundscheibe angeordnet, beispielsweise der innenraumseitigen Oberfläche eines Substrats als Außenscheibe eines VSGs oder der außenseitigen Oberfläche eines Substrats als Innenscheibe eines VSGs, so können auch korrosionsanfällige leitfähige Schichten eingesetzt werden. Jede elektrisch leitfähige Schicht ist dabei bevorzugt auf Basis eines Metalls ausgebildet, insbesondere auf Basis von Silber, alternativ beispielsweise auf Basis von Gold, Aluminium oder Kupfer. Solche Beschichtungen sind insbesondere als IR-Schutzbeschichtungen und/oder beheizbare Beschichtungen in Verbundscheiben gebräuchlich, wobei infrarote Strahlungsanteile der Sonnenstrahlung reflektieren und oder elektrisch kontaktiert sind, so dass ein elektrischer Strom durch sie geleitet werden kann, um die Fahrzeugscheibe zu beheizen. Der elektrische Anschluss erfolgt typischerweise über Sammelschienen (sogenannte Busbars), die entlang zweier gegenüberliegender Seitenkanten über einen Großteil der Scheibenbreite angeordnet sind und beispielsweise als Streifen einer Metallfolie, insbesondere Kupferfolie, ausgebildet sind oder als eingebrannte Paste enthaltend Glasfritten und Silberpartikel, üblicherweise aufgedruckt im Siebdruckverfahren.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die leitfähige Beschichtung im Temperaturbereich von -30°C bis 50°C eine lineare oder näherungsweise lineare Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands auf. Das ist vorteilhaft im Hinblick auf eine exakte Kalibrierung des T emperatursensors.
Der Temperatursensor wird durch einen Bereich der elektrisch leitfähigen Beschichtung gebildet. Dazu ist in der elektrisch leitfähigen Beschichtung ein Temperaturmessfeld ausgebildet. Das Temperaturmessfeld ist durch eine beschichtungsfreie Trennlinie von der umgebenden elektrisch leitfähigen Beschichtung vollständig elektrisch isoliert. Der Temperatursensor ist innerhalb des Temperaturmessfelds angeordnet. Die Trennlinie entkoppelt den Temperatursensor elektrisch von der leitfähigen Beschichtung außerhalb des Temperaturmessfelds. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Temperaturmessfeld vollständig von der leitfähigen Beschichtung umgeben. Die Trennlinie beschreibt dann eine in sich geschlossene Form, beispielsweise ein Rechteck oder ein andersartiges Polygon oder einen Kreis oder ein andersartiges Oval. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, das Temperaturmessfeld am Rande der leitfähigen Beschichtung auszubilden, so dass es nur teilweise von der übrigen Beschichtung umgeben ist. Die Trennlinie verläuft dann zwischen zwei Punkten an der Seitenkante der leitfähigen Beschichtung.
Form und Größe des Temperaturmessfelds können frei gewählt werden. Es ist jedoch ratsam, dass Temperaturmessfeld möglichst klein auszugestalten, um die optische Unauffälligkeit des Temperatursensors zu gewährleisten. Das Temperaturmessfeld weist in einer vorteilhaften Ausgestaltung eine Größe von höchstens 5 cm2 auf, bevorzugt von 0,5 cm2 bis 2 cm2.
Der Temperatursensor selbst ist ausgebildet aus zwei elektrischen Kontaktstellen und einem zwischen diesen verlaufenden Messstrompfad. Die elektrischen Kontaktstellen dienen der elektrischen Kontaktierung des Temperatursensors, also dem elektrischen Anschluss an die Spannungsquelle und die Auswerteeinheit. Die Kontaktstellen sind bevorzugt als aufgedruckte und eingebrannte elektrisch leitfähige Paste ausgebildet, welche Glasfritten und Silberpartikel enthält. Das Aufdrucken erfolgt üblicherweise im Siebdruckverfahren. Die Kontaktstellen sind mit elektrischen Kabeln verbunden oder dafür vorgesehen, mit elektrischen Kabeln verbunden zu werden, über welche die elektrische Verbindung zur Spannungsquelle und der Auswerteeinheit hergestellt wird. Sind die elektrisch leitfähige Beschichtung und die elektrischen Kontaktstellen im Innern einer Verbundscheibe angeordnet, so werden als elektrische Kabel insbesondere Flachleiter verwendet. Diese enthalten einen elektrisch leitfähigen Kern, welcher typischerweise als Streifen einer Metallfolie, insbesondere Kupferfolie ausgebildet ist, in einer elektrisch isolierenden, polymeren Ummantelung. Sind die elektrisch leitfähige Beschichtung und die elektrischen Kontaktstellen auf einer exponierten Oberfläche der Fahrzeugscheibe angeordnet, so können ebenfalls Flachleiter zu Kontaktierung verwendet werden oder es können starre, massive Anschlusselemente an den Kontaktstellen angebracht werden, welche wiederum mit dem elektrischen Kabel verbunden sind durch Löten, Schweißen, Crimpen oder als Steckverbindung. Die mit den massiven Anschlusselementen verbundenen elektrischen Kabel sind üblicherweise Litzenleiter, Rundleiter oder bandartiges Metallgewebe ausgebildet. Die Verbindung des Flachleiters oder des massiven Anschlusselements mit den elektrischen Kontaktstellen erfolgt bevorzugt mittels einer Lotmasse. Im Innern von Verbundscheiben kann die Verbindung aber auch durch rein mechanisches Andrücken erfolgen oder über eine aufgeschmolzene Verzinnung des Kupferbandes.
Der Messstrompfad wird durch einen Bereich der elektrisch leitfähigen Beschichtung gebildet und verläuft zwischen den beiden elektrischen Kontaktstellen. Er fungiert also als elektrischer Leiter zwischen den Kontaktstellen, dessen elektrischer Widerstand bestimmt wird, welcher wiederum temperaturabhängig ist und die Bestimmung der Temperatur ermöglicht. Der Messstrompfad kann auf unterschiedliche Art und Weise im Temperaturmessfeld ausgebildet werden. So können die Bereiche des Temperaturmessfeldes abseits des Messstrompfades beschichtungsfrei sein. Dies kann beispielsweise durch eine nachträgliche Entfernung einer ursprünglich vollflächigen leitfähigen Beschichtung erfolgen oder durch Maskierungstechniken beim Aufbringen der Beschichtung. Bevorzugt wird der Messstrompfad aber durch Isolierungslinien ausgebildet, die in die elektrisch leitfähige Beschichtung eingebracht sind und den elektrischen Strom entlang des Messstrom pfads lenken. Bis auf die Isolierungslinien ist das gesamte Temperaturmessfeld dabei mit der elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen. Es ist möglich, dass das gesamte, durch Isolierungslinien geeignet strukturierte Temperaturmessfeld den Messstrompfad bildet. Ebenso ist es möglich, dass ein Bereich, der eine in sich geschlossene, konvexe geometrische Form bildet, beispielsweise ein Rechteck, insgesamt durch Isolierungslinien geeignet strukturiert ist und den Messstrompfad bildet. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Messstrompfad allerdings nur von einem Bereich der Beschichtung innerhalb des Temperaturmessfeldes gebildet, der insbesondere linienartig gestreckt ausgebildet ist. Er wird durch zwei parallele Isolationslinien ausgebildet, welche zwischen den Kontaktstellen verlaufen, so dass der Messstrompfad an die Kontaktstellen elektrisch angeschlossen ist. Die Isolationslinien isolieren den zwischen ihnen sich erstreckenden Messstrompfad elektrisch von der umliegenden elektrisch leitfähigen Beschichtung.
Der Verlauf des Messtrompfads kann vom Fachmann den Anforderungen im Einzelfall entsprechend frei gewählt werden. Er ist keinerlei Einschränkungen unterworfen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Messtrompfad einen mäanderförmigen oder schleifenartigen Verlauf auf. So kann ein möglichst langer Messstrompfad platzsparend im Temperaturmessfeld untergebracht werden. Der Messstrompfad kann prinzipiell aber auch linear sein und sich beispielsweise entlang einer Seitenkante der Fahrzeugscheibe erstrecken.
Je kürzer der Messstrompfad ist, desto optisch unauffälliger kann der Temperatursensor ausgebildet werden. Auf der anderen Seite ermöglicht ein längerer Messstrompfad eine präzisiere Messung von Widerstand und Temperatur. Bevorzugt weist der Messstrompfad eine Länge von 1 cm bis 20 cm auf. Die Breite des Messstrompfads beträgt bevorzugt von 0,1 mm bis 2 mm.
Die elektrischen Kontaktstellen sind mit einer Spannungsquelle verbindbar und dafür vorgesehen, mit einer solchen Spannungsquelle verbunden zu werden. Die Verbindung der Kontaktstellen mit der Spannungsquelle erfolgt über die an den Kontaktstellen angebrachten elektrischen Kabel. Die Spannungsquelle ist außerhalb der Fahrzeugscheibe angeordnet und typischerweise Teil der Bordelektrik des Fahrzeugs. Wird mittels der Spannungsquelle eine elektrische Spannung an die Kontaktstellen angelegt, so fließt in der Folge ein elektrischer Strom durch den Messstrompfad zwischen den Kontaktstellen. Es sollte darauf geachtet werden, dass die Spannung, welche zur Temperaturmessung an die Kontaktstellen angelegt wird, nicht so groß ist, dass der Stromfluss zu einer signifikanten Erwärmung des Messstrompfads führt und dadurch die Messung verfälscht. Die Leistung beträgt bevorzugt von 0,5 pW bis 3 pW, besonders bevorzugt von 1 pW bis 1 ,5 pW. Damit werden besonders gute Ergebnisse erzielt, und eine signifikante Verfälschung der Messung durch Erwärmung des Messstrompfads kann ausgeschlossen werden,
Die Temperaturmessung beruht darauf, die Stromstärke des elektrischen Stroms zu messen und daraus den elektrischen Widerstand, welche mit Stromstärke und Spannung gemäß dem Ohmschen Gesetz verknüpft ist, zu bestimmen. Da der elektrische Widerstand temperaturabhängig ist, kann anhand geeigneter Kalibrationsdaten aus dem elektrische Widerstand die Temperatur bestimmt werden. Die Kalibrationsdaten können beispielsweise in Form einer Kalibrationstabelle oder einer mathematischen Kalibrationsfunktion vorliegen. Die elektrischen Kontaktstellen sind mit einer Auswerteeinheit verbindbar und dafür vorgesehen, mit einer solchen Auswerteeinheit verbunden zu werden. Die Auswerteeinheit ist geeignet, die Stromstärke des elektrischen Stroms zu messen, daraus den elektrischen Widerstand des Messstrompfads zu bestimmen und anhand der Kalibrationsdaten aus dem elektrischen Widerstand die Temperatur zu bestimmen. Die Auswerteeinheit umfasst zumindest eine Strommessvorrichtung (auch Strommessgerät oder Strommesser genannt, umgangssprachlich auch Amperemeter) und einen Prozessor zum Vergleich des gemessenen Stroms mit den Kalibrationsdaten. Die Auswerteeinheit umfasst typischerweise auch einen Speicher zur Speicherung der Kalibrationsdaten. Die Auswerteeinheit ist typischerweise in die Bordelektrik beziehungsweise -elektronik des Fahrzeugs integriert.
Die erfindungsgemäße Fahrzeugscheibe ist besonders bevorzugt eine Windschutzscheibe, kann aber auch beispielsweise eine Seitenscheibe, Heckscheibe oder Dachscheibe sein. Windschutzscheiben sind immer als Verbundscheiben ausgebildet, Seitenscheiben, Heckscheiben und Dachscheiben können als Einzelglasscheiben (insbesondere thermisch vorgespanntes ESG) oder Verbundscheiben ausgebildet sein.
Die Fahrzeugscheibe weist in einer bevorzugten Ausgestaltung einen peripheren Abdeckdruck auf. Solche Abdeckdrucke sind für Fahrzeugscheiben üblich, insbesondere im Falle von Wndschutzscheiben, Heckscheiben und Dachscheiben. Der Abdeckdruck ist angrenzend an die Seitenkante der Fahrzeugscheibe angeordnet, beispielsweise mit einer Breite von 5 cm bis 20 cm, und umgibt die Fahrzeugscheibe rahmenartig. Der Abdeckdruck ist typischerweise aus einem opaken, insbesondere schwarzen Emaille ausgebildet, das im Siebdruckverfahren auf eine oder mehrere Scheibenoberflächen aufgebracht wird. Der Abdeckdruck dient primär dazu, die Verklebung der Fahrzeugscheibe mit der Fahrzeugkarosserie zu verdecken und vor UV-Strahlung zu schützen. Außerdem sind häufig Funktionselemente im Bereich des Abdeckdrucks angeordnet, um sie zu verstecken, beispielsweise elektrische Anschlüsse oder Sensoren. Der Bereich des umlaufenden, peripheren Abdeckdrucks ist opak und umgibt den transparenten, zur Durchsicht vorgesehenen Bereich der Fahrzeugscheibe, der im Sinne der Erfindung als zentraler Durchsichtsbereich bezeichnet wird. Die Fläche der Fahrzeugscheibe ist also aufgeteilt in den opaken Bereich des Abdeckdrucks und den Durchsichtsbereich. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Durchsichtsbereich zumindest bereichsweise eine Gesamttransmission von mindestens 70% auf. Der Begriff Gesamttransmission bezieht sich auf das durch ECE-R 43, Anhang 3, § 9.1 festgelegte Verfahren zur Prüfung der Lichtdurchlässigkeit von Kraftfahrzeugscheiben. Im Falle einer Wndschutzscheibe liegt die Gesamttransmission von mindestens 70% insbesondere zumindest im sogenannten Sichtfeld A (Sichtbereich A, Zone A) vor. Das Sichtfeld A und seine technischen Anforderungen sind in der Regelung Nr. 43 der Wirtschaftskommission der Vereinten Nationen für Europa (UN/ECE) (ECE-R43, „Einheitliche Bedingungen für die Genehmigung der Sicherheitsverglasungswerkstoffe und ihres Einbaus in Fahrzeuge“) festgelegt. Dort ist das Sichtfeld A in Anhang 18 definiert.
Das erfindungsgemäße Temperaturmessfeld kann vollständig im Durchsichtsbereich oder im opaken Bereich des Abdeckdrucks angeordnet sein. Ebenso ist es möglich, dass das Temperaturmessfeld teilweise im Durchsichtsbereich und teilweise im opaken Bereich des Abdeckdrucks angeordnet ist. In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind zumindest die elektrischen Kontaktstellen im Bereich des Abdeckdrucks angeordnet. Dies ist vorteilhaft im Hinblick auf die optische Unauffälligkeit des Temperatursensors, da die Kontaktstellen typischerweise relativ auffällig sind und über Kabel elektrisch kontaktiert sind. Die Kontaktstellen samt Kontaktierung werden durch den Abdeckdruck verdeckt.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die elektrischen Kontaktstellen im Bereich des Abdeckdrucks angeordnet sind, während der Großteil des Messstrompfads im Durchsichtsbereich angeordnet ist. So können die Kontaktstellen versteckt werden, während die Messung der Temperatur im Durchsichtsbereich stattfindet, wo sie nicht durch Effekte des Abdeckdrucks verfälscht werden können. Bevorzugt sind mindestens 80% des Messstrompfads, besonders bevorzugt mindestens 90% des Messstrompfads im Durchsichtsbereich angeordnet. Insbesondere ist im Wesentlichen der gesamte Messstrompfad im Durchsichtsbereich angeordnet mit Ausnahme kurzer Verbindungsabschnitte, die von den Kontaktstellen in Richtung des Durchsichtsbereichs führen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Fahrzeugscheibe als Einzelglasscheibe, insbesondere als Einscheibensicherheitsglas ausgebildet, wobei die elektrisch leitfähige Beschichtung auf der innenraumseitigen Oberfläche des Substrats mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht auf Basis eines transparenten leitfähigen Oxids aufweist, insbesondere auf Basis von ITO. Diese Ausgestaltung eignet sich insbesondere für Seitenscheiben und Heckscheiben.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Fahrzeugscheibe als Verbundscheibe, insbesondere als Verbundsicherheitsglas ausgebildet ist, wobei das Substrat mit einer weiteren Scheibe über eine thermoplastische Zwischenschicht verbunden ist, und wobei die die elektrisch leitfähige Beschichtung auf der zur Zwischenschicht hingewandten Oberfläche des Substrats angeordnet ist und mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht auf Basis eines Metalls aufweist, insbesondere auf Basis von Silber. Diese Ausgestaltung eignet sich insbesondere für Windschutzscheiben und Dachscheiben, aber auch für laminierte Seitenscheiben und Heckscheiben. Das Substrat kann die Innenscheibe oder die Außenscheibe sein.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Fahrzeugscheibe eine Windschutzscheibe, insbesondere die Windschutzscheibe eines Personenkraftwagens. Die elektrisch leitfähige Beschichtung weist im zentralen Sichtfeld A keine Unterbrechungen auf, beispielsweise durch gelaserte Strukturierungslinien. Besonders bevorzugt weist die elektrisch leitfähige Beschichtung auch im zentralen Sichtfeld B keine derartigen Unterbrechungen auf. Das Temperaturmessfeld ist außerhalb des Sichtfelds A beziehungsweise des Sichtfelds B angeordnet. Das Sichtfeld A und das Sichtfeld B sind in der Regelung Nr. 43 der Wirtschaftskommission der Vereinten Nationen für Europa (UN/ECE) (ECE-R43, „Einheitliche Bedingungen für die Genehmigung der Sicherheitsverglasungswerkstoffe und ihres Einbaus in Fahrzeuge“) definiert (vgl. insbesondere Anhang 18). Windschutzscheiben weisen typischerweise einen peripheren Abdeckdruck. Die elektrisch leitfähige Beschichtung bedeckt bevorzugt den gesamten Durchsichtsbereich, abgesehen von etwaigen Unterbrechungen oder beschichtungsfreie Bereiche, die als Kommunikationsfenster oder Datenübertragungsfenster dienen und außerhalb des zentralen Sichtfeld A beziehungsweise B angeordnet sind. Besonders bevorzugt sind die elektrischen Kontaktstellen im Bereich des Abdeckdrucks angeordnet, während der Großteil des Messstrom pfads im Durchsichtsbereich angeordnet ist.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die elektrisch leitfähige Beschichtung außerhalb des Temperaturmessfelds keine Unterbrechungen auf. Diese Ausgestaltung eignet sich beispielsweise für Seitenscheiben.
Weist das Temperaturmessfeld abseits des Messtrompfads weitere Bereiche der elektrisch leitfähigen Beschichtung auf, so muss natürlich Sorge getragen werden, dass der zur Messung herangezogene elektrische Strom durch den Messstrompfad fließt und nicht um die umliegende Beschichtung. Dies kann durch die Anordnung der Kontaktstellen und des Messstrompfads bewerkstelligt werden, wobei der Messstrompfad die kürzeste Verbindung zwischen den Kontaktstellen darstellt. Beispielsweise können die Kontaktstellen im Bereich zweier entgegengesetzter Ecken des Temperaturmessfelds angeordnet sein und der Messstrompfad sich mäanderartig zwischen ihnen erstrecken. Optional ist es jedoch auch möglich, die Kontaktstellen elektrisch von der umliegenden Beschichtung zu isolieren. Dabei ist jede Kontaktstelle bevorzugt durch eine beschichtungsfreie Kontakttrennlinie von der umgebenden elektrisch leitfähigen Beschichtung elektrisch isoliert ist, abgesehen vom Messstrom pfad. Die Kontakttrennlinie beginnt an der einen Seite des Messstrom pfads (beziehungsweise an der einen den Messstrompfad begrenzenden Isolationslinie), verläuft einmal um die Kontaktstelle herum und endet an der anderen Seite des Messstrom pfads (beziehungsweise an der anderen den Messstrompfad begrenzenden Isolationslinie). Die einzige elektrische Verbindung zwischen den Kontaktstellen ist dann der Messstrom pfad. Die Ausgestaltung ist besonders dann ratsam, wenn die beiden Kontaktstellen relativ nahe beieinander angeordnet sind, beispielsweise um sie an einer Seitenkante des Temperaturmessfelds hinter dem peripheren Abdeckdruck zu verstecken.
Die elektrisch leitfähige Beschichtung ist bevorzugt auf einem Großteil der Fahrzeugscheibe aufgebracht - insbesondere mindestens 80% der Scheibenoberfläche mit der leitfähigen Beschichtung versehen. Bevorzugt ist die Reflexionsbeschichtung vollflächig auf die Substratoberfläche aufgebracht mit Ausnahme der erfindungsgemäßen Trennungslinie und der etwaigen erfindungsgemäßen Isolationslinien und Kontakttrennlinien. Daneben können weitere Bereiche beschichtungsfrei sein, insbesondere ein optionaler umlaufender Randbereich und optionaler lokaler Bereich, die als Kommunikations-, Sensor- oder Kamerafenster die Transmission von elektromagnetischer Strahlung durch die Windschutzscheibe gewährleisten sollen. Der umlaufende unbeschichtete Randbereich weist beispielsweise eine Breite von bis zu 20 cm auf.
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe wird bevorzugt die gesamte Substratoberfläche vollflächig beschichtet und anschließend die Beschichtung wieder von denjenigen Bereichen entfernt, die beschichtungsfrei sein sollen. Die Entfernung der Beschichtung erfolgt bevorzugt durch Laserentschichtung. Alternativ kann die Entschichtung auch mechanisch-abrasiv erfolgen, insbesondere im Falle von flächigen, nicht-linienförmigen Bereichen wie Kamerafenster oder ein umlaufender entschichteter Randbereich. Alternativ ist es auch möglich, die Bereiche von vornherein durch Maskierungstechniken von der Beschichtung auszunehmen.
Die erfindungsgemäße Trennlinie und die etwaigen erfindungsgemäßen Isolationslinien und Kontakttrennlinien weisen bevorzugt Linienbreiten von weniger als 500 pm auf, besonders bevorzugt von 10 pm bis 250 pm, ganz besonders bevorzugt von 20 pm bis 150 pm. Dadurch wird eine wirksame elektrische Isolierung erreicht und die Linien sind optisch unauffällig. Die besagten Linien werden bevorzugt durch Laserentschichtung in die leitfähige Beschichtung eingebracht, was sich für industrielle Prozesse bewährt hat, weil dünne Linien mit geringem Zeitaufwand entschichtet werden können.
Bei der Laserentschichtung wird die Strahlung eines Lasers auf die Beschichtung fokussiert und entlang der zu entschichteten Linie über die Beschichtung bewegt. Dabei wird das Beschichtungsmaterial durch die Laserstrahlung entfernt. Verfahren zur Laserentschichtung sind hinlänglich bekannt und können vom Fachmann den Erfordernissen im Einzelfall entsprechend frei gewählt werden. Die Laserstrahlung wird typischerweise mittels eines optischen Elements wie einer Linse oder eines Objektivs auf die beschichtete Oberfläche fokussiert und mittels eines Laserscanners über die Oberfläche bewegt.
Die Laserstrahlung kann grundsätzlich Wellenlängen im UV-Bereich, sichtbaren Bereich oder IR-Bereich aufweisen. Die Wellenlänge der Laserstrahlung beträgt bevorzugt von 150 nm bis 2500 nm, besonders bevorzugt von 250 nm bis 1200 nm. Es kann beispielsweise eine Nd-YAG-Laser verwendet werden, der sich für industrielle Anwendungen bewährt hat. Der Nd:YAG-Laser kann bei seiner Grundwellenlänge von 1064 nm betrieben werden oder auch frequenzverdoppelt oder -verdreifacht. Es können aber auch andere Laser verwendet werden, beispielsweise andere Festkörperlaser (beispielsweise ein Titan-Saphir-Laser oder andere dotierte YAG-Laser), Faserlaser, Halbleiterlaser, Excimerlaser oder Gaslaser.
Der Laser wird bevorzugt gepulst betrieben. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine hohe Leistungsdichte und eine effektive Einbringung der isolierenden Linien. Bevorzugt werden Pulse im Nano- oder Pikosekundenbereich verwendet. Die Pulslänge beträgt bevorzugt kleiner oder gleich 50 ns. Die Pulsfrequenz beträgt bevorzugt von 1 kHz bis 2000 kHz, besonders bevorzugt von 10 kHz bis 1000 kHz. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Leistungsdichte des Lasers bei der Laserentschichtung.
Die Ausgangsleistung der Strahlung des Lasers beträgt bevorzugt von 0,1 W bis 50 W, beispielsweise von 0,3 W bis 10 W. Die benötigte Ausgangsleistung ist insbesondere abhängig von der verwendeten Wellenlänge der Laserstrahlung sowie dem Absorptionsgrad der elektrisch leitfähigen Beschichtung und kann vom Fachmann durch einfache Versuche ermittelt werden. Die Strahlung des Lasers wird bevorzugt mit einer Geschwindigkeit von 100 mm/s bis 10000 mm/s, besonders bevorzugt von 200 mm/s bis 5000 mm/s, ganz besonders bevorzugt von 300 mm/s bis 2000 mm/s über die elektrisch leitfähige Schicht bewegt, beispielsweise von 500 mm/s bis 1000 mm/s. Damit werden besonders gute Ergebnisse erzielt.
Die Erfindung umfasst außerdem ein Fahrzeug, ausgestattet mit einer erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe, einer Spannungsquelle und einer Auswerteeinheit, wobei die elektrischen Kontaktstellen mit der Spannungsquelle und der Auswerteeinheit (elektrisch, insbesondere galvanisch) verbunden sind, wobei eine elektrische Spannung an die Kontaktstellen anlegbar ist, so dass ein elektrischer Strom durch den Messstrompfad fließt, und wobei die Auswerteeinheit geeignet ist, die Stromstärke des elektrischen Stroms zu messen, daraus den elektrischen Widerstand des Messstrompfads zu bestimmen und anhand von Kalibrationsdaten aus dem elektrischen Widerstand die Temperatur zu bestimmen. Die vorstehenden Ausführungen zur Fahrzeugscheibe gelten gleichermaßen für das Fahrzeug.
Die Erfindung umfasst außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe. Dabei wird das Substrat bereitgestellt und eine seiner Oberflächen vollflächig mit der transparenten elektrisch leitfähigen Beschichtung beschichtet. Hierbei werden insbesondere Methoden der physikalischen Gasphasenabscheidung eingesetzt, besonders bevorzugt die magnetfeldunterstützte Kathodenzerstäubung (Magnetron- Sputtern). Alternativ kann die Beschichtung aber auch durch chemische Gasphasenabscheidung oder Aufdampfen erfolgen. Optional kann ein umlaufender Randbereich von der Beschichtung ausgenommen werden oder die Beschichtung in diesem Randbereich nachträglich wieder entfernt werden, beispielsweise mechanisch-abrasiv. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Beschichtung korrosionsanfällig ist und das Substrat später über die beschichtete Oberfläche mit einer weiteren Scheibe zu einer Verbundscheibe verbunden werden soll. Durch den beschichtungsfreien Randbereich weist die Beschichtung dann keinen Kontakt zur umgebenden Atmosphäre auf. Wird eine umlaufende Trennlinie in die Beschichtung eingebracht, um das Temperaturmessfeld von der umliegenden Beschichtung zu isolieren. Im Temperaturmessfeld wird ein Messstrompfad ausgebildet, bevorzugt durch Strukturierung der Beschichtung mittels Isolationslinien. An Anfang und Ende des Messstrompfads werden elektrische Kontaktstellen ausgebildet, bevorzugt durch Drucken und Einbrennen einer leitfähigen Paste enthaltend Glasfritten und Silberpartikel. Das Einbringen der Trennlinie und der Isolationslinien erfolgt bevorzugt durch Laserentschichtung, insbesondere in einem gemeinsamen Verfahrensschritt. Das Aufdrucken der Kontaktstellen kann nach oder vor der Laserentschichtung erfolgen.
Die Fahrzeugscheibe ist typischerweise gebogen, wie es im Fahrzeugbereich üblich ist. Die Biegung des Substrats und der etwaigen weiteren Scheibe findet bevorzugt nach dem Aufbringen der leitfähigen Beschichtung und dem Einbringen der isolierenden Linien statt. Es können übliche Glasbiegeverfahren verwendet werden, wie Schwerkraftbiegen, Pressbiegen und/oder Saugbiegen.
Ist die Fahrzeugscheibe eine Verbundscheibe, so wird das Substrat bevorzugt nach dem Biegen mit der weiteren Scheibe über eine thermoplastische Folie laminiert. Die Lamination erfolgt beispielsweise durch Autoklavverfahren, Vakuumsackverfahren, Vakuumringverfahren, Kalanderverfahren, Vakuumlaminatoren oder Kombinationen davon. Die Verbindung der Scheiben erfolgt dabei üblicherweise unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und/oder Druck.
Die Erfindung umfasst außerdem ein Verfahren zur Messung der Temperatur einer erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe, wobei
- an die elektrischen Kontaktstellen eine elektrische Spannung angelegt wird, so dass ein elektrischer Strom durch den Messstrompfad fließt,
- die Stromstärke des elektrischen Stroms gemessen wird,
- aus der Stromstärke der elektrische Widerstand des Messstrompfads bestimmt wird und
- anhand von Kalibrationsdaten aus dem elektrischen Widerstand die Temperatur bestimmt wird. Die vorstehenden Ausführungen zur Fahrzeugscheibe gelten gleichermaßen für das Messverfahren.
Die Erfindung umfasst außerdem die Verwendung einer erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe als Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs, insbesondere als Windschutzscheibe, Seitenscheibe, Heckscheibe oder Dachscheibe. In einer vorteilhaften Ausführung wird die Beheizung der Fahrzeugscheibe in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur gesteuert. So kann bei Temperaturen, bei denen eine Vereisung, Frost oder kondensierte Flüssigkeit auf der Scheibe wahrscheinlich sind, eine Beheizung der Scheibe in Gang gesetzt werden, entweder über einen vorbestimmten Zeitraum oder bis zum Erreichen einer ebenfalls mit dem Temperatursensor gemessenen Zieltemperatur. Die Grenztemperatur, unterhalb derer die Beheizung in Gang gesetzt wird, ist in der Bordelektronik hinterlegt, welche die automatische Beheizung steuert. Die Beheizung der Scheibe kann beispielsweise durch Beaufschlagung mit einem warmen Luftstrom erfolgen oder durch Heizelemente in der Fahrzeugscheibe selbst. In einer besonders bevorzugten Ausführung ist die elektrisch leitfähige Beschichtung außerhalb des Temperaturmessfeldes elektrisch kontaktiert und dient als Heizelement, welches sich durch Stromfluss nach Anlegen einer Spannung erwärmt. Eine möglichst gleichmäßige Einleitung des Heizstroms kann durch sogenannte Stromsammelschienen ( Busbars ) erfolgen, die entlang zweier gegenüberliegender Seitenkanten der Fahrzeugscheibe angeordnet sind und sich annähernd über die gesamte Breite der Beschichtung erstrecken. Die Stromsammelschienen können beispielsweise als aufgedruckte und eingebrannte Paste enthaltend Glasfritten und Silberpartikel ausgebildet sein oder als Streifen einer Metallfolie, insbesondere Kupferfolie. Die gemessene Temperatur kann aber auch für andere Zwecke verwendet werden, beispielsweise zu Informationszwecken für den Fahrer dargestellt werden oder einer automatischen Steuerung der Klimaanlage zugrunde gelegt werden.
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:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe, Fig. 2 eine, Querschnitt durch die Fahrzeugscheibe aus Fig. 1,
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Ausgestaltung des Temperaturmessfeldes,
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine weitere Ausgestaltung des Temperaturmessfeldes,
Fig. 5 eine Draufsicht auf eine weitere Ausgestaltung des Temperaturmessfeldes,
Fig. 6 ein Diagramm des temperaturabhängigen elektrischen Widerstands einer beispielhaften elektrisch leitfähigen Beschichtung.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen je ein Detail einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe mit Temperatursensor. Die Fahrzeugscheibe ist die Windschutzscheibe eines Personenkraftwagens und als Verbundscheibe ausgebildet (VSG, Verbundsicherheitsglas). Sie umfasst ein Substrat 1, welches die Innenscheibe der Verbundscheibe bildet, eine weitere Scheibe 2, welche die Außenscheibe bildet, und eine thermoplastische Zwischenschicht 3, welche Innenscheibe und Außenscheibe miteinander verbindet. Das Substrat 1 ist beispielsweise eine Glasscheibe aus Kalk-Natron-Glas mit einer Dicke von 1,6 mm. Die weitere Scheibe 2 ist beispielsweise eine Glasscheibe aus Kalk-Natron-Glas mit einer Dicke von 2,1 mm. Die Zwischenschicht 3 ist beispielsweise aus einer weichmacherhaltigen Folie aus Polyvinylbutyral (PVB) ausgebildet mit einer Dicke von 0,76 mm.
Die Fahrzeugscheibe weist einen peripheren Abdeckdruck 5 auf, welcher aus einem schwarzen Emaille ausgebildet ist und auf der zur Zwischenschicht 3 hingewandten Oberfläche der weiteren Scheibe 2 aufgedruckt ist. Durch den Abdeckdruck 5 ist ein umlaufender Randbereich der Fahrzeugscheibe opak. Der opake Randbereich umgibt den transparenten zentralen Durchsichtsbereich der Fahrzeugscheibe.
Die zur Zwischenschicht 3 hingewandte Oberfläche des Substrats 1 ist mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung 4 versehen. Die Beschichtung 4 ist beispielsweise ein Dünnschichtstapel enthaltend mehrere elektrisch leifähige Schichten auf Basis von Silber neben zahlreichen dielektrischen Schichten. In einem umlaufenden Randbereich mit einer Breite von beispielsweise 5 cm ist das Substrat 1 nicht beschichtet. Die korrosionsanfällige Beschichtung 4 ist dadurch im Innern der Verbundscheibe vor Korrosion geschützt. Die Kante der Beschichtung 4 wird durch den Abdeckdruck 5 verdeckt. Im Durchsichtsbereich ist ein Temperaturmessfeld 10 ausgebildet, welches den
Temperatursensor beinhaltet. Das Temperaturmessfeld 10 kann alternativ aber auch vollständig oder teilweise im opaken Randbereich des Abdeckdrucks 5 angeordnet sein. Mögliche Ausgestaltungen des Temperaturmessfelds 10 sind in den folgenden Abbildungen dargestellt
Fig. 3 zeigt eine erste beispielhafte Ausgestaltung des Temperaturmessfelds 10. Es wird begrenzt durch eine umlaufende Trennlinie 11, durch die das Temperaturmessfeld 10 (genauer gesagt die elektrisch leitfähige Beschichtung 4 innerhalb des Temperaturmessfeldes 10) von der umliegenden Beschichtung 4 elektrisch isoliert ist. Im Temperaturmessfeld 10 ist der Temperatursensor ausgebildet, bestehend aus zwei elektrischen Kontaktstellen 12.1, 12.2 und einen zwischen diesen verlaufenden
Messstrompfad 14. Die Kontaktstellen 12.1, 12.2 sind beispielsweise quadratisch ausgebildet aus einer aufgedruckten und eingebrannten leitfähigen Paste enthaltend Glasfritten und Silberpartikel. Der Messstrompfad 14 wird aus einem Bereich der Beschichtung 4 gebildet, welcher durch zwei parallele Isolationslinien 13.1, 13.2 von der umliegenden Beschichtung 4 elektrisch isoliert ist. Die Isolationslinien 13.1, 13.2 verlaufen von der ersten Kontaktstelle 12.1 bis zur zweiten Kontaktstelle 12.2, wobei die zwischen ihnen befindliche Beschichtung 4 den Messstrompfad 14 bildet. Die Kontaktstellen 12.1, 12.2 sind weit voneinander entfernt angeordnet im Bereich zweier gegenüberliegender Ecken des Temperaturmessfelds 10. Der Messstrompfad 14 verläuft mäanderartig zwischen den Kontaktstellen 12.1, 12.2, um Platz zu sparen.
Auf den Kontaktstellen 12.1, 12.2 sind nicht dargestellte Flachleiter angelötet, die sich über die Seitenkante der Fahrzeugscheibe hinaus erstrecken und den Anschluss des Messstrompfads 14 an die Bordelektrik ermöglichen, insbesondere an eine
Spannungsquelle und eine Auswerteeinheit. Wird mittels der Spannungsquelle eine elektrische Spannung an die Kontaktstellen 12.1, 12.2 angelegt, so fließt ein elektrischer Strom durch den Messstrompfad 14. Mittels der Auswerteeinheit wird die Stromstärke gemessen und aus dieser anhand des Ohmschen Gesetzes der Widerstand ermittelt. Der Widerstand, welcher temperaturabhängig ist, wird mit Kalibrationsdaten verglichen, wodurch die momentane Temperatur der Fahrzeugscheibe bestimmt werden kann.
Fig. 4 zeigt eine zweite beispielhafte Ausgestaltung des Temperaturmessfelds 10. Es wird ebenfalls begrenzt durch eine umlaufende Trennlinie 11. Die beiden elektrischen Kontaktstellen 12.1, 12.2 sind in der Nähe der Unterkante des Temperaturmessfeldes einander benachbart angeordnet. Der Messstrompfad 14 verläuft schleifenartig zwischen den Kontaktstellen 12.1, 12.2. Eine solche Konfiguration eignet sich insbesondere dann, wenn die Kontaktstellen 12.1, 12.2 im opaken Randbereich des Abdeckdrucks 5 angeordnet sein sollen, während der Messstrompfad 14 überwiegend im Durchsichtsbereich angeordnet sein soll. Ansonsten entspricht die Ausgestaltung derjenigen aus Figur 3.
Da die beiden Kontaktstellen 12.1, 12.2 einen geringen Abstand zueinander aufweisen, würde der Strom überwiegend nicht über den Messstrompfad 14 fließen, sondern entlang der direkten Verbindungslinie zwischen den Kontaktstellen 12.1, 12.2. Um dies zu verhindern, ist jede Kontaktstelle 12.1, 12.2 durch eine Kontakttrennlinie 15.1, 15.2 von der umgebenden elektrisch leitfähigen Beschichtung 4 elektrisch isoliert. Die Kontakttrennlinie 15.1, 15.2 verlaufen von der ersten Isolationslinie 13.1 um die jeweilige Kontaktstelle 12.1, 12.2 herum bis zur zweiten Isolationslinie 13.2. Die Kontaktstellen 12.1, 12.2 sind somit elektrisch nur über den Messstrompfad 14 miteinander verbunden, so dass der elektrische Stromfluss über den Messstrompfad 14 erzwungen wird.
Fig. 5 zeigt eine dritte beispielhafte Ausgestaltung des Temperaturmessfelds 10. Es wird ebenfalls begrenzt durch eine umlaufende Trennlinie 11. Der Ausgestaltung unterscheidet sich von denjenigen der Figuren 3 und 4 dadurch, dass der Messstrompfad 14 nicht durch zwei parallele Isolationslinien, die zwischen den Kontaktstellen 12.1, 12.2 verlaufen, gebildet wird. Stattdessen ist ein rechteckiger Bereich, der an zwei gegenüberliegenden Ecken von den Kontaktstellen 12.1, 12.2 begrenzt wird, durch Isolationslinien 13 derart strukturiert, dass er insgesamt den Messstrompfad 14 ausbildet. In der dargestellten Ausgestaltung weist das Temperaturmessfeld 10 einen umlaufenden beschichteten Bereich auf, der nicht Teil des Messstrompfad 14 ist, sondern diesen rahmenartig umgibt. Es wäre aber auch möglich, dass gesamte Temperaturmessfeld 10 als Messstrompfad 14 zu nutzen, wenn die Kontaktstellen 12.1, 12.2 an die Ecken des Temperaturmessfelds 10 verlegt werden. Die Gestaltung des Messstrom pfads 14 durch Isolationslinien 13 kann vom Fachmann frei gewählt werden und ist keinen Einschränkungen unterworfen. Fig. 6 zeigt die Temperaturabhängigkeit einer beispielhaften elektrisch leitfähigen Beschichtung 4. Die Beschichtung 4 ist ein Dünnschichtstapel, welcher mehrere elektrisch leitfähige Silberschichten enthält und eine Vielzahl von dielektrischen Schichten. Solche Beschichtungen sind an sich bekannt und für Windschutzscheiben als IR- Schutzbeschichtungen und/oder beheizbare Beschichtungen gebräuchlich. Aufgetragen ist der elektrische Wderstand gegen die Temperatur, wobei eine näherungsweise lineare Abhängigkeit zu erkennen ist. Diese Temperaturabhängigkeit ermöglicht die Bestimmung der Temperatur auf Grundlage des gemessenen Widerstands, wenn entsprechende Kalibrationsdaten von der Auswerteeinheit herangezogen werden.
Bezugszeichenliste:
(1) Substrat
(2) weitere Scheibe (3) thermoplastische Zwischenschicht
(4) elektrisch leitfähige Beschichtung
(5) Abdeckdruck
(10) Temperaturmessfeld (11) Trennlinie
(12.1) erste elektrische Kontaktstelle
(12.2) zweite elektrische Kontaktstelle
(13) Isolationslinie
(13.1) erste Isolationslinie (13.2) zweite Isolationslinie
(14) Messstrompfad
(15.1) erste Kontakttrennlinie
(15.2) zweite Kontakttrennlinie

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeugscheibe mit Temperatursensor, umfassend ein Substrat (1) und eine transparente, elektrisch leitfähige Beschichtung (4) auf einer Oberfläche des Substrats (1), wobei
- in der elektrisch leitfähigen Beschichtung (4) ein Temperaturmessfeld (10) ausgebildet ist, das durch eine Trennlinie (11) von der umgebenden elektrisch leitfähigen Beschichtung (4) elektrisch isoliert ist,
- im Temperaturmessfeld (10) aus einem Bereich der elektrisch leitfähigen Beschichtung (4) ein zwischen zwei elektrischen Kontaktstellen (12.1, 12.2) verlaufender Messstrompfad (14) ausgebildet ist,
- die elektrischen Kontaktstellen (12.1, 12.2) mit einer Spannungsquelle verbindbar sind, so dass ein elektrischer Strom durch den Messstrompfad (14) fließt, und
- die elektrischen Kontaktstellen (12.1, 12.2) mit einer Auswerteeinheit verbindbar sind, welche geeignet ist, die Stromstärke des elektrischen Stroms zu messen, daraus den elektrischen Widerstand des Messstrom pfads (14) zu bestimmen und anhand von Kalibrationsdaten aus dem elektrischen Widerstand die Temperatur zu bestimmen.
2. Fahrzeugscheibe nach Anspruch 1, welche einen peripheren Abdeckdruck (5) aufweist, der einen zentralen Durchsichtsbereich umgibt, wobei die elektrischen Kontaktstellen (12.1, 12.2) im Bereich des Abdeckdrucks (5) angeordnet sind.
3. Fahrzeugscheibe nach Anspruch 2, wobei der Großteil des Messstrom pfads (14) im Durchsichtsbereich angeordnet ist.
4. Fahrzeugscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Messstrompfad (14) eine Länge von 1 cm bis 20 cm aufweist.
5. Fahrzeugscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Messstrompfad (14) durch zwei parallele, zwischen den Kontaktstellen (12.1, 12.2) verlaufende Isolationslinien (13.1, 13.2) ausgebildet wird, welche den Messstrompfad (14) von der umliegenden elektrisch leitfähigen Beschichtung (4) elektrisch isolieren.
6. Fahrzeugscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Temperaturmessfeld (10) eine Größe von höchstens 5 cm2 aufweist, bevorzugt von 0,5 cm2 bis 2 cm2.
7. Fahrzeugscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die als
Einscheibensicherheitsglas ausgebildet ist, wobei die elektrisch leitfähige
Beschichtung (4) auf der innenraumseitigen Oberfläche des Substrats (1) angeordnet ist und mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht auf Basis eines transparenten leitfähigen Oxids aufweist.
8. Fahrzeugscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die als Verbundsicherheitsglas ausgebildet ist, wobei das Substrat (1) mit einer weiteren Scheibe (2) über eine thermoplastische Zwischenschicht (3) verbunden ist, und wobei die die elektrisch leitfähige Beschichtung (4) auf der zur Zwischenschicht (3) hingewandten Oberfläche des Substrats (1) angeordnet ist und mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht auf Basis von Silber aufweist.
9. Fahrzeugscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei jede Kontaktstelle (12.1, 12.2) durch eine Kontakttrennlinie (15.1, 15.2) von der umgebenden elektrisch leitfähigen Beschichtung (4) elektrisch isoliert ist, abgesehen vom Messstrompfad (14)
10. Fahrzeugscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Kontaktstellen (12.1, 12.2) als aufgedruckte und eingebrannte elektrisch leitfähige Paste ausgebildet sind, enthaltend Glasfritten und Silberpartikel.
11. Fahrzeugscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Messstrompfad (14) mäanderförmig oder schleifenartig zwischen den Kontaktstellen (12.1, 12.2) verläuft.
12. Fahrzeug, ausgestattet mit einer Fahrzeugscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, einer Spannungsquelle und einer Auswerteeinheit, wobei die elektrischen Kontaktstellen (12.1, 12.2) mit der Spannungsquelle und der Auswerteeinheit verbunden sind, wobei eine elektrische Spannung an die Kontaktstellen (12.1, 12.2) anlegbar ist, so dass ein elektrischer Strom durch den Messstrompfad (14) fließt, und wobei die Auswerteeinheit geeignet ist, die Stromstärke des elektrischen Stroms zu messen, daraus den elektrischen Widerstand des Messstrompfads (14) zu bestimmen und anhand von Kalibrationsdaten aus dem elektrischen Widerstand die Temperatur zu bestimmen.
13. Fahrzeug nach Anspruch 12, wobei die Auswerteeinheit eine Strommessvorrichtung und einen Prozessor zum Vergleich des gemessenen Stroms mit den Kalibrationsdaten umfasst.
14. Verfahren zur Messung der Temperatur einer Fahrzeugscheibe nach einem der
Ansprüche 1 bis 11 , wobei - an die elektrischen Kontaktstellen (12.1, 12.2) eine elektrische Spannung angelegt wird, so dass ein elektrischer Strom durch den Messstrompfad (14) fließt,
- die Stromstärke des elektrischen Stroms gemessen wird,
- aus der Stromstärke der elektrische Widerstand des Messstrompfads (14) bestimmt wird und - anhand von Kalibrationsdaten aus dem elektrischen Widerstand die Temperatur bestimmt wird.
15. Verwendung einer Fahrzeugscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 11 als Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs, insbesondere als Windschutzscheibe, Seitenscheibe, Heckscheibe oder Dachscheibe, wobei die Beheizung der Fahrzeugscheibe in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur gesteuert wird.
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