Elektrisch beheizbare Glasscheibe, Verfahren zu deren Herstellung sowie Fenster

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrisch beheizbare Glasscheibe (10), umfassend mindestens eine auf mindestens einer Seite der Glasscheibe aufgebrachte elektrisch leitfähige Beschichtung sowie mindestens eine zumindest bereichsweise auf der Beschichtung aufgebrachte Kontaktierung wobei die Kontaktierung als Sprühbeschichtung ausgebildet ist.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrisch beheizbare Glasscheibe, die eine elektrisch leitfähige Beschichtung auf der Oberfläche der Glasscheibe aufweist, sowie eine spezielle Kontaktierung dieser elektrisch leitfähigen Beschichtung. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung dieser Glasscheibe sowie ein Fenster, das die erfindungsgemäße Glasscheibe umfasst. Ebenso werden Verwendungsmöglichkeiten der Glasscheibe angegeben.

[0002] Elektrisch leitfähig und weitgehend transparent beschichtete Gläser und Kunststofffolien haben in der Industrie ein weites Anwendungsgebiet erlangt. Die Funktionen derartiger Substrate mit elektrisch leitfähigen transparenten dünnen Schichten reichen von der Deckelektrode bei Flüssigkristallanzeigeelementen, sogenannten Liquid-Crystall-Displays (LCD's), über Dünnfilm-Transistoren (TFT) Displays, über Deckelektroden für Elektrolumineszenzanzeigen, Computer-Bildschirmelementen bis zu elektrostatischen Abschirmelementen, Heizelementen für Spiegel und Einbruchs-Alarmverglasungen und dergleichen.

[0003] Die Herstellung derartiger elektrisch leitfähiger und weitgehend transparenter anorganischer Dünnfilme kann dabei in Sputtertechnik beziehungsweise Aufdampftechnik als auch pyrolytisch mit einer anschließenden Temperaturbehandlung im Bereich 450 bis 750 °C erfolgen. Die thermoplastischen Folien oder Platten werden beispielsweise mittels Niedertemperatur-Sputter und Aufdampftechniken beschichtet. Ebenso können Indium-Zinn-Oxid (ITO) oder Zinn-Oxid (NESA) Pasten und dergleichen Metalloxide, die in einer entsprechenden Polymermatrix eingebettet sind beziehungsweise Pasten mit intrinsisch leitfähigen Polymeren, elektroaktive Polymerfilme wie Polyaniline, Polythiophene, Polyacetylene, Polypyrrole (Handbook of Conducting Polymers, 1986) und dergleichen Polymere mit und ohne Metalloxid-Füllung verwendet werden. Diese werden mittels Siebdruck, Rakeln, Spritzen, Streichen und dergleichen Aufbringungstechniken aufgebracht, wobei wesentliche Errungenschaften in der Trocknung bei geringen Temperaturen von beispielsweise 80 bis 120 °C erzielt wurden, als auch in der großen Elastizität im Falle der Verformung und natürlich der möglichst hohen Transparenz bei geringem Flächenwiderstand.

[0004] Eine spezielle Art von elektrisch leitfähigem und hochtransparentem Floatglas stellen die pyrolitisch hergestellten Schichten dar, die ein hohe Oberflächenhärte aufweisen und deren elektrischer Oberflächenwiderstand in einem sehr weiten Bereich von typisch einigen Milliohm bis 3.000 Ohm pro Quadrat eingestellt werden kann bei einer Tageslichtdurchlässigkeit von typisch 77 bis 86%. Beispielhaft sei hier das TEC Glas der Firma Pilkington Libbey-Owens-Ford, Toledo OH, USA genannt. Ein Glas mit der Bezeichnung TEC 15/4 weist 4 mm Glasdicke auf und bietet einen Oberflächenwiderstand kleiner 14 Ohm pro Quadrat bei einer Tageslichtdurchlässigkeit von 83%. Ein Glas mit der Bezeichnung TEC 70/4 weist ebenfalls 4 mm Glasdicke auf und bietet einen Oberflächenwiderstand kleiner 80 Ohm pro Quadtrat bei einer Tageslichtdurchlässigkeit von 82%. Derartige Gläser können gut verformt werden und weisen eine gute Kratzbeständigkeit auf. Insbesondere führen Kratzer nicht zu einer elektrischen Unterbrechung der elektrisch leitenden Oberflächenschicht, sondern lediglich zu einer meist geringfügigen Erhöhung des Flächenwiderstandes. Bei reinen Oberflächenschichten, wie einer ITO-Sputterschicht oder Aufdampfschicht, führen Beschädigungen der Oberfläche, wie beispielsweise Kratzer oder Risse durch thermische Oberflächenspannungen zu einer Unterbrechung der elektrischen Oberflächenleitfähigkeit und damit zu einem Ausfall des Systems. Weiters sind pyrolitisch hergestellte leitfähige Oberflächenschichten durch deren Temperaturbehandlung derart stark in die Oberfläche diffundiert und verankert, dass bei einem anschließenden Materialauftrag ein extrem hoher Haftverbund zum Glassubstrat gegeben ist, was für die vorliegende Erfindung ebenfalls sehr vorteilhaft ist. Zusätzlich weisen derartige Beschichtungen eine gute Homogenität, also eine geringe Streuung des Oberflächenwiderstandswertes über große Oberflächen auf und stellt diese Eigenschaft ebenfalls einen Vorteil für die vorliegende Entwicklung dar.

[0005] Die Verwendung derartiger K-Gläser als elektrisches Heizelement für beispielsweise Spiegelheizungen und dergleichen ist ebenfalls bereits bekannt.

[0006] In der WO 01/10790 wird ein Glas Artikel für die Verwendung in der Gebäudetechnik zur Reduktion der Erwärmung durch Sonnenbestrahlung beschrieben. In dieser Erfindung wird eine Beschichtung eines Glassubstrates auf Basis von Antimon dotierten Zinn-Oxid Schichten in Kombination mit Fluorine dotierten Zinn-Oxid Schichten derart genannt, dass daraus eine hohe Lichtdurchlässigkeit des sichtbaren Lichtes erreicht wird und gleichzeitig eine geringe Durchlässigkeit von Sonnenlicht gegeben ist.

[0007] In der WO 00/53062 wird ein Fenster-Element für einen Schaukasten beschrieben, das aus einer getemperten Glasplatte gebildet wird, die auf zumindest einer Seite eine transparente und elektrisch leitfähige Beschichtung und ein Paar elektrisch leitfähiger Busbars aufweist, wobei die leitfähige Beschichtung erwärmt werden kann. In einer weiteren Ausführungsform wird ein beabstandetes zweischeibiges Fenster-Element beschrieben; dabei wird die Innenseite der äußeren Glasscheibe oder die Außenseite der inneren Glasscheibe erwärmt. Weiters wird ausgeführt, dass die elektrisch leitfähige Beschichtung aus der Gruppe, bestehend aus Zinn-Oxid, Indium-Zinn-Oxid, Zink-Oxid und Cadmium-Stannat, gebildet wird, eine Dicke von 50 bis 900 Nanometer aufweist und jeder einzelne Busbar des Busbar-Paares elektrisch leitfähiges Material enthält, das aus der Gruppe Silber, Silber-Legierung, Kupfer und Kupfer-Legierung gewählt wird. Die Anbringung der paarweisen Busbar-Kontaktstreifen erfolgt vor der Anbringung der elektrisch leitfähigen transparenten Schicht. Nach der Anbringung der paarweisen Busbar-Kontaktierstreifen und nachfolgend der elektrisch leitfähigen Beschichtung werden die Glasscheiben im Glasschmelzofen auf die gewünschte Kontur gebogen und getempert. Die seitlichen Abstands- und Dicht-Elemente werden in einer weiteren Patentschrift US 5,622,414 ausführlich beschrieben.

[0008] In der EP 0 300 300 B1 wird ein Verfahren zum Aufbringen einer farbigen Beschichtung auf einer Oberfläche einer Glasscheibe mittels Siebdrucktechnik und unter Verwendung pastenförmig bis fließfähig angemachter Beschichtungsmischungen aus Schichtsilikaten, Oxiden, Metallmodifikationen und Kohlenstoffmodifikationen mit einer Bindemittellösung auf Phosphatbasis und damit zu einer glastrittfreien Beschichtungsmischung beschrieben und derart auf die Glasoberfläche aufgetragen bei Temperaturen im Bereich zwischen 550 bis 700°C eingebrannt. In einer speziellen Ausführungsform wird die Beschichtungsmischung durch Beigabe von Ruß von bis zu 10 Gewichtsteilen leitfähig eingestellt und bieten derart behandelte Glasscheiben eine gute Bruchfestigkeit, gute Haft- und Kratzfestigkeit, sowie gute Korrosionsfestigkeit und gute Eignung für Verbundglassicherheitsscheiben.

[0009] In der WO 93/26138 und der WO 94/00044 wurde ein elektrischer Flächenheizkörper und ein elektrisch beheizbares Speisengeschirr und entsprechende Herstellverfahren beschrieben. Beiden Erfindungen liegt ein sogenanntes Lichtbogenspritzverfahren in Form des Flammspritzens oder des Plasmaspritzens zugrunde.

[0010] In der US 5,080,146 wird eine verbesserte und kostenschonende Methode des Befüllens von Verbundglasscheiben Einheiten mit einem niedrig leitfähigem Gas, wie dem relativ teuren Krypton beziehungsweise auch mit Argon, Xenon, CO₂, Luft, SF₆ und Fluorocarbon-Gas beschrieben. In dieser Erfindung wird weiters die Dichtung an den Glasrändern beschrieben und werden dafür Dichtungen auf Basis von Silikonen, Butyl-Gummi, Polyurethanen oder Polysulfide benannt und wird ein Gasverlust derart abgedichteter Verbundglasscheiben von kleiner 1 % über sehr lange Zeiträume angegeben.

[0011] In der EP 0 394 089 B1 wird eine elektrisch heizbare Autoglasscheibe mit einer elektrisch leitfähigen, durchsichtigen als Heizwiderstand dienenden Flächenbeschichtung, mit entlang zweier gegenüberliegender Scheibenränder angeordneten Stromzuführungsleitern und mit einer rahmenartigen Dekorschicht aus einer lichtundurchlässigen und elektrisch leitfähigen Farbe, insbesondere einer Einbrennfarbe, beschrieben. Die beiden Stromzuführungsleiter stehen in elektrisch leitendem Kontakt mit der Flächenbeschichtung und bestehen aus Metallfolienstreifen oder Metallbändern, die im Bereich der rahmenförmigen Dekorschicht mit der Dekorschicht in elektrischem Kontakt stehen. Es werden auch in dieser Erfindung keineswegs Lichtbogenspritzverfahren zur Herstellung von Kontaktierstreifen genannt.

[0012] In der EP 0 397 292 B1 wird ein Verfahren zur Herstellung einer dünnen transparenten und elektrisch leitenden Schicht aus Metalloxid(en) auf einem Substrat, insbesondere auf Glas, genannt. Dies wird durch Aufsprühen von Metallverbindungen aus Indiumformiat und beispielhaft Dibutylzinnoxid und/oder Dibutylzinndifluorid als Pulver in Suspension in einem Trägergas auf das auf erhöhte Temperatur gebrachte Substrat erreicht, welche sich in Kontakt mit dem Substrat zersetzen und unter Bildung der metallischen Oxidschicht oxidieren beziehungsweise wobei sich das Pulver in Kontakt mit dem Substrat unter Bildung einer dünnen Schicht auf Basis von Indiumoxid pyrolisiert.

[0013] Ausgehend hiervon war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrisch beheizbare Glasscheibe bereitzustellen, die einen verbesserten Kontakt der elektrisch leitfähigen Beschichtung aufweist, wobei sich die Kontaktierung auf einfache und gut reproduzierbare Weise herstellen lässt.

[0014] Diese Aufgabe wird bezüglich der Glasscheibe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, bezüglich des Fensters, das die Glasscheibe umfasst, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. In Patentanspruch 15 ist ein Herstellungsverfahren zur Herstellung der Glasscheibe angegeben, Patentanspruch 16 nimmt Verwendungsmöglichkeiten zur Wahl der Glasscheibe als auch des erfindungsgemäßen Fensters. Die jeweiligen abhängigen Patentansprüche stellen dabei vorteilhafte Weiterbildungen dar.

[0015] Erfindungsgemäß wird somit eine elektrisch beheizbare Glasscheibe bereitgestellt, die mindestens eine auf mindestens einer Seite der Glasscheibe aufgebrachte elektrisch leitfähige Beschichtung sowie mindestens eine zumindest bereichsweise auf der Beschichtung aufgebrachte Kontaktierung aufweist, wobei die Kontaktierung als Sprühbeschichtung ausgebildet ist.

[0016] Die Erfindung bezieht sich somit auf eine Glasscheibe, insbesondere für die Verwendung als Fenster, Glastüre, Glastrennwand oder Glasheizkörper in Gebäuden, Automobilen, mobilen und stationären Gerätschaften und dergleichen Anwendungen. Üblicherweise werden in modernen Fensterkonstruktionen zwei oder mehr gleich- oder ungleichartige beabstandete Glasscheiben aus Flachglas, auch als Floatglas bezeichnet, einer Dicke von wenigen mm bis etwa 21 mm, typischerweise von 4 mm Dicke und 16 mm Abstand verwendet. Die Ausführungsformen können entsprechend den Eigenschaften für den Wärmeschutz, den Sonnenschutz, den Schallschutz, den Brandschutz, den Personen und Objektschutz und dergleichen beziehungsweise auch für Kombinationen der genannten Arten ausgebildet sein.

[0017] Eine übliche Flachglasabmessung beträgt beispielhaft 6,00 x 3,21 Meter. Daraus werden die Scheiben für typische Mehrscheiben-Isolierglasaufbauten hergestellt, wobei durch den Randverbund hermetisch abgeschlossene Zwischenräume hergestellt werden, die üblicherweise durch ein Edelgas befüllt werden wobei der Gasdruck entsprechend dem barometrischen Luftdruck am Ort und zum Zeitpunkt der Produktion eingestellt wird. Es besteht also zum Zeitpunkt der Produktion ein Gleichgewicht zwischen dem Druck in der Verglasungseinheit und dem äußeren barometrischen Druck in der Produktionsumgebung.

[0018] Neben diesen Zweifach-, Dreifach- oder auch Mehrfach-Isolierglasaufbauten aus einfachem Floatglas, können derartige Mehrscheiben-Isolierglasaufbauten auch aus Scheiben gebildet werden, die auf einer oder auf beiden Seiten eine Beschichtung aufweisen und derart die Reflexion und/oder Transmission in gewünschten Wellenlängenbereichen des Lichtes beeinflussen, weiters können die einzelnen Scheiben vorgespannt oder durchgefärbt ausgeführt werden oder aber aus Sicherheitsglas gebildet werden.

[0019] Bei Sicherheitsglas oder Sicherheitsisolierglas handelt es sich um ursprünglich für die Automobilindustrie entwickelte Gläser für die Fahrzeugverglasung und werden derartige sandwichartig aufgebaute Sicherheitsglaselemente heute vermehrt in der Gebäudetechnik verwendet. Grundsätzlich wird dabei zwischen Einscheiben-Sicherheitsglas und Verbund-Sicherheitsglas unterschieden. Es können prinzipiell beide Typen in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Ein typischer Sicherheitsglasaufbau besteht dabei aus zwei Float-Glas Scheiben mit einer dünnen Innenlage aus Poly-Vinyl-Butyral (PVB), Polyurethane (PU), Polyvinylchloride (PVC) oder dergleichen Polymeren mit entsprechenden Lichtbrechungsindices größer 1 und kleiner 2, typisch im Bereich von 1,5.

[0020] Für die vorliegende Erfindung ist weiters der sogenannte k-Wert von Bedeutung. Die Wärmeübergangszahl k gibt an, wie viel Energie, angegeben in Watt pro Quadratmeter Glasoberfläche und Grad Temperaturunterschied in Kelvin (W/m²K), verloren geht. Ein kleiner k-Wert bedeutet einen geringeren Energieverlust. Übliche k-Werte von Einscheibengläsern von einigen mm-Dicke betragen 5 bis 6 W/m²K, während moderne Isolierglasaufbauten aus beispielsweise 4 mm Floatglas und 16 mm Argon Gas und 4 mm Floatglas je nach Art der Beschichtung k-Werte im Bereich 1,7 bis 1,1 W/m²K erreichen.

[0021] In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kontaktierung aus Materialien gebildet, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Metallen oder Legierungen hieraus mit einer Leitfähigkeit σ von mehr als 1·10⁶ S/m, insbesondere Metalle oder Legierungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zinn, Zink, Silber, Palladium, Aluminium, Wolfram, Rhenium, Wolfram-Rhenium, Molybdän, Molybdän-Rhenium, Rhodium.

[0022] Die Kontaktierung ist dabei zweckmäßigerweise an mindestens zwei Stellen der elektrisch leitfähigen Beschichtung aufgebracht (diese Stellen können beispielsweise auf gegenüberliegenden Seiten auf einer Oberfläche der Scheibe angeordnet sein), wobei die Kontaktierung selbst aus mindestens einer Schicht gebildet ist. Jedoch ist auch die Möglichkeit gegeben, dass die Kontaktierung mindestens zwei Schichten umfasst, wobei die Materialien der mindestens zwei Schichten gleich oder verschieden sein können.

[0023] Vorzugsweise beträgt die Gesamtdicke der Kontaktierung dabei von 0,001 bis 5,0 mm, bevorzugt von 0,01 bis 1,0 mm, besonders bevorzugt von 0,05 bis 0,3 mm.

[0024] Die Kontaktierung kann z.B. dabei in Form von Kontaktstreifen oder als Busbars aufgebracht sein.

[0025] Die Kontaktierung wird dabei mittels eines galvanoplastischen Verfahrens aufgebracht, beispielsweise Plasmaspritzen oder Flammspritzen, wodurch die Kontaktierung nicht als einheitliche, durchgängige Metallschicht ausgebildet ist, sondern eine körnige Strukturierung aufweist bzw. porös ausgebildet ist. Die Kontaktierung weist somit eine gewisse Oberflächenrauhigkeit auf.

[0026] Als Materialien für die elektrisch leitfähige Beschichtung kommen insbesondere Materialien in Frage, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Indium-Zinn-Oxid, mit Antimon und/oder Fluor dotiertes Zinn-Oxid, Zinkoxid, Cadmiumstannat und/oder Kombinationen hieraus. Die Beschichtung lässt sich dabei insbesondere gemäß dem in der EP 0 397 292 beschriebenen Verfahren herstellen. Eine derart hergestellte dünne elektrisch leitfähige und weitgehend transparente Schicht ist sehr gut für die vorliegende Erfindung geeignet.

[0027] Um die optische Transparenz der hergestellten Glasscheibe möglichst wenig zu beeinträchtigen, wird die Schichtdicke der elektrisch leitfähigen Beschichtung so gewählt, dass vorzugsweise die Transmission der Beschichtung im Wellenlängenbereich von 250 nm < λ < 850 nm, gemessen bei einer Schichtdicke von 0,3 bis 0,5 µm, bevorzugt 0,4 µm, zwischen 60 und 99 %, bevorzugt zwischen 75 und 90 % beträgt.

[0028] Die Glasscheibe, auf die die Beschichtung sowie die Kontaktierung aufgebracht ist, ist dabei nicht auf spezielle Glasarten beschränkt, vielmehr können alle Glasarten eingesetzt werden. Beispielsweise kommen hierbei Floatglas-, Einscheibensicherheitsglas- oder Verbundglasscheiben in Frage. Bevorzugt beinhalten die Verbundglasscheiben dabei Gießharze oder zähelastische thermoplastische Kunststofffolien, insbesondere eine Polyvinylbutyrat-, Polyurethan- oder Polyvinylchloridfolie, um den Verbund herzustellen.

[0029] Erfindungsgemäß wird ebenso ein Fenster bereitgestellt, das mindestens eine der erfindungsgemäßen zuvor beschriebenen Glasscheiben umfasst.

[0030] In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zur Glasscheibe mindestens eine weitere Glasscheibe beabstandet angeordnet ist, bevorzugt in einem Abstand von 3 bis 20 mm, weiter bevorzugt 8 bis 10 mm.

[0031] Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist somit ein Fenster in Form eines mehrschichtigen flächenhaften Aufbaus aus mindestens zwei beabstandeten Glasscheiben, die umlaufend luftdicht berandet sind und zumindest eine Glasscheibe innenseitig eine weitgehend transparente und elektrisch leitfähige Beschichtung aufweist, die an zwei einander gegenüberliegenden Seiten mit gut elektrisch leitfähigen Kontaktierstreifen versehen ist und diese Kontaktierstreifen mit Gleich- oder Wechselstrom versorgt werden und damit die innenseitige weitgehend transparente und elektrisch leitfähige Beschichtung erwärmt und derart das transparente Heizelement überwiegend nur auf einer Seite Wärme abstrahlt. Die zumindest zwei beabstandeten Kontaktierstreifen werden mittels des Lichtbogenspritzverfahrens direkt auf die elektrisch leitfähige und weitgehend transparente Beschichtung aufgebracht. Bevorzugt ist der durch die beiden Scheiben gebildete Zwischenraum mit einem Edelgas, bevorzugt Argon, Xenon oder Krypton, gefüllt sein.

[0032] Weiterhin kann die weitere Glasscheibe zumindest auf der der ersten Glasscheibe zugewandten Seite eine Wärme reflektierende Beschichtung aufweisen. Die Beschichtung wird dabei in Abhängigkeit des zu reflektierenden Wellenlängenbereiches ausgewählt und besteht aus dem Fachmann bekannten Metallen und/oder Legierungen.

[0033] Erfindungsgemäß wird ebenso ein Verfahren zur elektrischen Kontaktierung einer mit mindestens einer Heizschicht versehenen Glasscheibe bereitgestellt, bei dem der Auftrag der elektrischen Kontaktierung mittels eines galvanoplastischen Verfahrens, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Plasmaspritzen, Flammspritzen, Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen, Detonationsspritzen, Kaltgasspritzen, Lichtbogenspritzen, Plasma-Pulver-Auftragsschweißen und/oder Laserspritzen zumindest bereichsweise auf die Heizschicht erfolgt.

[0034] Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Ausführungen näher erläutert, ohne die Erfindung auf die dort dargestellten speziellen Parameter zu beschränken.

[0035] Transparente Heizelemente auf Basis einer elektrisch leitfähig und weitgehend transparent beschichteten Oberfläche benötigen zumindest an zwei einander gegenüberliegenden Seiten möglichst gut elektrisch leitfähige Kontaktierstreifen beziehungsweise sogenannte Busbars. Solange nur geringe elektrische Leistungen auf elektrisch leitfähige Oberflächen eingeleitet werden müssen, reichen Federkontakte oder Carbongefüllte Gummielemente beziehungsweise sogenannte Zebra-Gummistreifen. Oftmals werden Leitkleberpasten auf Basis von Silber oder Palladium oder Kupfer oder Gold gefüllter Polymerkleber verwendet. Bei Heizelementen, die bei sehr hohen Temperaturdifferenzen und hohen elektrischen Strömen über sehr lange Zeiträume funktionieren sollen, haben sich derartige Leitkleber nicht bewährt und bietet das Lichtbogenspritzverfahren sehr wesentliche funktionelle und konstruktive und kostenmäßige Vorteile. Die Schichtstärke kann in einem weiten Bereich von typisch 0,05 bis 0,30 mm ebenso frei gewählt werden wie deren geometrische Anordnung und die Zusammensetzung der metallischen Elemente. Beispielsweise bieten Flamm- oder Plasma- gespritzte Kontaktierstreifen aus Zinn und Zink beziehungsweise Aluminium eine hervorragende Lötbarkeit und können derart die elektrischen Anschlüsse sehr einfach durch Löten, Reibschweißen oder auch nur Crimpen beziehungsweise kraftschlüssig aufgebrachten Anschlusselementen mit beispielsweise einer mikrorauhen Oberfläche, einfach hergestellt werden. Zusätzlich können derart hergestellte Kontaktierstreifen durch die geeignete Materialwahl und die Wahl der geometrischen Anordnung als auch optional der Schichtstärke ein homogenes elektrisches Feld bei nicht parallel angeordneten Kontaktierstreifen ermöglichen. Dies ist beispielsweise bei konisch oder kurvenförmig verlaufenden Glaselementen beziehungsweise Kontaktstreifen sehr wichtig, da sich in diesem Fall bei einem homogenen Oberflächenwiderstand auf der Glasscheibe kein homogenes Spannungsgefälle ausbilden würde und deshalb die Kontaktierstreifen durch deren Gestaltung ein Leitfähigkeits- beziehungsweise Widerstandsprofil ausbilden müssen, so dass sich in der elektrisch leitfähigen Glasbeschichtung ein homogenes oder ein gewünschtes elektrisches Feld-Profil ausbildet und derart zu einer homogenen beziehungsweise gewünschten flächigen Erwärmung führt.

[0036] Beim Beschichtungsprozess für die Kontaktierung werden zwei metallische Drähte aufeinander zugeführt. Diese Drähte werden als elektrische Leiter mit unterschiedlichen Polen (positiv und negativ) versehen um einen Lichtbogen zu zünden. Die etwas 4500°C heißen Mikro Teilchen werden über Druckluft beschleunigt und mit hoher Energie auf die Oberfläche z.B. Glas aufgetragen.

[0037] Die Heizungsschicht wird im Herstellungsprozess des Glases aufgebracht, daher erzeugt man eine gute Haftung zwischen Glas und Heizschicht.

[0038] Die Aluminiumschicht wird nachträglich mit Zerstäubung aufgebracht. Durch die hohe Energiedichte und Geschwindigkeit entsteht ebenfalls ein guter Verbund mit dem Glas und der Heizschicht. Wobei die Aluminiumschicht als Haftvermittler zur leitenden Zinkschicht dient.

[0039] Die Zinkschicht wird ebenfalls über Zerstäubung aufgebracht. Sie dient als lötbare Sicht für eine elektronische Verbindung zur Energieversorgung.

Technische Daten

Zink-Beschichtung

[0040] Das Material kann auch verlötet werden.

Zusammensetzung

[0041] 

Zink	99,99 (Minimum)
Kupfer	0,002 (Maximum)

Physikalische Beschichtungseigenschaften

[0042] 

Schmelzpunkt	420 °C (annähernd)
Verbundstärke	8,4 MPa, gestrahlte Stahloberfläche 2,4-6,4 MPa, gestrahlte Kunststoffoberfläche
Beschichtungsdehnfähigkeit	89,6 MPa
Härte	13 Rh/ 146 Knoop 100
Beschichtungsdichte	6,36 g/cm3 (91%)
Schrumpfung	0,001 cm/cm
Expansionskoeffizient	0,000564 mm/2,45 cm x 0,38 °C (22,2 micro-in/in x °F)

Spritzvorgang mit 8830

[0043] 

Zerstäuberluftdruck in bar	3,1-4,8
Stromstärke in Ampere	150-350
Abstand in cm zum Glas	13-30
Beschichtungsstruktur in mm aa	0,00635

Technische Daten

Aluminium-Beschichtung

[0044] Ausschließlich für hochenergetische Beschichtungen hergestellt. Eigenschaften sind seine Widerstandsfähigkeit gegen atmosphärische und chemische sowie gegen thermische Korrosion. Der Werkstoff besitzt zudem gute elektrische und Wärmeleitfähigkeit.

Zusammensetzung

Physikalische Auftragseigenschaften

[0045] 

Schmelzpunkt	660 °C (annähernd)
Beschichtungsdehnfestigkeit	34,4 MPa
Beschichtungsdichte	2,51g/cm3
Oxidgehalt	weniger als 2%
Porosität	2.1%

Spritzvorgang bei Verwendung von 8330

[0046] 

Zerstäuberluftdruck	45-70
Stromstärke in Ampere	200-350
Spritzabstand in cm	17
Schichtdicke/Auftrag in µm	125
Schichtstruktur (mm aa)	Fein
(microinches aa)	0,000381-0,00762

[0047] Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungsfiguren näher beschrieben.

[0048] Dabei zeigt:

Figur 1: eine schematische Darstellung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Glasscheibe.

Figur 2: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung in geschnittener Seitenansicht, wobei in dieser einfachen Basisausführung zwei beabstandete Floatglasscheiben aufgezeigt werden.

Figur 3: eine weitere schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung in geschnittener Seitenansicht, wobei in dieser Ausführungsform 3 beabstandete Floatglasscheiben Verwendung finden.

Figur 4: eine weitere schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung in geschnittener Seitenansicht, wobei in dieser Ansicht eine Verbundglasscheibe dargestellt wird.

[0049] In Figur 1 ist ein Schnittbild einer erfindungsgemäßen Glasscheibe 18 dargestellt. Die Trägerstruktur und Basis bildet eine Floatglasscheibe 3, auf die eine elektrisch leitfähige Beschichtung 5 (z.B. aus ITO) aufgebracht ist. Diese Beschichtung 5 kann durch aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren, z.B. mittels Sputterverfahren aufgebracht werden. Am Rand dieser beschichteten Glasscheibe 18 ist die Kontaktierung 10 aufgebracht, die in diesem Falle aus zwei separaten Schichten aus Aluminium 19 und Zink 20 gebildet ist. Sowohl die Aluminium- 19 als auch die Zinkbeschichtung 20 sind dabei über galvanoplastische Verfahren aufgetragen (z.B. mittels Plasma- oder Lichtbogenspritzen).

[0050] In Figur 2 wird eine einfache Basisausführung eines transparenten Heizelementes 1 auf Basis eines Floatglases 2 außen und eines beabstandeten Floatglases 3 dargestellt. Die beiden Floatgläser sind durch Abstandshalter 6 beabstandet und bewirken gleichzeitig die Abdichtung für das Edelgas 8. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein hochmolekulares Edelgas, beispielsweise Krypton, verwendet. Die Befüllung und Versiegelung erfolgt dabei nach dem Stand der Technik. Erfindungsgemäß wird nunmehr ein Floatglas 3 innen mit einer innenseitig angeordneten elektrisch leitfähigen und weitgehend transparenten Beschichtung 5 (siehe Figur 1) versehen. An gewünschten Stellen, die sich im Allgemeinen an zumindest zwei beabstandeten Stellen des beschichteten Floatglases 3, 5 befinden, werden sog. Kontaktierstreifen 10 mittels des Lichtbogenspritzverfahrens, insbesondere mittels des Flammspritzverfahrens und des Plasmaspritzverfahrens, angebracht.

[0051] Auf diese zumindest zwei Kontaktierstreifen 10 werden anschließend Kontaktierelemente 7 angebracht. Die Anbringung kann mittels Löten, Reibschweißen, Ultraschallschweißen oder auch nur mittels kraftschlüssiger Kontaktelemente 7 hergestellt werden, wobei in einer speziellen Ausführungsform die flächige Oberfläche der Kontaktelemente 10 mit einer rauen und elektrisch gut leitfähigen Oberfläche versehen ist und diese raue Kontaktoberfläche beim Aufpressen auf die Kontaktierstreifen 10 in kleinen willkürlich verteilten Bereichen die Oberfläche bleibend verformt und gegebenenfalls auch eine anfällige Oberflächenoxidschicht durchstößt und einen derart guten und niederohmigen Kontakt zwischen den Kontaktierelementen 7 und den Kontaktierstreifen 10 herstellt.

[0052] Bevorzugt wird die Floatglasscheibe 2 außen mit einer innenseitig angeordneten Beschichtung 4 verwendet. Dabei hat diese Beschichtung 4 einmal die Funktion der Wärmereflexion der erwärmten Oberfläche der elektrisch leitfähigen Beschichtung 5 und kann des Weiteren auch zu einer Reduktion der Wärmeeinstrahlung durch Sonnenbestrahlung dienen und muss in diesem Fall derart ausgebildet sein, dass von der außen liegenden Seite der Floatglasscheibe 2 außen eindringendes Licht entsprechend reflektiert wird.

[0053] Weiterhin kann die Floatglasscheibe 2 außen bereits eine Körperfarbe aufweisen, also aus einem in der Masse durchgefärbten Floatglas bestehen, wodurch die Sonneneinstrahlung verstärkt absorbiert und konvektiv nach außen abgegeben wird.

[0054] Dabei ist die Sonnenschutzwirkung von der Farbe und der Dicke des verwendeten Floatglases abhängig.

[0055] Eine Wärmedämmung kann dabei nur in Verbindung mit einer entsprechenden Beschichtung 4 und einer Edelgasfüllung 8 bzw. auch mit der Beschichtung 5 erzielt werden.

[0056] Durch das Anlegen einer elektrischen Spannung an die Kontaktierelemente 7 wird je nach eingeprägter elektrischer Leistung eine Erwärmung der Beschichtung 5 bewirkt und wird des Weiteren überwiegend die Wärmeabstrahlung 9 nach nur einer Seite des transparenten Heizelementes erfolgen und kann derart ein kostengünstiges und flächiges und weitgehend transparentes Heizelement 1 hergestellt werden.

[0057] Beispielhaft kann derart auf Basis einer Beschichtung 5 mit 14 Ohm pro Quadrat ein Heizkörper mit 100 Watt pro Quadtratmeter bei etwa 37 Volt und etwa 2,7 Ampere erreicht werden. Bei einer Beschichtung 5 mit 80 Ohm pro 10 Quadrat und 50 Watt pro Quadratmeter werden typisch 63 Volt und 0,80 Ampere benötigt.

[0058] Erfindungsgemäß handelt es sich bei einem derartigen transparenten Heizelement 1 also nicht um ein primäres Heizelement, sondern derartige transparente Heizelemente 1 sollen die Raumheizung und das Wohlbefinden unterstützen und können damit architektonisch sehr interessante und das menschliche Wohlbefinden förderliche flächige Heizelemente verwendet werden.

[0059] In Figur 3 wird eine weitere schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung in geschnittener Seitenansicht in der Form von 3 beabstandeten Floatglasscheiben 3, 15, 2 dargestellt. Eine derartige Ausführung weist nunmehr zwei Hohlräume 8 auf, die mit Edelgas befüllt sind und weist zusätzlich ein Floatglas 15 mittig auf. Dieses Floatglas 15 kann nunmehr auf beiden Seiten mit einer dünnen Beschichtung 12, 4 versehen sein. Bevorzugt ist dabei die Beschichtung 4 als Reflektor für Wärmestrahlung ausgebildet. Die Beschichtung 12 kann zur Reduktion der Sonneneinstrahlungswärme ausgebildet sein. Die Beschichtung 11 der Floatglasscheibe 2 außen wird bevorzugt ebenfalls zur Reduktion der Wärmeinstrahlung durch die Sonne ausgebildet, kann jedoch ebenfalls optische Funktionen sowie Wärmeschutzfunktionen wahrnehmen.

[0060] Diese 3-fach Anordnung wird insbesondere bei hohen Temperaturdifferenzen zwischen Innen und Außen von Vorteil sein, da bekanntlich hohe Temperaturdifferenzen zu starken Belastungen in der Berandung bzw. Einfassung, zeichnerisch dargestellt durch die Abstandshalter 6, führen, die auch die Abdichtung der Edelgasräume 8 bewirken. Es ist offensichtlich, dass durch ein derartiges 2-Kammer-System auf Basis von 2 Edelgaskammern 8 im Vergleich zu der Anordnung in Figur 2 bei gleichen Temperaturdifferenzen zwischen Außen und Innen ein etwa halb so großes Temperaturgefälle bewirkt und demgemäß bei extremen Temperaturdifferenzen eine geringere Belastung aller Konstruktionselemente bewirkt wird.

[0061] In Figur 4 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung in geschnittener Seitenansicht einer Verbundglasscheibe 14 dargestellt. Eine derartige Verbundglasscheibe besteht aus zumindest zwei Floatglasscheiben 2, 3 und einer mittig angeordneten Innenlage 13.

[0062] Derartige Innenlagen 13 werden bevorzugt aus Poly-Vinyl-Butyral (PVB) oder Polyurethan (PU) oder Polyvinylchlorid (PVC) und dergleichen dauerelastischen dünnen polymeren Werkstoffen mit guter und hoher Transparenz und einem typischen Brechungsindex von 1,5 hergestellt.

[0063] Derartige Verbundglasscheiben 13 werden oftmals als Sicherheitsglas oder als Sicherheitsisolierglas bezeichnet bzw. speziell dafür ausgebildet und werden häufig im Automobilbau als auch bei speziellen Verglasungselementen, wie beispielsweise einer Glastür, in der Gebäudetechnik und der Sicherheitstechnik verwendet.

[0064] Bevorzugt werden weiter eine dünne Beschichtung 4 auf der Innenseite der Floatglasscheibe 2 und auf der Floatglasscheibe 3 innenseitig eine elektrisch leitfähige und weitgehend transparente Beschichtung 5 angebracht. Die Beschichtung 4 soll wärmestrahlungsdämmende Eigenschaften aufweisen und kann zusätzlich an der Oberseite der Floatglasscheibe 2 eine weitere dünne und transparente Beschichtung in Analogie zur Beschichtung 12, wie in der Figur 3 beschrieben, aufweisen.

[0065] Auf der Beschichtung 5 werden nunmehr an gewünschten Stellen, die sich im Allgemeinen an zumindest zwei beabstandeten Stellen des beschichteten Floatglases 3, 5 befinden, sog. Kontaktierstreifen 10 mittels des Lichtbogenspritzverfahrens, insbesondere mittels des Flammspritzverfahren und des Plasmaspritzverfahrens, angebracht. Hierzu wird auf die Ausführungen zur Beschreibung der Figuren 1 und 2 verwiesen. Durch die geringe Dicke der Innenlage 13 müssen die Kontaktierstreifen 10 sehr dünn gewählt werden und die Kontaktierelemente 7 ebenfalls sehr dünn ausgeführt werden. Zusätzlich müssen die Kontaktierstreifen 10 und die Kontaktierelemente 7 vor der Lamination bzw. Konvektion der Verbundglasscheibe 14 ausgeführt werden.

[0066] Es ist ersichtlich, dass eine derartig ausgeführte Verbundglasscheibe 14 auch anstelle der Floatglasscheibe 3 in Figur 2 und in Figur 3 verwendet werden kann. Ebenso kann eine Verbundglasscheibe 14 ohne Kontaktierstreifen 10 und ohne Kontaktierelemente 7 anstelle der Floatglasscheibe 2 in Figur 2 und anstelle der Floatglasscheibe 2 bzw. 15 in Figur 3 verwendet werden.

[0067] Zudem können auch transparente Heizelemente 1 mit mehr als 3 Floatglasscheiben 1, 15, 3 ausgeführt werden; ebenso ist eine Kombination mit Verbundglasscheiben 14 möglich.

Ansprüche

1. Elektrisch beheizbare Glasscheibe (10), umfassend mindestens eine auf mindestens einer Seite der Glasscheibe aufgebrachte elektrisch leitfähige Beschichtung sowie mindestens eine zumindest bereichsweise auf der Beschichtung aufgebrachte Kontaktierung
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kontaktierung als Sprühbeschichtung ausgebildet ist.

2. Glasscheibe (10) nach vorhergehendem Anspruch, dass die Materialien der Kontaktierung ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Metallen oder Legierungen hieraus mit einer Leitfähigkeit σ von mehr als 1·10⁶ S/m, insbesondere Metalle oder Legierungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zinn, Zink, Silber, Palladium, Aluminium, Wolfram, Rhenium, Wolfram-Rhenium, Molybdän, Molybdän-Rhenium, Rhodium.

3. Glasscheibe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierung mindestens eine Schicht umfasst.

4. Glasscheibe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierung mindestens zwei Schichten umfasst, wobei die Materialien der mindestens zwei Schichten gleich oder verschieden sein können.

5. Glasscheibe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierung eine Gesamtdicke von 0,001 bis 5,0 mm, bevorzugt von 0,01 bis 1,0 mm, besonders bevorzugt von 0,05 bis 0,3 mm aufweist.

6. Glasscheibe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierung in Form von gegenüberliegenden Kontaktstreifen oder als Busbars aufgebracht ist.

7. Glasscheibe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierung porös ist.

8. Glasscheibe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Indium-Zinn-Oxid, mit Antimon und/oder Fluor dotiertes Zinn-Oxid, Zinkoxid, Cadmiumstannat und/oder Kombinationen hieraus.

9. Glasscheibe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmission der Beschichtung im Wellenlängenbereich von 250 nm < λ < 850 nm, gemessen bei einer Schichtdicke von 0,4 µm zwischen 60 und 99 %, bevorzugt zwischen 75 und 90 % beträgt.

10. Glasscheibe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasscheibe eine Floatglas-, Einscheibensicherheitsglas-, oder Verbundglasscheibe ist, wobei die Verbundglasscheibe bevorzugt ein Gießharz und/oder eine zähelastische thermoplastische Kunststofffolie, insbesondere eine Polyvinylbutryrat-, Polyurethan- oder Polyvinylchloridfolie, aufweist.

11. Fenster (20), umfassend eine Glasscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

12. Fenster (20) nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Glasscheibe (10) mindestens eine weitere Glasscheibe beabstandet angeordnet ist, bevorzugt in einem Abstand von 3 bis 20 mm, weiter bevorzugt 8 bis 10 mm, wobei der durch die beiden Glasscheiben umschlossene Raum an den Rändern der Glasscheiben umlaufend luftdicht berandet ist.

13. Fenster (20) nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Beabstandung gebildete Zwischenraum mit einem Edelgas, bevorzugt Argon, Xenon oder Krypton, gefüllt ist.

14. Fenster (20) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Glasscheibe zumindest auf der der ersten Glasscheibe (10) zugewandten Seite eine Wärme reflektierende Beschichtung aufweist.

15. Verfahren zur elektrischen Kontaktierung einer mit mindestens einer Heizschicht versehenen Glasscheibe, bei dem der Auftrag der elektrischen Kontaktierung mittels eines galvanoplastischen Verfahrens, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Plasmaspritzen, Flammspritzen, Hochgeschwindigkeit-Flammspritzen, Detonationsspritzen, Kaltgasspritzen, Lichtbogenspritzen, Plasma-Pulver-Auftragsschweißen und/oder Laserspritzen zumindest bereichsweise auf die Heizschicht erfolgt.

16. Verwendung einer Glasscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und/oder des Fensters nach einem der Ansprüche 11 bis 14 als Fenster, Glastüren, Glastrennwände, Glasheizkörper in Gebäuden Automobilen und/oder mobilen und stationären Gerätschaften.

Zeichnung