ES2880827T3 - Cristal con capa calefactora eléctrica - Google Patents

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Günther Schall
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Abstract

Cristal (100) con una capa de calentamiento eléctrico (3), que comprende al menos: - un primer cristal (1) con una superficie (III), - al menos una capa calefactora eléctrica (3) que está colocada en al menos en parte de la superficie (III) e incluye una zona sin revestir (8), - al menos dos colectores (5.1, 5.2) previstas para la conexión a una fuente de tensión (14), que están conectadas con la capa calefactora eléctrica (3) de manera que se forma un trayecto de corriente (11) para una corriente de calentamiento entre los colectores (5.1, 5.2) y - al menos una línea divisoria (9.n), que subdivide eléctricamente la capa de calentamiento eléctrico (3) en al menos dos segmentos (10.n, 10.n + 1), en el que al menos un segmento (10.n) está dispuesto en forma de tira alrededor de la zona sin revestir (8) de modo que el trayecto de la corriente (11) para la corriente de calentamiento está dirigido al menos parcialmente alrededor de la zona sin revestir (8), en el que un tercer colector (5.3) está dispuesto en contacto eléctrico directo con el segundo colector (5.2), lo que acorta la longitud media Ln de al menos un segmento (10.n) y preferentemente la longitud media Ln de todos los segmentos (10.n), o en el que cada segmento (10.n), que está dispuesto en una tira alrededor de la zona sin revestir (8), presenta un tercer colector propia (5.3-5-6, 5.3'-5.6 '), en la que cada tercer colector (5.3-5 -6, 5.3'-5.6') está conectado con conductividad eléctrica directamente con el segundo colector (5.2), o en el que un puente de baja impedancia (15.n), que reduce la resistencia eléctrica a lo largo del trayecto de la corriente, está dispuesto en al menos un segmento (10.n).

Description

DESCRIPCIÓN
Cristal con capa calefactora eléctrica
La invención se refiere a un cristal con una capa calefactora eléctrica, un procedimiento para su producción y su uso.
El campo de visión de la ventana de un vehículo, en particular un parabrisas, debe mantenerse libre de hielo y de vaho. En los vehículos de motor con motor de combustión interna, por ejemplo, se puede dirigir una corriente de aire calentada por el calor del motor hacia las ventanillas.
Alternativamente, el cristal puede tener una función de calentamiento eléctrico. Se conocen placas de vidrio laminado que presentan un revestimiento conductor eléctrico transparente en una superficie interior de una de los cristales individuales. Se puede utilizar una fuente de tensión externa para conducir una corriente eléctrica a través del revestimiento conductor de electricidad, que calienta el revestimiento y, por lo tanto, el cristal. El documento WO2012/052315 A1 describe, por ejemplo, un revestimiento a base de metal conductor de la electricidad que se puede calentar.
El contacto eléctrico de la capa calefactora eléctrica se realiza típicamente a través de colectores, como es conocido a partir del documento US 2007/0020465 A1. Los colectores consisten, por ejemplo, en una pasta de plata impresa y quemada. Las barras colectoras normalmente discurren a lo largo de los bordes superior e inferior del cristal. Los colectores recogen la corriente que fluye a través del revestimiento conductor de electricidad y la dirigen a las líneas de suministro externas que están conectadas a una fuente de tensión.
La estructuración de la capa calefactora eléctrica mediante líneas de separación o zonas de separación para formar una trayectoria de corriente normalmente sinuosa se conoce a partir de la producción en serie industrial de cristales con capas calefactoras eléctricas. Esto tiene la ventaja de que se aumenta la resistencia eléctrica y se puede establecer contacto con la ruta de la corriente mediante electrodos de conexión relativamente pequeños. Un elemento calefactor de superficie de este tipo está descrito en la bibliografía de patentes, por ejemplo, en la publicación alemana para información de solicitud de patente DE 19860870 A1.
Los cristales con una capa calefactora eléctrica protegen la radiación electromagnética de forma relativamente fuerte, de modo que el tráfico de datos por radio puede verse considerablemente afectado, especialmente en vehículos de motor con parabrisas calefactable. Por lo tanto, los parabrisas calefactables a menudo están provistos de zonas sin revestir y, por lo tanto, sin revestimiento ("ventanas de comunicación"). Las zonas sin revestir son al menos bien permeables para determinados intervalos del espectro electromagnético y de esta manera permiten un tráfico de datos fluido a través del cristal. Las zonas sin revestir, donde a menudo se ubican dispositivos electrónicos tales como sensores, cámaras y similares, a menudo están dispuestas en las proximidades del borde superior del cristal, donde pueden estar bien cubiertas por la tira de enmascaramiento superior.
Sin embargo, las zonas sin revestir perjudican las propiedades eléctricas de la capa calefactora, lo que influye al menos localmente en la distribución de la densidad de corriente de la corriente calefactora que fluye a través de la capa calefactora. De hecho, provocan una distribución muy heterogénea de la potencia calorífica, reduciéndose significativamente la potencia calorífica por debajo y en las proximidades de las zonas sin revestir. Por otro lado, hay lugares con una densidad de corriente particularmente alta en los que la potencia calorífica aumenta considerablemente. Como resultado, pueden producirse temperaturas locales muy elevadas de los cristales, que suponen un riesgo de quemaduras e imponen grandes tensiones térmicas sobre los cristales. Además, esto puede provocar el desprendimiento de puntos adhesivos de los aditamentos.
La solicitud de patente US 2004/065651 A1 muestra un cristal con una ventana de comunicación que está formada por líneas divisorias de una pluralidad de segmentos en una capa calefactora. Los segmentos están dirigidos alrededor de la ventana de comunicación y tienen un ancho diferente unos de otros en el área de la ventana de comunicación para lograr una resistencia eléctrica diferente de los trayectos de corriente en los segmentos. El documento WO 03/024155 A2 da a conocer un cristal con un colector superior y un colector inferior. En la zona de un hueco en el revestimiento hay otro colector, que está sujeta a una tensión diferente al colector superior.
El objeto de la presente invención es proporcionar un cristal mejorado con una capa calefactora eléctrica y una zona sin revestir y una distribución de la energía de calentamiento al menos aproximadamente uniforme, que se puede producir de forma sencilla y económica.
El objeto de la presente invención se consigue según la invención mediante un cristal con una capa calefactora eléctrica según la reivindicación 1. Las realizaciones preferidas resultan de las reivindicaciones secundarias.
El cristal según la invención con una capa calefactora eléctrica comprende al menos las siguientes características:
• un primer cristal con una superficie,
• al menos una capa calefactora eléctrica hecha de un revestimiento conductor de electricidad para calentar el primer cristal, que está dispuesta en al menos parte de la superficie y comprende al menos una zona sin revestir, • al menos dos colectores previstos para la conexión a una fuente de tensión, que están conectadas a la capa calefactora eléctrica de tal manera que se forma un trayecto de corriente para una corriente de calentamiento entre los colectores y
• al menos una línea divisoria que divide eléctricamente la capa calefactora eléctrica en al menos dos segmentos,
en el que al menos un segmento, y en particular el segmento inmediatamente adyacente a la zona no recubierta, está dispuesto al menos parcialmente en tiras alrededor de la zona no recubierta, de modo que el trayecto de la corriente de calentamiento sea dirigido al menos parcialmente alrededor de la zona no recubierta.
El trayecto de la corriente se dirige en particular a las áreas por encima y/o por debajo de la zona sin revestir, refiriéndose por encima y por debajo en cada caso a la dirección del trayecto de la corriente, es decir, la conexión más corta entre los colectores.
La capa calefactora eléctrica comprende al menos una zona sin revestir. Esto significa que la zona sin revestir está total o parcialmente rodeada por la capa calefactora eléctrica. La zona sin revestir puede, en particular, estar junto a una zona de borde de la capa calefactora eléctrica o extenderse hacia la zona de borde de la capa calefactora eléctrica a través de una banda sin revestimiento.
Los cristales con una capa calefactora eléctrica y una zona sin revestir según el estado de la técnica sin líneas divisorias tienen habitualmente una distribución de la energía de calentamiento muy heterogénea. Cuando se calientan, presentan áreas con una temperatura baja, particularmente en áreas arriba y/o debajo de la zona sin revestir.
La invención se basa en el conocimiento de que se puede lograr una optimización del trayecto de corriente actual mediante líneas divisorias. Como resultado de la formación de al menos un segmento según la invención, que está dispuesto en forma de una tira alrededor de una parte de la zona sin revestir, el trayecto de la corriente puede dirigirse a las áreas con una temperatura más baja. Esto conduce a una distribución de la potencia calefactora y una distribución de la temperatura más homogéneas.
Cuanto mayor sea la zona sin revestir y más segmentos según la invención se formen mediante líneas de separación, más eficaz será la invención. En una realización ventajosa, la capa calefactora eléctrica presenta al menos dos líneas divisorias y preferentemente de 4 a 30 líneas divisorias que forman segmentos que están dispuestos al menos parcialmente en tiras alrededor de la zona sin revestir. Como han demostrado las investigaciones de los inventores, unas 10 líneas divisorias, que discurren a ambos lados de una zona sin revestir dispuesta, por ejemplo, en el medio dentro de una capa calefactora eléctrica, son suficientes para lograr una homogeneización suficiente de la distribución de la potencia calefactora. Al mismo tiempo, el esfuerzo de estructuración para introducir las líneas divisorias sigue siendo económicamente aceptable en términos de tiempo y economía.
Al mismo tiempo, las líneas divisorias deben hacerse particularmente delgadas para perjudicar lo menos posible la vista a través del cristal. En otra configuración ventajosa del cristal según la invención, la anchura d de la línea divisoria es de 30 pm a 200 pm y preferentemente de 70 pm a 140 pm. Esto tiene la ventaja particular de que las líneas divisorias con un ancho tan pequeño no perjudican o perjudican solo muy poco la vista a través del cristal.
En otra realización ventajosa del cristal según la invención, la anchura del segmento entre la zona sin revestir y la línea divisoria más próxima y/o entre dos líneas divisorias adyacentes es de 1 cm a 15 cm. Esto permite lograr una mejora particularmente ventajosa en la homogeneidad de la distribución de la potencia calefactora de la capa calefactora eléctrica.
En otra configuración ventajosa del cristal según la invención, el área de la zona sin revestir es de 0,5 dm2 hasta 15 dm2 y preferentemente de 2 dm2 hasta 8 dm2. Los cristales del estado de la técnica sin líneas divisorias según la invención y con zonas sin revestir de este orden de magnitud muestran distribuciones de salida de calor particularmente no homogéneas y solo pueden liberarse insuficientemente del hielo, la nieve y la niebla en condiciones meteorológicas adversas. Utilizando líneas de separación según la invención, se puede conseguir una mejora particularmente alta y ventajosa de las propiedades de calentamiento del cristal con zonas sin revestir tan grandes.
En otra configuración ventajosa del cristal según la invención, la longitud media de cada uno de los segmentos se desvía del valor medio de las longitudes medias en menos del 25 %, preferentemente del 0 % al 10 % y con especial preferencia del 0 % al 5 %. La longitud media de un segmento describe la longitud media del segmento en la dirección del trayecto de la corriente que fluye a través del segmento cuando se aplica una tensión. El valor medio de la longitud media se obtiene sumando todas las longitudes medias y luego dividiendo por el número de segmentos.
En una configuración particularmente ventajosa, todas las longitudes medias de los segmentos tienen aproximadamente la misma longitud. Dado que la longitud media también depende de la curvatura del segmento, para lograr mejores propiedades de calentamiento puede ser ventajoso acortar el trayecto de la corriente a través del segmento utilizando colectores adicionales o puentes de baja resistencia.
En el cristal según la invención, un tercer colector está dispuesta en contacto eléctrico con el primer colector o el segundo colector, lo que acorta la longitud del trayecto de corriente en al menos un segmento, preferentemente en todos los segmentos, en comparación con el trayecto de corriente fuera de los segmentos y líneas divisorias. Para ello, un tercer colector puede contactar con varios o todos los segmentos. El tercer colector, por ejemplo, acorta la longitud media del segmento respectivo.
Alternativamente, cada segmento puede tener su propio colector adicional. La resistencia del colector adicional se puede adaptar por ancho, grosor y forma de tal manera que se pueda aplicar una tensión definida a cada segmento y esto da como resultado una distribución de potencia calefactora particularmente favorable.
La anchura de la primera y el segundo colector asciende preferentemente a 2 mm a 30 mm, de forma especialmente preferente a 4 mm a 20 mm y en particular a 10 mm a 20 mm. Los colectores más delgados dan lugar a una resistencia eléctrica demasiado alta y, por lo tanto, a un calentamiento excesivo del colector durante el funcionamiento. Además, los colectores más delgados son difíciles de fabricar utilizando técnicas de impresión como la serigrafía. Los colectores más gruesos requieren una cantidad indeseablemente alta de material. Además, conducen a una restricción excesiva y poco estética del área de visualización del cristal. La longitud del colector depende de la expansión de la capa calefactora eléctrica. En el caso de un colector, que normalmente se diseña en forma de tira, la mayor de sus dimensiones se denomina longitud y la menor de sus dimensiones se denomina ancho. El tercer o los colectores adicionales también se pueden hacer más delgadas, preferentemente de 0,6 mm a 5 mm.
El primer y el segundo colector están dispuestas preferentemente a lo largo de un borde lateral en el revestimiento conductor de electricidad y, en particular, discurren aproximadamente paralelas entre sí. La longitud del colector suele ser esencialmente la misma que la longitud del borde lateral de la capa calefactora eléctrica, pero también puede ser ligeramente mayor o menor. También es posible disponer más de dos colectores sobre el revestimiento eléctricamente conductor, preferentemente en la zona del borde a lo largo de dos bordes laterales opuestos de la capa calefactora eléctrica. También es posible disponer más de dos colectores en la capa calefactora eléctrica, por ejemplo, alrededor de dos o más campos de calentamiento independientes.
En una configuración ventajosa, el colector según la invención está configurada como una estructura conductora impresa y calcinada. El colector impreso contiene preferentemente al menos un metal, una aleación de metal, un compuesto de metal y/o carbono, de manera particularmente preferida un metal noble y en particular plata. La pasta de impresión contiene preferentemente partículas metálicas, partículas de metal y/o carbono y en particular partículas de metales nobles tales como partículas de plata. La conductividad eléctrica se consigue preferentemente mediante las partículas conductoras de electricidad. Las partículas pueden estar en una matriz orgánica y/o inorgánica como pastas o tintas, preferentemente como una pasta de impresión con fritas de vidrio.
El espesor de capa del colector impreso asciende preferentemente a 5 gm a 40 gm, con especial preferencia a 8 gm a 20 gm y con muy especial preferencia a 8 gm a 12 gm. Los colectores impresos con estos espesores son técnicamente fáciles de implementar y presentan una ventajosa capacidad de transporte de corriente.
La resistencia específica pa del colector es preferentemente de 0,8 gOhm • cm a 7,0 gOhm • cm y con especial preferencia de 1,0 gOhm • cm a 2,5 gOhm • cm. Los colectores con resistencias específicas en este intervalo son técnicamente fáciles de implementar y presentan una conductividad ventajosa.
Alternativamente, el colector también se puede diseñar como una tira de una película conductora de electricidad. El colector contiene entonces, por ejemplo, al menos aluminio, cobre, cobre estañado, oro, plata, zinc, tungsteno y/o estaño o aleaciones de los mismos. Preferentemente, la tira tiene un espesor de 10 gm a 500 gm, con especial preferencia de 30 gm a 300 gm. Los colectores hechos de láminas conductoras de electricidad con estos espesores son técnicamente fáciles de implementar y tienen una conductividad ventajosa. La tira se puede conectar de una manera eléctricamente conductora con la estructura eléctricamente conductora, por ejemplo, mediante un compuesto de soldadura, mediante un adhesivo eléctricamente conductor o mediante aplicación directa.
En otra configuración ventajosa del cristal según la invención, la resistencia eléctrica a lo largo del trayecto de la corriente se reduce en al menos un segmento mediante un puente de baja resistencia. El puente de baja resistencia tiene una resistencia laminar más baja que el material de la capa calefactora eléctrica. El puente de baja resistencia está hecho preferentemente del material del colector y preferentemente también está impreso. El puente de baja resistencia no está necesariamente conectado eléctricamente directamente a una de los colectores, sino que solo se puede conectar con los colectores a través de la capa calefactora eléctrica. Debido a los puentes de baja resistencia, el trayecto de la corriente y la caída de tensión dentro de un segmento se pueden controlar de tal manera que se mejoran particularmente las propiedades de calentamiento del cristal.
El cristal según la invención comprende un primer cristal sobre el que está dispuesta una capa calefactora eléctrica. Dependiendo del material de la capa calefactora eléctrica, puede ser ventajoso proteger la capa calefactora con una capa protectora, por ejemplo, una laca, una película de polímero y/o un segundo cristal.
En una configuración ventajosa del cristal según la invención, la superficie del primer cristal, sobre la que está dispuesta la capa calefactora eléctrica, está unida de forma plana a un segundo cristal a través de una capa intermedia termoplástica.
En principio, todos los sustratos eléctricamente aislantes que sean térmica y químicamente estables y dimensionalmente estables en las condiciones de fabricación y uso del cristal según la invención son adecuados como la primera y opcionalmente como el segundo cristal.
El primer cristal y/o el segundo cristal contienen preferentemente vidrio, con especial preferencia vidrio plano, vidrio flotado, vidrio de cuarzo, vidrio de borosilicato, vidrio de cal sodada o plásticos transparentes, preferentemente plásticos transparentes rígidos, en particular polietileno, polipropileno, policarbonato, polimetilmetacrilato, poliestireno, poliamida, poliéster, cloruro de polivinilo y/o mezclas de los mismos. El primer cristal y/o el segundo cristal son preferentemente transparentes, en particular para el uso del cristal como parabrisas o cristal trasero de un vehículo u otros usos en los que se desee una alta transmisión de luz. Se entiende entonces por transparente en el contexto de la invención un cristal que tiene una transmisión en el intervalo espectral visible superior al 70 %. Para cristales que no están en el campo de visión del conductor relevantes para el tráfico, por ejemplo, para ventanas de techo, la transmisión también puede ser mucho más baja, por ejemplo, superior al 5 %.
El grosor del cristal puede variar ampliamente y, por lo tanto, se puede adaptar perfectamente a las necesidades de cada caso. Se utilizan preferentemente cristales con espesores estándar de 1,0 mm a 25 mm, preferentemente de 1,4 mm a 2,5 mm para cristales de vehículos y preferentemente de 4 mm a 25 mm para muebles, electrodomésticos y edificios, en particular para radiadores eléctricos. El tamaño del cristal puede variar ampliamente y depende del tamaño del uso según la invención. El primer cristal y, en su caso, el segundo cristal presenta, por ejemplo, en el sector de la construcción de vehículos y la arquitectura superficies habituales de 200 cm2 hasta 20 m2.
El cristal puede presentar cualquier forma tridimensional. La forma tridimensional preferentemente no tiene zonas de sombra, de modo que se puede revestir, por ejemplo, mediante pulverización catódica. Los sustratos son preferentemente planos o ligeramente o fuertemente curvados en una dirección o en varias direcciones del espacio. En particular, se utilizan sustratos planos. Los cristales pueden ser incoloros o coloreados.
Varios cristales están conectados entre sí mediante al menos una capa intermedia. La capa intermedia contiene preferentemente al menos un termoplástico, preferentemente butiral de polivinilo (PVB), etileno acetato de vinilo (EVA) y/o polietileno tereftalato (PET). La capa intermedia termoplástica también puede, por ejemplo, poliuretano (PU), polipropileno (PP), poliacrilato, polietileno (PE), policarbonato (PC), metacrilato de polimetilo, cloruro de polivinilo, resina de poliacetato, resinas de colada, acrilatos, etileno propilenos fluorados, fluoruro de polivinilo y/o etileno tetrafluoroetileno, o copolímeros o mezclas de los mismos. La capa intermedia termoplástica puede estar formada por una o también por varias películas termoplásticas dispuestas una encima de la otra, siendo el espesor de una película termoplástica preferentemente de 0,25 mm a 1 mm, típicamente 0,38 mm o 0,76 mm.
En el caso de una placa de vidrio laminado según la invención que comprende un primer cristal, una capa intermedia y un segundo cristal, la capa calefactora eléctrica se puede aplicar directamente al primer cristal o se puede aplicar a una película de soporte o a la propia capa intermedia. El primer cristal y el segundo cristal presentan cada uno una superficie interior y una superficie exterior. Las superficies interiores del primer y segundo cristales apuntan una hacia la otra y están unidas entre sí a través de la capa intermedia termoplástica. Las superficies exteriores de los cristales primero y segundo están apartadas entre sí y con respecto a la capa intermedia termoplástica. El revestimiento conductor de electricidad se aplica a la superficie interior del primer panel. Por supuesto, también se puede aplicar otro revestimiento conductor de la electricidad a la superficie interior del segundo cristal. Las superficies exteriores de los cristales también pueden presentar revestimientos. Los términos "primer cristal" y "segundo cristal" se eligen para distinguir los dos cristales en una placa de vidrio laminado según la invención. Los términos no hacen ninguna afirmación sobre la disposición geométrica. Si el cristal según la invención está destinado, por ejemplo, a separar el interior del entorno exterior en una abertura, por ejemplo, de un vehículo o un edificio, entonces el primer cristal puede mirar hacia el interior o el entorno exterior.
La capa calefactora eléctrica contiene un revestimiento conductor de electricidad. Los revestimientos eléctricamente conductores según la invención son, por ejemplo, conocidos a partir de los documentos DE 202008 017 611 U1, EP 0 847 965 B1 o WO2012/052315 A1. Normalmente contienen una o más, por ejemplo dos, tres o cuatro capas funcionales eléctricamente conductoras. Las capas funcionales contienen preferentemente al menos un metal, por ejemplo plata, oro, cobre, níquel y/o cromo o una aleación de metal. Las capas funcionales contienen con especial preferencia al menos el 90 % en peso del metal, en particular al menos el 99,9 % en peso del metal. Las capas funcionales pueden consistir en el metal o la aleación de metal. Las capas funcionales contienen con especial preferencia plata o una aleación que contiene plata. Tales capas funcionales tienen una conductividad eléctrica particularmente ventajosa con una alta transmisión simultánea en el intervalo espectral visible. El espesor de una capa funcional es preferentemente de 5 nm a 50 nm, con especial preferencia de 8 nm a 25 nm. En este intervalo para el espesor de la capa funcional, se logra una transmisión ventajosamente alta en el intervalo espectral visible y una conductividad eléctrica particularmente ventajosa.
Normalmente, al menos una capa dieléctrica está dispuesta entre dos capas funcionales adyacentes del revestimiento calentable. Preferentemente, se dispone otra capa dieléctrica debajo de la primera y/o encima de la última capa funcional. Una capa dieléctrica contiene al menos una capa única hecha de un material dieléctrico, por ejemplo, que contiene un nitruro como el nitruro de silicio o un óxido como el óxido de aluminio. Sin embargo, las capas dieléctricas también pueden comprender una pluralidad de capas individuales, por ejemplo, capas individuales de un material dieléctrico, capas de alisado, capas de adaptación, capas de bloqueo y/o capas antirreflejantes. El espesor de una capa dieléctrica es, por ejemplo, de 10 nm a 200 nm.
Esta estructura de capa se obtiene generalmente a través de una secuencia de procesos de deposición que se llevan a cabo utilizando un proceso de vacío como la pulverización catódica asistida por campo magnético.
Otros revestimientos conductores de electricidad adecuados contienen preferentemente óxido de indio y estaño (ITO), óxido de estaño dopado con flúor (SnO2 : F) u óxido de zinc dopado con aluminio (ZnO: AI).
La capa de calentamiento eléctrico puede ser, en principio, cualquier revestimiento que deba entrar en contacto eléctricamente. Si el cristal según la invención está destinado a permitir la transparencia, como es el caso, por ejemplo, de los cristales en la zona de la ventana, el revestimiento eléctricamente conductor es preferentemente transparente. El revestimiento conductor de electricidad según la invención es preferentemente transparente para la radiación electromagnética, con especial preferencia para la radiación electromagnética con una longitud de onda de 300 a 1300 nm y en particular para la luz visible.
En una configuración ventajosa, el revestimiento conductor de electricidad es una capa o una estructura de capas de varias capas individuales con un espesor total inferior o igual a 2 pm, con especial preferencia inferior o igual a 1 pm.
Un revestimiento conductor de electricidad ventajoso según la invención tiene una resistencia laminar de 0,4 ohm/cuadrado a 10 ohm/cuadrado. En una realización particularmente preferida, el revestimiento eléctricamente conductor según la invención tiene una resistencia laminar de 0,5 ohm/cuadrado a 1 ohm/cuadrado. Los revestimientos con estas resistencias superficiales son especialmente adecuados para calentar ventanas de vehículos con tensiones a bordo típicas de 12 V a 48 V o para vehículos eléctricos con tensiones a bordo típicas de hasta 500 V.
La capa calefactora eléctrica puede extenderse por toda la superficie del primer cristal. Alternativamente, sin embargo, la calefactora eléctrica también puede extenderse solo sobre parte de la superficie del primer cristal. La capa calefactora eléctrica se extiende preferentemente sobre al menos el 50 %, de forma especialmente preferente sobre al menos el 70 % y con especial preferencia sobre al menos el 90 % de la superficie interior del primer cristal.
La capa calefactora eléctrica puede presentar una o más zonas sin revestir. Estas zonas pueden presentar una transmisión particularmente alta de radiación electromagnética, por ejemplo, radiación infrarroja u ondas de radar y se conocen, por ejemplo, como ventanas de transmisión de datos o ventanas de comunicación.
En una configuración ventajosa de un cristal según la invención como placa de vidrio laminado, la superficie interior del primer cristal presenta una zona de borde circunferencial con una anchura de 2 mm a 50 mm, preferentemente de 5 mm a 20 mm, que no está provista del revestimiento conductor de electricidad. El revestimiento conductor de electricidad no tiene entonces contacto con la atmósfera y está protegido ventajosamente contra daños y corrosión en el interior del cristal por la capa intermedia termoplástica.
Los colectores son contactados eléctricamente por una o más líneas de alimentación. Preferentemente, la línea de alimentación está configurada como un conductor en banda flexible (conductor plano, conductor de banda plana). Bajo este término se entiende un conductor eléctrico cuyo ancho es significativamente mayor que su espesor. Un conductor de banda de este tipo es, por ejemplo, una tira o banda que contiene o consiste en cobre, cobre estañado, aluminio, plata, oro o aleaciones de los mismos. El conductor en banda presenta, por ejemplo, una anchura de 2 mm a 16 mm y un espesor de 0,03 mm a 0,1 mm. La película conductora puede presentar un revestimiento aislante, preferentemente polimérico, por ejemplo, a base de poliimida. Los conductores de banda, que son adecuados para entrar en contacto con revestimientos conductores de electricidad en cristales, solo tienen un espesor total de, por ejemplo, 0,3 mm. Dichos conductores de banda delgada se pueden incrustar entre los cristales individuales en la capa intermedia termoplástica sin dificultad. Una tira de conductores de banda puede contener varias capas conductoras aisladas eléctricamente entre sí.
Alternativamente, también se pueden usar alambres de metal delgados como cable eléctrico. Los alambres metálicos contienen en particular cobre, tungsteno, oro, plata o aluminio o aleaciones de al menos dos de estos metales. Las aleaciones también pueden contener molibdeno, renio, osmio, iridio, paladio o platino.
En una configuración ventajosa de la invención, la línea de alimentación está conectada con una banda de contacto, por ejemplo, mediante una masa de soldadura o un adhesivo conductor de la electricidad. A continuación, la banda de contacto se conecta con la red de colectores. En el contexto de la invención, la banda de contacto es una prolongación de la línea de alimentación, de modo que la superficie de conexión entre la banda de contacto y el colector debe entenderse como la zona de contacto según la invención, desde la cual discurre la distancia a en la dirección de extensión de la red de colectores.
La banda de contacto aumenta ventajosamente la capacidad de conducción de corriente de la red de colectores. Además, la banda de contacto puede reducir el calentamiento no deseado del punto de contacto entre el colector y la línea de alimentación. Además, la banda de contacto simplifica el contacto eléctrico del colector a través de la línea de alimentación porque no es necesario conectar, por ejemplo, soldar la línea de alimentación con el colector ya colocada.
La banda de contacto contiene preferentemente al menos un metal, con especial preferencia cobre, cobre estañado, plata, oro, aluminio, zinc, tungsteno y/o estaño. Esto es particularmente ventajoso con respecto a la conductividad eléctrica de la regleta de contactos. La banda de contacto también puede contener aleaciones, que preferentemente contienen uno o más de los elementos mencionados y opcionalmente otros elementos, por ejemplo, latón o bronce.
Preferentemente, la banda de contacto está configurada como una banda de una película delgada conductora de electricidad. El espesor de la banda de contacto asciende preferentemente a 10 gm a 500 gm, con especial preferencia a 15 gm a 200 gm, con preferencia muy especial a 50 gm a 100 gm. Las láminas con estos espesores son técnicamente sencillas de fabricar y fácilmente disponibles y también tienen una resistencia eléctrica ventajosamente baja.
La longitud de la banda de contacto es preferentemente de 10 mm a 400 mm, con especial preferencia de 10 mm a 100 mm y en particular de 20 mm a 60 mm. Esto es particularmente ventajoso en términos de fácil manejo de la banda de contacto y una zona de contacto suficientemente grande entre la red de colectores y la banda de contacto para el contacto eléctrico.
La anchura de la banda de contacto es preferentemente de 2 mm a 40 mm, con especial preferencia de 5 mm a 30 mm. Esto es particularmente ventajoso con respecto a la zona de contacto entre la banda de contacto y el colector y una conexión sencilla de la banda de contacto con la línea de alimentación eléctrica. Los términos longitud y ancho de la banda de contacto designan cada uno la dimensión en la misma dirección de propagación a través de la cual se da la longitud y el ancho del colector.
En una configuración preferida, la banda de contacto está en contacto directo con el colector en toda la superficie. Para ello, se coloca una banda de contacto en el colector. La ventaja particular radica en la fabricación sencilla del cristal y el uso de toda la superficie de la banda de contacto como superficie de contacto.
La banda de contacto se puede colocar simplemente en el colector y se fija de manera permanente y estable en la posición deseada dentro del cristal laminado.
La invención comprende además un procedimiento para fabricar un cristal con una capa calefactora eléctrica, que comprende al menos:
(a) colocar una capa calefactora eléctrica con una zona sin revestir en la superficie de un primer cristal,
(b) colocar al menos dos colectores previstos para la conexión con una fuente de tensión, que se conectan con la capa calefactora eléctrica de manera que se forme entre los colectores un trayecto de corriente para una corriente de calentamiento.
(c) introducir al menos una línea divisoria que divida eléctricamente la capa calefactora eléctrica en al menos dos segmentos,
en el que al menos un segmento está dispuesto al menos parcialmente en forma de tira alrededor de la zona sin revestir, de modo que el trayecto de la corriente para la corriente de calentamiento se guíe al menos parcialmente alrededor de la zona sin revestir.
La aplicación del revestimiento eléctricamente conductor de la capa de calentamiento eléctrico en la etapa (a) del procedimiento se puede llevar a cabo mediante procedimientos conocidos per se, preferentemente mediante pulverización catódica asistida por campo magnético. Esto es particularmente ventajoso con respecto a un revestimiento sencillo, rápido, económico y uniforme del primer cristal. Sin embargo, el revestimiento eléctricamente conductor también se puede aplicar, por ejemplo, mediante deposición de vapor, deposición química de vapor (CVD), deposición de fase gaseosa asistida por plasma (PECVD) o mediante procesos químicos húmedos.
El primer cristal puede someterse a un tratamiento de temperatura después de la etapa (a) del procedimiento. El primer cristal con el revestimiento eléctricamente conductor se calienta a una temperatura de al menos 200 °C, preferentemente de al menos 300 °C. El tratamiento de temperatura puede servir para aumentar la transmisión y/o reducir la resistencia de lámina del revestimiento eléctricamente conductor.
El primer cristal se puede doblar según la etapa (a) del procedimiento, típicamente a una temperatura de 500° C a 700° C. Dado que técnicamente es más fácil revestir un cristal plano, este procedimiento es ventajoso si se va a doblar el primer cristal. Alternativamente, sin embargo, el primer cristal también se puede doblar antes de la etapa (a) del procedimiento, por ejemplo, si el revestimiento eléctricamente conductor no es adecuado para resistir un proceso de doblado sin daño.
La colocación del colector en la etapa (b) del procedimiento se lleva a cabo preferentemente imprimiendo y horneando una pasta eléctricamente conductora en un proceso de serigrafía o en un proceso de chorro de tinta. Alternativamente, el colector se puede colocar en el revestimiento eléctricamente conductor como una tira de una película eléctricamente conductora, preferentemente colocándola, soldándola o pegándola.
En los procesos de serigrafía, el modelado lateral se realiza al enmascarar el tejido a través del cual se presiona la pasta de estampar con las partículas metálicas. Al dar al enmascaramiento la forma adecuada, por ejemplo, puede predefinirse y variarse la anchura b del colector de una manera particularmente sencilla.
Preferentemente, el decapado de las líneas divisorias individuales en el revestimiento conductor de electricidad se lleva a cabo mediante un rayo láser. Los procedimientos para estructurar películas delgadas de metal se conocen, por ejemplo, a partir de los documentos EP 2 200 097 A1 o EP 2 139 049 A1. La anchura del decapado asciende preferentemente a 10 pm a 1000 pm, con especial preferencia a 30 pm a 200 pm y en particular a 70 pm a 140 pm. En esta zona se realiza un decapado especialmente limpio y sin residuos con el rayo láser. El decapado mediante de un rayo láser es particularmente ventajoso, ya que las líneas decapadas son ópticamente muy discretas y solo perjudican ligeramente el aspecto y la transparencia. El decapado de una línea con un ancho que es más ancho que el ancho de un corte con láser se realiza trazando repetidamente la línea con el rayo láser. Por tanto, la duración del proceso y los costes del proceso aumentan a medida que aumenta el ancho de la línea. Alternativamente, el decapado se puede llevar a cabo mediante eliminación mecánica así como mediante grabado químico o físico.
Una variante ventajosa del procedimiento según la invención comprende al menos las siguientes etapas adicionales:
(d) colocar una capa intermedia termoplástica sobre la superficie revestida del primer cristal y colocar un segundo cristal sobre la capa intermedia termoplástica y
(e) unir el primer cristal y el segundo cristal mediante la capa intermedia termoplástica.
En la etapa del procedimiento (d), el primer cristal se dispone de tal manera que la superficie que está provista de la capa de calentamiento eléctrico mira hacia la capa intermedia termoplástica. La superficie se convierte así en la superficie interior del primer cristal.
La capa intermedia termoplástica puede estar formada por una única o también por dos o más láminas termoplásticas dispuestas una encima de la otra en términos de superficie.
La unión de los cristales primero y segundo en la etapa (e) del procedimiento se lleva a cabo preferentemente bajo la acción de calor, vacío y/o presión. Se pueden utilizar procedimientos conocidos per se para fabricar un cristal.
Por ejemplo, los denominados procedimientos de autoclave se pueden llevar a cabo a una presión elevada de aproximadamente 10 bar a 15 bar y temperaturas de 130 °C a 145 °C durante aproximadamente 2 horas. Los procedimientos de bolsa de vacío o anillo de vacío conocidos de per se funcionan, por ejemplo, a alrededor de 200 mbar y de 80 °C a 110 °C. El primer cristal, la capa intermedia termoplástica y el segundo cristal también se pueden comprimir en una calandra entre al menos un par de rodillos en un cristal. Los sistemas de este tipo son conocidos para la fabricación de cristales y normalmente disponen de al menos un túnel de calentamiento frente a una estación de prensado. La temperatura durante el proceso de prensado es, por ejemplo, de 40 °C a 150 °C. Las combinaciones de procesos de calandria y autoclave han demostrado ser particularmente útiles en la práctica. Alternativamente, se pueden utilizar laminadores al vacío. Estos consisten en una o más cámaras calentables y evacuables en las que el primer cristal y el segundo cristal son laminados, por ejemplo, en aproximadamente 60 minutos a presiones reducidas de 0,01 mbar a 800 mbar y temperaturas de 80 °C a 170 °C
La invención incluye además el uso del cristal según la invención con contacto eléctrico en edificios, en particular en la zona de acceso, zona de ventana, zona de techo o zona de fachada, como parte empotrada en muebles y electrodomésticos, en medios de transporte. para el tráfico en tierra, en el aire o en agua, en particular en trenes, barcos y vehículos de motor, por ejemplo, como un parabrisas, luneta trasera, ventanilla lateral y/o ventana de tejado.
La invención se explica con más detalle a continuación con referencia a un dibujo y ejemplos de realización. El dibujo es una representación esquemática y no es fiel a escala. El dibujo no limita la invención de ninguna manera.
Se muestra:
Figura 1A una vista en planta de una realización del cristal según la invención con una capa calefactora eléctrica,
Figura 1B una vista en sección transversal a lo largo de la línea de sección A-A' a través del cristal según la figura 1 A,
Figura 1C una representación ampliada de una sección de la Figura 1A,
Figura 2A una vista en planta de un cristal según el estado de la técnica como ejemplo comparativo,
Figura 2B simulación de la distribución de la potencia calorífica del ejemplo comparativo según la Figura 2A,
Figura 2C simulación de la distribución de temperatura del ejemplo comparativo según la Figura 2A,
Figura 3A una vista en planta de otra configuración del cristal según la invención,
Figura 3B simulación de la distribución de la potencia calorífica del cristal según la invención según la Figura 3A,
Figura 3C simulación de la distribución de temperatura del cristal según la invención según la Figura 3A,
Figura 4 una vista en planta de otra configuración del cristal según la invención,
Figura 5 una vista en planta de otra configuración del cristal según la invención y
Figura 6 un diagrama de flujo detallado de una realización del procedimiento según la invención.
La Figura 1A muestra una vista en planta de un ejemplo de realización de un cristal 100 según la invención con una capa calefactora eléctrica. La Figura 1B muestra una sección transversal del disco 100 según la invención de la figura 1A a lo largo de la línea de sección A-A '. El cristal 100 comprende un primer cristal 1 y un segundo cristal 2, que están conectados entre sí a través de una capa 4 intermedia termoplástica. El cristal 100 es, por ejemplo, un cristal de vehículo y, en particular, el parabrisas de un automóvil de pasajeros. El primer cristal 1 está previsto, por ejemplo, para mirar hacia el espacio interior en la posición instalada. El primer cristal 1 y el segundo cristal 2 están hechos de vidrio de cal sodada. El espesor del primer cristal 1 es, por ejemplo, de 1,6 mm y el espesor del segundo cristal 2 es de 2,1 mm. La capa intermedia termoplástica 4 consiste en butiral de polivinilo (PVB) y presenta un espesor de 0,76 mm. Una capa calefactora eléctrica 3 hecha de un revestimiento conductor de electricidad se aplica a la superficie interior III del primer panel 1. La capa calefactora eléctrica 3 es un sistema de capas que contiene, por ejemplo, tres capas de plata eléctricamente conductoras que están separadas entre sí por capas dieléctricas. Si una corriente fluye a través de la capa calefactora eléctrica 3, se calienta como resultado de su resistencia eléctrica y la generación de calor según la ley Joule. Por tanto, la capa calefactora eléctrica 3 se puede utilizar para el calentamiento activo del cristal 100.
La capa calefactora eléctrica 3 se extiende, por ejemplo, sobre toda la superficie III del primer cristal 1 a excepción de una zona circunferencial sin revestir en forma de marco con una anchura de 8 mm. La zona sin revestir se utiliza para aislamiento eléctrico entre la capa calefactora eléctrica 3 en tensión y la carrocería del vehículo. La zona sin revestir se sella herméticamente pegándola con la capa intermedia 4 para proteger la capa calefactora eléctrica 3 de daños y corrosión.
Para el contacto eléctrico, un primer colector 5.1 está dispuesta en la zona del borde inferior y un segundo colector 5.2 adicional está dispuesta en la zona del borde superior en la capa calefactora eléctrica 3. Los colectores 5.1, 5.2 contienen, por ejemplo, partículas de plata y se aplicaron mediante el proceso de serigrafía y luego se quemaron. La longitud de los colectores 5.1, 5.2 corresponde aproximadamente a la extensión de la capa calefactora eléctrica 3.
Si se aplica una tensión eléctrica a los colectores 5.1 y 5.2, una corriente uniforme fluye a través de la capa calefactora eléctrica 3 entre los colectores 5.1,5.2. Una línea de alimentación 7 está dispuesta aproximadamente en el centro de cada colector 5.1,5.2. La línea de alimentación 7 es un conductor de película conocido per se. La línea de alimentación 7 está conectada eléctricamente de manera conductora con la red de colectores 5.1,5.2 a través de una superficie de contacto, por ejemplo, mediante una soldadura, un adhesivo eléctricamente conductor o simplemente descansando y presionando dentro del cristal 100. El conductor en banda contiene, por ejemplo, una lámina de cobre estañado con una anchura de 10 mm y un espesor de 0,3 mm. Los colectores 5.1,5.2 se conectan a través de los cables eléctricos 7 con una fuente de tensión 14 a través de cables de conexión 13, que proporciona una tensión de a bordo que es habitual en los vehículos de motor, preferentemente de 12 V a 15 V y, por ejemplo, de aproximadamente 14 V. Alternativamente, la fuente de tensión 14 V también puede presentar tensiones más altas, por ejemplo, de 35 V a 45 V, y en particular de 42 V.
En el borde superior del cristal 100, por ejemplo, está dispuesta un tercer colector 5.3 en forma de línea semicircular, que está conectada con el segundo colector 5.2 de manera eléctricamente conductora. Alternativamente, el tercer colector 5.3 puede diseñarse para que sea rectangular, triangular, trapezoidal o de otro tipo. El tercer colector 5.3 tiene un ancho de 10 mm, por ejemplo.
En la zona superior del cristal 100, está dispuesta una zona sin revestir 8 aproximadamente en el centro del ancho del cristal. La zona 8 sin revestir no tiene ningún material conductor de electricidad de la capa calefactora eléctrica 3. La zona 8 sin revestir está completamente rodeada por la capa calefactora eléctrica 3, por ejemplo. Alternativamente, la zona 8 sin revestir puede estar dispuesta en el borde de la capa calefactora eléctrica 3. El área de la zona 8 sin revestir es, por ejemplo, de 1,5 dm2. La longitud de la zona 8 sin revestir es de 18 cm, por ejemplo. Aquí, longitud significa la dimensión en la dirección que discurre en la dirección de la ruta actual a través del cristal, es decir, en la dirección de la línea de conexión más corta entre los colectores 5.1,5.2. En el ejemplo de la ventanilla del vehículo de la Figura 1, la longitud de la zona 8 no revestida está dispuesta en dirección vertical y la anchura en dirección horizontal, paralela a los colectores 5.1,5.2. La zona sin revestir 8 es colindante con la barra colectora 5.3 en su extremo superior.
En el ejemplo mostrado, los colectores 5.1, 5.2, 5.3 tienen un espesor constante de, por ejemplo, aproximadamente 10 gm y una resistencia específica constante de, por ejemplo, 2,3 gOhm cm.
La capa calefactora eléctrica 3 presenta cuatro líneas divisorias 9.1,9.1', 9.2, 9.2', que están dispuestas, por ejemplo, con simetría especular con respecto a la zona 8 sin revestir. En la zona de las líneas divisorias 9.1, 9.1 ', 9.2, 9.2', la capa calefactora eléctrica 3 está interrumpida eléctricamente. Las líneas divisorias 9.1,9.1', 9.2, 9.2' están dispuestas en tiras alrededor de la zona 8 sin revestir y forman los segmentos 10.1, 10.1', 10.2, 10.2', 10.3, 10.3' en la capa calefactora eléctrica 3. Los trayectos de corriente 11 son guiados a través de los segmentos 10.1, 10.1', 10.2, 10.2' en la capa calefactora eléctrica 3 alrededor de la zona no revestida 8.
En particular, los trayectos de corriente 11 en los segmentos 10.1, 10.1' se dirigen en las inmediaciones de la zona sin revestir 8 en el área 12 debajo de la zona sin revestir 8. En este área 12, en una capa calefactora eléctrica 3 según el estado de la técnica, sin líneas divisorias, solo se conseguiría una potencia calorífica baja (véase la distribución de la potencia calorífica según el estado de la técnica en la Figura 2B).
La Figura 1B muestra esquemáticamente una sección transversal a través del cristal 100 según la invención a lo largo de la línea de sección A-A'. Las líneas divisorias 9.1,9.1', 9.2 y 9.2' tienen un ancho d1, d1’, d2 y d2’ de, por ejemplo, 100 gm y se introducen en la capa calefactora eléctrica 3, por ejemplo, mediante estructuración por láser. Las líneas de separación 9.1, 9.1 ', 9.2, 9.2' con un ancho tan pequeño son visualmente apenas perceptibles y solo alteran ligeramente la vista a través del cristal 100, que es de particular importancia para la seguridad en la conducción, especialmente para su uso en vehículos.
Una capa de color opaco conocida per se como impresión de cubierta puede evitar que el área del tercer colector 5.3 sea visible para un espectador. La impresión de la cubierta, no mostrada aquí, se puede aplicar, por ejemplo, en forma de marco en la superficie interior II del segundo cristal 2.
Se puede colocar una banda de contacto, que no se muestra aquí, entre la línea de alimentación 7 y el colector 5.1, 5.2. La banda de contacto se utiliza para la conexión simple del colector 5.1,5.2 con una línea de alimentación exterior 7 y está dispuesta, por ejemplo, de forma ortogonal a la línea de alimentación 7 y en la dirección de la extensión 6 del colector 5.1, 5.2. La banda de contacto aumenta ventajosamente la capacidad de transporte de corriente del colector 5.1.5.2. Como resultado, la transferencia de la corriente eléctrica desde el colector 5.1,5.2 a la línea de alimentación 7 se distribuye sobre una superficie más grande y se evita el sobrecalentamiento local, los denominados puntos calientes. La banda de contacto está, por ejemplo, en contacto directo con el colector 5.1, 5.2 en toda su superficie. La banda de contacto se coloca en la red de colectores 5.1, 5.2, por ejemplo, durante la fabricación del panel 100, y se fija de forma permanente y estable en la red de colectores 5.1,5.2 mediante la capa termoplástica 4. La banda de contacto consiste, por ejemplo, en cobre y tiene un grosor de 100 pm, una anchura de 8 mm y una longitud de 5 cm. La banda de contacto y el colector 5.1,5.2 están preferentemente en contacto directo. Por lo tanto, la conexión eléctrica no se realiza mediante un compuesto de soldadura o un adhesivo conductor de electricidad. Esto simplifica significativamente el proceso de fabricación del disco 100. Además, se puede evitar el riesgo de daños en el colector 5.1.5.2. como ocurre, por ejemplo, al soldar o cuando se carga una conexión soldada.
La Figura 1C muestra una representación ampliada de una sección en la zona de la zona 8 sin revestir y las líneas divisorias 9.1,9.2 que están dispuestas en el lado izquierdo de la zona 8 sin revestir. El segmento 10.2 entre las líneas divisorias 9.1 y 9.2 se muestra sombreado como ejemplo. Todas las líneas divisorias 9.1, 9.2 terminan en la línea 6 debajo del área no revestida 8. Además, se indican la longitud media L1 del segmento 10.1 y la longitud media L2 del segmento 10.2. La longitud media L1 es, por ejemplo, 25 cm. La longitud media L2 es, por ejemplo, 28 cm. En una configuración ventajosa de la invención, las longitudes medias L1 y L2 son aproximadamente de la misma longitud. La longitud media L de un segmento 10.1, 10.2 está determinada generalmente por la curvatura de las líneas divisorias y, por tanto, por la curvatura del segmento y por la posición del colector superior 5.2 y posiblemente el tercer colector 5.3. Una longitud media L del segmento 10.1, 10.2 que es óptima para una distribución homogénea de la potencia calorífica se puede determinar en el contexto de experimentos y simulaciones sencillos.
La Figura 2A muestra un disco 100 según el estado de la técnica. El cristal 100 comprende un primer cristal 1 y un segundo cristal 2, que están conectados entre sí a través de una capa intermedia termoplástica 4. El cristal 100 es, por ejemplo, un cristal de vehículo y, en particular, el parabrisas de un automóvil de pasajeros. El primer cristal 1 está previsto, por ejemplo, para mirar hacia el espacio interior en la posición instalada. El primer cristal 1 y el segundo cristal 2 están hechos de vidrio de cal sodada. El espesor del primer cristal 1 es, por ejemplo, de 1,6 mm y el espesor del segundo cristal 2 es de 2,1 mm. La capa intermedia termoplástica 4 consiste en butiral de polivinilo (PVB) y presenta un espesor de 0,76 mm. Sobre la superficie interior III del primer cristal 1 se aplica una capa calefactora eléctrica 3 compuesta por un revestimiento eléctricamente conductor, cuya estructura corresponde a la capa calefactora eléctrica 3 de la Figura 1A. A diferencia de la Figura 1A, el colector 5.1 dispuesto en el borde inferior del cristal 100 presenta dos líneas de alimentación 7.1,7.2. Los colectores 5.1,5.2 tienen cada una un espesor constante de, por ejemplo, 10 gm y una resistencia específica constante de, por ejemplo, 2,3 gOhm • cm. Además, el cristal 100 según el estado de la técnica se diferencia del cristal 100 según la invención de la Figura 1A en que no se introducen líneas divisorias en la capa calefactora eléctrica 3.
La superficie de la capa calefactora eléctrica 3 es de aproximadamente 0,98 m2. La capa calefactora eléctrica 3 presenta un área no revestida 8 en el tercio superior del cristal y aproximadamente en la mitad de la anchura de la hoja. El área sin revestir 8 tiene, por ejemplo, un ancho máximo de 21 cm, una longitud máxima de 24 cm y una superficie total de 400 cm2.
El cristal presenta un colector 5.2 en el borde superior. La corriente se introduce en el colector 5.2 a través de una línea de alimentación 7, marcada con una flecha. La corriente fluye a través de la capa calefactora eléctrica 3 hacia un colector 5.1, que está dispuesto en el área inferior del cristal 100. El colector 5.1 está conectado con una línea de alimentación 7.1, 7.2 en sus extremos derecho e izquierdo. Los colectores 5.1, 5.2 tienen, por ejemplo, un ancho de 16 mm y un espesor de 10 pm. La capa calefactora eléctrica 3 tiene, por ejemplo, una resistencia laminar de 0,9 ohm/cuadrado. Para una simulación de elementos finitos, se asumió una tensión de 14 V entre las líneas de alimentación inferiores 7.1 y 7.2 y la línea de alimentación superior 7 y una temperatura ambiente de 22 °C. Además, se asumió un tiempo de calentamiento de 12 minutos en la simulación.
La Figura 2B muestra la simulación de la distribución de la potencia calorífica del cristal 100 según el estado de la técnica según la Figura 2A sin líneas divisorias en la capa calefactora eléctrica 3. La potencia eléctrica del cristal es de 318W.
La Figura 2C muestra la simulación de la distribución de temperatura del ejemplo comparativo según el estado de la técnica según la Figura 2A. La temperatura máxima Tmax en el cristal 100 es de 50,7 °C, la temperatura media Tmitt en el área 12 debajo de la zona sin revestir es de 26,2 °C.
La Figura 3A muestra una vista superior de otra configuración de un cristal 100 según la invención. El primer cristal 1, el segundo cristal 2, la capa calefactora eléctrica 3, la capa intermedia termoplástica 4 y las líneas de alimentación exteriores 7, 7.1, 7.2 están configurados como en la Figura 2A. La capa calefactora eléctrica 3 presenta una zona 8 sin revestir que corresponde a la de la Figura 2A. Un tercer colector 5.3 está dispuesto en el área superior del cristal 100. Además, la capa calefactora eléctrica 3 presenta ocho líneas divisorias 9.1-9.8, 9.1 '-9.8' en ambos lados de la zona 8 sin revestir. Con las líneas divisorias 9.1-9.8, 9.1 '-9.8' se forman ocho segmentos 10.1-10.8, 10.1 '-10.8' en cada uno de los dos lados de la zona 8 sin revestir, a través de las cuales se dirige el trayecto de corriente desde el colector 5.2 o el tercer colector 5.3 en el área de debajo de la zona sin revestir 8. Como muestran las siguientes simulaciones, de esta manera se puede lograr una homogeneización de la distribución de la potencia calorífica y la distribución de la temperatura del cristal 100 según la invención. Las líneas divisorias 9 se introducen preferentemente en la capa calefactora eléctrica 3 mediante estructuración por láser. La anchura de las líneas divisorias individuales 9 es, por ejemplo, de 100 gm, de modo que la vista a través del cristal 100 solo se ve afectada mínimamente.
La Figura 3B muestra la simulación de la distribución de la potencia calorífica del cristal 100 según la invención según la Figura 3A. La potencia eléctrica del cristal es de 312 W.
La Figura 3C muestra la simulación de la distribución de temperatura del cristal 100 según la invención según la Figura 3A. La temperatura máxima Tmax en el cristal 100 es 54,2 °C, la temperatura media Tmitt en el área 12 debajo de la zona sin revestir es de 32,2 °C.
Los resultados de la simulación se resumen una vez más en la Tabla 1.
Tabla 1
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El cristal 100 según la invención según la Figura 3A muestra propiedades de calentamiento significativamente mejoradas que el cristal 100 según el estado de la técnica del ejemplo comparativo de la Figura 2A. En particular, en el área 12 debajo de la zona sin revestir 8, el cristal según el estado de la técnica solo presenta una potencia de calorífica de <150 W/m2 y una temperatura media de aproximadamente 26,2 °C. La falta de homogeneidad de la distribución de la potencia calorífica solo conduce a una función de descongelación y antivaho insatisfactoria del cristal 100. En el campo de visión central en el área 12 debajo de la zona sin revestir, las propiedades de calefacción no son suficientes para garantizar una vista perfecta a través del cristal 100 en condiciones climáticas invernales.
El cristal 100 según la invención según la Figura 3A tiene propiedades de calentamiento mejoradas en el área 12 crítica por debajo de la zona sin revestir 8. Las simulaciones mostraron una potencia calorífica de más de 300 W/m2 y un calentamiento a una temperatura media de aproximadamente 32,2 °C en las condiciones de simulación. Debido la escasa anchura de las líneas divisorias, la vista a través del cristal se ve afectada mínimamente y cumple con los requisitos para el acristalamiento de vehículos.
Este resultado fue inesperado y sorprendente para el experto en la materia.
La Figura 4 muestra una vista en planta de una sección de otra configuración de un cristal 100 según la invención. El primer cristal 1 con la capa calefactora eléctrica 3, el segundo cristal 2, la capa intermedia termoplástica 4 y las líneas de alimentación exteriores 7, 7.1,7.2 están configurados como en la Fig. 3A. La capa calefactora eléctrica 3 presenta una zona sin revestir 8 y líneas divisorias 9.1-9.4, 9.1'-9.4' que subdividen la capa calefactora eléctrica 3 en varios segmentos 10.1-10.4, 10.1 '-10.4'. Los segmentos 10.1-10.4, 10.1 '-10.4' están dispuestos en tiras en los lados de la zona sin revestir 8. Además, cada segmento 10.1-10.4, 10.1 '-10.4' tiene un colector adicional 5.3-5.6, 5.3'-5.6'. Cada colector 5.3-5.6, 5.3'-5.6' está conectado con conductividad eléctrica directamente con el colector 5.2.
Debido a la curvatura de los segmentos 10.1-10.4, 10.1 '-10.4', el trayecto de la corriente 11 a través del segmento respectivo 10.1-10.4, 10.1'-10.4' se alarga y, debido a la resistencia laminar específica constante de la capa calefactora eléctrica 3, aumenta la resistencia óhmica a través del segmento 10.1- 10.4, 10.1 '-10.4'. Esto conduciría a una distribución no homogénea de la potencia calorífica en comparación con los trayectos de corriente fuera de los segmentos 10.1-10.4, 10.1'-10.4' formados por las líneas divisorias 9.1-9.4, 9.1'-9.4'. Acortando la longitud del trayecto de la corriente 11 a través del segmento 10.1-10.4, 10.1 '-10.4' mediante un colector adicional 5.3-5.6, 5.3'-5.6' a través de la cual se alimenta la corriente al segmento 10.1-10.4, 10.1'- 10.4', es decir, se puede lograr una homogeneización adicional de la distribución de la potencia calorífica y de la distribución de temperatura del cristal 100 calentado eléctricamente. La longitud de los colectores adicionales 5.3-5.6, 5.3'-5.6' y sus dimensiones, como el espesor y el ancho, se pueden determinar en el contexto de experimentos y simulaciones sencillos. En el ejemplo que se muestra, los colectores 5.4-5.6, 5.4'-5.6' están diseñadas en forma de zigzag, los colectores 5.4, 5.4' están configuradas más gruesas que los colectores 5.5, 5.5' y estas a su vez son más gruesas que los colectores 5,6, 5,6'. Los colectores 5.4, 5.4' tienen, por lo tanto, una resistencia menor que los colectores 5.5, 5.5', y estas a su vez tienen una resistencia menor que los colectores 5.6, 5.6'.
La Figura 5 muestra una vista en planta de otra configuración según la invención de un cristal 100. El primer cristal 1 con la capa calefactora eléctrica 3 y las líneas de alimentación exteriores 7, 7.1,7.2 están configurados como en la Figura 4. La capa calefactora eléctrica tiene una zona sin revestir 8 y líneas divisorias 9.1-9.4, 9.1'-9.4', que subdividen la capa calefactora eléctrica 3 en varios segmentos 10.1-10.4, 10.1'-10.4'. Los segmentos 10.1-10.4, 10.1 '-10.4' están dispuestos en tiras en los lados de la zona sin revestir 8. Los segmentos 10.4 y 10.4 ', que están dispuestos más lejos de la zona sin revestir 8, presentan cada uno un tercer colector 5.3 y 5.3', que está conectado de manera directa y con conductividad eléctrica con el colector 5.2. Además, los segmentos 10.1-10.3, 10.1'-10.3' ubicados más en el interior presentan cada uno un puente de baja resistencia 15.4-15.6, 15.4'-15.6', que reduce la resistencia eléctrica del trayecto de corriente a través del segmento respectivo. Los puentes de baja resistencia 15.4-15.6, 15.4'-15.6' consisten, por ejemplo, en el material del colector 5.2 y tienen una resistencia eléctrica inferior a la de la capa calefactora eléctrica 3. Los puentes de baja resistencia 15.4- 15.6, 15.4'-15.6' no están conectados directamente con el colector 5.2 con conductividad eléctrica, pero están conectados con la capa calefactora eléctrica 3 con conductividad eléctrica en toda su longitud.
Debido a la curvatura de los segmentos 10.1-10.4, 10.1 '-10.4', el trayecto de la corriente 11 a través del segmento respectivo 10.1-10.4, 10.1 '-10.4' se alarga y, debido a la resistencia laminar específica constante de la capa calefactora eléctrica 3, la resistencia óhmica a través del segmento 10.1- 10.4, 10.1 '-10.4' aumenta. Esto conduciría a una distribución no homogénea de la potencia calorífica en comparación con los trayectos de corriente fuera de los segmentos 10.1-10.4, 10.1 '-10.4' formados por las líneas divisorias 9.1-9.4, 9.1'-9.4'. Acortando la longitud del trayecto de corriente 11 a través de los puentes de baja resistencia 15.4-15.6, 15.4'-15.6', se puede lograr una mayor homogeneización de la distribución de la potencia calorífica y la distribución de temperatura del cristal 100 calentado eléctricamente. La longitud de los puentes de baja resistencia 15,4-15,6, 15,4'-15,6' y su resistencia eléctrica óptima se pueden determinar en el contexto de experimentos y simulaciones sencillos.
La Figura 6 muestra un diagrama de flujo de un ejemplo de realización del procedimiento según la invención para fabricar un cristal 100 calefactable eléctricamente.
Se pudo demostrar que los cristales 100 según la invención con líneas divisorias muestran propiedades de calentamiento significativamente mejoradas, una mayor homogeneidad de la distribución de la potencia calorífica y una distribución de temperatura más uniforme a temperaturas más altas en secciones de cristales particularmente importantes. Al mismo tiempo, la vista a través del cristal 100 solo se ve afectada mínimamente por las líneas divisorias según la invención.
Este resultado fue inesperado y sorprendente para el experto en la materia.
Lista de símbolos de referencia:
(1) Primer cristal
(2) Segundo cristal
(3) Capa calefactora eléctrica,
(4) Capa intermedia termoplástica
(5.1), (5.2), (5.3), (5.4), (5.5) Colector
(5.1'), (5.2 '), (5.3'), (5.4 '), (5.5') Colector
(6) Línea
(7) Línea de alimentación
(8) Zona sin revestir
(9.1) , (9.2), (9.3), (9.4), (9.5), (9.6), (9.7), (9.8) Línea divisoria
(9.1'), (9.2 '), (9.3'), (9.4 '), (9.5'), (9.6 '), (9.7'), (9.8 ') Línea divisoria (10.1) , (10.2), (10.3), (10.4), (10.5), (10.6), (10.7), (10.8) Segmento (10.1'), (10.2 '), (10.3'), (10.4 '), (10.5'), (10.6 '), (10.7'), (10.8 ') Segmento (11) T rayecto de corriente
(12) Área
(13) Cable de conexión
(14) Fuente de tensión
(15.4), (15.5), (15.6), (15.4 '), (15.5'), (15.6 ') Puente de baja resistencia (100) Cristal
(II) Superficie del segundo cristal 2
(III) Superficie del primer cristal 1
b, b1, B2 Ancho del segmento 10, 10.1, 10.2
d, d1 , Ancho de la línea divisoria 9
L, L1, L2 Longitud del segmento 10, 10.1, 10.2
Línea de corte A-A '

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Cristal (100) con una capa de calentamiento eléctrico (3), que comprende al menos:
- un primer cristal (1) con una superficie (III),
- al menos una capa calefactora eléctrica (3) que está colocada en al menos en parte de la superficie (III) e incluye una zona sin revestir (8),
- al menos dos colectores (5.1,5.2) previstas para la conexión a una fuente de tensión (14), que están conectadas con la capa calefactora eléctrica (3) de manera que se forma un trayecto de corriente (11) para una corriente de calentamiento entre los colectores (5.1,5.2) y
- al menos una línea divisoria (9.n), que subdivide eléctricamente la capa de calentamiento eléctrico (3) en al menos dos segmentos (10.n, 10.n 1),
en el que al menos un segmento (10.n) está dispuesto en forma de tira alrededor de la zona sin revestir (8) de modo que el trayecto de la corriente (11) para la corriente de calentamiento está dirigido al menos parcialmente alrededor de la zona sin revestir (8), en el que un tercer colector (5.3) está dispuesto en contacto eléctrico directo con el segundo colector (5.2), lo que acorta la longitud media Ln de al menos un segmento (10.n) y preferentemente la longitud media Ln de todos los segmentos (10.n), o
en el que cada segmento (10.n), que está dispuesto en una tira alrededor de la zona sin revestir (8), presenta un tercer colector propia (5.3-5-6, 5.3'-5.6 '), en la que cada tercer colector (5.3-5 -6, 5.3'-5.6') está conectado con conductividad eléctrica directamente con el segundo colector (5.2), o
en el que un puente de baja impedancia (15.n), que reduce la resistencia eléctrica a lo largo del trayecto de la corriente, está dispuesto en al menos un segmento (10.n).
2. Cristal (100) según la reivindicación 1, en el que la capa calefactora eléctrica (3) presenta al menos dos líneas de separación (9.1, 9.2) y preferentemente de 4 a 30 líneas de separación, que forman segmentos (10.n) que están dispuestos al menos parcialmente en forma de tira alrededor de la zona sin revestir (8).
3. Cristal (100) según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la anchura d de la línea divisoria (9.1,9.2) es de 30 pm a 200 pm y preferentemente de 70 pm a 140 pm.
4. Cristal (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la anchura b1 del segmento (10.1) entre la zona sin revestir (8) y la línea divisoria más cercana (9.1) y/o el ancho bn entre dos líneas de separación adyacentes (9.n, 9.n 1) es de 1 cm a 15 cm.
5. Cristal (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la superficie de la zona sin revestir (8) es de 0,5 dm2 a 15 dm2 y preferentemente de 2 dm2 a 8 dm2.
6. Cristal (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la longitud media (Ln) del segmento (10.n) se desvía en menos del 25 %, preferentemente del 0 % al 10 % y con especial preferencia del 0 % al 5 % del promedio de las longitudes medias Lm.
7. Cristal (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que los colectores (5) y/o el puente de baja impedancia (15.n) se realizan como pasta de estampación quemada, que contiene preferentemente partículas metálicas, partículas de metal y o partículas de carbono y en particular partículas de plata y preferentemente presenta una resistencia específica pa de 0,8 pOhm • cm a 7,0 pOhm • cm y con especial preferencia de 1,0 pOhm • cm a 2,5 pOhm^cm.
8. Cristal (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la superficie (III) del primer cristal (1) está unida de forma plana a un segundo cristal (2) mediante una capa intermedia termoplástica (4).
9. Cristal (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el primer cristal (1) y/o el segundo cristal (2) contienen vidrio, preferentemente vidrio plano, vidrio flotado, vidrio de cuarzo, vidrio de borosilicato, vidrio de cal sodada o polímeros, preferentemente polietileno, polipropileno, policarbonato, polimetilmetacrilato y/o mezclas de los mismos.
10. Cristal (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que la capa calefactora eléctrica (3) es un revestimiento eléctricamente conductor transparente y/o presenta una resistencia laminar de 0,4 ohm/cuadrado a 10 ohm/cuadrado y preferentemente de 0,5 ohm/cuadrado a 1 ohm/cuadrado y/o contiene plata (Ag), óxido de indio y estaño (ITO), óxido de estaño dopado con flúor (SnO2 : F), u óxido de zinc dopado con aluminio (ZnO: AI).
11. Procedimiento para la fabricación de un cristal (100) con una capa calefactora eléctrica, que comprende al menos: (a) colocar una capa calefactora eléctrica (3) con una zona sin revestir (8) sobre una superficie (III) de un cristal (1), (b) colocar al menos dos colectores (5.1, 5.2) previstas para la conexión a una fuente de tensión (14), que están conectadas con la capa calefactora eléctrica (3) de manera que se forme un trayecto de corriente (11) para una corriente de calentamiento entre los colectores (5.1,5.2)
c) introducir al menos una línea divisoria (9.n), que subdivide eléctricamente la capa calefactora eléctrica (3) en al menos dos segmentos (10.n, 10.n 1),
en el que al menos un segmento (10.n) está dispuesto en forma de tira alrededor de la zona sin revestir (8) de modo que el trayecto de la corriente (11) para la corriente de calentamiento se dirige al menos parcialmente alrededor de la zona sin revestir (8),
en el que un tercer colector (5.3) está dispuesto en contacto eléctrico directo con el segundo colector (5.2), lo que acorta la longitud media Ln de al menos un segmento (10.n) y preferentemente la longitud media Ln de todos los segmentos (10.n), o
en el que cada segmento (10.n), que está dispuesto en una tira alrededor de la zona sin revestir (8), tiene un tercer colector propio (5.3-5-6, 5.3'-5.6'),
en el que cada tercer colector (5.3-5-6, 5.3'-5.6') está conectado con conductividad eléctrica directamente con el segundo colector (5.2), o
en el que un puente de baja impedancia (15.n), que reduce la resistencia eléctrica a lo largo del trayecto de la corriente, está dispuesto en al menos un segmento (10.n).
12. Procedimiento según la reivindicación 11, en el que las líneas divisorias (9) se introducen mediante modelado láser.
13. Utilización del cristal (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 en medios de transporte para desplazamientos por tierra, aire o agua, en particular en vehículos automóviles, por ejemplo, como parabrisas, luneta trasera, lunas laterales y/o un cristal de techo, y también como una pieza individual funcional, y como un componente integrado en muebles, dispositivos y edificios, en particular como un calentador eléctrico y de la zona sin revestir (8) como una ventana de comunicación para los datos. transmisión.
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