WO2025252497A1 - Fahrzeug mit ir-strahlungsquelle, verfahren zum entfernen von wasser und verwendung einer bestrahlungsvorrichtung - Google Patents

Fahrzeug mit ir-strahlungsquelle, verfahren zum entfernen von wasser und verwendung einer bestrahlungsvorrichtung

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WO2025252497A1
WO2025252497A1 PCT/EP2025/064272 EP2025064272W WO2025252497A1 WO 2025252497 A1 WO2025252497 A1 WO 2025252497A1 EP 2025064272 W EP2025064272 W EP 2025064272W WO 2025252497 A1 WO2025252497 A1 WO 2025252497A1
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WO
WIPO (PCT)
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vehicle
radiation source
radiation
window
vehicle window
Prior art date
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Application number
PCT/EP2025/064272
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hadi RASTEGAR
Siyamak MEMAR JAVID
Yahya MOTEMANI SHARABIANI
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Saint Gobain Sekurit France SAS
Original Assignee
Saint Gobain Sekurit France SAS
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Publication date
Application filed by Saint Gobain Sekurit France SAS filed Critical Saint Gobain Sekurit France SAS
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    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/0033—Heating devices using lamps
    • H05B3/0038—Heating devices using lamps for industrial applications
    • H05B3/0042—Heating devices using lamps for industrial applications used in motor vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/22—Heating, cooling or ventilating devices the heat source being other than the propulsion plant
    • B60H1/2215—Heating, cooling or ventilating devices the heat source being other than the propulsion plant the heat being derived from electric heaters
    • B60H1/2226—Electric heaters using radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60S—SERVICING, CLEANING, REPAIRING, SUPPORTING, LIFTING, OR MANOEUVRING OF VEHICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60S1/00—Cleaning of vehicles
    • B60S1/02—Cleaning windscreens, windows or optical devices
    • B60S1/023—Cleaning windscreens, windows or optical devices including defroster or demisting means
    • B60S1/026—Cleaning windscreens, windows or optical devices including defroster or demisting means using electrical means
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B2203/032—Heaters specially adapted for heating by radiation heating
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2214/00—Aspects relating to resistive heating, induction heating and heating using microwaves, covered by groups H05B3/00, H05B6/00
    • H05B2214/02—Heaters specially designed for de-icing or protection against icing

Definitions

  • Vehicle with IR radiation source Vehicle with IR radiation source, method for removing water and use of an irradiation device
  • the invention relates to a vehicle with an IR radiation source, a method for removing water and the use of an irradiation device for a vehicle window.
  • HVAC Heating, Ventilation and Air Conditioning
  • Such windows are used particularly as heated windshields in motor vehicles and offer the possibility of conveniently clearing the windshield of ice or condensation by heating it. They have transparent, electrically conductive coatings, especially silver coatings. The coatings are electrically contacted so that an electric current can be conducted through them. This heats up the coating, which is the basis of the heating effect.
  • the pane itself can have an electric heating function.
  • DE 103 52 464 A1 discloses a laminated pane in which electrically heated wires are embedded between two glass panes. The specific heating power can be adjusted by the ohmic resistance of the wires. Due to design and safety considerations, the number and diameter of the wires must be kept as small as possible. The wires must be visually imperceptible or barely perceptible in daylight and at night under headlights, which leads to significant design limitations.
  • the present invention aims to provide such a vehicle and a method for the rapid, energy-efficient, and reliable removal of moisture from such a vehicle.
  • the object of the present invention is achieved according to the invention by a vehicle according to claim 1, a method according to claim 13, and the use of an irradiation device according to claim 15. Preferred embodiments are described in the dependent claims.
  • the vehicle comprises at least one vehicle window (also called the first vehicle window) with a viewing area.
  • vehicle window also called the first vehicle window
  • a vehicle window can be a monolithic pane, as is often the case with rear windows or side windows. If the vehicle window is a monolithic pane, it has, in addition to the outer surface, an inner surface facing the vehicle interior.
  • a monolithic pane refers to a single pane of glass, which may, however, be equipped with functional coatings such as an IR-reflective coating and/or a Low-E coating (emissivity-reducing coating). Such coatings are advantageously applied to the inner surface of the vehicle window.
  • a monolithic vehicle window consists of only one pane and no thermoplastic polymer layer.
  • the vehicle window can also be a laminated pane, as is usually the case with windshields.
  • the rear window or the side window(s) of a vehicle can also be designed as a laminated pane.
  • the vehicle window is a laminated pane, it comprises an inner pane and an outer pane, as well as a thermoplastic interlayer located between the inner and outer panes.
  • the outer pane has an outer surface facing away from the thermoplastic interlayer, which is also the outer surface of the vehicle window (though it may have coatings).
  • the outer pane also has an inner surface facing the thermoplastic interlayer.
  • the inner pane has an inner surface facing away from the thermoplastic interlayer, which may be coated or uncoated. The coated or uncoated inner surface of the inner pane is also the surface of the vehicle window exposed to the vehicle interior.
  • thermoplastic interlayer is arranged across a surface between the inner and outer panes.
  • the main surfaces of the thermoplastic interlayer are essentially parallel to the surfaces of the outer and inner panes.
  • the main surface of an element describes the surface of the element with the greatest extent.
  • the vehicle window can be, for example, a windshield, rear window, or side window.
  • the vehicle window is a windshield.
  • the vehicle window can be fixed in the vehicle, so that it is not movable.
  • the vehicle window can also be movable, for example, as is common with side windows, it can be cranked up and down. Thus, the vehicle window can be moved from an open state to a closed state and vice versa during vehicle use.
  • closed state means that the vehicle window essentially completely separates the vehicle interior from the external environment. In the case of a side window in a passenger car, this would mean the situation where the side window is cranked up, i.e., the window opening is completely closed by the side window.
  • open state means that the side window does not completely close the window opening, i.e., the vehicle interior is not completely separated from the external environment. It is understood that the vehicle side window can also be “partially open,” meaning that the window is not fully open. It is understood that the irradiation of the vehicle window described in the invention refers to irradiation of the vehicle window in the closed state, although it is not excluded that areas of the vehicle window can also be irradiated when it is partially open.
  • the vehicle windshield has a circumferential edge with an edge surface, which preferably comprises a top edge and a bottom edge, as well as two intermediate side edges.
  • the top edge is the edge that points upwards when installed in the vehicle.
  • the bottom edge is the edge that points downwards when installed in the vehicle.
  • the top edge is often also referred to as the roof edge and the bottom edge as the engine edge.
  • the vehicle windshield can have any suitable geometric shape and/or curvature.
  • the pane or panes (outer pane and inner pane) of the vehicle windshield are, according to the invention, made of transparent glass.
  • the vehicle windshield comprises at least one pane made of glass; the outer pane and/or the inner pane are made of glass, in particular soda-lime glass, which is common for window panes.
  • the panes can, or in principle, the pane can also be made of other types of glass (for example, borosilicate glass, quartz glass, aluminosilicate glass).
  • the thickness of the at least one pane can vary widely.
  • Discs with a thickness in the range of 0.8 mm to 5 mm, preferably from 1.4 mm to 2.5 mm, are used, for example, those with standard thicknesses of 1.6 mm or 2.1 mm.
  • the at least one disc can be prestressed, partially prestressed, or fully prestressed. If at least one of the discs is to have a prestress, this can be a thermal or chemical prestress.
  • "at least one disc” refers to the inner disc and/or the outer disc if the vehicle disc is designed as a composite disc, or the individual disc of the vehicle disc if it is designed as a monolithic disc.
  • the vehicle windshield can have any three-dimensional shape.
  • the at least one pane of the vehicle windshield has no shadowed areas, so that it can be efficiently coated by cathode sputtering.
  • the vehicle windshield is flat or slightly or strongly curved in one or more directions in space.
  • the thermoplastic interlayer is preferably designed as at least one thermoplastic film and is based on ethylene vinyl acetate (EVA), polyvinyl butyral (PVB), or polyurethane (PU), or mixtures, copolymers, or derivatives thereof, particularly preferably on polyvinyl butyral (PVB), and additionally contains additives known to those skilled in the art, such as plasticizers.
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • PVB polyvinyl butyral
  • PU polyurethane
  • the thermoplastic film contains at least one plasticizer.
  • the thermoplastic interlayer can be formed by a single film or by more than one film.
  • the thermoplastic interlayer can be formed by one or more thermoplastic films stacked on top of each other, the thickness of which, after lamination of the layer stack, is preferably from 0.25 mm to 1 mm, typically 0.38 mm or 0.76 mm.
  • the thermoplastic interlayer can also be formed by a film that is colored in certain areas and thus opaque.
  • the interlayer can also be formed by more than one film, with the at least two films extending over different areas of the laminated sheet's surface.
  • the thermoplastic intermediate layer can also be a functional thermoplastic film, in particular a film with acoustic damping properties, an IR radiation reflective film, an IR radiation absorbing film and/or a UV radiation absorbing film.
  • a polymeric material consists predominantly, i.e., at least 50%, preferably at least 60%, and particularly at least 70%, of this material. It may therefore also contain other materials such as stabilizers or plasticizers.
  • the viewing area of a vehicle window is the transparent area of the vehicle window through which light can pass without a substantial portion of the light being absorbed or reflected.
  • the viewing area thus refers to the area of the vehicle window designed for viewing. If the vehicle window is, for example, a windshield, then the viewing area is the area of the windshield through which the driver can see the road or the surrounding environment.
  • the vehicle window therefore has a viewing area that is transparent.
  • the entire vehicle window can be transparent, so that the viewing area encompasses the entire vehicle window.
  • vehicle windows particularly windshields
  • This masking area is, for example, formed as an opaque layer through which no visibility is possible. It is typically located around the perimeter of the windshield and surrounds the viewing area.
  • the primary purpose of the opaque masking area is to protect the adhesive used to bond the windshield to the vehicle body from UV radiation.
  • the masking area is typically formed by a black printed masking layer on the surface of the outer pane facing the intermediate layer.
  • “opaque” means a light transmission (according to ISO 9050:2003) for visible light (380 nm to 780 nm) of less than 30%, preferably less than 20%, particularly preferably less than 5%, and especially less than 0.1%.
  • “transparent” means a light transmission (according to ISO 9050:2003) for visible light of at least 50%, preferably at least 60%, and particularly preferably at least 70%.
  • the relative spectral distribution of illuminant D65 (see for example, ISO 11664-2:2007) and/or the relative spectral distribution of illuminant A (see, for example, ISO 11664-2:2007) can be used.
  • the described luminous transmittance ranges apply to determination using illuminant A and/or illuminant D65.
  • the vehicle further comprises at least one IR radiation source for the selective generation of IR radiation in the IR wavelength range from 1.3 pm to 3.5 pm, in particular with IR radiation in the IR wavelength range from 1.4 pm to 2 pm.
  • the IR radiation source can thus generate IR radiation with a specific wavelength, for example, IR radiation in a very narrow range of 50 nm (wavelength then being, for example, in the range of 1.45 pm to 1.50 pm), wherein the range preferably includes a wavelength at which water exhibits an increased absorption coefficient.
  • the emission spectrum of the IR radiation source can, for example, cover several hundred nm in the specified wavelength range, in particular less than 500 nm, preferably less than 200 nm, more preferably less than 100 nm, and most preferably less than 50 nm.
  • the IR radiation source is located inside the vehicle, at a distance from the vehicle window.
  • IR radiation source in a vehicle interior means that the IR radiation source is located inside the vehicle, for example on the interior trim or on the dashboard, and is thus exposed to the vehicle interior.
  • the IR radiation source is thereby protected from external influences such as weather conditions and damage.
  • the IR radiation source is aligned in such a way that, during operation, it exclusively irradiates a portion of the visibility area of the vehicle window with IR radiation in the IR wavelength range of 1.3 pm to 3.5 pm, in particular with IR radiation in the IR wavelength range of 1.4 pm to 2 pm.
  • the radiation source is arranged such that it irradiates only a portion of the vehicle windscreen with IR radiation of a selective wavelength, through which at least one vehicle occupant, for example the driver or the passenger, looks when the driver or passenger has taken a seat in the vehicle.
  • the invention is based on the fact that the water molecules of the water deposited on the vehicle windshield – regardless of whether they are in a liquid or solid state – are set into vibration by IR radiation, and consequently, the water molecules heat up.
  • the heating of the water condensed or frozen on the windshield is largely selective, since the windshields themselves typically absorb IR radiation much less strongly, which is why the heating of the windshield is negligible.
  • IR radiation can therefore be used to heat water on both an inner surface of the windshield exposed to the vehicle interior and an outer surface exposed to the environment.
  • One resulting advantage is that large-area, electrically heated layers, such as silver coatings, can be omitted as part of the vehicle windshield. This leads to a simplified and more cost-effective manufacturing process.
  • the transmission of high-frequency radiation for example, for receiving mobile phone signals, communicating with cloud servers ("Internet of Things"), and similar applications, is not affected by the radiant heating system according to the invention, resulting in further advantages.
  • the inventors have also discovered that evaporation using IR radiation can be many times faster and more efficient compared to the HVAC/coating method.
  • the IR source can be protected from negative influences.
  • the IR source has lower requirements regarding sealing, and the risk of damage to the IR source during vehicle use is reduced.
  • the partial area corresponds to the minimum field of vision required when driving the vehicle.
  • the partial area includes at least the area of the field of vision necessary for driving the vehicle.
  • the partial area can therefore correspond to the area of the vehicle windshield through which a vehicle occupant looks while driving.
  • the minimum unobstructed field of vision required for driving a vehicle can be defined, for example, by legal provisions such as standards. For instance, Regulation No. 125 of the UN Economic Commission for Europe (UNECE) – Uniform provisions for the approval of motor vehicles with regard to the driver’s forward field of vision [2018/116] contains provisions that can define the required field of vision.
  • the required field of vision can, for example, correspond to a strip extending vertically across the window with the width of the steering wheel.
  • This strip can be approximately 30 centimeters wide and is divided into two equal halves by the center of the steering wheel.
  • the driver's field of vision can be limited above and below, for example, by the area covered by the windshield wipers.
  • the area illuminated with IR radiation can therefore be approximately the size of a DIN A4 sheet of paper projected vertically onto the windshield in front of the driver's face. This area can range from 0.2 m2 to 0.01 m2 , preferably from 0.1 m2 to 0.02 m2 , and particularly preferably from 0.08 m2 to 0.04 m2 .
  • the vehicle window is a side window, at least a portion of it is preferably cleared of water molecules, allowing the driver to see the side mirrors.
  • the vehicle window is a rear window
  • at least a portion of the area that allows the driver to see through the rear window via the rearview mirror is preferably cleared of water molecules.
  • the area can be defined and dimensioned, for example, based on relevant standards or guidelines that define the required field of vision. Because the energy available for irradiating the windshield is focused on the portion of the viewing area corresponding to the driver's required field of vision, rather than heating the entire viewing area, a higher amount of energy is directed at this specific area. The water deposited on the windshield in this area evaporates more quickly, and the area needed for driving is cleared of water faster. This process typically takes only a few minutes and can even be completed in less than a minute. The vehicle is therefore ready for operation very quickly. The direct interaction of the infrared radiation with the water molecules eliminates the need to heat the windshield. Removing water only from the driver's field of vision thus not only enables a particularly quick start but is also exceptionally energy-efficient.
  • the IR radiation source preferably comprises at least one LED, OLED, laser, and/or laser diode.
  • the IR radiation source particularly preferably comprises a plurality of LEDs, OLEDs, lasers, and/or laser diodes.
  • the IR radiation source comprises an LED, which can also be referred to as an "IR radiation-emitting diode.” LEDs are characterized by their high efficiency.
  • the IR radiation source can comprise laser diodes or lasers, which have the advantage of being particularly powerful and efficient.
  • the IR radiation source can also include a housing in which the emitters for generating IR radiation are mounted.
  • the IR radiation source can be an LED, OLED, laser, and/or laser diode.
  • the IR radiation source comprises or consists of an Er:YAG diode.
  • Other examples include InAs/GaSb, Er3+-doped sesquioxide diodes, or diodes consisting thereof.
  • the IR radiation source can be a fiber-bulk hybrid laser.
  • the laser preferably comprises the lasing medium Cr:ZnSe/S.
  • the laser is, for example, dimmable, preferably in a range from 1.9 pm to 3.0 pm, so that the wavelength or a wavelength range of the emitted IR radiation can be selected as required.
  • the IR radiation source(s) can be, for example, ribbon-shaped, planar, or spot-shaped. Other geometric shapes are also possible. Several individual IR radiation sources can be spaced apart or arranged in a ribbon. (closely spaced) IR radiation sources can be arranged. In other words, if several spot-shaped IR radiation sources, such as LEDs, are arranged next to each other, a multi-part, ribbon-shaped, or planar IR radiation source can be created. This allows the number and intensity of the IR radiation sources to be flexibly adapted to the requirements for heating the vehicle windshield, for example, with regard to the spatial and geometric conditions and the energy required for efficient heating. Furthermore, the radiation angle of the IR radiation sources can be adjusted to the spatial and geometric conditions.
  • the IR radiation source is configured to emit IR radiation in the IR wavelength range from 2.5 pm to 3.3 pm, particularly preferably from 2.6 pm to 2.9 pm. It is not necessary for the emission band of the IR radiation source to completely cover these ranges. However, the emission band should lie (at least partially) within these ranges.
  • the radiation source is advantageously connected to a power supply. Absorption and excitation of water molecules, and thus the resulting heating and evaporation, are particularly high in this preferred wavelength range.
  • the transmission of glass is particularly high in the wavelength range from 2.9 pm to 3.1 pm, exceeding 70%, and especially at approximately 3.0 pm, reaching approximately 85%. This allows the energy of the IR radiation to be used efficiently for de-icing and evaporating water.
  • the IR radiation source is designed to emit, or does emit, IR radiation in the IR wavelength range from 1.4 pm to 2 pm, preferably from 1.45 pm to 1.95 pm, and particularly preferably from 1.5 pm to 1.65 pm.
  • the radiation is particularly energy-intensive due to its short wavelength and is therefore very suitable for evaporating water or melting ice.
  • This wavelength range from 1.4 pm to 2 pm is particularly preferred when the radiation source comprises or consists of an LED, since LEDs for generating IR radiation in wavelength ranges up to 2 pm can be manufactured cost-effectively.
  • IR radiation with a wavelength that is not suitable or only poorly suited for exciting water molecules is emitted.
  • IR radiation with such an unsuitable wavelength only excites the water molecules insufficiently and is essentially released unused into the environment.
  • the energy efficiency of the device is consequently improved, because a large proportion of the energy of the IR radiation is transferred to the water molecules and used to remove condensation or icing.
  • a diverging element is preferably arranged between the IR radiation source and the outer surface of the vehicle windshield.
  • the diverging element is preferably an optical concave lens (also called a diverging lens), a microlens array, or a holographic lens.
  • the diverging element serves to scatter the IR radiation. Parallel incident IR rays are refracted by the diverging element in such a way that the IR rays are dispersed in space and fall on the entire area to be irradiated with IR radiation.
  • the IR radiation source is therefore preferably oriented so that the IR radiation it emits is scattered by the diverging element, which, for example, allows the IR radiation from a laser to irradiate a larger area of the vehicle windshield surface.
  • the vehicle windshield has an inner surface exposed to the vehicle interior, and the IR radiation source is arranged at a distance of no more than 30 cm, preferably no more than 20 cm, particularly preferably no more than 10 cm, and especially no more than 5 cm, from the inner surface of the vehicle windshield (with possible lower limits, independent of this, of at least 1 cm, 2 cm, 3 cm, or 4 cm).
  • the distance between the inner surface of the vehicle windshield and the IR radiation source is defined as its linear distance, measured orthogonally to the inner surface of the vehicle windshield.
  • the specified distance denotes the maximum distance between the inner surface of the vehicle windshield and the IR radiation source, namely orthogonally to the inner surface of the vehicle windshield.
  • the IR radiation source has a certain spatial extent, the point where the IR radiation exits into the ambient air is used as the reference point.
  • the laminated glass is, for example, a vehicle windshield
  • the IR radiation sources that is, at least one IR radiation source and/or at least one additional IR radiation source—can be located, for example, in or on the dashboard.
  • the distance between the water and the laminated glass is more efficient because less energy is wasted, for example, due to unwanted scattering effects from interaction with air particles. Thus, more energy can be used to heat the water molecules.
  • the area to be irradiated can also be better controlled. In particular, a wider beam angle for the IR radiation source can be selected at shorter distances.
  • Exposed to the vehicle interior within the meaning of the invention means that the surface is directly adjacent to the vehicle interior, so that moisture contained in the air can condense on the inside of the window.
  • the inner surface of the vehicle window can have a functional coating or be uncoated. In other words, the inner surface can be formed by the uncoated surface of the vehicle window or by a coating applied to the surface of the vehicle window.
  • the generation of IR radiation by the source typically produces waste heat.
  • This waste heat can be used, in addition to the IR radiation, for de-icing or evaporating ice or condensation on the vehicle windshield, particularly by utilizing convective heat transfer.
  • the vehicle includes an air conveying device designed to transport an airflow heated by the waste heat from the IR radiation source to the vehicle windshield.
  • the IR radiation source is cooled by the airflow, for example, convectively.
  • the air conveying device can, for example, include a fan that conveys a cold airflow, which can then flow over a heat sink of the IR radiation source.
  • the heated airflow After the airflow has absorbed the waste heat from the IR radiation source, i.e., after it has been heated, the heated airflow is transported to the vehicle windshield.
  • convective heat transfer occurs between the airflow and the windshield and/or the water molecules present on the windshield, thus removing them from the windshield.
  • various elements of the air handling unit can be used to direct the cold or heated airflow, such as specific air outlet nozzles, inlets, or guide vanes.
  • the supplementary use of convective heat transfer from the IR radiation source to the vehicle windshield offers the advantage that the IR radiation source is cooled and thus functions more reliably. Furthermore, the cooling extends the lifespan of the IR radiation source.
  • the energy efficiency of the system is increased because the waste heat from the IR radiation source is used as an additional energy source for defrosting or evaporating condensation from the vehicle windshield.
  • the heated airflow is preferably directed so that it strikes the exposed inner surface of the vehicle windshield in the portion of the viewing area illuminated by the IR radiation source.
  • the heated airflow can be directed, for example, by the air supply system or by other elements located in the vehicle interior. This allows the area illuminated by the IR radiation source to be cleared of condensation and/or ice even more efficiently and quickly.
  • the heating of the vehicle windshield, caused by convective heat transfer, also gradually clears the surrounding area of condensation and ice, thus expanding the field of vision available to the vehicle occupants beyond the immediate area after only a short time.
  • At least one further or second IR radiation source for the selective generation of IR radiation in the IR wavelength range of 1.4 pm to 2 pm is arranged in the vehicle interior at a distance from the vehicle windshield, and the further IR radiation source is designed such that, during operation, preferably exclusively, it irradiates a further sub-area of the vehicle windshield's viewing area with IR radiation, which is distinct from the sub-area irradiated by the at least one IR radiation source.
  • at least one further IR radiation source can be provided which irradiates a sub-area of the vehicle windshield's viewing area that is at least partially different from the (first) IR radiation source described above.
  • At least one additional IR radiation source is arranged at a distance of no more than 30 cm, preferably no more than 20 cm, particularly preferably no more than 10 cm, and especially no more than 5 cm, from the inner surface of the vehicle window (with possible lower limits, independent of this, of at least 1 cm, 2 cm, 3 cm or 4 cm).
  • the distance between the inside of the vehicle window and the other IR radiation source is defined as their linear distance, measured orthogonally to the inner surface of the vehicle window; see also the preceding explanations regarding the (first) IR radiation source.
  • a first IR radiation source can be used to irradiate a first section of the vehicle's windshield within the driver's field of vision.
  • a second IR radiation source can be used to irradiate a second section of the windshield, separate from the first, within the passenger's field of vision. This allows water to be removed from the areas of the windshield relevant to the occupants' visibility with minimal energy consumption. The removal process is particularly fast because only focused areas are irradiated with IR radiation, eliminating the need to heat or irradiate the entire windshield, thus saving energy.
  • the areas irradiated by different IR radiation sources do not necessarily have to be separated; they can also overlap.
  • the invention also includes providing several IR radiation sources in the vehicle interior, each of which irradiates sections of different vehicle windows with IR radiation in the aforementioned wavelength ranges.
  • the vehicle window is the windshield
  • the IR radiation source and/or the additional IR radiation source is/are located in the area of the vehicle's dashboard.
  • the windshield is crucial for the visibility of the vehicle occupants, so the advantage of rapid defrosting and condensation removal is particularly significant here.
  • the dashboard offers a great deal of design freedom for the engineer, both in the design of the IR radiation source and/or the additional IR radiation source themselves and in their positioning on or within the dashboard. Positioning the IR radiation source and/or the additional IR radiation source in the dashboard area also ensures that vehicle occupants do not interfere with the IR radiation emitted onto the respective area, thereby reducing the risk of burns.
  • the IR radiation source and/or the additional IR radiation source is/are preferably located in the area between the vehicle windshield and the steering wheel.
  • the IR radiation source and/or the additional IR radiation source can be located behind the steering wheel from the driver's perspective.
  • the distance to the windshield, and especially to the driver's field of vision is shortest, so that the IR radiation strikes this portion of the windshield with high intensity. Due to the short distance, IR radiation sources, especially LEDs, with a wider beam angle can be used, allowing a single IR radiation source or an additional IR radiation source to illuminate a large portion of the visible area with IR radiation, even with relatively low power.
  • the IR radiation source(s) is/are concealed by the steering wheel from the perspective of the vehicle occupants and therefore not visible, so the driver's field of vision is not restricted and there is no visual impairment of the vehicle interior by the IR radiation source(s). Positioning the source(s) behind the steering wheel also minimizes the risk of injury, as vehicle occupants do not normally reach behind the steering wheel.
  • the IR radiation source and/or the additional IR radiation source can be integrated into the surface of the dashboard.
  • This arrangement of the IR radiation source and/or the additional IR radiation source has the advantage that the view of the vehicle occupants in the lower area of the windshield is not obstructed by the IR radiation source or the additional IR radiation source.
  • At least one IR radiation source and/or at least one additional IR radiation source can be installed inside the vehicle and be removable without damage.
  • the arrangement of the IR radiation source and/or the additional IR radiation source can be chosen practically freely, for example, depending on the geometric constraints determined by the vehicle geometry and the size of the vehicle occupants.
  • the IR radiation source and/or the additional IR radiation source can be easily replaced in the event of a defect. Retrofitting an IR radiation source or an additional IR radiation source into a vehicle that was not previously equipped with one or more is also possible, as will be described later in connection with an irradiation device.
  • the vehicle also comprises a moisture detector, for example an IR sensor, for detecting water on the portion of the inner and/or outer surface of the vehicle windshield that is irradiated with IR radiation, and a control unit.
  • the moisture detector is preferably configured to send a signal to the control unit when water in a liquid or solid state is present on the portion of the inner and/or outer surface of the vehicle windshield.
  • control unit is configured to electronically activate the IR radiation source, at least upon receiving a signal, causing the IR source to emit IR radiation onto the targeted area of the vehicle's windshield.
  • the moisture detector is preferably mounted on the windshield or inside the vehicle, particularly on the dashboard, so that it can effectively detect water condensed on the windshield's surface.
  • the vehicle can be, for example, a passenger car, a truck, a motor vehicle, a tractor, or a bus.
  • the vehicle is a passenger car.
  • the vehicle can be equipped with an internal combustion engine, comprising, for example, a gasoline engine or a diesel engine, an electric drive, comprising a fuel cell and/or a battery, or a hybrid drive.
  • Hybrid and electric drives are particularly suitable because the radiation source is electrically powered.
  • Such drive systems must be energy-efficient, otherwise the vehicle's range will be significantly reduced, thus highlighting the advantages of removing moisture using the vehicle according to the invention.
  • the invention extends to a method for removing water from a vehicle window comprising at least one pane of glass using a vehicle according to one of the embodiments described above.
  • the procedure includes the following steps:
  • the focused infrared radiation heats only the water molecules located within that specific area. This allows for particularly rapid removal of ice or condensation from that area because the total energy available for heating the water on the windshield is concentrated and used only for that specific area. Removing water from the relevant parts of the visible area is therefore not only faster, but it also reduces the energy required, which is a significant advantage, especially for electric vehicles, and can increase their driving range.
  • the vehicle comprises an air conveying device configured to convey an airflow heated by waste heat from the IR radiation source to the vehicle windshield.
  • the method further comprises the following steps:
  • the waste heat from the IR radiation source provides an additional heat source for defrosting and removing condensation from the vehicle windshield, energy which would otherwise go unused. Furthermore, the IR radiation source is cooled by the cold airflow, preventing overheating and extending its lifespan. The system's energy efficiency is increased because the waste heat from the IR radiation source is used as an additional energy source for defrosting and evaporating condensation from the vehicle windshield.
  • the irradiation device comprises at least one IR radiation source for the selective generation of IR radiation in the IR wavelength range from 1.4 pm to 2 pm.
  • the vehicle windshield has a surface that is suitable for a
  • the irradiation device is positioned on an exposed interior surface of the vehicle, with the IR radiation source located no more than 30 cm from the inner surface of the vehicle's windshield.
  • the beam angle of the IR radiation source is selected such that, when the irradiation device is installed as intended, only a portion of the windshield's transparent area is irradiated.
  • the irradiation device can be installed in a vehicle interior and removed without damage.
  • Such an irradiation device can, for example, be mounted on the surface of the dashboard. Mounting the device in the area between the steering wheel and the windshield is particularly preferred.
  • a variety of different solutions are available for mounting the irradiation device.
  • the device can be glued or screwed in place, attached to a designated bracket, or secured with a suction cup.
  • the irradiation device can be installed in the vehicle interior in a removable manner.
  • the irradiation device can be provided as a retrofit kit, which can be installed in the vehicle interior after delivery to a buyer. Ideally, the irradiation device can be installed and removed from the vehicle without tools.
  • tool-free means that the irradiation device can be installed and removed manually, for example, by a vehicle occupant, using only their hands. Tool-free assembly and disassembly can be particularly advantageous in the case of retrofit solutions, for example, to enable the use of the irradiation device in multiple vehicles.
  • an irradiation device can also be installed in a vehicle's interior before delivery, for example, during vehicle manufacturing by an OEM (Original Equipment Manufacturer). In this case, a permanently fixed installation of the irradiation device in the vehicle interior may be preferable.
  • the IR radiation source of the irradiation device is designed such that, after the device is mounted in the designated area of the dashboard, only a portion of the windshield's visible area is irradiated with IR radiation. To ensure that water deposited on the windshield can be removed using the irradiation device, it is essential that the beam angle of the IR radiation source is correctly dimensioned. At the same time, it must also be ensured that the IR radiation source is powerful enough and emits enough IR radiation on the area to reliably remove ice or water.
  • an irradiation device as a retrofit kit for equipping a vehicle with an IR radiation source is often more cost-effective than purchasing a new vehicle with a built-in IR source. This is particularly advantageous for older vehicles that currently lack adequate de-icing and anti-fogging capabilities. Installing a retrofit kit with an IR radiation source in the vehicle interior is advantageous in these cases. Furthermore, the same retrofit kit can be used in a wide variety of vehicles, resulting in low manufacturing costs due to a high degree of standardization in the production of the irradiation device. Additionally, differently equipped irradiation devices with varying functionalities can be provided, allowing users to choose the appropriate device regardless of the specific vehicle model.
  • the irradiation device can be powered – particularly when provided as a retrofit kit – by connecting it to standardized vehicle interfaces, which may be located on the dashboard, for example, in the center console area.
  • the irradiation device can have a cable with a connector designed to be plugged into a USB port, a cigarette lighter socket, or a standard electrical outlet.
  • An irradiation device can be equipped with an air supply system for convective cooling of the IR radiation source and convective heating of the vehicle windshield, as already described above in connection with a vehicle.
  • the features and designs of the air supply system of a vehicle described above are applicable analogously to the air supply system of the irradiation device described here.
  • the air supply system can be designed to deliver an airflow heated by waste heat from the IR radiation source to the surroundings of the irradiation device in such a way that, when the irradiation device is installed as intended, the heated airflow is contained within a The vehicle hits the vehicle windshield in the part of the viewing area irradiated by the IR radiation source.
  • the irradiation device comprises a moisture detector, for example an IR sensor, for detecting water on the portion of the inner and/or outer surface of the vehicle windshield that can be irradiated with IR radiation, and a control unit.
  • the moisture detector is preferably configured to send a signal to the control unit when water, in liquid or solid form, is present on the portion of the inner and/or outer surface of the vehicle windshield.
  • the control unit is configured to electronically control the IR radiation source of the irradiation device, at least upon receiving the signal, so that the IR radiation source emits IR radiation onto the portion of the vehicle windshield.
  • FIG. 1 A vehicle windscreen for use in a vehicle according to the invention
  • Figures 2-4 show a vehicle according to a first embodiment of the invention
  • Figure 5 shows a second embodiment of a vehicle according to the invention
  • Figure 6 shows a third embodiment of a vehicle according to the invention.
  • Figure 7 shows an absorption spectrum of water (liquid state).
  • Fig. 1 shows a vehicle window 1 in the form of a windshield for a vehicle 100 according to the invention.
  • the vehicle window 1 is shown in a top view, looking from the inside at an inner surface I of the vehicle window 1.
  • the following descriptions are also applicable when looking from the outside at an outwardly exposed surface II of the vehicle window 1.
  • the vehicle windscreen 1 has an upper edge and a lower edge, as well as two side edges connecting the upper and lower edges (together forming a circumferential edge of the vehicle windscreen 1).
  • the lower edge (also called the engine edge) of the vehicle windscreen 1 is the edge that faces the ground when installed.
  • the upper edge (also called the roof edge) of the vehicle windscreen 1 is the edge that faces the vehicle roof when installed in a vehicle 100.
  • the vehicle windscreen 1 has, for example, a shape and curvature typical for windscreens.
  • the vehicle windscreen 1 is designed to be flat.
  • the vehicle windshield 1 has a transparent viewing area D.
  • the vehicle windshield 1 can be entirely transparent, so that the viewing area D encompasses the entire vehicle windshield 1.
  • the vehicle windshield 1 can also, as in the present case, have an opaque masking area M through which no sunlight can pass.
  • Such masking areas M are common in vehicle windshields. They are typically formed by an opaque printing overprint. This involves an enamel printing paste containing glass frits and a pigment, in particular black pigment. For example, the design is printed onto the surface using screen printing or digital printing and then baked on.
  • the masking area M typically comprises a circumferential edge area of the outer pane, which surrounds a central viewing area D in a frame-like manner.
  • the masking area M can also include further areas, which are designed, for example, as a kind of cross brace for the frame-like edge area.
  • Partial area T lies within the viewing area D and is preferably arranged in the driver's field of vision when the vehicle windshield 1 is mounted in a vehicle 100. As shown in Figure 1, partial area T preferably lies entirely within the viewing area D.
  • FIGs 2 to 4 show a first embodiment of a vehicle 100, illustrating different stages of water coverage on the vehicle windshield 1 of the vehicle 100, either in a liquid state (condensation) or a solid state (ice).
  • the vehicle 100 is shown with a clear windshield 1, allowing a view into the vehicle interior 8.
  • the vehicle windshield 1 is completely covered with water 5, which may, for example, be present as ice on the outer surface II of the vehicle windshield.
  • a partial area T of the viewing area D is free of water 5.
  • the vehicle 100 has a plurality of IR radiation sources 3, of which only a small number are shown for clarity.
  • the IR radiation sources 3 are arranged at a distance from the vehicle windshield 1 in the area of the dashboard 10 of the vehicle 100. In the example shown, the IR radiation sources 3 are arranged approximately 20 cm from the inner surface I of the vehicle windshield 1.
  • the wavelength spectrum in which the LED emits IR radiation is significantly smaller than the specified wavelength range.
  • the spectrum of the IR radiation source 3 can, for example, cover several hundred nm in the specified wavelength range, in particular less than 200 nm, preferably less than 100 nm, and more preferably less than 50 nm.
  • the IR radiation 4 is emitted onto a sub-area T of the transmission area D.
  • the IR radiation source 3 can, for example, be an LED or an Er:YAG diode with a wavelength of approximately 1450 nm or 1900 nm. This wavelength corresponds to the frequency and wavelength range in which water molecules exhibit the highest absorption coefficient for IR radiation 4.
  • the transmission of glass in this IR radiation range ( ⁇ 3.5 pm) is particularly high, with a transmittance of approximately 85%, and only a small portion of the IR radiation 4 is absorbed.
  • the IR radiation sources 3 can, for example, be affixed to the dashboard 10 or arranged in a socket on the surface of the dashboard 10. Additionally or alternatively, the IR radiation sources 3 can be integrated into the surface of the dashboard 10.
  • the arrows indicate, by way of example and schematically, the direction of radiation of the IR radiation 4.
  • Each of the IR radiation sources 3 has a specific emission angle ⁇ at which IR radiation 4 is emitted by the IR radiation source 3.
  • the IR radiation sources 3 are planar and/or arranged so that they can also be interpreted as a single, planar IR radiation source 3, whose emission angle ⁇ is defined by the arrangement and the respective emission angle ⁇ of the individual IR radiation sources 3, for example, individual LEDs.
  • the emission angles ⁇ are dimensioned such that, during operation of the IR radiation source 3, only a partial area T of the viewing area D of the vehicle window 1 is irradiated with IR radiation 4.
  • the IR radiation sources 3 are arranged in the area between the steering wheel 11 and the vehicle windshield 1, preferably behind the steering wheel 11 from the driver's perspective.
  • This area is typically not easily accessible to vehicle occupants, thus protecting them from burns caused by IR radiation 4.
  • the distance to the vehicle windshield 1 is smallest in this area, and the IR radiation 4 can be effectively directed onto a sub-area T corresponding to the driver's field of vision, which is particularly advantageous. At the same time, the driver's field of vision is not impaired.
  • Moisture 5 deposited on both the inner surface I of the vehicle window 1, for example, condensation with water droplets, and moisture 5 deposited on the outer surface II of the vehicle window 1, for example, ice crystals, can be removed quickly and energy-efficiently using the IR radiation source 3.
  • the vehicle window 1 is almost completely transparent to IR radiation 4, which is why the removal of moisture 5 is possible not only on the inner surface I but also on the outer surface II.
  • the IR radiation source 3 is activated, as shown in Figure 4. For clarity, only two of the IR radiation sources 3 are shown in Figure 4.
  • the IR radiation source 3 emits IR radiation 4 with a selective wavelength, for example approximately 1450 nm ⁇ 50 nm or approximately 1900 nm ⁇ 50 nm, onto the sub-area T of the viewing area D.
  • IR radiation 4 encounters water droplets or ice crystals before or after passing through the vehicle window 1, it interacts with the water 5.
  • the IR radiation 4 is absorbed by the water molecules, which are heated by the excitation of the IR radiation 4 and thus evaporate.
  • a particular advantage of the invention is that IR radiation 4 can be selectively used with the wavelength and frequency range in which water molecules exhibit the highest absorption coefficients, thereby achieving a highly selective heating effect. This contributes to achieving the heating effect in a particularly energy-efficient and rapid manner.
  • the heating effect does not depend on the heating of the vehicle window 1 itself, but is achieved selectively by exciting the water molecules through IR radiation 4.
  • the heating effect therefore occurs much faster than with previously used heating devices, and there is also no heat loss due to convection and the large surface area of the vehicle window 1.
  • the dependence of the effect on the outside temperature is also significantly lower than with previously known heating devices, which first have to heat the vehicle window 1 to ultimately remove condensation and ice. Focusing the IR radiation 4 on only a partial area T of the viewing area D further increases energy efficiency because the entire viewing area D does not need to be irradiated with IR radiation 4 to ensure the requirements of a sufficient field of vision for driving the vehicle 100.
  • the removal of water 5 from the vehicle windshield 1 can be carried out more quickly because the available energy can be used more efficiently.
  • the sub-area T is cleared of water 5, and the vehicle occupants can see through the sub-area T of the viewing area D.
  • the sub-area T corresponds to the required field of vision, so that the ferry operation of the vehicle 100 can commence after a short time, namely when the sub-area T is cleared of water 5.
  • FIG. 5 shows a second embodiment of the invention, which can be used in addition to or as an alternative to the first embodiment.
  • the vehicle 100 has an irradiation device 30, which comprises a plurality of IR radiation sources 3 for the selective emission of IR radiation 4 with a wavelength of 1.4 pm to 2 pm.
  • the irradiation device 30 is designed for installation in the area of the dashboard 10.
  • the beam angle ⁇ for IR radiation 4 is selected such that, when the irradiation device 30 is installed as intended in the area of the dashboard 10, only a partial area T of the viewing area D of the vehicle windshield 1 is irradiated.
  • the irradiation device 30 makes it possible, in particular, to retrofit vehicles 100 that were not originally equipped with an IR radiation source 3 with one.
  • the (first) irradiation device 30 is located in the area between the steering wheel and the vehicle windshield 1, i.e., behind the steering wheel, so that the sub-area T lies within the driver's field of vision.
  • a further IR radiation source 3 can be provided, in this case a (second) irradiation device 30, which irradiates a further sub-area T1 of the vehicle windshield 1, which is delimited from the first sub-area T.
  • the second sub-area T1 can, for example, be located within the field of vision of a passenger, so that when the respective IR- The radiation sources 3 of the irradiation devices 30 are put into operation, and both sub-areas T and T1 are simultaneously freed from moisture 5.
  • other IR radiation sources 3 for example an IR radiation source 3 integrated into the dashboard 10, can also be used to irradiate the second sub-area T1.
  • FIG. 6 shows another embodiment of the vehicle 100.
  • an air conveying device 20 is provided.
  • the air conveying device 20 conveys a cold air stream 21 to the IR radiation source 3.
  • the radiation source 3 is part of an irradiation device 30, whereby the specific design of the radiation source 3 is irrelevant for the use of an air conveying device 20 and the radiation source 3 could, for example, alternatively be integrated into the dashboard 10 of the vehicle 100.
  • the irradiation device 30 itself can have an air conveying device 20 with the same functionality.
  • the cold airflow 21 supplied by the air conveying device 20 is heated by waste heat generated by the IR radiation source 3.
  • the heated airflow 22 is deflected so that it strikes the vehicle windshield 1, in particular the viewing area D of the vehicle windshield 1.
  • the heated airflow 22 strikes the vehicle windshield 1 in the partial area T, which is also irradiated by IR radiation 4 emitted by the IR radiation source 3.
  • the IR radiation source 3 is cooled, thus extending its service life.
  • Figure 7 shows an absorption spectrum of water in the liquid state.
  • the diagram shows that water molecules, for example, exhibit a particularly high absorption coefficient at a wavelength of approximately 3 pm.
  • the wavelength range from 1.4 pm to 2 pm is particularly preferred when the radiation source comprises or consists of an LED, since LEDs for generating IR radiation in wavelength ranges up to 2 pm can be manufactured cost-effectively.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug (100) umfassend mindestens eine Fahrzeugscheibe (1) umfassend mindestens eine Scheibe aus Glas mit einem Durchsichtsbereich (D). Wenigstens eine IR-Strahlungsquelle (3) zur selektiven Erzeugung von IR-Strahlung (4) im IR-Wellenlängenbereich von 1,4 µm bis 2 µm ist in einem Fahrzeuginnenraum (8) des Fahrzeugs (100) beabstandet zur Fahrzeugscheibe (1) angeordnet. Die IR-Strahlungsquelle (3) ist derart ausgerichtet, dass die IR-Strahlungsquelle (3) im Betrieb ausschließlich einen Teilbereich (T) des Durchsichtsbereichs (D) der Fahrzeugscheibe (1) mit IR-Strahlung (4) im Wellenlängenbereich von 1,4 µm bis 2 µm bestrahlt, wobei die Fahrzeugscheibe (1) eine zum Fahrzeuginnenraum (8) exponierte innenseitige Oberfläche (I) aufweist und die IR-Strahlungsquelle (3) höchstens 30 cm von der innenseitigen Oberfläche (I) der Fahrzeugscheibe (1) entfernt angeordnet ist.

Description

Fahrzeug mit IR-Strahlungsquelle, Verfahren zum Entfernen von Wasser und Verwendung einer Bestrahlungsvorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer IR-Strahlungsquelle, ein Verfahren zum Entfernen von Wasser und eine Verwendung einer Bestrahlungsvorrichtung für eine Fahrzeugscheibe.
Eine Herausforderung beim Fahrzeugentwurf ist die Beheizung von Fahrzeugscheiben des Fahrzeugs, um damit Vereisungen oder Beschlagen der Fahrzeugscheiben, welche eine Sichtbehinderung darstellen, verhindern zu können. Zur Beheizung von Fahrzeugscheiben sind verschiedene Lösungen bekannt. Eine Methode sieht vor, erwärmte Luft über Zuläufe auf die Scheibe zu blasen. Zusammengefasst wird diese Art der Beheizung unter der Heating, Ventilation and Air Conditioning (HVAC)-Methode. Neben einem hohen Energieverbrauch erfordern die Zuläufe, über die die heiße Luft transportiert und auf die Scheibe geblasen wird, einen hohen Platzbedarf. Weiterhin müssen die Auslassdüsen in bestimmter geometrischer Relation zur Scheibe angebracht werden, was wiederum die Auslegungs- und Konstruktionsfreiheit erheblich einschränkt.
Es ist außerdem bekannt, Fahrzeugscheiben durch das Aufbringen von elektrisch leitfähigen Beschichtungen beheizbar zu machen. Derartige Scheiben werden insbesondere als beheizbare Windschutzscheiben in Kraftfahrzeugen eingesetzt und eröffnen die Möglichkeit, die Windschutzscheibe komfortabel durch Beheizung von Vereisung oder kondensierter Feuchtigkeit zu befreien. Sie weisen transparente, elektrisch leitfähige Beschichtungen auf, insbesondere Silberbeschichtungen. Die Beschichtungen sind elektrisch kontaktiert, sodass ein Strom durch sie geleitet werden kann. Dabei erwärmt sich die Beschichtung, worauf die Heizwirkung beruht.
Ein Problem von elektrisch leitfähigen Beschichtungen ist ihr häufig hoher Flächenwiderstand, der jedenfalls bei großen Abmessungen der zu beheizenden Scheibe bzw. bei langen Strompfaden eine hohe Betriebsspannung erfordert, die jedenfalls höher als die üblichen Bordspannungen von Fahrzeugen ist. Weiterhin ist auch der Wärme- und damit Energieverlust durch Konvektion über die meist großen Scheibenoberflächen sehr hoch.
Ein Nachteil von beheizbaren Beschichtungen ist zudem, dass zum Beispiel Silberschichten für Hochfrequenzstrahlung nicht durchlässig sind. Dadurch wird beispielsweise der Empfang von Mobilfunksignalen, die Kommunikation mit Cloudservern („Internet of Things“) und ähnliches beeinträchtigt. Dies kann insbesondere im Falle von Elektrofahrzeugen zu Problemen führen. Manche Fahrzeughersteller, insbesondere Elektrofahrzeughersteller, lehnen daher die Verwendung von silberhaltigen Beschichtungen ab.
Eine weitere Herausforderung an oft mehrlagig ausgebildeten elektrisch leitfähigen Beschichtungen zur Beheizung von Verbundscheiben ist die Einhaltung von erforderlichen Standards, beispielsweise hinsichtlich Lichttransmission und Farbneutralität.
Alternativ kann die Scheibe selbst eine elektrische Heizfunktion aufweisen. Aus DE 103 52 464 A1 ist beispielsweise eine Verbundscheibe bekannt, bei der zwischen zwei Glasscheiben elektrisch beheizbare Drähte eingelegt sind. Die spezifische Heizleistung kann dabei durch den ohmschen Widerstand der Drähte eingestellt werden. Aufgrund von Design- und Sicherheitsaspekten muss die Anzahl sowie der Durchmesser der Drähte möglichst klein gehalten werden. Die Drähte dürfen bei Tageslicht und nachts bei Scheinwerferlicht visuell nicht oder kaum wahrnehmbar sein, was zu gewichtigen konstruktiven Einschränkungen führt.
Alle diese Lösungen weisen den Nachteil auf, dass eine Fahrzeugscheibe zur Befreiung von Feuchtigkeit, d.h. von Beschlag oder Vereisungen, zunächst erwärmt werden muss, um das Wasser zu verdampfen. Hieraus folgt zum einen eine geringere Energieeffizienz, da die Aufwärmung lediglich zur Entfernung von Feuchtigkeit vorgesehen ist, aber ein großer Anteil der produzierten Wärmeenergie zur Erwärmung der Fahrzeugscheibe selbst und nicht zum Verdampfen des Wassers genutzt wird. Dies ist insbesondere bei Elektrofahrzeugen ein Problem, deren Reichweite sich durch einen niedrigen Wirkungsgrad beim Heizen verringert. Zum anderen dauert der Verdampfungsvorgang lange, da die Scheibe erst auf eine bestimmte Temperatur erwärmt sein muss, damit die Verdampfung des Wassers ablaufen kann.
Verschiedene Typen von Scheibenheizungen sind bspw. aus US 2014/191049 A1 , DE 10 2009 010303 A1 , JP 2005 007963 A, WO 2024/083807 A1 , DE 101 10 142 A1 , JP S59 202954 A und KR 100 835 226 B1 bekannt.
Es besteht Bedarf an Fahrzeugen, deren Fahrzeugscheiben effizient und schnell von Feuchtigkeit befreit werden können, ohne dass dabei die Sicherheit der Fahrzeuginsassen gefährdet wird oder der Platzbedarf im Fahrzeuginnenraum eingeschränkt werden muss. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Fahrzeug und ein Verfahren zur schnellen, energiesparenden und zuverlässigen Entfernung von Feuchtigkeit in einem solchen Fahrzeug bereitzustellen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch ein Fahrzeug nach Anspruch 1 , ein Verfahren nach Anspruch 13 und eine Verwendung einer Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 15 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Erfindungsgemäß umfasst das Fahrzeug mindestens eine Fahrzeugscheibe (auch erste Fahrzeugscheibe genannt) mit einem Durchsichtsbereich.
Die Fahrzeugscheibe kann eine monolithische Scheibe sein, wie es oft bei Heckscheiben oder Seitenscheiben der Fall ist. Ist die Fahrzeugscheibe eine monolithische Scheibe, so weist sie neben der außenseitigen Oberfläche ebenfalls eine dem Fahrzeuginnenraum zugewandte innenraumseitige Oberfläche auf. Mit monolithischer Scheibe ist eine Einfachverglasung gemeint, die jedoch durchaus mit funktionellen Beschichtungen wie beispielsweise einer IR-reflektierenden Beschichtung und/oder einer LowE-Beschichtung (emissivitätsmindernde Beschichtung) versehen sein kann. Solche Beschichtungen sind vorteilhafterweise auf der innenraumseitigen Oberfläche der Fahrzeugscheibe aufgebracht. Die Fahrzeugscheibe als monolithische Scheibe weist jedoch nicht mehr als eine Scheibe und auch keine thermoplastische Polymerschicht auf. Alternativ kann die Fahrzeugscheibe auch eine Verbundscheibe sein wie es in der Regel bei Windschutzscheiben der Fall ist. Allerdings können auch die Heckscheibe oder die Seitenscheibe/n eines Fahrzeugs als Verbundscheibe ausgebildet sein. Ist die Fahrzeugscheibe eine Verbundscheibe so umfasst sie eine Innenscheibe und eine Außenscheibe sowie eine zwischen der Innenscheibe und der Außenscheibe angeordnete thermoplastische Zwischenschicht. Die Außenscheibe weist eine von der thermoplastischen Zwischenschicht abgewandte außenseitige Oberfläche auf, welche auch gleichzeitig die außenseitige Oberfläche der Fahrzeugscheibe ist (welche aber Beschichtungen aufweisen kann). Die Außenscheibe weist außerdem eine der thermoplastischen Zwischenschicht zugewandte innenraumseitige Oberfläche auf. Die Innenscheibe weist eine von der thermoplastischen Zwischenschicht abgewandte innenraumseitige Oberfläche auf, welche beschichtet oder unbeschichtet sein kann. Die beschichtete oder unbeschichtete innenraumseitige Oberfläche der Innenscheibe ist gleichzeitig die zum Fahrzeuginnenraum exponierte Oberfläche der Fahrzeugscheibe. Es versteht sich, dass die thermoplastische Zwischenschicht flächig zwischen der Innenscheibe und der Außenscheibe angeordnet ist. Mit anderen Worten: die Hauptflächen der thermoplastischen Zwischenschicht sind im Wesentlichen parallel zu den Oberflächen der Außenscheibe und der Innenscheibe angeordnet. Die Hauptfläche eines Elements beschreibt jene Fläche des Elements mit der größten Ausdehnung. Die Fahrzeugscheibe kann zum Beispiel eine Windschutzscheibe, Heckscheibe oder eine Seitenscheibe des Fahrzeugs sein. Bevorzugt ist die Fahrzeugscheibe eine Windschutzscheibe des Fahrzeugs. Die Fahrzeugscheibe kann fest im Fahrzeug verbaut sein, sodass diese nicht bewegbar ist. Die Fahrzeugscheibe kann aber auch bewegbar sein, beispielweise, wie bei Seitenscheiben üblich, auf- und zukurbelbar sein. Die Fahrzeugscheibe kann also im Gebrauch des Fahrzeugs von einem geöffneten Zustand in einen geschlossenen Zustand und vice versa überführt werden. Mit „geschlossenem Zustand“ ist im Sinne der Erfindung gemeint, dass die Fahrzeugscheibe den Fahrzeuginnenraum im Wesentlichen vollständig von der äußeren Umgebung abtrennt. Bei einer Fahrzeugseitenscheibe in einem PKW wäre damit der Fall gemeint, in dem die Fahrzeugseitenscheibe hochgekurbelt ist, also die Fensteröffnung komplett durch die Fahrzeugseitenscheibe verschlossen ist. „Mit geöffnetem Zustand“ ist im Sinne der Erfindung gemeint, dass die Fahrzeugseitenscheibe die Fensteröffnung nicht vollständig abschließt, also der Fahrzeuginnenraum nicht vollständig von der äußeren Umgebung abgetrennt ist. Es versteht sich, dass die Fahrzeugseitenscheibe auch „teilweise geöffnet“ sein kann, die Scheibe also nicht bis zu ihrem Maximum geöffnet ist. Es versteht sich, dass die im Sinne der Erfindung beschriebene Bestrahlung der Fahrzeugscheibe sich auf die Bestrahlung der Fahrzeugscheibe im geschlossenen Zustand bezieht, wobei nicht ausgeschlossen ist, dass auch Bereiche der Fahrzeugscheibe bestrahlt werden können, wenn diese teilweise geöffnet ist.
Die Fahrzeugscheibe weist eine umlaufende Kante mit Kantenfläche auf, welche besonders bevorzugt eine Oberkante und eine Unterkante sowie zwei dazwischen verlaufende Seitenkanten umfasst. Mit Oberkante wird diejenige Kante bezeichnet, welche im Fahrzeug eingebaut nach oben weist. Mit Unterkante wird diejenige Kante bezeichnet, welche im Fahrzeug eingebaut nach unten weist. Die Oberkante wird häufig auch als Dachkante und die Unterkante als Motorkante bezeichnet. Die Fahrzeugscheibe kann jede beliebige geeignete geometrische Form und/oder Krümmung aufweisen.
Die Scheibe oder die Scheiben (Außenscheibe und Innenscheibe) der Fahrzeugscheibe ist erfindungsgemäß aus transparentem Glas hergestellt. Mit anderen Worten: Die Fahrzeugscheibe umfasst mindestens eine aus Glas hergestellte Scheibe; die Außenscheibe und/oder die Innenscheibe sind aus Glas hergestellt, insbesondere aus Kalk-Natron-Glas, was für Fensterscheiben üblich ist. Die Scheiben können bzw. die Scheibe kann grundsätzlich aber auch aus anderen Glasarten (beispielsweise Borosilikatglas, Quarzglas, Aluminosilikatglas) gefertigt sein. Die Dicke der mindestens einen Scheibe kann breit variieren. Vorzugsweise werden Scheiben mit einer Dicke im Bereich von 0,8 mm bis 5 mm, bevorzugt von 1 ,4 mm bis 2,5 mm verwendet, beispielsweise die mit den Standarddicken 1 ,6 mm oder 2,1 mm. Die mindestens eine Scheibe kann vorgespannt, teilvorgespannt oder vorgespannt sein. Soll mindestens eine der Scheiben eine Vorspannung aufweisen, so kann dies eine thermische oder chemische Vorspannung sein. Mit „mindestens eine Scheibe“ ist im Sinne der Erfindung die Innenscheibe und/oder die Außenscheibe gemeint, wenn die Fahrzeugscheibe als eine Verbundscheibe ausgebildet ist, oder die einzelne Scheibe der Fahrzeugscheibe, wenn diese als monolithische Scheibe ausgebildet ist.
Die Fahrzeugscheibe kann eine beliebige dreidimensionale Form aufweisen. Vorzugsweise hat die mindestens eine Scheibe der Fahrzeugscheibe keine Schattenzonen, sodass sie effizient durch Kathodenzerstäubung beschichtet werden kann. Bevorzugt ist die Fahrzeugscheibe plan oder leicht oder stark in eine Richtung oder in mehrere Richtungen des Raumes gebogen.
Für den Fall, dass die Fahrzeugscheibe als eine Verbundscheibe ausgebildet ist, ist die thermoplastische Zwischenschicht bevorzugt als mindestens eine thermoplastische Folie ausgebildet und auf Basis von Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB) oder Polyurethan (PU) oder Gemische oder Copolymere oder Derivate davon, besonders bevorzugt auf Basis von Polyvinylbutyral (PVB) und zusätzlich dem Fachmann bekannte Additive wie beispielsweise Weichmacher ausgebildet. Bevorzugt enthält die thermoplastische Folie mindestens einen Weichmacher.
Die thermoplastische Zwischenschicht kann durch eine einzelne Folie ausgebildet sein oder auch durch mehr als eine Folie. Die thermoplastische Zwischenschicht kann durch eine oder mehrere übereinander angeordnete thermoplastische Folien ausgebildet werden, wobei die Dicke der thermoplastischen Zwischenschicht nach der Lamination des Schichtstapels bevorzugt von 0,25 mm bis 1 mm beträgt, typischerweise 0,38 mm oder 0,76 mm. Die thermoplastische Zwischenschicht kann auch aus einer Folie ausgebildet sein, die bereichsweise gefärbt und damit opak ist. Die Zwischenschicht kann auch aus mehr als einer Folie ausgebildet sein und die mindestens zwei Folien sich über unterschiedliche Bereiche der Fläche der Verbundscheibe erstrecken.
Die thermoplastische Zwischenschicht kann auch eine funktionale thermoplastische Folie sein, insbesondere eine Folie mit akustisch dämpfenden Eigenschaften, eine IR-Strahlung reflektierende Folie, eine IR-Strahlung absorbierende Folie und/oder eine UV-Strahlung absorbierende Folie.
Ist etwas „auf Basis“ eines polymerischen Materials ausgebildet, so besteht es mehrheitlich, also zu mindestens 50 %, vorzugsweise zu mindestens 60 % und insbesondere zu mindestens 70%, aus diesem Material. Es kann also noch weitere Materialien wie beispielsweise Stabilisatoren oder Weichmacher enthalten.
Der Durchsichtsbereich einer Fahrzeugscheibe ist im Sinne der Erfindung, der transparente Bereich der Fahrzeugscheibe, welcher von Licht passiert werden kann, ohne dass ein wesentlicher Teil des Lichts absorbiert oder reflektiert wird. Mit dem Durchsichtbereich ist also jener Bereich der Fahrzeugscheibe gemeint, welcher zur Durchsicht vorgesehen ist. Ist die Fahrzeugscheibe beispielsweise eine Windschutzscheibe, dann ist der Durchsichtbereich jener Bereich der Windschutzscheibe, durch den der Fahrer auf die Fahrbahn oder generell in die äußere Umgebung blicken kann. Die Fahrzeugscheibe weist also einen Durchsichtsbereich auf, der transparent ist. Die Fahrzeugscheibe kann insgesamt transparent ausgebildet sein, so dass der Durchsichtsbereich die gesamte Fahrzeugscheibe umfasst.
In manchen Ausführungsformen weisen Fahrzeugscheiben, insbesondere Windschutzscheiben, jedoch außer dem transparenten Durchsichtsbereich einen opaken Maskierungsbereich auf, der beispielsweise in der Form einer opaken Schicht ausgebildet ist, durch den keine Durchsicht möglich ist. Der Maskierungsbereich ist typischerweise in einem umlaufenden Randbereich der Windschutzscheibe angeordnet und umrandet den Durchsichtsbereich. Der opake Maskierungsbereich dient in erster Linie dazu, den zur Verklebung der Windschutzscheibe mit der Fahrzeugkarosserie verwendeten Klebstoff vor UV-Strahlung zu schützen. Der Maskierungsbereich wird typischerweise durch einen schwarzen Abdeckdruck auf der zur Zwischenschicht hingewandten Oberfläche der Außenscheibe ausgebildet.
"Opak" bedeutet im Sinne der Erfindung eine Lichttransmission (nach ISO 9050:2003) für sichtbares Licht (380 nm bis 780 nm) von weniger als 30 %, bevorzugt weniger als 20 %, besonders bevorzugt weniger als 5 % und insbesondere weniger 0,1 %. „Transparent“ bedeutet im Sinne der Erfindung eine Lichttransmission (nach ISO 9050:2003) für sichtbares Licht von mindestens 50 %, bevorzugt mindestens 60 % und besonders bevorzugt mindestens 70 %. Bezogen auf die Bestimmung des Lichttransmissionsgrades nach ISO 9050:2003 (siehe Punkt 3.3 in der Norm) kann zur Bestimmung die relative spektrale Verteilung der Lichtart D65 (siehe beispielsweise ISO 11664-2:2007) und/oder die relative spektrale Verteilung der Lichtart A (siehe beispielsweise ISO 11664-2:2007) verwendet werden. Mit anderen Worten: die beschriebenen Lichttransmissionsgrad-Bereiche gelten für die Bestimmung mittels der Lichtart A und/oder der Lichtart D65.
Das Fahrzeug umfasst ferner wenigstens eine IR-Strahlungsquelle zur selektiven Erzeugung von IR-Strahlung im IR- Wellenlängenbereich von 1 ,3 pm bis 3,5 pm, insbesondere mit IR-Strahlung im IR- Wellenlängenbereich von 1 ,4 pm bis 2 pm. Die IR-Strahlungsquelle kann also IR-Strahlung mit einer bestimmten Wellenlänge erzeugen, beispielsweise IR-Strahlung in einem sehr engen Bereich von 50 nm (Wellenlänge liegt dann beispielsweise im Bereich von 1 ,45 pm bis 1 ,50 pm), wobei der Bereich bevorzugt eine Wellenlänge einschließt, bei der Wasser einen erhöhten Absorptionskoeffizienten aufweist. Das Emissionsspektrum der IR-Strahlungsquelle kann beispielsweise einige 100 nm in dem angegebenen Wellenlängenbereich, insbesondere weniger als 500 nm, bevorzugt weniger als 200 nm, weiter bevorzugt weniger als 100 nm, besonders bevorzugt weniger als 50 nm abdecken.
Die IR-Strahlungsquelle ist in einem Fahrzeuginnenraum des Fahrzeugs beabstandet zur Fahrzeugscheibe angeordnet.
Mit „in einem Fahrzeuginnenraum“ ist im Sinne der Erfindung gemeint, dass sich die IR- Strahlungsquelle innen im Fahrzeug befindet, beispielsweise an der Innenverkleidung oder auf dem Armaturenbrett des Fahrzeugs, und somit zum Fahrzeuginnenraum hin exponiert ist. Die IR- Strahlungsquelle ist so vor äußeren Einflüssen, wie Wettereinflüssen und Beschädigungen, geschützt.
Die IR-Strahlungsquelle ist derart ausgerichtet, dass die IR-Strahlungsquelle im Betrieb ausschließlich einen Teilbereich des Durchsichtsbereichs der Fahrzeugscheibe mit IR-Strahlung im IR- Wellenlängenbereich von 1 ,3 pm bis 3,5 pm bestrahlt, insbesondere mit IR-Strahlung im IR- Wellenlängenbereich von 1 ,4 pm bis 2 pm.
Bevorzugt ist die Strahlungsquelle so angeordnet, dass sie lediglich einen Teilbereich der Fahrzeugscheibe mit IR-Strahlung einer selektiven Wellenlänge bestrahlt, durch welchen zumindest ein Fahrzeuginsasse, beispielsweise der Fahrer oder der Beifahrer, blickt, wenn der Fahrer oder Beifahrer im Fahrzeug Platz genommen hat. Die Erfindung beruht darauf, dass die Wassermoleküle des auf der Fahrzeugscheibe abgeschiedenen Wassers - egal, ob in flüssigem oder festem Aggregatszustand - durch IR- Strahlung in Schwingung gebracht werden und sich die Wassermoleküle infolgedessen erwärmen. Die Erwärmung des auf der Fahrerscheibe kondensierten oder gefrorenen Wassers geschieht dabei weitestgehend selektiv, da die Scheiben selbst typischerweise IR-Strahlung deutlich weniger stark absorbieren, weswegen die Erwärmung Fahrzeugscheibe vernachlässigbar ist. Die I R-Strahlung kann deshalb sowohl zur Erwärmung von Wasser auf einer innenseitigen, zum Fahrzeuginnenraum exponierten Oberfläche der Fahrzeugscheibe als auch zur Erwärmung von Wasser auf einer außenseitigen, zur Umgebung exponierten Oberfläche der Fahrzeugscheibe eingesetzt werden.
Ein sich daraus ergebender Vorteil ist, dass auf großflächig aufgebrachte, elektrisch beheizbare Schichten als Teil der Fahrzeugscheibe, wie zum Beispiel Silberschichten, verzichtet werden kann. Dies führt zu einer vereinfachten, kostengünstigeren Herstellung der Fahrzeugscheibe. Die Durchlässigkeit von Hochfrequenzstrahlung, beispielsweise für den Empfang von Mobilfunksignalen, die Kommunikation mit Cloudservern („Internet of Things“) und ähnliches wird durch die erfindungsgemäße Strahlenheizung nicht beeinträchtigt, sodass hier weitere Vorteile erwachsen. Die Erfinder haben zudem herausgefunden, dass die Verdampfung mittels IR- Strahlung im Vergleich zur HVAC-Variante/Beschichtungs-Variante um ein Vielfaches schneller und effizienter sein kann. Durch die Anbringung der Strahlungsquelle im Fahrzeuginnenraum kann die IR-Strahlungsquelle vor negativen Beeinträchtigungen geschützt werden. Insbesondere muss die IR-Strahlungsquelle im Vergleich zu einer Anbringung im Außenraum geringere Anforderungen in Bezug auf Dichtigkeit erfüllen und die Gefahr, dass die IR-Strahlungsquelle bei der Benutzung des Fahrzeugs beschädigt wird, ist reduziert.
Erfindungsgemäß wird lediglich ein Teilbereich des Durchsichtsbereichs der Fahrzeugscheibe mittels IR-Strahlung von Wassermolekülen befreit. Die Fokussierung der IR-Strahlung auf den Teilbereich bewirkt, dass vorwiegend Wassermoleküle erwärmt werden, welche sich im Teilbereich befinden. Dies ermöglicht ein besonders schnelles Entfernen von Eis (Wasser in festem Aggregatszustand) oder Beschlag (Wassertropfen). Die zur Verfügung stehende Energie wird auf den Teilbereich konzentriert, der beispielsweise für die Sicht des oder der Insassen des Fahrzeugs wichtig sein kann. Das Entfernen des Wassers in den relevanten Teilbereichen des Durchsichtsbereichs erfolgt damit nicht nur schneller, es wird auch die für das Entfernen erforderliche Energie reduziert, was insbesondere bei Elektrofahrzeugen die erzielbare Reichweite verbessert und damit einen erheblichen Vorteil darstellt. In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht der Teilbereich dem beim Führen des Fahrzeugs wenigstens erforderlichen Sichtfeld. Anders ausgedrückt: umfasst der Teilbereich zumindest den Sichtfeldbereich, welcher zum Führen des Fahrzeugs erforderlich ist. Der Teilbereich kann also dem Bereich der Fahrzeugscheibe entsprechen, durch welchen ein Fahrzeuginsasse beim Führen des Fahrzeugs blickt. Das zum Führen eines Fahrzeugs wenigstens erforderliche freie Sichtfeld kann beispielsweise durch gesetzliche Bestimmungen, wie Normen, festgelegt sein. Beispielsweise enthält die "Regelung Nr. 125 der UN- Wirtschaftskommission für Europa (UNECE) — Einheitliche Bedingungen für die Genehmigung von Kraftfahrzeugen hinsichtlich des Sichtfeldes des Fahrzeugführers nach vorn [2018/116]", Bestimmungen, welche das erforderliche Sichtfeld definieren können.
Handelt es sich bei der Fahrzeugscheibe um eine Windschutzscheibe, kann das erforderliche Sichtfeld beispielsweise einem sich vertikal über die Scheibe erstreckenden Streifen mit der Breite des Lenkrads entsprechen. Der Streifen kann eine Breite von etwa 30 Zentimetern aufweisen und wird von der Lenkradmitte in zwei gleich breite Hälften geteilt. Oben und unten kann das Fahrersichtfeld beispielsweise vom Feld des Scheibenwischers begrenzt werden. Der mit IR-Strahlung bestrahlte Teilbereich kann also in etwa die Größe eines im Hochformat vor dem Gesicht des Fahrers auf die Windschutzscheibe projizierten DIN-A4-Blattes aufweisen. Der Teilbereich kann eine Fläche von 0,2 m2 bis 0,01 m2, bevorzugt 0,1 m2 bis 0,02 m2, besonders bevorzugt 0,08 m2 bis 0,04 m2 umfassen.
Falls es sich bei der Fahrzeugscheibe um eine Seitenscheibe handelt, so wird bevorzugt wenigstens ein solcher Teilbereich von Wassermolekülen befreit, welcher den Blick des Fahrzeugführers auf die Seitenspiegel freigibt.
Falls es sich bei der Fahrzeugscheibe um eine Heckscheibe handelt, so wird bevorzugt wenigstens ein solcher Teilbereich von Wassermolekülen befreit, welcher den Blick des Fahrzeugführers über den Rückspiegel durch die Heckscheibe freigibt.
Auch wenn die Fahrzeugscheibe eine Seitenscheibe oder eine Heckscheibe ist, kann der Teilbereich beispielsweise anhand von einschlägigen Normen oder Richtlinien, welche das erforderliche Sichtfeld definieren, festgelegt und dimensioniert sein. Weil die für die Bestrahlung der Fahrzeugscheibe zur Verfügung stehende Energie auf den Teilbereich des Durchsichtsbereichs, welcher dem erforderlichen Sichtfeld des Fahrers entspricht, gebündelt wird und nicht der gesamte Durchsichtsbereich erwärmt werden muss, trifft eine höhere Energiemenge auf den Teilbereich. Das Wasser, welches im Teilbereich an der Fahrzeugscheibe abgeschieden ist, verdampft schneller und das zum Führen des Fahrzeugs erforderliche Sichtfeld wird schneller von Wasser befreit. Dieser Vorgang dauert bevorzugt lediglich einige Minuten und kann sogar in weniger als einer Minute vollzogen sein. Das Fahrzeug ist somit sehr schnell für den Fährbetrieb bereit. Durch die direkte Interaktion der IR-Strahlung mit den Wassermolekülen wird ein Aufheizen der Fahrzeugscheibe überflüssig. Das Entfernen von Wasser lediglich aus dem Sichtfeld ermöglicht damit nicht nur ein besonders schnelles Losfahren, sondern ist auch besonders energieeffizient.
Die IR-Strahlungsquelle umfasst bevorzugt wenigstens eine LED, OLED, einen Laser und/oder eine Laserdiode. Die IR-Strahlungsquelle umfasst besonders bevorzugt eine Mehrzahl von LEDs, OLEDs, Laser und/oder Laserdioden. Bevorzugt umfasst die IR-Strahlungsquelle eine LED, die analog auch als „IR-Strahlung-emittierende Diode“ bezeichnet werden kann. LEDs zeichnen sich durch ihre hohe Effizienz aus. Zusätzlich oder alternativ kann die IR-Strahlungsquelle Laserdioden oder Laser umfassen, die den Vorteil haben, besonders leistungsstark und effizient zu sein. Die IR-Strahlungsquelle kann neben den genannten Strahlmitteln zur Erzeugung von IR- Strahlung auch ein Gehäuse, in dem die Strahlmittel zur Erzeugung von IR-Strahlung angebracht sind, umfassen. Alternativ kann die IR-Strahlungsquelle eine LED, OLED, ein Laser und/oder eine Laserdiode sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die IR-Strahlungsquelle eine Er:YAG-Diode oder besteht daraus. Andere Beispiele sind InAs/GaSb, Er3+-dotierte Sesquioxide Dioden oder besteht daraus.
Die IR-Strahlungsquelle kann ein fiber-bulk hybrid Laser sein. Der Laser umfasst bevorzugt das Lasermedium Cr:ZnSe/S. Der Laser ist beispielsweise dimmbar, bevorzugt in einen Bereich von 1 ,9 pm bis 3,0 pm, sodass die Wellenlänge oder ein Wellenlängenbereich der ausgesendeten IR- Strahlung je nach Bedarf ausgewählt werden kann.
Die IR-Strahlungsquelle bzw. die IR-Strahlungsquellen können beispielsweise bandförmig, flächig oder spotförmig ausgebildet sein. Auch andere geometrische Formen sind möglich. Mehrere einzelne IR-Strahlungsquellen können nebeneinander beabstandet, oder bandförmig (dicht aneinander) ausgebildet, angeordnet werden. Werden mehrere spotförmige IR- Strahlungsquellen, beispielsweise LEDs, nebeneinander angeordnet, kann also mit anderen Worten eine mehrteilige, bandförmige oder flächige IR-Strahlungsquelle ausgebildet werden. Dies ermöglicht es, flexibel die Anzahl und Intensität der IR-Strahlungsquellen an die für die Beheizung der Fahrzeugscheibe benötigten Anforderungen, beispielsweise hinsichtlich der räumlich- geometrischen Gegebenheiten und den benötigten energetischen Bedarf für eine effiziente Heizwirkung, anzupassen. Außerdem kann so der Abstrahlwinkel der IR- Strahlungsquellen an die räumlich-geometrischen Gegebenheiten angepasst werden
In einer alternativen Ausgestaltung, die nicht beansprucht ist, ist die IR-Strahlungsquelle derart ausgebildet, dass sie IR-Strahlung im IR- Wellenlängenbereich von 2,5 pm bis 3,3 pm, besonders bevorzugt von 2,6 pm bis 2,9 pm aussenden kann. Dabei ist es nicht nötig, dass die Emissionsbande der IR-Strahlungsquelle die genannten Bereiche komplett abdecken muss. Die Emissionsbande sollte aber (zumindest teilweise) innerhalb dieser Bereiche liegen. Die Strahlungsquelle ist zweckmäßigerweise an eine Stromversorgungseinrichtung angeschlossen. Gerade in diesem bevorzugten Wellenlängenbereich ist die Absorption und die Anregung der Wassermoleküle und damit die daraus folgende Erwärmung und Verdampfung besonders groß. Vorteilhafterweise hat sich gezeigt, dass bei Glas die Transmission im Wellenlängenbereich von 2,9 pm bis 3,1 pm mit über 70 %, insbesondere bei ca. 3,0 pm mit ca. 85 % besonderes groß ist, so dass die Energie der IR-Strahlung effizient zur Enteisung und Verdampfung von Wasser eingesetzt werden kann.
Die IR-Strahlungsquelle ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass sie IR-Strahlung im IR- Wellenlängenbereich von 1 ,4 pm bis 2 pm, bevorzugt von 1 ,45 pm bis 1 ,95 pm, besonders bevorzugt von 1 ,5 pm bis 1 ,65 pm, aussenden kann bzw. aussendet. In diesem Bereich ist die Strahlung aufgrund der kurzen Strahlungswellenlänge besonders energieintensiv und somit sehr geeignet, um Wasser zu verdampfen bzw. Eis zu schmelzen. Dieser Wellenlängenbereich von 1 ,4 pm bis 2 pm ist insbesondere bevorzugt, wenn die Strahlungsquelle eine LED umfasst oder daraus besteht, da LEDs zum Erzeugen von IR-Strahlung in Wellenlängenbereichen bis 2 pm günstig hergestellt werden können. Auch hier ist es nicht nötig, dass die Emissionsbande der IR- Strahlungsquelle die genannten Bereiche komplett abdecken muss.
Durch das Auswählen einer engen Emissionsbande der IR-Strahlungsquelle, welche zur selektiven Erwärmung von Wassermolekülen geeignet ist, wird vermieden, dass IR-Strahlung mit einer Wellenlänge, die nicht oder nur schlecht zur Anregung von Wassermolekülen geeignet ist, zum Entfernen der Wassermoleküle eingesetzt wird. IR-Strahlung mit einer solchen, unpassenden Wellenlänge regt die Wassermoleküle nur unzureichend an und wird im Wesentlichen ungenutzt an die Umgebung abgeführt.
Durch das selektive Aussenden von IR-Strahlung mit einer Wellenlänge, bei der Wasser eine hohe Absorptionsfähigkeit aufweist, wird folglich die Energieeffizienz der Vorrichtung verbessert, weil die Energie der IR-Strahlung zu einem hohen Anteil an die Wassermoleküle abgegeben und zur Entfernung von Beschlag bzw. Vereisung genutzt wird.
Unabhängig davon, in welchem Wellenlängenbereich die mindestens eine IR-Strahlungsquelle IR-Strahlung aussendet und ob die IR-Strahlungsquelle eine LED, OLED, einen Laser und/oder eine Laserdiode der zuvor genannten Typen umfasst oder daraus besteht, ist bevorzugt zwischen der IR-Strahlungsquelle und der außenseitigen Oberfläche der Fahrzeugscheibe ein Zerstreuungselement angeordnet. Das Zerstreuungselement ist bevorzugt eine optische Konkavlinse (auch Zerstreuungslinse genannt), ein Mikro-Linsen Array oder eine holographische Linse. Das Zerstreuungselement dient dazu, die IR-Strahlung zu streuen. Parallel einfallende IR- Strahlen werden hierbei derart am Zerstreuungselement gebrochen, dass sich die IR-Strahlen im Raum zerstreuen und auf den kompletten mit IR-Strahlung zu bestrahlenden Teilbereich fallen. Die IR-Strahlungsquelle ist also bevorzugt so ausgerichtet, dass die von ihr ausgesendete IR- Strahlung am Zerstreuungselement gestreut wird, wodurch beispielsweise die IR-Strahlung eines Lasers einen größeren Bereich der Oberfläche der Fahrzeugscheibe bestrahlen kann.
Erfindungsgemäß weist die Fahrzeugscheibe eine zum Fahrzeuginnenraum hin exponierte innenseitige Oberfläche auf und die IR-Strahlungsquelle ist höchstens 30 cm, bevorzugt höchstens 20 cm, besonders bevorzugt höchstens 10 cm, insbesondere höchstens 5 cm, von der innenseitigen Oberfläche der Fahrzeugscheibe entfernt angeordnet (mit möglichen Untergrenzen, hiervon unabhängig, bei mindestens 1 cm, 2 cm, 3 cm oder 4 cm). Der Abstand zwischen der Innenseite der Fahrzeugscheibe und der IR-Strahlungsquelle ist definiert als deren lineare Distanz, gemessen orthogonal zur innenseitigen Oberfläche der Fahrzeugscheibe. Mit anderen Worten: Der angegebene Abstand bezeichnet den maximalen Abstand zwischen innenseitiger Oberfläche der Fahrzeugscheibe und der IR- Strahlungsquelle, nämlich orthogonal zur innenseitigen Oberfläche der Fahrzeugscheibe. Sofern die IR-Strahlungsquelle eine gewisse räumliche Ausdehnung aufweist, wird als Bezugspunkt ein Austrittspunkt der IR-Strahlung in die Umgebungsluft verwendet. Ist die Verbundscheibe beispielsweise eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs können die IR- Strahlungsquellen, also die wenigstens eine IR-Strahlungsquelle und/oder die wenigstens eine weitere IR-Strahlungsquelle, beispielsweise im oder auf dem Armaturenbrett angeordnet sein. Bei kürzerer Entfernung ist die Wasserentfernung von der Verbundscheibe effizienter, weil weniger Energie ungenutzt bleibt, beispielsweise aufgrund von ungewollten Streuungseffekten durch Interaktion mit Luft-Partikeln. Somit kann mehr Energie zur Erwärmung der Wassermoleküle genutzt werden. Auch kann der Teilbereich, welcher bestrahlt werden soll, besser eingestellt werden. Insbesondere kann bei einer kürzeren Entfernung ein breiterer Abstrahlwinkel für die IR-Strahlungsquelle gewählt werden.
„Zum Fahrzeuginnenraum exponiert“ bedeutet im Sinne der Erfindung, dass die Oberfläche direkt an den Fahrzeuginnenraum angrenzt, sodass die in der Luft enthaltende Feuchtigkeit auf der Innenseite der Scheibe auskondensieren kann. Die innenseitige Oberfläche der Fahrzeugscheibe kann eine funktionelle Beschichtung aufweisen oder beschichtungsfrei sein. Mit anderen Worten: die innenseitige Oberfläche kann durch die unbeschichtete Oberfläche der Fahrzeugscheibe oder eine Beschichtung, welche auf der Oberfläche der Fahrzeugscheibe aufgebracht ist, gebildet sein.
Unabhängig davon, wie die wenigstens eine IR-Strahlungsquelle konkret ausgestaltet ist, wird beim Erzeugen von IR-Strahlung durch die IR-Strahlungsquelle üblicherweise Abwärme generiert. Diese Abwärme kann zusätzlich zur IR-Strahlung zum Enteisen bzw. Verdampfen von auf der Fahrzeugscheibe befindlichem Eis oder Beschlag genutzt werden, insbesondere unter Ausnutzung der konvektiven Wärmeübertragung. Bevorzugt umfasst das Fahrzeug eine Luftfördereinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, einen durch Abwärme der IR-Strahlungsquelle erwärmten Luftstrom zur Fahrzeugscheibe zu befördern. Die IR-Strahlungsquelle wird durch den Luftstrom beispielsweise konvektiv gekühlt. Die Luftfördereinrichtung kann beispielswiese einen Ventilator umfassen, der einen kalten Luftstrom befördert, welcher über einen Kühlkörper der IR- Strahlungsquelle strömen kann. Nachdem der Luftstrom die Abwärme der IR-Strahlungsquelle aufgenommen hat, also erwärmt wurde, wird der erwärmte Luftstrom zur Fahrzeugscheibe befördert. An der Fahrzeugscheibe erfolgt ein konvektiver Wärmeübergang zwischen dem Luftstrom und der Fahrzeugscheibe und/oder den an der Fahrzeugscheibe befindlichen Wassermolekülen, sodass diese von der Fahrzeugscheibe entfernt werden. Ähnlich zu einem HVAC können zum Lenken des kalten oder erwärmten Luftstroms verschiedene Elemente der Luftfördereinrichtung eingesetzt werden, beispielsweise spezifische Auslassdüsen für die Luft, Zuläufe oder Leitbleche. Die ergänzende Nutzung von konvektivem Wärmetransport von der IR-Strahlungsquelle zur Fahrzeugscheibe bietet zum einen den Vorteil, dass die IR-Strahlungsquelle gekühlt wird und damit zuverlässiger funktioniert. Außerdem wird die Lebensdauer der IR-Strahlungsquelle durch die Kühlung verlängert. Zum anderen wird die Energieeffizienz des Systems gesteigert, weil die Abwärme der IR-Strahlungsquelle als zusätzliche Energiequelle für das Enteisen bzw. das Verdampfen des Beschlags der Fahrzeugscheibe genutzt wird.
Besonders bevorzugt wird der erwärmte Luftstrom derart gelenkt, dass er im von der IR- Strahlungsquelle bestrahlten Teilbereich des Durchsichtsbereichs auf die innenseitige exponierte Oberfläche der Fahrzeugscheibe trifft. Der erwärmte Luftstrom kann beispielsweise von der Luftfördereinrichtung gelenkt werden oder von anderen Elementen, welche im Fahrzeuginnenraum angeordnet sind. So wird der von der IR-Strahlungsquelle bestrahlte Teilbereich noch effizienter und schneller von Beschlag und/oder Eis befreit. Durch die Erwärmung der Fahrzeugscheibe, die durch den konvektiven Wärmetransport hervorgerufen wird, wird zusätzlich ein um den Teilbereich umliegender Bereich nach und nach von Beschlag und Eis befreit, sodass das für die Fahrzeuginsassen zur Verfügung stehende Sichtfeld bereits nach einer kurzen Zeit über den Teilbereich hinaus erweitert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine weitere bzw. zweite IR- Strahlungsquelle zur selektiven Erzeugung von IR-Strahlung im IR- Wellenlängenbereich von 1 ,4 pm bis 2 pm im Fahrzeuginnenraum das Fahrzeugs beabstandet zur Fahrzeugscheibe angeordnet und die weitere IR-Strahlungsquelle ist derart ausgebildet, dass diese im Betrieb, bevorzugt ausschließlich, einen weiteren Teilbereich des Durchsichtsbereichs der Fahrzeugscheibe mit IR-Strahlung bestrahlt, welcher von dem durch die wenigstens eine IR- Strahlungsquelle bestrahlten Teilbereich abgegrenzt ist. Mit anderen Worten: Neben der vorstehend bereits erläuterten IR-Strahlungsquelle kann auch mindestens eine weitere IR- Strahlungsquelle vorgesehen sein, welche einen zumindest abschnittsweise anderen Teilbereich des Durchsichtsbereichs der Fahrzeugscheibe bestrahlt als die vorstehend erläuterte (erste) IR- Strahlungsquelle.
Bevorzugt ist auch die mindestens eine weitere IR-Strahlungsquelle höchstens 30 cm, bevorzugt höchstens 20 cm, besonders bevorzugt höchstens 10 cm, insbesondere höchstens 5 cm, von der innenseitigen Oberfläche der Fahrzeugscheibe entfernt angeordnet (mit möglichen Untergrenzen, hiervon unabhängig, bei mindestens 1 cm, 2 cm, 3 cm oder 4 cm). Der Abstand zwischen der Innenseite der Fahrzeugscheibe und der weiteren IR-Strahlungsquelle ist definiert als deren lineare Distanz, gemessen orthogonal zur innenseitigen Oberfläche der Fahrzeugscheibe, siehe auch die vorstehenden Erläuterungen in Bezug auf die (erste) IR- Strahlungsquelle.
Dies sei zur Verdeutlichung nochmals erläutert: Beispielsweise kann eine erste IR- Strahlungsquelle zur Bestrahlung eines ersten Teilbereichs der Fahrzeugscheibe im Sichtfeld des Fahrers eines Fahrzeugs vorgesehen sein. Eine zweite IR-Strahlungsquelle kann zur Bestrahlung eines vom ersten Teilbereich abgegrenzten, zweiten Teilbereichs der Fahrzeugscheibe im Sichtfeld des Beifahrers vorgesehen sein. So kann Wasser unter minimalem Energieeinsatz von den für die Durchsicht der Fahrzeuginsassen relevanten Bereichen der Fahrzeugscheibe entfernt werden. Das Entfernen erfolgt besonders schnell, weil lediglich fokussierte Teilbereiche mit IR- Strahlung bestrahlt werden, und es nicht erforderlich ist, die gesamte Fahrzeugscheibe zu erwärmen oder zu bestrahlen, sodass Energie gespart wird. Die Teilbereiche, welche von verschiedenen IR-Strahlungsquellen bestrahlt werden, müssen jedoch nicht zwangsläufig voneinander abgegrenzt sein, sondern können auch überlappen.
Es ist auch vom Erfindungsgedanken umfasst, mehrere IR-Strahlungsquellen im Fahrzeuginnenraum vorzusehen, welche jeweils Teilbereiche von verschiedenen Fahrzeugscheiben mit IR-Strahlung in den genannten Wellenlängenbereichen bestrahlen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Fahrzeugscheibe eine Windschutzscheibe des Fahrzeugs und die IR-Strahlungsquelle und/oder die weitere IR-Strahlungsquelle ist bzw. sind im Bereich eines Armaturenbretts des Fahrzeugs angeordnet. Die Windschutzscheibe ist für die Sicht der Fahrzeuginsassen von entscheidender Bedeutung, sodass der Vorteil einer schnellen Enteisung und einer schnellen Entfernung von Beschlag hier besonders zum Tragen kommt. Außerdem bietet das Armaturenbrett große Gestaltungsfreiheit für einen Konstrukteur, sowohl bei der Gestaltung der IR-Strahlungsquelle und/oder der weiteren IR-Strahlungsquelle selbst als auch bei der Positionierung der IR-Strahlungsquelle und/oder der weiteren IR-Strahlungsquelle auf dem oder im Armaturenbrett. Ferner wird durch die Positionierung der IR-Strahlungsquelle und/oder der weiteren IR-Strahlungsquelle im Bereich des Armaturenbretts sichergestellt, dass Fahrzeuginsassen nicht mit der auf den Teilbereich bzw. den weiteren Teilbereich ausgestrahlten IR-Strahlung interferieren, wodurch die Gefahr von Verbrennungen reduziert wird. Die IR-Strahlungsquelle und/oder die weitere IR-Strahlungsquelle ist bzw. sind weiter bevorzugt im Bereich zwischen der Fahrzeugscheibe und einem Lenkrad des Fahrzeugs angeordnet. Mit anderen Worten kann sich die IR-Strahlungsquelle und/oder die weitere IR-Strahlungsquelle also aus Sicht des Fahrers hinter dem Lenkrad befinden. Hier ist die Distanz zur Windschutzscheibe, insbesondere zum Sichtfeldbereich eines Fahrers des Fahrzeugs, am kürzesten, sodass die IR- Strahlung mit einer hohen Intensität auf den Teilbereich der Windschutzscheibe auftrifft. Aufgrund des geringen Abstands können IR-Strahlungsquellen, insbesondere LEDs, mit einem größeren Abstrahlwinkel eingesetzt werden, wodurch ermöglicht wird, dass bereits eine IR- Strahlungsquelle bzw. eine weitere IR-Strahlungsquelle mit einer relativ geringen Leistung einen großen Teilbereich des Durchsichtsbereichs mit IR-Strahlung bestrahlt. Ferner ist bzw. sind die IR-Strahlungsquelle und/oder die weitere IR-Strahlungsquelle aus Sicht der Fahrzeuginsassen durch das Lenkrad verdeckt und damit nicht sichtbar, sodass das Sichtfeld des Fahrers nicht eingeschränkt ist und keine optische Beeinträchtigung des Fahrzeuginnenraums durch die IR- Strahlungsquelle(n) erfolgt. Durch die Positionierung hinter dem Lenkrad wird außerdem die Verletzungsgefahr minimiert, weil Fahrzeuginsassen normalerweise nicht in den Bereich hinter dem Lenkrad greifen.
Weiter bevorzugt kann die IR-Strahlungsquelle und/oder die weitere IR-Strahlungsquelle in die Oberfläche des Armaturenbretts integriert sein. Diese Anordnung der IR-Strahlungsquelle und/oder der weiteren IR-Strahlungsquelle hat den Vorteil, dass die Sicht der Fahrzeuginsassen im unteren Bereich der Windschutzscheibe nicht durch die IR-Strahlungsquelle bzw. die weitere IR-Strahlungsquelle verdeckt wird.
Alternativ kann die wenigstens eine IR-Strahlungsquelle und/oder die wenigstens eine weitere IR-Strahlungsquelle im Fahrzeuginnenraum des Fahrzeugs anbringbar sein und zerstörungsfrei lösbar bzw. entfernbar sein. In diesem Fall kann die Anordnung der IR-Strahlungsquelle und/oder der weiteren IR-Strahlungsquelle praktisch frei gewählt werden, beispielsweise abhängig von den geometrischen Randbedingungen, welche durch die Fahrzeuggeometrie und die Größenverhältnisse der Fahrzeuginsassen vorgegeben werden. Außerdem kann bzw. können die IR-Strahlungsquelle und/oder die weitere IR-Strahlungsquelle im Falle eines Defekts einfach ausgetauscht werden. Auch ein Nachrüsten einer IR-Strahlungsquelle bzw. einer weiteren IR- Strahlungsquelle in ein Fahrzeug, welches vorher nicht mit einer solchen bzw. solchen ausgestattet war, ist möglich, wie später im Zusammenhang mit einer Bestrahlungsvorrichtung ausgeführt ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Fahrzeug außerdem einen Feuchtigkeitsdetektor, beispielsweise einen IR-Sensor, zur Detektion von Wasser auf dem mit IR-Strahlung bestrahlbaren Teilbereich der innenseitigen und/oder außenseitigen Oberfläche der Fahrzeugscheibe und eine Steuereinheit. Der Feuchtigkeitsdetektor ist bevorzugt derart konfiguriert, dass er ein Signal an die Steuereinheit sendet, wenn sich Wasser in flüssigem oder festem Aggregatszustand auf dem Teilereich der innenseitigen und/oder außenseitigen Oberfläche der Fahrzeugscheibe befindet.
Die Steuereinheit ist in diesem Fall derart konfiguriert, dass sie zumindest bei Erhalt des Signals, die IR-Strahlungsquelle elektronisch ansteuert, sodass die IR-Strahlungsquelle IR-Strahlung auf den Teilbereich der Fahrzeugscheibe strahlt. Dies bietet den Vorteil, dass die IR-Strahlungsquelle nur dann in Betrieb ist, wenn auch Wasser auf der Fahrzeugscheibe abgeschieden ist, wodurch der Energieverbrauch der IR-Strahlungsquelle deutlich reduziert werden kann. Der Feuchtigkeitsdetektor ist bevorzugt an der Fahrzeugscheibe oder im Fahrzeuginnenraum, insbesondere am Armaturenbrett, angebracht, sodass er auf einer Oberfläche der Fahrzeugscheibe kondensiertes Wasser effektiv detektieren kann.
Das Fahrzeug kann beispielsweise ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen, Kraftfahrzeug, Zugmaschine oder ein Kraftomnibus sein. Bevorzugt ist das Fahrzeug ein Personenkraftwagen. Das Fahrzeug kann mit einem Verbrennungsantrieb, umfassend beispielsweise einen Otto-Motor oder einen Dieselmotor, einem Elektroantrieb, umfassend eine Brennstoffzelle und/oder einen Akkumulator, oder einem hybridem Antrieb ausgestattet sein. Es bieten sich besonders hybride Antriebe und Elektroantriebe an, da die Strahlungsquelle elektrisch betrieben wird. Solche Antriebsarten müssen energieeffizient sein, da ansonsten die Reichweite des Fahrzeugs signifikant verringert wird, womit die Vorteile der Entfernung von Feuchtigkeit mittels des erfindungsgemäßen Fahrzeugs besonders deutlich werden.
Außerdem erstreckt sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Entfernen von Wasser von einer Fahrzeugscheibe umfassend mindestens eine Scheibe aus Glas unter Verwendung eines Fahrzeugs nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.
Das Verfahren umfasst die Verfahrensschritte:
Aktivieren der IR-Strahlungsquelle und Selektives Aussenden von IR-Strahlung im IR- Wellenlängenbereich von 1 ,4 pm bis 2 pm mittels der IR-Strahlungsquelle ausschließlich auf einen Teilbereich einer Fahrzeugscheibe zur Entfernung von an der Fahrzeugscheibe anhaftendem Wasser.
Die auf einen Teilbereich gebündelte IR-Strahlung erwärmt lediglich die Wassermoleküle, welche sich im Teilbereich befinden. Dies ermöglicht ein besonders schnelles Entfernen von Eis oder Beschlag vom Teilbereich, weil die Gesamtenergie, welche zum Erwärmen des Wassers auf der Fahrzeugscheibe zur Verfügung steht, gebündelt lediglich für den Teilbereich eingesetzt wird. Das Entfernen des Wassers in den relevanten Teilbereichen des Durchsichtsbereichs erfolgt damit nicht nur schneller, es wird auch die erforderliche Energie reduziert, was insbesondere bei Elektrofahrzeugen einen erheblichen Vorteil darstellt und die Reichweite, die von Elektrofahrzeugen abgedeckt werden kann, vergrößern kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Fahrzeug eine Luftfördereinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, einen durch Abwärme der IR- Strahlungsquelle erwärmten Luftstrom zur Fahrzeugscheibe zu fördern. Das Verfahren umfasst ferner die Schritte:
Aktivieren der Luftfördereinrichtung;
Erwärmen eines von der Luftfördereinrichtung geförderten Luftstroms mittels Abwärme der IR-Strahlungsquelle und
Befördern des Luftstroms zu einer exponierten innenseitigen Oberfläche der von der IR- Strahlungsquelle bestrahlten Fahrzeugscheibe.
Die Abwärme der IR-Strahlungsquelle stellt eine weitere Wärmequelle zum Enteisen und Entfernen von Beschlag von der Fahrzeugscheibe dar, deren Energie andernfalls ungenutzt bleiben würde. Außerdem wird die IR-Strahlungsquelle durch den kalten Luftstrom gekühlt, wodurch ein Überhitzen der IR-Strahlungsquelle vermieden und die Lebensdauer der IR- Strahlungsquelle verlängert wird. Die Energieeffizienz des Systems wird gesteigert, weil die Abwärme der IR-Strahlungsquelle als zusätzliche Energiequelle für das Enteisen bzw. das Verdampfen des Beschlags der Fahrzeugscheibe genutzt wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Verwendung einer Bestrahlungsvorrichtung zur Anbringung in einem Fahrzeug. Die Bestrahlungsvorrichtung umfasst wenigstens eine IR- Strahlungsquelle zur selektiven Erzeugung von IR-Strahlung im IR- Wellenlängenbereich von 1 ,4 pm bis 2 pm. Die Fahrzeugscheibe weist, wie vorstehend bereits erläutert, eine zu einem Fahrzeuginnenraum des Fahrzeugs exponierte innenseitige Oberfläche auf, von welcher die die IR-Strahlungsquelle höchstens 30 cm von der innenseitigen Oberfläche der Fahrzeugscheibe entfernt angeordnet wird. Der Abstrahlwinkel der IR-Strahlungsquelle für IR-Strahlung ist derart gewählt, dass bei bestimmungsgemäßer Anbringung der Bestrahlungsvorrichtung in einem Fahrzeuginnenraum beabstandet von einer Fahrzeugscheibe ausschließlich ein Teilbereich des Durchsichtsbereichs der Fahrzeugscheibe bestrahlt wird. Die Bestrahlungsvorrichtung ist in einem Fahrzeuginnenraum anbringbar und zerstörungsfrei entfernbar.
Ein solche Bestrahlungsvorrichtung kann beispielsweise auf der Oberfläche des Armaturenbretts befestigbar sein. Besonders bevorzugt ist die Bestrahlungsvorrichtung zur Befestigung im Bereich zwischen Lenkrad und Windschutzscheibe vorgesehen. Zur Befestigung der Bestrahlungsvorrichtung steht eine Vielzahl an verschiedenen Lösungen zur Verfügung. Beispielsweise kann die Bestrahlungsvorrichtung aufgeklebt oder angeschraubt werden oder an einer dafür vorgesehen Halterung befestigt werden oder durch einen Saugnapf befestigbar sein. Wie oben ausgeführt, kann die Anbringung der Bestrahlungsvorrichtung im Fahrzeuginnenraum lösbar erfolgen. Insbesondere kann die Bestrahlungsvorrichtung als Nachrüstset bereitgestellt werden, welches nachträglich, d.h. nach dem Ausliefern eines des Fahrzeugs an einen Käufer, im Fahrzeuginnenraum anordenbar ist. Besonders bevorzugt ist die Bestrahlungsvorrichtung dabei werkzeuglos in dem Fahrzeug anbringbar und werkzeuglos von diesem lösbar. Unter „werkzeuglos“ wird in diesem Kontext ein Anbringen und Lösen der Bestrahlungsvorrichtung verstanden, welches ausschließlich manuell bspw. durch einen Fahrzeuginsassen erfolgen kann, also ausschließlich unter Verwendung seiner Hände. Die werkezuglose Montage und Demontage kann insbesondere im Falle der „Nachrüstlösung“ vorteilhaft sein, bspw. auch, um die Bestrahlungsvorrichtung in mehreren Fahrzeugen einsetzen zu können. Selbstredend kann eine Bestrahlungsvorrichtung auch vor dem Ausliefern eines Fahrzeugs in einem Fahrzeuginnenraum angeordnet werden, beispielswiese im Rahmen der Herstellung eines Fahrzeugs durch einen OEM (Englisch: „Original Equipment Manufacturer“). In diesem Fall kann eine nicht-lösbare Anbringung der Bestrahlungsvorrichtung im Fahrzeuginnenraum bevorzugt sein.
Die IR-Strahlungsquelle der Bestrahlungsvorrichtung ist derart ausgebildet, dass nach Befestigung der Bestrahlungsvorrichtung im dafür vorgesehenen Bereich des Armaturenbretts lediglich ein Teilbereich des Durchsichtsbereichs der Windschutzscheibe mit IR-Strahlung bestrahlt wird. Damit auf der Fahrzeugscheibe abgeschiedenes Wasser mittels der Bestrahlungsvorrichtung entfernbar ist, muss zum einen darauf geachtet werden, dass der Abstrahlwinkel der IR-Strahlungsquelle der Bestrahlungsvorrichtung richtig dimensioniert ist. Gleichzeitig muss auch sichergestellt sein, dass die IR-Strahlungsquelle leistungsstark genug ist und genug IR-Strahlung auf dem Teilbereich ausgesendet wird, um diesen zuverlässig von Eis oder Wasser zu befreien.
Häufig ist das Bereitstellen einer Bestrahlungsvorrichtung als Nachrüstset zur nachträglichen Ausstattung eines Fahrzeugs mit einer IR-Strahlungsquelle kostengünstiger als das Erwerben eines Neufahrzeugs mit eingebauter IR-Strahlungsquelle. Speziell bei älteren Fahrzeugen, welche bislang unzureichende Enteisungs- und Antibeschlagfunktionalitäten aufweisen, ist das Anordnen eines Nachrüstsets mit IR-Strahlungsquelle im Fahrzeuginnenraum vorteilhaft. Ein und dasselbe Nachrüstset kann außerdem in den verschiedensten Fahrzeugen eingesetzt werden, sodass sich aufgrund einer hohen Standardisierung bei der Herstellung der Bestrahlungsvorrichtung niedrige Herstellkosten erzielen lassen. Zusätzlich können verschieden ausgestattete Bestrahlungsvorrichtungen mit unterschiedlicher Funktionalität bereitgestellt werden, welche unabhängig von einem konkreten Fahrzeugmodell je nach Vorlieben des Nutzers verwendet werden können.
Die Energieversorgung der Bestrahlungsvorrichtung kann - insbesondere, wenn die Bestrahlungsvorrichtung als Nachrüstset bereitgestellt wird - beispielsweise durch eine energetische Anbindung der Bestrahlungsvorrichtung an standardisierte Schnittstellen des Fahrzeugs erfolgen, welche am Armaturenbrett, beispielsweise im Bereich der Mittelkonsole, bereitgestellt sein können. Bevorzugt kann die Bestrahlungsvorrichtung hierfür ein Kabel mit einem Stecker aufweisen, welcher dazu ausgebildet ist, mit einem USB-Port, einem Zigarettenanzünder bzw. dessen Bordspannungssteckdose, oder einer Steckdose gekoppelt zu werden.
Eine Bestrahlungsvorrichtung kann zum konvektiven Kühlen der IR-Strahlungsquelle und zum konvektiven Erwärmen der Fahrzeugscheibe mit einer Luftfördereinrichtung ausgestattet sein, wie vorstehend bereits in Zusammenhang mit einem Fahrzeug beschrieben wurde. Die vorstehend beschriebenen Merkmale der und Ausführungen zur Luftfördereinrichtung eines Fahrzeugs sind analog auf die hier beschriebene Luftfördereinrichtung der Bestrahlungsvorrichtung anwendbar. Besonders hervorzuheben ist, dass die Luftfördereinrichtung ausgebildet sein kann, um einen durch Abwärme der IR-Strahlungsquelle erwärmten Luftstrom derart an die Umgebung der Bestrahlungsvorrichtung abzugeben, dass der erwärmte Luftstrom bei bestimmungsgemäßer Anbringung der Bestrahlungsvorrichtung in einem Fahrzeug im von der IR-Strahlungsquelle bestrahlten Teilbereich des Durchsichtsbereichs auf die Fahrzeugscheibe trifft.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Bestrahlungsvorrichtung einen Feuchtigkeitsdetektor, beispielsweise einen IR-Sensor, zur Detektion von Wasser auf dem mit IR-Strahlung bestrahlbaren Teilbereich der innenseitigen und/oder außenseitigen Oberfläche der Fahrzeugscheibe und eine Steuereinheit auf. Der Feuchtigkeitsdetektor ist bevorzugt derart konfiguriert, dass er ein Signal an die Steuereinheit sendet, wenn sich Wasser in flüssigem oder festen Aggregatszustand auf dem Teilereich der innenseitigen und/oder außenseitigen Oberfläche der Fahrzeugscheibe befindet. Die Steuereinheit ist in diesem Fall derart konfiguriert, dass sie zumindest bei Erhalt des Signals, die IR-Strahlungsquelle der Bestrahlungsvorrichtung elektronisch ansteuert, sodass die IR-Strahlungsquelle IR-Strahlung auf den Teilbereich der Fahrzeugscheibe strahlt. Dadurch werden die Vorteile erzielt, welche bereits vorstehend in Zusammenhang mit dem Feuchtigkeitsdetektor und der Steuereinheit eines Fahrzeugs beschrieben wurden.
Die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung können einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein. Insbesondere sind die vorstehend genannten Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar, es sei denn sie sind explizit nur als Alternativen zueinander möglich und beschrieben, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung, beispielsweise mit dem Fahrzeug oder der Bestrahlungsvorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, so dass ein Bauelement oder eine Baugruppe einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Bauteils oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Ebenso sind Merkmale und Vorteile, die im Zusammenhang mit der Bestrahlungsvorrichtung beschrieben wurden, auf ein erfindungsgemäßes Fahrzeug übertragbar und umgekehrt. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Figuren genommen wird. Es zeigen in vereinfachter, nicht maßstabsgetreuer Darstellung:
Figur 1 Eine Fahrzeugscheibe zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Fahrzeug,
Figur 2-4 ein Fahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Figur 5 eine zweite Ausführungsform eines Fahrzeugs gemäß der Erfindung,
Figur 6 eine dritte Ausführungsform eines Fahrzeugs gemäß der Erfindung und
Figur 7 ein Absorptionsspektrum von Wasser (flüssiger Aggregatzustand).
Die Fig. 1 zeigt eine Fahrzeugscheibe 1 in der Form einer Windschutzscheibe für ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 100. Die Fahrzeugscheibe 1 ist in einer Draufsicht gezeigt, wobei von innen auf eine innenseitige Oberfläche I der Fahrzeugscheibe 1 geblickt wird. Die folgenden Ausführungen sind jedoch auch anwendbar, wenn von außen auf eine nach außen exponierte Oberfläche II der Fahrzeugscheibe 1 geblickt wird.
Die Fahrzeugscheibe 1 weist eine Oberkante und eine Unterkante sowie zwei die Oberkante und die Unterkante verbindende Seitenkanten auf (alles zusammen ergibt eine umlaufende Kante der Fahrzeugscheibe 1). Mit der Unterkante (auch Motorkante genannt) der Fahrzeugscheibe 1 ist die Kante gemeint, welche in Einbaulage dem Boden zugewandt ist. Mit der Oberkante (auch Dachkante genannt) der Fahrzeugscheibe 1 ist die Kante gemeint, welche in Einbaulage in ein Fahrzeug 100 dem Fahrzeugdach zugewandt ist. Die Fahrzeugscheibe 1 weist beispielsweise eine für Windschutzscheiben übliche Form und Krümmung auf. Bevorzugt ist die Fahrzeugscheibe 1 flach ausgestaltet.
Die Fahrzeugscheibe 1 weist einen Durchsichtsbereich D auf, der transparent ist. Die Fahrzeugscheibe 1 kann insgesamt transparent ausgebildet sein, so dass der Durchsichtsbereich D die gesamte Fahrzeugscheibe 1 umfasst. Die Fahrzeugscheibe 1 kann aber auch, wie im vorliegenden Fall, einen opaken Maskierungsbereich M aufweisen, durch den kein Sonnenlicht treten kann. Solche Maskierungsbereiche M sind bei Fahrzeugscheiben üblich. Sie werden typischerweise durch einen opaken Abdeckdruck ausgebildet. Dabei wird eine Emaille- Druckpaste, welche Glasfritten und ein Pigment, insbesondere Schwarzpigment, enthält, beispielsweise im Siebdruckverfahren oder im Digitaldruckverfahren auf die Oberfläche aufgedruckt und anschließend eingebrannt. Der Maskierungsbereich M umfasst typischerweise einen umlaufenden Randbereich der Außenscheibe, der einen zentralen Durchsichtsbereich D rahmenartig umgibt. Der Maskierungsbereich M kann aber auch weitere Bereiche umfassen, welche beispielsweise als eine Art von Querverstrebungen des rahmenartigen Randbereichs ausgebildet sind.
Zur Vereinfachung der Erläuterung der folgenden Figuren ist bereits in Figur 1 ein Teilbereich T des Durchsichtsbereich D visualisiert. Der Teilbereich T liegt im Durchsichtsbereich D und ist bevorzugt im Sichtfeld eines Fahrers angeordnet, wenn die Fahrzeugscheibe 1 in einem Fahrzeug 100 montiert ist. Wie in Fig. 1 dargestellt, liegt der Teilbereich T vorzugsweise vollständig im Durchsichtsbereich D.
In Fig. 2 bis 4 ist eine erste Ausführungsform eines Fahrzeugs 100 dargestellt, wobei unterschiedliche Stadien an Bedeckung der Fahrzeugscheibe 1 des Fahrzeugs 100 mit Wasser in flüssigem Aggregatszustand (Beschlag) oder festem Aggregatszustand (Eis) dargestellt sind. In Fig. 2 ist das Fahrzeug 100 bei klarer Fahrzeugscheibe 1 dargestellt, sodass der Blick auf den Fahrzeuginnenraum 8 freigegeben ist. In Fig. 3 ist die Fahrzeugscheibe 1 vollständig mit Wasser 5 bedeckt, wobei das Wasser beispielsweise als Eis auf der außenseitigen Oberfläche II der Fahrzeugscheibe vorliegen kann. In Fig. 4 ist eine Teilbereich T des Durchsichtsbereichs D von Wasser 5 befreit.
Das Fahrzeug 100 weist eine Mehrzahl von IR-Strahlungsquellen 3 auf, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich eine geringe Anzahl dargestellt sind. Die IR-Strahlungsquellen 3 sind beabstandet von der Fahrzeugscheibe 1 im Bereich des Armaturenbretts 10 des Fahrzeugs 100 angeordnet ist. Im gezeigten Beispiel sind die IR-Strahlungsquellen 3 etwa 20 cm von der innenseitige Oberfläche I der Fahrzeugscheibe 1 angeordnet. Die IR-Strahlungsquelle 3, beispielsweise als LED ausgebildet, ist zum Aussenden von IR-Strahlung 4 mit einer Wellenlänge in einem Wellenlängenbereich von A = 1 ,4 pm bis 2 pm geeignet. Bevorzugt ist das Wellenlängenspektrum, in dem die LED IR-Strahlung aussendet, deutlich kleiner als der angegebene Wellenlängenbereich. Das Spektrum der IR-Strahlungsquelle 3 kann beispielsweise einige 100 nm in dem angegebenen Wellenlängenbereich, insbesondere weniger als 200 nm, bevorzugt weniger als 100 nm, weiter bevorzugt weniger als 50 nm abdecken. Wie nachfolgend noch genauer erläutert wird, wird die IR-Strahlung 4 auf einen Teilbereich T des Durchsichtsbereich D ausgesendet. Die IR-Strahlungsquelle 3 kann beispielsweise eine LED oder eine Er:YAG Diode sein, die eine Wellenlänge von ca. 1450 nm oder ca. 1900 nm aufweist. Diese Wellenlänge korrespondiert zu dem Frequenz- und Wellenlängenbereich, in dem Wassermoleküle den höchsten Absorptionskoeffizienten für die IR-Strahlung 4 aufweisen. Gleichzeitig ist die Transmission von Glas in diesem IR-Strahlenbereich <3,5 pm mit einem Transmissionsgrad von ca. 85 % besonders hoch und nur ein kleiner Teil der IR-Strahlung 4 wird absorbiert.
Die IR-Strahlungsquellen 3 können beispielsweise am Armaturenbrett 10 angeklebt sein oder in einer auf der Oberfläche des Armaturenbretts 10 angeordneten Fassung angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ können die IR-Strahlungsquellen 3 in die Oberfläche des Armaturenbretts 10 integriert sein.
Die Pfeile deuten beispielhaft und schematisch die Strahlungsrichtung der IR-Strahlung 4 an. Jede der IR-Strahlungsquellen 3 weist einen bestimmten Abstrahlwinkel a auf, in dem IR- Strahlung 4 von der IR-Strahlungsquelle 3 ausgesendet wird. Die IR-Strahlungsquellen 3 sind in dieser Ausgestaltung flächig ausgebildet und/oder angeordnet, sodass sie insgesamt auch als eine gemeinsame, flächig ausgebildete IR-Strahlungsquelle 3 interpretiert werden können, deren Abstrahlwinkel a durch die Anordnung und den jeweiligen Abstrahlwinkel a der einzelnen IR- Strahlungsquellen 3, beispielsweise einzelner LEDs definiert wird. Die Abstrahlwinkel a sind dabei derart dimensioniert, dass im Betrieb der IR-Strahlungsquelle 3 lediglich ein Teilbereich T des Durchsichtsbereichs D der Fahrzeugscheibe 1 mit IR-Strahlung 4 bestrahlt wird.
Bevorzugt sind die IR-Strahlungsquellen 3 im Bereich zwischen dem Lenkrad 11 und der Fahrzeugscheibe 1 angeordnet, von der Fahrerposition aus gesehen bevorzugt hinter dem Lenkrad 11. Dieser Bereich ist für Fahrzeuginsassen üblicherweise wenig zugänglich, sodass die Fahrzeuginsassen vor Verbrennungen durch IR-Strahlung 4 geschützt werden. Außerdem ist in diesem Bereich die Distanz zur Fahrzeugscheibe 1 am geringsten und die IR-Strahlung 4 kann effektiv auf einen Teilbereich T gerichtet werden, welcher dem Sichtfeld des Fahrers entspricht, was besonders vorteilhaft ist. Gleichzeitig wird das Sichtfeld des Fahrers aber nicht beeinträchtigt.
In manchen Betriebszuständen des Fahrzeugs 100, beispielsweise bei hoher Luftfeuchtigkeit im Fahrzeuginnenraum 8 oder bei kalten Temperaturen in der äußeren Umgebung des Fahrzeugs 100 wird Feuchtigkeit 5, insbesondere Wassertropfen oder Eiskristalle an der Fahrzeugscheibe 1 abgeschieden. Figur 3 zeigt einen solchen Zustand, bei dem die Fahrzeugscheibe 1 vollständig mit Feuchtigkeit 5 bedeckt ist, sodass keine Durchsicht für die Fahrzeuginsassen mehr möglich ist.
Sowohl auf der innenseitigen Oberfläche I der Fahrzeugscheibe 1 abgeschiedene Feuchtigkeit 5, beispielsweise Beschlag mit Wassertropfen, als auch auf der außenseitigen Oberfläche II der Fahrzeugscheibe 1 abgeschiedene Feuchtigkeit 5, beispielweise Eiskristalle, können mittels der IR-Strahlungsquelle 3 schnell und energiesparend entfernt werden. Die Fahrzeugscheibe 1 ist für IR-Strahlung 4 beispielsweise nahezu vollständig transparent, weswegen die Entfernung von Feuchtigkeit 5 nicht nur auf der innenseitigen Oberfläche I, sondern auch auf der außenseitigen Oberfläche II möglich ist.
Zum Entfernen von auf der Fahrzeugscheibe 1 abgeschiedenen Wasser wird, wie in Figur 4 gezeigt, die IR-Strahlungsquelle 3 aktiviert. Zur Verbesserung der Übersichtlichkeit sind in Figur 4 lediglich zwei der IR-Strahlungsquellen 3 gezeigt. Die IR-Strahlungsquelle 3 sendet IR- Strahlung 4 mit einer selektiven Wellenlänge, beispielsweise ca. 1450 nm ± 50nm oder ca. 1900 nm ± 50nm auf den Teilbereich T des Durchsichtsbereichs D aus.
Trifft die IR-Strahlung 4 vor oder nach dem Durchtritt durch die Fahrzeugscheibe 1 auf Wassertropfen oder Eiskristalle, interagiert die IR-Strahlung 4 mit dem Wasser 5. Die IR- Strahlung 4 wird von den Wassermolekülen absorbiert und diese mit der Anregung durch die IR- Strahlung 4 erhitzt und hierdurch verdampft. Besonderer Vorteil der Erfindung ist, dass selektiv IR-Strahlung 4 mit möglichst exakt der Wellenlänge und in dem Frequenzbereich eingesetzt werden kann, in denen Wassermoleküle die höchsten Absorptionskoeffizienten aufweisen, und hierdurch eine sehr selektive Heizwirkung erzielt werden kann. Dies trägt dazu bei, die Heizwirkung besonders energiesparend und schnell zu erzielen.
Energieeffizienz ist für künftige Produktentwicklungen ein enorm wichtiges Kriterium. Vorteilhafterweise hängt die Heizwirkung erfindungsgemäß auch nicht von der Erwärmung der Fahrzeugscheibe 1 selbst ab, sondern wird selektiv durch die Anregung der Wassermoleküle durch die IR-Strahlung 4 erzielt. Die Heizwirkung tritt daher zum einen sehr viel schneller ein als bei bisher eingesetzten Heizeinrichtungen und zusätzlich tritt auch kein Wärmeverlust durch Konvektion und die große Fläche der Fahrzeugscheibe 1 auf. Somit ist auch die Abhängigkeit der Wirkung von der Außentemperatur deutlich geringer als bei den bisher bekannten Heizeinrichtungen, die erst die Erwärmung der Fahrzeugscheibe 1 , zur letztendlichen Befreiung von Kondensat und Eis, herbeiführen müssen. Die Fokussierung der IR-Strahlung 4 auf lediglich einen Teilbereich T des Durchsichtsbereichs D steigert die Energieeffizienz weiter, weil nicht der gesamte Durchsichtsbereich D mit IR-Strahlung 4 bestrahlt werden muss, um die Anforderungen eines ausreichenden Sichtfelds zum Führen des Fahrzeugs 100 sicherzustellen. Außerdem kann das Entfernen von Wasser 5 von der Fahrzeugscheibe 1 so schneller erfolgen, weil die zur Verfügung stehende Energie effizienter genutzt werden kann.
Im Ergebnis wird, wie in Figur 4 dargestellt, der Teilbereich T von Wasser 5 befreit und die Sicht der Fahrzeuginsassen durch den Teilbereich T des Durchsichtsbereichs D ist möglich. Der Teilbereich T entspricht in einer bevorzugten Ausführungsform dem erforderlichen Sichtfeld, sodass der Fährbetrieb des Fahrzeugs 100 bereits nach kurzer Zeit, nämlich wenn der T eilbereich T von Wasser 5 befreit ist, aufgenommen werden kann.
Figur 5 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, die zusätzlich oder alternativ zur ersten Ausführungsform Anwendung finden kann. Das Fahrzeug 100 weist eine Bestrahlungsvorrichtung 30 auf, welche eine Mehrzahl von IR-Strahlungsquellen 3 aufweist, die zum selektiven Aussenden von IR-Strahlung 4 mit einer Wellenlänge von 1 ,4 pm bis 2 pm umfasst.
Die Bestrahlungsvorrichtung 30 ist für die Anordnung im Bereich des Armaturenbretts 10 vorgesehen. Der Abstrahlwinkel a für IR-Strahlung 4 ist dabei derart gewählt, dass bei bestimmungsgemäßer Anbringung der Bestrahlungsvorrichtung 30 im Bereich des Armaturenbretts 10 ausschließlich ein Teilbereich T des Durchsichtsbereichs D der Fahrzeugscheibe 1 bestrahlt wird. Durch die bereitgestellte Bestrahlungsvorrichtung 30 können insbesondere Fahrzeuge 100, die bei Herstellung nicht mit einer IR-Strahlungsquelle 3 ausgestattet sind, nachträglich mit einer solchen ausgerüstet werden.
Die (erste) Bestrahlungsvorrichtung 30 ist im Bereich zwischen dem Lenkrad und der Fahrzeugscheibe 1 , d.h. hinter dem Lenkrad angeordnet, sodass der Teilbereich T im Sichtfeld eines Fahrers des Fahrzeugs liegt. Zusätzlich oder alternativ kann eine weitere IR- Strahlungsquelle 3 bereitgestellt werden, im vorliegenden Fall eine (zweite) Bestrahlungsvorrichtung 30, welche einen weiteren Teilbereich T1 der Fahrzeugscheibe 1 bestrahlt, der vom ersten Teilbereich T abgegrenzt ist. Der zweite Teilbereich T1 kann beispielsweise im Sichtfeld eines Beifahrers angeordnet sein, sodass, wenn die jeweiligen IR- Strahlungsquellen 3 der Bestrahlungsvorrichtungen 30 in Betrieb genommen werden, beide Teilbereiche T, T1 gleichzeitig von Feuchtigkeit 5 befreit werden. Ebenso können jedoch auch andere IR-Strahlungsquellen 3, beispielsweise eine in das Armaturenbrett 10 integrierte IR- Strahlungsquelle 3, zum Bestahlen des zweiten Teilbereichs T1 eingesetzt werden.
In Figur 6 ist eine weitere Ausführungsform des Fahrzeugs 100 gezeigt. Um das Entfernen der Feuchtigkeit 5 von der Fahrzeugscheibe 1 zu unterstützen, wird eine Luftfördereinrichtung 20 bereitgestellt. Die Luftfördereinrichtung 20 fördert einen kalten Luftstrom 21 zur IR- Strahlungsquelle 3. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Strahlungsquelle 3 Teil einer Bestrahlungsvorrichtung 30, wobei die konkrete Ausgestaltung der Strahlungsquelle 3 für die Verwendung einer Luftfördereinrichtung 20 keine Rolle spielt und die Strahlungsquelle 3 beispielsweise alternativ in das Armaturenbrett 10 des Fahrzeugs 100 integriert sein könnte. Ebenso kann die Bestrahlungsvorrichtung 30 selbst eine Luftfördereinrichtung 20 mit dergleichen Funktionalität aufweisen.
Der von der Luftfördereinrichtung 20 bereitgestellte kalte Luftstrom 21 wird durch Abwärme, welche von der IR-Strahlungsquelle 3 erzeugt wird, erwärmt. Der so erwärmte Luftstrom 22 wird derart abgelenkt, dass er auf die Fahrzeugscheibe 1 trifft, insbesondere auf den Durchsichtsbereich D der Fahrzeugscheibe 1 . Besonders bevorzugt trifft der erwärmte Luftstrom 22 in dem T eilbereich T auf die Fahrzeugscheibe 1 , welcher ebenfalls von I R-Strahlung 4, welche von der IR-Strahlungsquelle 3 ausgesendet wird, bestrahlt wird. So wird die Entfernung von Feuchtigkeit 5 mittels IR-Strahlung 4 durch konvektive Wärmeübertragung und ein damit verbundenes Anwärmen des Wassers 5 bzw. der Fahrzeugscheibe 1 unterstützt. Ferner wird die IR-Strahlungsquelle 3 gekühlt, sodass die Lebensdauer der IR-Strahlungsquelle 3 verlängert wird.
Figur 7 zeigt ein Absorptionsspektrum von Wasser in flüssigem Aggregatzustand. Das Diagramm zeigt, dass Wassermoleküle beispielsweise bei einer Wellenlänge von ca. 3 pm einen besonders hohen Absorptionskoeffizienten aufweisen.
Auch im IR- Wellenlängenbereich von ca. A = 1 ,5 pm sowie A = 2 pm ist der Absorptionskoeffizient von Wasser erhöht. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der IR-Strahlungsquelle 3 sendet deshalb IR-Strahlung 4 in diesem Wellenlängenbereich aus. In diesem Bereich ist die Strahlung aufgrund der kurzen Strahlungswellenlänge besonders energieintensiv. Flüssiges Wasser in Form von Beschlag kann deshalb effektiv verdampft werden und Eis kann effektiv geschmolzen werden. Der Wellenlängenbereich von 1 ,4 pm bis 2 pm ist insbesondere bevorzugt, wenn die Strahlungsquelle eine LED umfasst oder daraus besteht, da LEDs zum Erzeugen von IR- Strahlung in Wellenlängenbereichen bis 2 pm günstig hergestellt werden können.
Bezugszeichenliste
I Fahrzeugscheibe
3 IR-Strahlungsquelle
4 IR-Strahlung
5 Wasser in flüssigem oder gefrorenem Zustand
8 Fahrzeuginnenraum
9 äußere Umgebung
10 Armaturenbrett
I I Lenkrad
20 Luftfördereinrichtung
21 kalter Luftstrom
22 erwärmter Luftstrom
30 Bestrahlungsvorrichtung
100 Fahrzeug
D Durchsichtsbereich der Fahrzeugscheibe 1
M Maskierungsbereich der Fahrzeugscheibe 1
T, T1 Teilbereich des Durchsichtsbereichs D
I innenseitige Oberfläche der Fahrzeugscheibe 1
11 außenseitige Oberfläche der Fahrzeugscheibe 1 a Abstrahlwinkel

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeug (100), umfassend wenigstens eine Fahrzeugscheibe (1) umfassend mindestens eine Scheibe aus Glas mit einem Durchsichtsbereich (D), wenigstens eine IR-Strahlungsquelle (3) zur selektiven Erzeugung von IR-Strahlung (4) im IR- Wellenlängenbereich von 1 ,4 pm bis 2 pm, wobei die IR-Strahlungsquelle (3) in einem Fahrzeuginnenraum (8) des Fahrzeugs (100) derart beabstandet zur Fahrzeugscheibe (1 ) angeordnet ist und derart ausgestaltet ist, dass die IR-Strahlungsquelle (3) im Betrieb ausschließlich einen Teilbereich (T) des Durchsichtsbereichs (D) der Fahrzeugscheibe (1) mit IR-Strahlung (4) im Wellenlängenbereich von 1 ,4 pm bis 2 pm bestrahlt, wobei die Fahrzeugscheibe (1) eine zum Fahrzeuginnenraum (8) exponierte innenseitige Oberfläche (I) aufweist und die IR-Strahlungsquelle (3) höchstens 30 cm von der innenseitigen Oberfläche (I) der Fahrzeugscheibe (1) entfernt angeordnet ist.
2. Fahrzeug (100) nach Anspruch 1 , wobei der Teilbereich (T) der Fahrzeugscheibe (1) dem beim Führen des Fahrzeugs (100) wenigstens erforderlichen Sichtfeld entspricht.
3. Fahrzeug (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die IR-Strahlungsquelle (3) mindestens eine LED und/oder einen Laser umfasst.
4. Fahrzeug (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die IR-Strahlungsquelle (3) höchstens 20 cm, bevorzugt höchstens 10 cm, insbesondere höchstens 5 cm, von der innenseitigen Oberfläche (I) der Fahrzeugscheibe (1) entfernt angeordnet ist.
5. Fahrzeug (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeug (100) eine Luftfördereinrichtung (20) umfasst, welche dazu ausgebildet ist, einen durch Abwärme der IR-Strahlungsquelle (3) erwärmten Luftstrom (22) zur Fahrzeugscheibe (1) zu befördern.
6. Fahrzeug (100) nach Anspruch 5, wobei der erwärmte Luftstrom (22) im von der IR- Strahlungsquelle (3) bestrahlten Teilbereich (T) des Durchsichtsbereichs (D) auf die innenseitige exponierte Oberfläche (I) der Fahrzeugscheibe (1) trifft.
7. Fahrzeug (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine weitere IR-Strahlungsquelle (3) zur selektiven Erzeugung von IR-Strahlung (4) im IR- Wellenlängenbereich von 1 ,4 pm bis 2 pm im Fahrzeuginnenraum (8) das Fahrzeugs (100) beabstandet zur Fahrzeugscheibe (1) angeordnet und derart ausgebildet ist, dass die wenigstens eine weitere IR-Strahlungsquelle (3) im Betrieb einen weiteren Teilbereich (T1) des Durchsichtsbereichs (D) der Fahrzeugscheibe (1) mit IR-Strahlung (4) bestrahlt, welcher von dem durch die wenigstens eine IR-Strahlungsquelle (3) bestrahlten Teilbereich (T) abgegrenzt ist.
8. Fahrzeug (100) nach Anspruch 7, wobei die mindestens eine weitere IR-Strahlungsquelle (3) höchstens 30 cm von der innenseitigen Oberfläche (I) der Fahrzeugscheibe (1) entfernt angeordnet ist.
9. Fahrzeug (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fahrzeugscheibe
(I) eine Windschutzscheibe des Fahrzeugs ist, und wobei die IR-Strahlungsquelle (3) und/oder die weitere IR-Strahlungsquelle (3) im Bereich eines Armaturenbretts (10) des Fahrzeugs (100) angeordnet ist.
10. Fahrzeug (100) nach Anspruch 9, wobei die IR-Strahlungsquelle (3) und/oder die weitere IR-Strahlungsquelle (3) im Bereich zwischen der Fahrzeugscheibe (1) und einem Lenkrad
(I I) des Fahrzeugs (100) angeordnet ist.
11. Fahrzeug (100) nach Anspruch 9 oder 10, wobei die IR-Strahlungsquelle (3) und/oder die weitere IR-Strahlungsquelle (3) in die Oberfläche des Armaturenbretts (10) integriert ist.
12. Fahrzeug (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die IR-Strahlungsquelle (3) und/oder die weitere IR-Strahlungsquelle (3) im Fahrzeuginnenraum (8) des Fahrzeugs (100) anbringbar und zerstörungsfrei entfernbar ist.
13. Verfahren zum Entfernen von Wasser in flüssigem oder gefrorenem Zustand von einer Fahrzeugscheibe (1) umfassend mindestens eine Scheibe aus Glas unter Verwendung eines Fahrzeugs (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, umfassend die Verfahrensschritte:
Aktivieren der IR-Strahlungsquelle (3) und Selektives Aussenden von IR-Strahlung (4) im IR- Wellenlängenbereich von 1 ,4 pm bis 2 pm mittels der IR-Strahlungsquelle (3) ausschließlich auf einen Teilbereich (T) der Fahrzeugscheibe (1) zur Entfernung von an der Fahrzeugscheibe (1) anhaftendem Wasser (5).
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Fahrzeug (100) eine Luftfördereinrichtung (20) umfasst, welche dazu ausgebildet ist, einen durch Abwärme der IR-Strahlungsquelle (3) erwärmten Luftstrom (22) zur Fahrzeugscheibe (1) zu fördern und das Verfahren ferner umfasst:
Aktivieren der Luftfördereinrichtung (20);
Erwärmen eines von der Luftfördereinrichtung (20) geförderten kalten Luftstroms (21) mittels Abwärme der IR-Strahlungsquelle (3) und
Befördern des erwärmten Luftstroms (22) zu einer exponierten innenseitigen Oberfläche (I) der von der IR-Strahlungsquelle (3) bestrahlten Fahrzeugscheibe (1).
15. Verwendung einer Bestrahlungsvorrichtung (30) zur Bestrahlung einer Fahrzeugscheibe (1) umfassend mindestens eine Scheibe aus Glas eines Fahrzeugs (100) mit einem Durchsichtbereich (D), wobei die Bestrahlungsvorrichtung (30) in einem Fahrzeuginnenraum (8) anbringbar und zerstörungsfrei entfernbar ist und wenigstens eine IR-Strahlungsquelle (3) zur selektiven Erzeugung von IR-Strahlung (4) im IR- Wellenlängenbereich von 1 ,4 pm bis 2 pm umfasst, die Fahrzeugscheibe (1) eine zu einem Fahrzeuginnenraum (8) des Fahrzeugs (100) exponierte innenseitige Oberfläche (I) aufweist und die IR-Strahlungsquelle (3) höchstens 30 cm von der innenseitigen Oberfläche (I) der Fahrzeugscheibe (1) entfernt angeordnet ist, und ein Abstrahlwinkel (a) der IR-Strahlungsquelle (3) für IR-Strahlung (4) derart gewählt ist, dass bei bestimmungsgemäßer Anbringung der Bestrahlungsvorrichtung (30) im Fahrzeuginnenraum (8) beabstandet von der Fahrzeugscheibe (1) ausschließlich ein Teilbereich (T) des Durchsichtsbereichs (D) der Fahrzeugscheibe (1) mit IR- Strahlung (4) bestrahlt wird.
PCT/EP2025/064272 2024-06-05 2025-05-23 Fahrzeug mit ir-strahlungsquelle, verfahren zum entfernen von wasser und verwendung einer bestrahlungsvorrichtung Pending WO2025252497A1 (de)

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