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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Verglasung, die mit einer elektrischen
Schaltung versehen ist, und die ein elektrisch leitendes Substrat
und einen Anschluß umfaßt, um eine
elektrische Verbindung damit herzustellen. Die Schaltung kann insbesondere
ein Heizelement zum Enteisen oder Entnebeln der Verglasung oder
eine Antennenschaltung sein. Die Verglasung kann für ein Fahrzeugfenster oder
die Fenster eines Gerätes
oder eines Gebäudes bestimmt
sein, bei einem Fahrzeug kann sie für eine Windschutzscheibe oder
ein Rückfenster
bestimmt sein.
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Es
sind verschiedene Techniken bekannt, um an einem Anschluß eine elektrische
Verbindung herzustellen. So ist es zum Beispiel aus
GB-A-2 223 385 bekannt, einen
Anschluß an
einer Busschiene oder einen Stromkollektor anzulöten: Alternativ dazu offenbart
EP-A-410 766 ein
elektrisches Gerät,
das ein Substrat umfaßt,
das eine Heizspur vom Film-Typ abstützt, die aus leitender Polymer-Druckfarbe gebildet
ist. Ein Verbindungselement ist mit einem Klebstoff an das Substrat
geklebt, und die Heizspur liegt zumindest über einem Endabschnitt des
Verbinderelements, um zwischen diesen einen elektrischen Kontakt
vorzusehen.
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Aus
EP 278 611 A1 ist
es ebenfalls bekannt, einen elektrisch leitenden Klebstoff zu verwenden, um
eine Busschiene auf eine leitende Schicht zu kleben, die auf einem
Substrat ausgebildet ist, das als Fenster verwendet werden kann.
In
GB 1 393 887 ist die
Verwendung von Stahlfeilen durch eine Klebebeschichtung für einen
elektrischen Kontakt im Zusammenhang mit einer Heizschaltung für ein Rückfenster offenbart.
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DE 195 36 131 C1 offenbart
einen Anschluss zur Verwendung mit einem Heizkreis und eine Diversitäts-Antenne,
die auf einer Verglasungsscheibe vorgesehen sind. Der Anschluß weist
eine flexible Basis auf, in der elektrische Leiter eingebettet sind.
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FR 2 519 477 lehrt jedoch,
daß elektrisch
leitende Klebstoffe verschiedene Nachteile haben, so sind sie zum
Beispiel unter den Bedingungen, denen ein Fahrzeugfenster typischerweise
ausgesetzt ist, nicht ausreichend haltbar, und sie sind teuer. Stattdessen
schlägt
FR 2 519 477 vor, daß es bevorzugt ist,
einen nicht-leitenden Klebstoff einzusetzen, um eine in geeigneter
Weise konfigurierte Anschlußeinheit
in engem Kontakt mit einem elektrisch leitenden Substrat aufrechtzuerhalten,
um die elektrische Kontinuität
zu gewährleisten.
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Unglücklicherweise
ist auch die Erfindung gemäß
FR 2 519 477 nicht ohne
Nachteile; es ist festgestellt worden, daß die unausweichliche Fehlanpassung
der thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Glas, Metall und Klebstoff
in einem solchen Ausmaß zu
einer Schwächung
der Klebverbindung führt,
dass der elektrische Kontakt negativ beeinflußt wird. Infolgedessen bleibt
das Löten
eine weithin verbreitete Technik zum Anbringen von elektrischen
Anschlüssen
an Verglasungen, obwohl die Festigkeit der hergestellten Klebverbindungen
nicht immer zufriedenstellend ist und es zunehmende Besorgnisse
in Bezug auf die Umwelt wegen der Metalle, wie z. B. dem Blei, gibt,
die üblicherweise
im Lot verwendet werden. Ferner haben die aktuellen Lötoperationen
die Tendenz, thermische Spannungen im Glas zu erzeugen, was mitunter
zu Beschädigungen
führt.
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Es
wäre wünschenswert,
das Anbringen von elektrischen Anschlüssen an Verglasungen zu verbessern
und die oben beschriebenen Nachteile zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß ist eine
Verglasung nach Anspruch 1 angegeben.
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Das
Vorsehen einer sicheren und zuverlässigen elektrischen Verbindung
zwischen Anschluß und Substrat
macht es möglich,
daß Klebstoffe
das Lot ersetzen, ohne daß die
Begleitprobleme der elektrischen Kontinuität auftreten. Moderne Klebstoffe
können
gegenüber
dem Lot viele Vorteile bieten. Sie können im ausgehärteten oder
erstarrten Zustand flexibel sein und dadurch Spannungen ausgleichen,
die im Anschluß entstehen
oder auf diesen ausgeübt werden.
Es sind Klebstoffe verfügbar,
die nicht erwärmt
werden müssen,
um eine Verbindung zu bilden, oder die nur auf eine moderate Temperatur
erwärmt
werden müssen
und immer noch eine starke Klebung angeben. Es ist des weiteren
normalerweise möglich,
daß die
Herstellungsoperation so arrangiert wird, daß der Klebstoff erwärmt wird,
kurz bevor er die Verglasung berührt,
wodurch die Notwendigkeit vermieden wird, die Verglasung direkt
zu erwärmen. Es
sind heute haltbare elektrisch leitende Klebstoffe verfügbar, wodurch
es möglich
ist, daß der
Klebstoff sowohl die mechanischen als auch die elektrischen Funktionen
einer herkömmlichen
Lötverbindung
erfüllt.
Im allgemeinen enthalten solche Klebstoffe fein dispergiertes Metallpulver,
damit sie leitend werden. Unter der Voraussetzung, daß der elektrische
Strom, der getragen werden muß,
nicht hoch ist, stellt der Klebstoff eine ausreichende elektrische
Verbindung dar. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist der, daß geeignete
Klebstoffe verfügbar
sind, die geringere Gesundheits- und Sicherheitsrisiken darstellen
und einen weniger negativen Umwelteinfluß als die herkömmlich verwendeten
Lötmittel
ausüben.
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Insbesondere
in der Automobilindustrie kann die Basis vorteilhafterweise eine
Standardausführung
mit allgemeiner Anwendbarkeit sein, wohingegen das Verbinderteil
auf die speziellen Anforderungen einer bestimmten Verglasung, eines
Fahrzeugs oder eines Fahrzeugherstellers zugeschnitten ist. Das
heißt,
die Basis ist bevorzugt mit einer Vielzahl unterschiedlicher Ausführungen
des Verbinderteils verwendbar.
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Die
Einrichtung der elektrischen Verbindung zwischen dem Anschluß und dem
Substrat kann beispielsweise die Verwendung eines elektrisch leitenden
Klebstoffes und/oder eine Lötverbindung
umfassen. Bei Hochstromanwendungen ist eine Lötverbindung direkt zwischen
dem Anschluß und
dem Substrat als zusätzliches
Mittel einer elektrischen Verbindung bevorzugt, um eine Verbindung
mit niedrigem Widerstand zu erhalten. Unter diesen Umständen ergänzt das
Lot den Klebstoff, da dieser die mechanische Last trägt und Spannungen
ausgesetzt ist und das Lot die elektrische Kontinuität liefert
oder verstärkt,
ohne gefährdet
zu werden. Dadurch ist es möglich,
beispielsweise Lötmittel
zu verwenden, die in Bezug auf die Umwelt weniger aggressiv sind, auch
wenn dadurch ein gewisser Verlust bezüglich der Festigkeit der Klebung
entsteht.
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Die
Erfindung gibt auch ein Verfahren gemäß Anspruch 6 an.
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Es
können
ferner Verbesserungen in Bezug auf den Typ und das Verfahren der
Aufbringung des Klebstoffes vorgenommen werden.
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Der
Klebstoff ist bevorzugt in Form einer nichtklebenden Tablette vorgesehen,
die mit dem Anschluß in
Kontakt gebracht wird. Die Verwendung einer nichtklebenden Form
eines Klebstoffes (d. h. der nirgendwo klebenbleibt) ist am meisten
bevorzugt.
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Es
ist ebenfalls bevorzugt, daß der
Klebstoff vorgeformt ist, damit er zu dem Teil des Anschlusses zu
paßt,
den die Tablette berührt.
Das vergrößert die Fläche des
zu klebenden Anschlusses und somit die Stärke der Klebung, während die
Wahrscheinlichkeit verringert wird, daß Klebstoff unter dem Anschluss hervortritt
und sichtbar wird, was sich wahrscheinlich störend auswirkt. Das führt ferner
zu weniger Abfall und somit zu einer Kostenreduzierung.
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Der
Klebstoff wird vorteilhafterweise vorher auf den Anschluß aufgebracht,
z. B. können
die Anschlüsse
mit bereits auf dem dafür
vorgesehenen Teil des Anschlusses aufbrachtem Klebstoff geliefert
werden.
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Der
Klebstoff kann wahlweise erwärmt
werden, um ihn zu aktivieren oder auszuhärten. Der Begriff ”Aktivieren” eines
Klebstoffs wird verwendet und bezieht sich auf ein beliebiges Verfahren,
das das Klebverfahren initiiert, d. h. ein Verfahren, das einen vorher
nicht klebenden Klebstoff klebend macht, oder ein Verfahren, das
das Aushärteverfahren
initiiert. Das Aktivieren kann auch das Schmelzen des Klebstoffs
umfassen (zumindest an seiner Oberfläche), was eine wärmeabhängige chemische
Reaktion initiiert, oder eine Sperre entfernt oder zerstört, die
zwei Reaktionspartner trennt. Die Größe der Erwärmung eines Klebstoffs ist
oft geringer als es für
ein Lot erforderlich ist, und hinsichtlich der Erwärmung zum Aktivieren
muß der
Klebstoff nicht notwendigerweise zum Zeitpunkt der Erwärmung mit
der Verglasung in Kontakt sein.
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In
der vorliegenden Beschreibung wird der Begriff ”Lot/Lötmittel” verwendet, um eine leicht schmelzbare
Metall-Legierung zu bezeichnen. Der Begriff ”Klebstoff” wird verwendet, um eine Substanz zu
bezeichnen, die andere Substanzen miteinander verklebt, die aber
ein Lot als solches nicht mit einschließt. Ein Klebstoff kann vollständig nichtmetallisch
sein oder er kann eine Metallkomponente enthalten.
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Die
Erfindung wird nun im folgenden mit Hilfe der speziellen Ausführungsformen
beschrieben, die nur der Illustration dienen und nicht als Einschränkung zur
verstehen sind, und die sich auf die folgenden Zeichnungen beziehen,
in denen zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines Teils einer Verglasung, die eine
elektrische Schaltung enthält
und an die ein Anschluss angebracht ist,
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2 eine
perspektivische Darstellung eines Anschlusses, der einen separaten
Basis- und Verbinderabschnitt umfaßt,
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3a bis
c perspektivische Darstellungen von vorgeformten Klebstoff-Tabletten.
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1 zeigt
eine Verglasung 1, die eine elektrische Schaltung enthält. Im vorliegenden
Falle ist die elektrische Schaltung eine Widerstandsheizungsschaltung,
die auf eine Scheibe 3 aus Verglasungsmaterial mit einer
leitenden Druckfarbe gedruckt ist. Solche Schaltungen werden zum
Enteisen oder Entnebeln, z. B. in Fahrzeugen, verwendet, und da
sie allgemein bekannt sind, müssen
sie hier nicht näher beschrieben
werden. Andere, ebenfalls allgemein bekannte Heizschaltungen enthalten
feine Drähte oder
eine dünne,
elektrisch leitende Beschichtung auf der Scheibe. Alternativ dazu
kann die Schaltung auch eine Antennenschaltung sein, die ebenfalls
allgemein bekannt ist.
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Die
Scheibe 3 des Verglasungsmaterials kann ein Bogen aus Glas
sein, der geglüht
oder gehärtet
sein kann, oder sie kann eine Verbundscheibe sein, die aus einer
oder mehreren Glasschichten (oder aus einem anderen Verglasungsmaterial)
besteht, die laminiert wurden. Bei einer Verglasung für ein Automobil
ist das Glas Sicherheitsglas, d. h. es handelt sich um gehärtetes oder
laminiertes Glas. Es gibt zum Glas alternative Verglasungsmaterialien,
die verschiedene Kunststoffe, wie z. B. Polycarbonat, umfassen.
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An
die Verglasung, oder, genauer gesagt, an das elektrisch leitende
Substrat 4, das einen Teil der elektrischen Schaltung 2 bildet,
ist ein Anschluss 5 angebracht. Die Ausführung des
in 1 gezeigten Anschlusses 5 umfaßt ein Basisteil 6 und
ein oberes oder ein Verbinderteil 7 (wie dargestellt),
die so ausgeführt
sind, daß sie
miteinander in Eingriff kommen, wie im Einzelnen in Verbindung mit 2 erläutert ist.
Das Basisteil 6 ist mit dem Klebstoff 8 an der
Verglasung 1 angebracht, wie es im Einzelnen im Folgenden
erläutert
ist. Der Anschluß kann
sich mit dem Substrat in einem engen physischen Kontakt befinden,
was aber nicht erforderlich, ist, da, wie unten beschrieben, ein
alternatives Mittel einer elektrischen Verbindung angegeben ist.
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In
dieser Ausführungsform
ist das elektrisch leitende Substrat 4 eine Busschiene,
die Strom an die Heizelemente der elektrischen Schaltung 2 liefert. Das
Substrat kann aus einem dünnen
Blech, z. B. einer Folie, bestehen oder kann aus einer Druckfarbe gemacht
sein, die auf die Scheibe aufbracht ist (z. B. durch Siebdruck),
die zur Erzielung einer haltbaren Leiterbahn getrocknet und erwärmt wurde.
Hier werden beispielsweise weitgehend silberhaltige Druckfarben
bei der Herstellung von elektrisch geheizten Rückscheiben für Fahrzeuge
verwendet.
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Der
Anschluss 5 enthält
einen Spatenverbinder 9, an den ein elektrischer Leiter
(nicht gezeigt) in einer herkömmlichen
Weise mit Hilfe einer entsprechenden Buchse angebracht sein kann.
Als Typ und Ausführungsform
des Verbinders sind viele Variationen möglich, zur Erleichterung des
Zugangs oder zur Verbesserung der Ästhetik kann er beispielsweise gekröpft oder
auf andere Weise gebogen sein. Es können auch alternative Formen
des Verbinders, z. B. vom Druckknopf-Typ, verwendet werden. Der
Anschluß ist
aus einem dünnen
Blech hergestellt, ein geeignetes Material ist insbesondere Kupferblech, das
bevorzugt, zur Vermeidung der Oxidation, verzinnt ist.
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2 zeigt
weitere Einzelheiten des Anschlusses 5. Wie bereits erwähnt, umfaßt der Anschluß 5 ein
Basisteil 6 und ein Verbinderteil 7, die so ausgeführt sind,
daß sie
miteinander in Eingriff kommen. Der Basisteil 6 kann beispielsweise
mit Lappen 20 versehen sein, die um das Verbinderteil 7,
z. B. um den Spaten 9 herumgelegt sind.
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Es
wurde bereits erwähnt,
daß es
zweckmäßig ist,
wenn die Anschlüsse
vorher mit dem Klebstoff, der insbesondere nichtklebend ist, versorgt worden
sind. Die Klebstofftablette (die im allgemeinen vorgemischte Komponenten
umfaßt)
wird mittels Wärme
auf die Oberfläche
des Anschlusses gepreßt, die
gerade ausreichend ist, dass die Tablette an der Oberfläche haftet.
Ist der Anschluß in
zwei (oder mehr) Teilen, wie in 1 und 2,
ausgeführt,
ist es insbesondere zweckmäßig, daß das Basisteil 6 eine
universelle Standardausführung
ist, auf die der Klebstoff vorher aufgebracht wurde. Das bedeutet, daß nur eine
Ausführung
des Basisteils gekauft werden muß, die dann mit einem Verbinderteil
verwendet wird, das für
die speziell herzustellende Fahrzeugverglasung geeignet ist. Das
Basisteil kann entweder zuerst an der Verglasung oder zuerst am
Verbinder angebracht werden, je nachdem, was zweckmäßiger ist.
In 2 ist eine Klebstofftablette am Anschluss-Basisteil 6 angebracht,
wie durch Pfeil A angegeben. Sodann wird das Basisteil mit Hilfe
der Lappen 20 am Verbinderteil 7 angebracht, wie
durch Pfeil B angegeben. Schließlich
wird der Anschluß an
der Verglasung angebracht, wie unten beschrieben.
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Der
Klebstoff kann elektrisch leitend sein, dann könnte keine weitere Verbindung
mehr erforderlich sein. Wenn der Klebstoff jedoch nicht-leitend ist, oder
wenn die elektrische Schaltung einen höheren Strombedarf hat, ist
eine Einrichtung für
die elektrische Verbindung zwischen dem Anschluß und der elektrischen Schaltung
erforderlich. Das kann bequemerweise durch eine Lötverbindung
zwischen dem Anschluß und
dem elektrisch leitenden Substrat erfolgen. In 2 ist
die Anbringung des Lots schematisch mit den Pfeilen C und dem Lot 21 dargestellt. Für eine Antenne,
die natürlich
nur einen sehr kleinen Strom erzeugt, kann die Verwendung eines
leitenden Klebstoffs oft eine ausreichende elektrische Verbindung
darstellen.
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3a bis
c zeigen geformte Tabletten 50, 51, 52 aus
Klebstoff, wobei die Tablette vorgeformt ist, damit sie zur Form
des Anschlusses paßt.
Die vorherige Formgebung verringert den Abfall, verbessert die Übereinstimmung
mit der Oberfläche
des Anschlusses und verbessert die Flußsteuerung während der
Aufbringung des Klebstoffs. Es wird hierdurch eine stärkere und
sauberere Klebung erzielt, und diese Technik kann mit jeder Ausführungsform des
Anschlusses verwendet werden.
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In 3a ist
ein T-förmiger
Block 50 aus Klebstoff gezeigt, der für eine Verwendung im entsprechenden
T-förmigen
Teil des Anschlusses geeignet ist (d. h. wo sich die Glieder des
T kreuzen und ein Glied der Spaten ist). 3b zeigt
einen dünnen, rechtwinkligen
Block 51 aus Klebstoff, und 3c zeigt
eine dünne,
zylindrische Tablette 52 aus Klebstoff.
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Es
gibt viele geeignete Klebstoffe zur Anbringung von Anschlüssen an
Verglasungen. Polyurethane, wie feuchtigkeitsgehärtete Polyurethane (z. B. Betaseal
HV3, zu erwerben bei Gurit-Essex AG, Freienbach, Deutschland), feuchtigkeits-/wärmegehärtete Polyurethane
(z. B. Sika 360 HC, zu erwerben bei Sika AG, Schweiz), heißschmelzende
Reaktions-Polyurethane (z. B. PUR-FECT 310, zu erwerben bei National
Starch & Chemical
Company of Bridgewater, New Jersey, USA, einem Mitglieder der ICI-Gruppe),
Zwei-Komponenten-Polyurethane
und andere Zusammensetzungen auf der Basis von Polyurethanen (wie
z. B. Techbond PUR, zu erwerben bei A. Raybond SARL, 68300 Saint-Louis,
Frankreich) sind geeignete Klassen von Klebstoffen. Eine weitere,
geeignete Klasse von Klebstoffen sind Zusammensetzungen auf der
Basis von Epoxy, z. B. Raybond's Techbond
EPO. Ebenfalls geeignet sind Struktur-Klebstoffbänder (z. B. 3M 9214, zu erwerben
bei der Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota,
USA). Geeignete leitende Klebstoffe enthalten fein dispergierte
Metallpartikel in einer ausreichenden Menge, um die geforderte Stromdichte
durchzulassen.
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Die
bevorzugten, nichtklebenden Klebstoffe in Tablettenform sind von
A. Raybond SARL sowohl in Epoxy- als auch in Polyurethanzusammensetzungen
erhältlich
(Techbond EPO und PUR), und die Anschlußbasisteile können mit
bereits aufgebrachtem Klebstoff geliefert werden. In einer Zusammensetzung
auf der Basis von Polyurethan, wie z. B. Techbond PUR, sind die
Polyol- und Isocyanat-Reaktionspartner in einem stöchiometrischen
Verhältnis
vorgemischt, jedoch ist das Isocyanat am ”Ende eingeschlossen” oder in
Mikrokapseln eingeschlossen, um einen Kontakt mit dem Polyol zu
verhindern. Der Klebstoff ist bei Raumtemperatur fest. Das Aufbringen
von Wärme
aktiviert den Klebstoff durch Zerstörung, z. B. Schmelzen der Kappe
oder der Kapselmembran, und ermöglicht,
daß die
Isocyanatkomponente mit dem sie umgebenden Polyol so in Kontakt kommt,
daß die
Härtungsreaktion
beginnt. Diese Klebstoffe sind in der folgenden Weise zu verwenden.
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Eine
Glasscheibe, die eine elektrische Schaltung trägt, wird zur Verfügung gestellt
und mit einem Reinigungsmittel, wie z. B. Betaseal VP-04604 von
Gurit-Essex, gereinigt; es wird auch ein Anschluß oder ein Anschlußbasisteil,
auf das vorher ein nichtklebender Klebstoff aufgebracht wurde, zur
Verfügung
gestellt. Der Anschluß wird über der
Scheibe positioniert und rasch auf eine Temperatur im Bereich von
100 bis 140°C
erhitzt. Geeignete, rasche Erwärmungstechniken
sind die folgenden: mit Infrarotlampen, Heißluftdüsen, mit einer Induktionsheizung
oder mit einer dielektrischen Hochfrequenz-Heizung. Die Wärme aktiviert den Klebstoff,
und der Anschluß wird auf
der Scheibe in Position gepreßt.
Während
der beginnenden Abkühlung
sollte der Anschluß an
Ort und Stelle gehalten werden, bis sich die Temperatur auf einen
Wert im Bereich von 60 bis 80°C
verringert hat. Dann kann die Scheibe bewegt werden, aber die Klebung
erhält
solange nicht ihre volle Festigkeit, solange die Nachpolymerisation
noch nicht abgeschlossen ist, was bei Raumtemperatur bis zu 20 Minuten
dauern kann. Es ist anzumerken, daß die Scheibe nicht direkt
erwärmt
zu werden braucht, wodurch weniger thermische Spannungen entstehen.
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Wie
oben erwähnt,
wird es in vielen Fällen erforderlich
sein, eine separate elektrische Verbindung zwischen dem Anschluß und der
Schaltung herzustellen; ein bevorzugtes Verfahren hierfür ist das Löten. In
diesem Fall kann die Lötwärme vorteilhaft auch
für die
Aktivierung des Klebstoffs genutzt werden, eine separate Operation
entfällt
dann. Die Orte auf dem Körper
des Anschlusses, auf die das Lot aufgebracht wird, sollten nahe
an denen liegen, auf die der Klebstoff aufgebracht wird. Ein Lötwerkzeug
(das automatisiert sein kann, beispielsweise robotergesteuert) wird
dann verwendet, um den Anschluß in Position
zu löten
und um gleichzeitig den Klebstoff zu erwärmen, um ihn zu aktivieren.
Das Lötwerkzeug kann
ein solches sein, das mit der Lötstelle
in Kontakt kommt, es kann aber auch eine Heißluft-Technik angewendet werden.
Im allgemeinen wird für
das Löten eine
höhere
Temperatur als für
die Aktivierung des Klebstoffs benötigt, somit könnte dieses
die Höhe
der Temperatur bestimmen. Einer der Vorteile der Erfindung besteht
jedoch darin, daß die
mechanische Verbindung durch den Klebstoff erzielt wird das Lot
nur eine elektrische Verbindung liefert. Infolgedessen können Lötmittel
verwendet werden, die einen niedrigeren Schmelzpunkt als die Lötmittel
haben, die im Stand der Technik verwendet werden, wo sowohl mechanische
als auch elektrische Überlegungen
angestellt werden.
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In
der Praxis werden bestimmte Typen von Klebstoffen durch Erwärmung aktiviert
und so schmilzt die zum Schmelzen des Lots verwendete Wärme bevorzugt
auch den Klebstoff. Es ist daher vorteilhaft, einen Klebstoff und
ein Lot zu wählen,
die die gleichen Schmelzpunkte haben. Geeigneterweise haben Klebstoff
und Lot Schmelzpunkte innerhalb von 20°C, bevorzugt 10°C, noch bevorzugter
5°C.