DE202021004000U1

DE202021004000U1 - Scheibenanordnung mit kapazitivem Schaltbereich

Info

Publication number: DE202021004000U1
Application number: DE202021004000.5U
Authority: DE
Original assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date: 2020-03-18
Filing date: 2021-03-11
Publication date: 2022-04-22
Anticipated expiration: 2031-03-12
Also published as: WO2021185669A1; CN113710475A

Abstract

Scheibenanordnung (100), umfassend:
- eine Verbundscheibe (1) mit zwei Scheiben (2, 3), die durch mindestens eine Zwischenschicht (4) miteinander verbunden sind,
- eine kapazitive Sensoranordnung (101) mit mindestens einem schichtenförmigen kapazitiven Schaltbereich (5), der mit einer kapazitiven Sensorelektronik (7, 7', 7") verbindbar ist, wobei die kapazitive Sensoranordnung (101) umfasst:
- auf einer Seite des kapazitiven Schaltbereichs (5) ein schichtenförmiger Deckbereich (8), welcher in senkrechter Sicht durch die Scheibe (1) den kapazitiven Schaltbereich (5) mindestens teilweise überdeckt, und/oder
- ein schichtenförmiger Rahmenbereich (9), welcher in der Ebene des kapazitiven Schaltbereichs (5) den kapazitiven Schaltbereich (5) mindestens teilweise umrahmt, wobei der Deckbereich (8) und der Rahmenbereich (9) jeweils mit einem auf der Kapazität des kapazitiven Schaltbereichs (5) basierenden elektrischen Signal beaufschlagbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Scheibenanordnung mit einer Verbundscheibe und einem kapazitivem Schaltbereich.
Es ist bekannt, dass Schaltbereiche durch eine Flächenelektrode oder durch eine Anordnung von zwei gekoppelten Elektroden ausgebildet werden können, beispielsweise als kapazitive Schaltbereiche. Nähert sich ein Objekt dem kapazitiven Schaltbereich an, so ändert sich die Kapazität der Flächenelektrode gegen Erde oder die Kapazität des von den zwei gekoppelten Elektroden gebildeten Kondensators. Derartige Schaltbereiche sind beispielsweise aus US 2010/179725 A1 , US 6 654 070 B1 , DE 10 2013 241 249 A1 und US 2006/275599 A1 bekannt.
Die Kapazitätsänderung wird über eine Schaltungsanordnung oder Sensorelektronik gemessen und bei Überschreiten eines Schwellwerts wird ein Schaltsignal ausgelöst. Schaltungsanordnungen für kapazitive Schalter sind beispielsweise aus DE 20 2006 006 192 U1 , EP 0 899 882 A1 , US 6,452,514 B1 , US 6,828,806 A1 und EP 1 515 211 A1 bekannt.
Nun hat sich in der Praxis gezeigt, dass parasitäre Störeinflüsse die Kapazität des Schaltbereichs erheblich beeinträchtigen können, wobei die Störeinflüsse oftmals zu einer Kapazitätsänderung führen, welche die Kapazitätsänderung im Rahmen der beabsichtigten Verwendung des Schaltbereichs deutlich übersteigt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Scheibenanordnung mit kapazitivem Schaltbereich bereitzustellen, durch welche dieser Nachteil vermieden werden kann. Mit dem kapazitiven Schaltbereich kann in einfacher Weise ein Berührungssensor gebildet werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Scheibenanordnung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die erfindungsgemäße Scheibenanordnung umfasst eine Verbundscheibe mit zwei Scheiben, die durch mindestens eine Zwischenschicht fest miteinander verbunden sind. Die Scheibenanordnung umfasst weiterhin eine kapazitive Sensoranordnung mit mindestens einem schichtenförmigen kapazitiven Schaltbereich, der mit einer kapazitiven Sensorelektronik verbindbar bzw. verbunden ist. Die kapazitive Sensorelektronik kann Bestanteil der Scheibenanordnung sein.
Die kapazitive Sensoranordnung umfasst auf einer (Schicht-)Seite des kapazitiven Schaltbereichs (d.h. außerhalb der Ebene des kapazitiven Schaltbereichs) einen schichtenförmigen Deckbereich, welcher in senkrechter Sicht durch die Scheibe den kapazitiven Schaltbereich mindestens teilweise, vorteilhaft vollständig, überdeckt. Der schichtenförmige Deckbereich ist beispielsweise parallel zum kapazitiven Schaltbereich angeordnet. Zwischen dem Deckbereich und dem kapazitiven Schaltbereich befindet sich mindestens eine Schicht aus einem dielektrischen Material. Alternativ oder ergänzend umfasst die kapazitive Sensoranordnung einen schichtenförmigen Rahmenbereich, welcher in der Ebene des kapazitiven Schaltbereichs den kapazitiven Schaltbereich mindestens teilweise, vorteilhaft vollständig, umrahmt. Der Rahmenbereich ist vom kapazitiven Schaltbereich durch eine beschichtungsfreie Trennlinie und/oder ein dielektrisches Material räumlich getrennt.
Sowohl der Deckbereich als auch der Rahmenbereich (d.h. Schichtenbereiche der Abschirmung) sind jeweils mit einem auf der Kapazität des kapazitiven Schaltbereichs basierenden elektrischen Signal beaufschlagbar bzw. beaufschlagt (z.B. Signalzwilling des elektrischen Prüfsignals des kapazitiven Schaltbereichs). Hierdurch wird eine effektive elektrisch aktive Abschirmung des kapazitiven Schaltbereichs vor externen Störeinflüssen geschaffen, da die schichtenförmigen Bereiche der Abschirmung und der kapazitive Schaltbereich keine Potentialdifferenz aufweisen. Für die Messung der Kapazität des Schaltbereichs wird typischer Weise ein Prüfsignal an den kapazitiven Schaltbereich angelegt, welches sich in Abhängigkeit der (momentanen) Kapazität des kapazitiven Schaltbereichs verändert. Beispielsweise wird der kapazitive Schaltbereich rampenförmig aufgeladen, wobei die Rampenladung von der Kapazität des Schaltbereichs abhängt. Möglich wäre beispielsweise auch, die Kapazität des Schaltbereichs über eine angelegte Frequenz zu bestimmen. Erfindungsgemäß wird ein elektrisches Signal an die Schichtenbereiche der Abschirmung angelegt, das auf der Kapazität des Schaltbereichs basiert und vorzugsweise zu dem von der Kapazität des Schaltbereichs abhängenden Prüfsignal gleich ist (z.B. Signalzwilling).
Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibenanordnung umfasst der kapazitive Schaltbereich einen Berührungs- bzw. Annäherungsbereich und einen Zuleitungsbereich, wobei der Deckbereich in senkrechter Sicht durch die Scheibe mindestens den Berührungs- bzw. Annäherungsbereich, insbesondere den Berührungs- bzw. Annäherungsbereich und den Zuleitungsbereich, überdeckt. Vorzugsweise wird durch den Deckbereich in senkrechter Sicht durch die Scheibe der Berührungs- bzw. Annäherungsbereich, insbesondere der Berührungs- bzw. Annäherungsbereich und der Zuleitungsbereich, vollständig überdeckt.
Der Berührungs- bzw. Annäherungsbereich kann prinzipiell jede beliebige Form aufweisen, beispielsweise kreisförmig, elliptisch oder tropfenförmig. Alternativ sind eckige Formen möglich, beispielsweise Dreiecke, Quadrate, Rechtecke, Trapeze oder anders geartete Vierecke oder Polygone höherer Ordnung. Allgemein ist es besonders vorteilhaft, wenn etwaige Ecken abgerundet sind. Der Berührungs- bzw. Annäherungsbereich weist beispielsweise eine Fläche von 1 cm² bis 200 cm², bevorzugt von 1 cm² bis 9 cm² auf. Die Länge des Berührungs- bzw. Annäherungsbereich beträgt beispielsweise von 1 cm bis 14 cm, die maximale Breite des Berührungs- bzw. Annäherungsbereich beträgt beispielsweise von 1 cm bis 14 cm. Die Länge des Zuleitungsbereichs beträgt beispielsweise 1 cm bis 70 cm. Die Breite des Zuleitungsbereichs beträgt beispielsweise von 0,5 mm bis 10 mm. Die Form des Zuleitungsbereichs ist bevorzugt rechteckförmig, streifenförmig oder linienförmig.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibenanordnung umfasst die kapazitive Sensoranordnung auf der anderen (Schicht-)Seite des kapazitiven Schaltbereichs (d.h. außerhalb der Ebene des kapazitiven Schaltbereichs) einen weiteren schichtenförmigen Deckbereich, welcher in senkrechter Sicht durch die Scheibe den Zuleitungsbereich mindestens teilweise, insbesondere vollständig, überdeckt, jedoch nicht den Berührungs- bzw. Annäherungsbereich. Vorzugsweise ist der weitere Deckbereich parallel zum kapazitiven Schaltbereich angeordnet.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibenanordnung umfasst die kapazitive Sensoranordnung eine Trägerfolie für mindestens einen schichtenförmigen Bereich der Abschirmung. Beispielsweise sind auf einer Seite der Trägerfolie der kapazitive Schaltbereich und der diesen umgebende Rahmenbereich und auf der anderen Seite der Trägerfolie der Deckbereich angeordnet. Möglich ist auch, dass nur der kapazitive Schaltbereich und der diesen umgebende Rahmenbereich auf einer Seite der Trägerfolie angeordnet sind, wobei der Deckbereich fehlt. Gleichermaßen möglich ist, dass auf der einen Seite der Trägerfolie nur der kapazitive Schaltbereich (kein Rahmenbereich) und auf der anderen Seite der Trägerfolie der Deckbereich angeordnet ist. Vorteilhaft kann die kapazitive Sensoranordnung mit Trägerfolie vorgefertigt bzw. vorkonfektioniert werden und als vorgefertigtes Bauteil in die Verbundscheibe laminiert werden.
Alternativ sind der kapazitive Schaltbereich und optional der diesen umgebende Rahmenbereich auf einer der beiden Scheiben angeordnet und der Deckbereich ist auf der Trägerfolie angeordnet.
Die Trägerfolie ist bevorzugt transparent. Sie enthält bevorzugt eine Polyethylenterepthalat (PET)-Folie oder besteht daraus. Die Dicke der Trägerfolie beträgt bevorzugt von 0,025 mm bis 0,1 mm. Die Trägerfolie hat bevorzugt eine relative Permittivität von 2 bis 4 und besonders bevorzugt von 2,7 bis 3,3. Mit derartigen Trägerfolien lassen sich besonders gute Verbundscheiben herstellen, da derart dünne Trägerfolien auch bei nur abschnittsweiser Anordnung gut und optisch unauffällig in der Verbundscheibe integrierbar sind. Gleichzeit lassen sich gute und selektive Schaltsignale erzeugen.
Alternativ ist keine Trägerfolie für die kapazitive Sensoranordnung vorgesehen und der kapazitive Schaltbereich und der Rahmenbereich sind auf der einen Scheibe angeordnet und der Deckbereich ist auf der anderen Scheibe angeordnet. Möglich ist auch, dass bei dieser Ausgestaltung kein Rahmenbereich oder alternativ kein Deckbereich vorgesehen ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibenanordnung umfasst die Sensoranordnung eine elektrisch leitfähige Schicht, in welcher der kapazitive Schaltbereich vom Rahmenbereich durch eine beschichtungsfreie Trennlinie elektrisch unterteilt ist und in welcher der Rahmenbereich von einem Umgebungsbereich durch eine beschichtungsfreie Trennlinie elektrisch unterteilt ist. Möglich ist auch, dass kein Rahmenbereich vorgesehen ist und der kapazitive Schaltbereich durch eine beschichtungsfreie Trennlinie vom Umgebungsbereich elektrisch unterteilt ist.
Vorzugsweise umfasst die Sensoranordnung gemäß vorstehender Ausgestaltung eine weitere elektrisch leitfähige Schicht, in welcher der Deckbereich von einem Umgebungsbereich durch eine beschichtungsfreie Trennlinie elektrisch unterteilt ist. Ein Deckbereich ist jedenfalls vorgesehen, wenn kein Rahmenbereich vorgesehen ist.
Eine solche elektrisch leitfähige Schicht enthält bevorzugt eine transparente, elektrisch leitfähige Beschichtung. Transparent bedeutet hier durchlässig für elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise elektromagnetische Strahlung einer Wellenlänge von 300 nm bis 1.300 nm und insbesondere für sichtbares Licht.
Elektrisch leitfähige Schichten sind beispielsweise aus DE 20 2008 017 611 U1 , EP 0 847 965 B1 oder WO2012/052315 A1 bekannt. Sie enthalten typischerweise eine oder mehrere, beispielsweise zwei, drei oder vier elektrisch leitfähige, funktionelle Schichten. Die funktionellen Schichten enthalten bevorzugt zumindest ein Metall, beispielsweise Silber, Gold, Kupfer, Nickel und/oder Chrom, oder eine Metalllegierung. Die funktionellen Schichten enthalten besonders bevorzugt mindestens 90 Gew. % des Metalls, insbesondere mindestens 99,9 Gew. % des Metalls. Die funktionellen Schichten können aus dem Metall oder der Metalllegierung bestehen. Die funktionellen Schichten enthalten besonders bevorzugt Silber oder eine silberhaltige Legierung. Solche funktionellen Schichten weisen eine besonders vorteilhafte elektrische Leitfähigkeit bei gleichzeitiger hoher Transmission im sichtbaren Spektralbereich auf. Die Dicke einer funktionellen Schicht beträgt bevorzugt von 5 nm bis 50 nm, besonders bevorzugt von 8 nm bis 25 nm. In diesem Bereich für die Dicke der funktionellen Schicht wird eine vorteilhaft hohe Transmission im sichtbaren Spektralbereich und eine besonders vorteilhafte elektrische Leitfähigkeit erreicht.
Typischerweise ist jeweils zwischen zwei benachbarten funktionellen Schichten zumindest eine dielektrische Schicht angeordnet. Bevorzugt ist unterhalb der ersten und/oder oberhalb der letzten funktionellen Schicht eine weitere dielektrische Schicht angeordnet. Eine dielektrische Schicht enthält zumindest eine Einzelschicht aus einem dielektrischen Material, beispielsweise enthaltend ein Nitrid wie Siliziumnitrid oder ein Oxid wie Aluminiumoxid. Die dielektrische Schicht kann aber auch mehrere Einzelschichten umfassen, beispielsweise Einzelschichten aus einem dielektrischen Material, Glättungsschichten, Anpassungsschichten, Blockerschichten und / oder Antireflexionsschichten. Die Dicke einer dielektrischen Schicht beträgt beispielsweise von 10 nm bis 200 nm.
Dieser Schichtaufbau wird im Allgemeinen durch eine Folge von Abscheidevorgängen erhalten, die durch ein Vakuumverfahren wie die magnetfeldgestützte Kathodenzerstäubung durchgeführt werden.
Weitere geeignete elektrisch leitfähige Schichten enthalten bevorzugt Indium-Zinnoxid (ITO), fluordotiertes Zinnoxid (SnO₂:F) oder aluminiumdotiertes Zinkoxid (ZnO:AI).
Eine elektrisch leitfähige Schicht kann prinzipiell jede Beschichtung sein, die elektrisch kontaktiert werden kann. Soll die Verbundscheibe die Durchsicht ermöglichen, wie es beispielsweise bei Scheiben im Fensterbereich der Fall ist, so ist die elektrisch leitfähige Schicht bevorzugt transparent. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die elektrisch leitfähige Schicht eine Schicht oder ein Schichtaufbau mehrerer Einzelschichten mit einer Gesamtdicke von kleiner oder gleich 2 µm, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 1 µm.
Vorteilhaft weist eine transparente elektrisch leitfähige Schicht einen Flächenwiderstand von 0,4 Ohm/Quadrat bis 200 Ohm/Quadrat auf. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die elektrisch leitfähige Schicht einen Flächenwiderstand von 0,5 Ohm/Quadrat bis 20 Ohm/Quadrat auf. Beschichtungen mit derartigen Flächenwiderständen eignen sich besonders zur Beheizung von Fahrzeugscheiben bei typischen Bordspannungen von 12 V bis 48 Volt oder bei Elektrofahrzeugen mit typischen Bordspannungen von bis zu 500 V.
Eine elektrisch leitfähige Schicht ist bevorzugt auf der Oberfläche der Trägerfolie angeordnet. Die elektrisch leitfähige Schicht kann sich über die gesamte Oberfläche einer Seite der Trägerfolie erstrecken. Die elektrisch leitfähige Schicht kann sich alternativ aber auch nur über einen Teil der Oberfläche der Trägerfolie erstrecken. Die elektrisch leitfähige Schicht kann eine oder mehrere unbeschichtete Zonen aufweisen. Diese Zonen können für elektromagnetische Strahlung durchlässig sein und sind beispielsweise als Datenübertragungsfenster oder Kommunikationsfenster bekannt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die elektrisch leitfähige Schicht um eine Breite von 2 mm bis 50 mm, bevorzugt von 5 mm bis 20 mm vom Rand der Verbundscheibe entfernt angeordnet. Die elektrisch leitfähige Schicht weist dann keinen Kontakt zur Atmosphäre auf und ist im Inneren der Verbundscheibe durch die Zwischenschichten vorteilhaft vor Beschädigungen und Korrosion geschützt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung beträgt die Breite der Trennlinien zur elektrischen Unterteilung einer elektrisch leitfähigen Schicht von 30 µm bis 200 µm und bevorzugt von 70 µm bis 140 µm. Derartig dünne Trennlinien erlauben eine sichere und ausreichend hohe elektrische Isolierung und stören gleichzeitig die Durchsicht durch die Verbundscheibe nicht oder nur geringfügig.
Vorzugsweise ist die kapazitive Sensoranordnung mindestens teilweise, insbesondere vollständig, in der Verbundscheibe laminiert, wobei es besonders vorteilhaft ist, wenn die Sensoranordnung eine Trägerfolie umfasst und die kapazitive Sensoranordnung in Form eines vorgefertigten Bauteils ausgebildet und mindestens teilweise in der Verbundscheibe laminiert ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibenanordnung ist die kapazitive Sensoranordnung auf einer außenseitigen Oberfläche der ersten Scheibe oder auf einer außenseitigen Oberfläche der zweiten Scheibe angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibenanordnung umfasst die kapazitive Sensoranordnung auf einer (Schicht-)Seite des kapazitiven Schaltbereichs einen weiteren schichtenförmigen Deckbereich, welcher in senkrechter Sicht durch die Scheibe den kapazitiven Schaltbereich mindestens teilweise, insbesondere vollständig, überdeckt. Der weitere Deckbereich ist mit keinem Potential oder mit Masse beaufschlagbar bzw. beaufschlagt, wobei durch diese passive Abschirmung eine weitere Verbesserung erreicht werden kann. Auf der anderen (Schicht-)Seite des kapazitiven Schaltbereichs kann eine weiterer schichtenförmiger Deckbereich angeordnet sein, welcher in senkrechter Sicht durch die Scheibe den Zuleitungsbereich mindestens teilweise, insbesondere vollständig, überdeckt, jedoch nicht den Berührungs- bzw. Annäherungsbereich überdeckt. Diese zusätzlichen Deckbereiche sind analog zu den Deckbereichen der elektrisch aktiven Abschirmung ausgebildet, d.h. die elektrisch aktive Abschirmung und die elektrisch passive Abschirmung des Berührungs- bzw. Annäherungsbereichs sind auf derselben Seite des Berührungs- bzw. Annäherungsbereichs angeordnet.
Der Schaltbereich ist ein kapazitiver Schaltbereich, das heißt, er ist besonders für eine kapazitive Berührungsdetektion ausgebildet. In einer vorteilhaften Ausgestaltung bildet der Schaltbereich dabei eine Flächenelektrode aus. Über eine kapazitive Sensorelektronik wird die Kapazität der Flächenelektrode gemessen. Die Kapazität der Flächenelektrode ändert sich gegen Erde, wenn ein Körper (beispielsweise ein menschlicher Körper), in ihre Nähe kommt oder beispielsweise eine Isolatorschicht über der Flächenelektrode berührt. Die Kapazitätsänderung wird durch die Sensorelektronik gemessen und bei Überschreiten eines Schwellwerts wird ein Schaltsignal ausgelöst. Der Schaltbereich wird durch Form und Größe der Flächenelektrode festgelegt.
Der Bereich einer elektrisch leitfähigen Schicht, der außerhalb des kapazitiven Schaltbereichs angeordnet ist (Umgebungsbereich) kann über einen weiteren Anschlussbereich mit der kapazitiven Sensorelektronik verbindbar bzw. verbunden sein. In einer solchen Anordnung bilden der kapazitive Schaltbereich und der Umgebungsbereich zwei Elektroden aus, die kapazitiv miteinander gekoppelt sind. Die Kapazität des von den Elektroden gebildeten Kondensators ändert sich bei Annäherung eines Körpers, beispielsweise eines menschlichen Körperteils. Die Kapazitätsänderung wird durch die Sensorelektronik gemessen und bei Überschreiten eines Schwellwerts wird ein Schaltsignal ausgelöst. Der sensitive Bereich wird durch Form und Größe des Bereichs, in denen die Elektroden kapazitiv gekoppelt sind, festgelegt.
Die ausgegebenen Schaltsignale können beliebig und den Erfordernissen der jeweiligen Verwendung angepasst sein. So kann das Schaltsignal eine positive Spannung, beispielsweise 12 V, bedeuten, kein Schaltsignal beispielsweise 0 V bedeuten und ein anderes Schaltsignal beispielweise + 6V bedeuten. Die Schaltsignale können auch den bei einem CAN-Bus üblichen Spannungen CAN_High und CAN_Low entsprechen und um einen dazwischen liegenden Spannungswert wechseln. Das Schaltsignal kann auch gepulst und/oder digital codiert sein.
Die Empfindlichkeit der Sensorelektronik kann in Abhängigkeit der Größe des Berührungs- bzw. Annäherungsbereichs und in Abhängigkeit der Dicke von erster Scheibe, Zwischenschicht und zweiter Scheibe im Rahmen einfacher Experimente ermittelt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibenanordnung ist der kapazitive Schaltbereich mit einem Flachleiter verbunden und der Flachleiter ist aus der Scheibe herausgeführt. Die integrierte Scheibenanordnung kann dann besonders einfach am Verwendungsort mit einer Spannungsquelle und einer Signalleitung verbunden werden, die das Schaltsignal der Sensorschaltung auswertet, beispielsweise in einem Fahrzeug über einen CAN-Bus.
Als erste Scheibe und zweite Scheibe sind im Grunde alle elektrisch isolierenden Scheiben geeignet, die unter den Bedingungen der Herstellung und der Verwendung der erfindungsgemäßen Verbundscheibe thermisch und chemisch stabil sowie dimensionsstabil sind.
Die erste Scheibe und/oder die zweite Scheibe enthalten bevorzugt Glas, besonders bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas, Kalk-Natron-Glas, oder klare Kunststoffe, vorzugsweise starre klare Kunststoffe, insbesondere Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyamid, Polyester, Polyvinylchlorid und/oder Gemische davon. Die erste Scheibe und/oder die zweite Scheibe sind bevorzugt transparent, insbesondere für die Verwendung der Verbundscheibe als Windschutzscheibe oder Rückscheibe eines Fahrzeugs oder anderen Verwendungen bei denen eine hohe Lichttransmission erwünscht ist. Als transparent im Sinne der Erfindung wird dann eine Scheibe verstanden, die eine Transmission im sichtbaren Spektralbereich von größer 70 % aufweist. Für Scheiben, die nicht im verkehrsrelevanten Sichtfeld des Fahrers liegen, beispielsweise für Dachscheiben, kann die Transmission aber auch viel geringer sein, beispielsweise größer als 5 %.
Die Dicke von erster Scheibe und/oder zweiter Scheibe kann breit variieren und so den Erfordernissen des Einzelfalls angepasst werden. Vorzugsweise werden Standardstärken von 1,0 mm bis 25 mm, bevorzugt von 1,4 mm bis 2,5 mm für Fahrzeugglas und bevorzugt von 4 mm bis 25 mm für Möbel, Geräte und Gebäude, insbesondere für elektrische Heizkörper, verwendet. Die Größe der Verbundscheibe kann breit variieren und richtet sich nach der Größe der erfindungsgemäßen Verwendung. Die Verbundscheibe weist eine beispielsweise im Fahrzeugbau und Architekturbereich übliche Fläche von 200 cm² bis zu 20 m² auf.
Die Verbundscheibe kann eine beliebige dreidimensionale Form aufweisen. Vorzugsweise hat die dreidimensionale Form keine Schattenzonen, so dass sie beispielsweise durch Kathodenzerstäubung beschichtet werden kann. Bevorzugt ist die Verbundscheibe planar oder leicht oder stark in einer Richtung oder in mehreren Richtungen des Raumes gebogen. Die Scheiben können farblos oder gefärbt sein.
Die erste Scheibe und die zweite Scheibe werden durch mindestens eine Zwischenschicht fest miteinander verbunden. Die Zwischenschicht ist bevorzugt transparent. Die Zwischenschicht enthält vorzugsweise mindestens einen Kunststoff, bevorzugt Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA) und/oder Polyethylenterephthalat (PET). Die Zwischenschicht kann aber auch beispielsweise Polyurethan (PU), Polypropylen (PP), Polyacrylat, Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC), Polymethylmetacrylat, Polyvinylchlorid, Polyacetatharz, Gießharze, Acrylate, fluorinierte Ethylen-Propylene, Polyvinylfluorid und/oder Ethylen-Tetrafluorethylen, oder Copolymere oder Gemische davon enthalten. Die Zwischenschicht kann durch eine oder auch durch mehrere übereinander angeordnete Folien ausgebildet werden, wobei die Dicke einer Folie bevorzugt von 0,025 mm bis 1 mm beträgt, typischerweise 0,38 mm oder 0,76 mm. Die Zwischenschicht ist bevorzugt thermoplastisch und verklebt nach der Lamination die erste Scheibe und die zweite Scheibe miteinander.
Der Flachleiter ist bevorzugt als Folienleiter oder flexibler Folienleiter (Flachleiter, Flachbandleiter) ausgebildet. Unter Folienleiter wird ein elektrischer Leiter verstanden, dessen Breite deutlich größer ist als seine Dicke. Ein solcher Folienleiter umfasst beispielsweise mindestens einen Streifen oder Band (Kontaktbahn) enthaltend oder bestehend aus Kupfer, verzinntem Kupfer, Aluminium, Silber, Gold oder Legierungen davon. Der Folienleiter weist beispielsweise eine Breite von 2 mm bis 16 mm und eine Dicke von 0,03 mm bis 0,1 mm auf. Der Folienleiter kann eine isolierende, bevorzugt polymere Ummantelung, beispielsweise auf Polyimid-Basis aufweisen. Folienleiter, die sich zur Kontaktierung von elektrisch leitfähigen Beschichtungen in Scheiben eignen, weisen lediglich eine Gesamtdicke von beispielsweise 0,3 mm auf. Derart dünne Folienleiter können ohne Schwierigkeiten zwischen den einzelnen Scheiben in der vorzugsweise thermoplastischen Zwischenschicht eingebettet werden.
Alternativ können auch dünne Metalldrähte als elektrische Zuleitung verwendet werden. Die Metalldrähte enthalten insbesondere Kupfer, Wolfram, Gold, Silber oder Aluminium oder Legierungen mindestens zweier dieser Metalle. Die Legierungen können auch Molybdän, Rhenium, Osmium, Iridium, Palladium oder Platin enthalten.
Die elektrische Leitungsverbindung zwischen dem kapazitiven Schaltbereich und einem Flachleiter erfolgt bevorzugt über elektrisch leitfähige Kleber, die eine sichere und dauerhaft elektrische Leitungsverbindung ermöglichen. Alternativ kann die elektrische Leitungsverbindung auch durch Klemmen erfolgen, da die Klemmverbindung durch den Laminiervorgang verrutschungssicher fixiert wird.
Das Aufbringen der elektrisch leitfähigen Schicht(en) kann durch an sich bekannte Verfahren erfolgen, bevorzugt durch magnetfeldunterstützte Kathodenzerstäubung. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine einfache, schnelle, kostengünstige und gleichmäßige Beschichtung. Die elektrisch leitfähige Schicht kann aber auch beispielsweise durch Aufdampfen, chemische Gasphasenabscheidung (chemical vapour deposition, CVD), plasmagestützte Gasphasenabscheidung (PECVD) oder durch nasschemische Verfahren aufgebracht werden.
Die Entschichtung einzelner Trennlinien in der elektrisch leitfähigen Schicht erfolgt vorzugsweise durch einen Laserstrahl. Verfahren zum Strukturieren dünner Metallfilme sind beispielsweise aus EP 2 200 097 A1 oder EP 2 139 049 A1 bekannt. Die Breite der Entschichtung beträgt bevorzugt 10 µm bis 1000 µm, besonders bevorzugt 30 µm bis 200 µm und insbesondere 70 µm bis 140 µm. In diesem Bereich findet eine besonders saubere und rückstandsfreie Entschichtung durch den Laserstrahl statt. Die Entschichtung mittels Laserstrahl ist besonders vorteilhaft, da die entschichteten Linien optisch sehr unauffällig sind und das Erscheinungsbild und die Durchsicht nur wenig beeinträchtigen. Die Entschichtung einer Linie mit einer Breite, die breiter ist als die Breite eines Laserschnitts, erfolgt durch mehrmaliges Abfahren der Linie mit dem Laserstrahl. Die Prozessdauer und die Prozesskosten steigen deshalb mit zunehmender Linienbreite an. Alternativ kann die Entschichtung durch mechanisches Abtragen sowie durch chemisches oder physikalisches Ätzen erfolgen.
Alternativ können die schichtenförmigen Bereiche (kapazitiver Schaltbereich, Deckbereich(e), Rahmenbereich) aufgedruckt werden, beispielsweise mittels einer metallhaltigen und insbesondere silberhaltigen, elektrisch leitfähigen Druckpaste.
Die Zwischenschicht kann durch eine einzelne oder auch durch zwei oder mehrere Folien, die flächenmäßig übereinander angeordnet werden, ausgebildet werden.
Das Verbinden von erster Scheibe und zweite Scheibe erfolgt bevorzugt unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und/oder Druck. Es können an sich bekannte Verfahren zur Herstellung einer Verbundscheibe verwendet werden. Es können beispielsweise sogenannte Autoklavverfahren bei einem erhöhten Druck von etwa 10 bar bis 15 bar und Temperaturen von 130 °C bis 145 °C über etwa 2 Stunden durchgeführt werden. An sich bekannte Vakuumsack- oder Vakuumringverfahren arbeiten beispielsweise bei etwa 200 mbar und 80 °C bis 110°C. Die erste Scheibe, die thermoplastische Zwischenschicht und die zweite Scheibe können auch in einem Kalander zwischen mindestens einem Walzenpaar zu einer Scheibe verpresst werden. Anlagen dieser Art sind zur Herstellung von Scheiben bekannt und verfügen normalerweise über mindestens einen Heiztunnel vor einem Presswerk. Die Temperatur während des Pressvorgangs beträgt beispielsweise von 40 °C bis 150 °C. Kombinationen von Kalander- und Autoklavverfahren haben sich in der Praxis besonders bewährt. Alternativ können Vakuumlaminatoren eingesetzt werden. Diese bestehen aus einer oder mehreren beheizbaren und evakuierbaren Kammern, in denen die erste Scheibe und die zweite Scheibe innerhalb von beispielsweise etwa 60 Minuten bei verminderten Drücken von 0,01 mbar bis 800 mbar und Temperaturen von 80°C bis 170°C laminiert werden.
Die erfindungsgemäße Scheibenanordnung kann in Gebäuden, insbesondere im Zugangsbereich, Fensterbereich, Dachbereich oder Fassadenbereich, als Einbauteil in Möbeln und Geräten, in Fortbewegungsmitteln für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, insbesondere in Zügen, Schiffen und Kraftfahrzeugen beispielsweise als Windschutzscheibe, Heckscheibe, Seitenscheibe und / oder Dachscheibe verwendet werden.
Die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung können einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein. Insbesondere sind die vorstehend genannten und nachstehend zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Figuren genommen wird. Es zeigen in vereinfachter, nicht maßstäblicher Darstellung:

1 eine Querschnittdarstellung durch eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibenanordnung,
2-3 Querschnittdarstellungen durch alternative Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Scheibenanordnung,
4 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Scheibenanordnung von 3,
5-6 alternative Ausgestaltungen der Scheibenanordnung von 4.

Es sei zunächst 1 betrachtet, worin anhand einer Querschnittdarstellung eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibenanordnung 100 veranschaulicht ist. Die Scheibenanordnung 100 umfasst eine Verbundscheibe 1. In der Ansicht von 1 ist die Scheibenanordnung 100 senkrecht zur Scheibenebene geschnitten.
Die Verbundscheibe 1 ist beispielsweise eine Fahrzeugscheibe und insbesondere die Windschutzscheibe eines Personenkraftwagens. Die Abmessungen der Verbundscheibe 1 betragen beispielsweise 0,9 m x 1,5 m. Die Verbundscheibe 1 umfasst eine erste Scheibe 2 und ein zweite Scheibe 3, die durch mindestens eine thermoplastische Zwischenschicht 4 fest miteinander verbunden sind. Die erste Scheibe 2 ist beispielsweise dafür vorgesehen, in Einbaulage innenraumseitig eines Fahrzeugs angeordnet zu sein. Die erste Scheibe 2 kann demnach eine Innenscheibe, die zweite Scheibe 3 eine Außenscheibe sein. In gängiger Notation weist die zweite Scheibe 3 eine außenseitige Oberfläche I und eine innenseitige Oberfläche II, die erste Scheibe 2 eine innenseitige Oberfläche III und eine außenseitige Oberfläche IV auf. Hierbei sind die beiden innenseitigen Oberflächen II und III der Zwischenschicht 4 zugewandt, die beiden außenseitigen Oberflächen I und IV sind von der Zwischenschicht 4 abgewandt.
Die beiden Scheiben 2, 3 bestehen vorzugsweise aus Glas, beispielsweise NatronKalkglas. Die Dicke der ersten Scheibe 2 beträgt beispielsweise 1,6 mm und die Dicke der zweiten Scheibe 3 beträgt beispielsweise 2,1 mm. Es versteht sich, dass die beiden Scheiben 2, 3 beliebige Dicken aufweisen können und beispielsweise auch gleich dick ausgebildet sein können. Die Zwischenschicht 4 ist eine thermoplastische Zwischenschicht und besteht beispielsweise aus Polyvinylbutyral (PVB). Sie weist beispielsweise eine Dicke von 0,38 mm auf, wobei es sich versteht, dass die Zwischenschicht 4 auch eine andere Dicke aufweisen kann.
Die Scheibenanordnung 100 weist eine insgesamt mit der Bezugszahl 101 bezeichnete kapazitive Sensoranordnung auf, welche in 1 lediglich in schematischer Weise dargestellt ist. Konkrete Ausgestaltungen der kapazitiven Sensoranordnung 101 ergeben sich beispielhaft aus den 4 bis 6. Die kapazitive Sensoranordnung 101 kann sich zwischen den beiden Scheiben 2, 3 befinden, wie in 1 gezeigt ist. Hierbei ist die kapazitive Sensoranordnung 101 flach ausgebildet, so dass sie zwischen den beiden Scheiben 2, 3 laminiert werden kann. Gleichermaßen ist jedoch auch möglich, dass sich die kapazitive Sensoranordnung 101 auf der außenseitigen Oberfläche IV der ersten Scheibe 2 oder der außenseitigen Oberfläche I der zweiten Scheibe 3 befindet.
Die kapazitive Sensoranordnung 101 umfasst mindestens einen kapazitiven Schaltbereich 5, der mit einer kapazitiven Sensorelektronik 7 elektrisch verbunden ist. Der kapazitive Schaltbereich 5 ist als schichtenförmiger Bereich ausgebildet. Der kapazitive Schaltbereich 5 verfügt über eine der ersten Scheibe 2 zugewandte erste Seite und eine der zweiten Scheibe 3 zugewandte zweite Seite. Der kapazitive Schaltbereich 5 umfasst einen Berührungs- bzw. Annäherungsbereich 15 und einen Zuleitungsbereich 16, der den Berührungs- bzw. Annäherungsbereich 15 mit der kapazitiven Sensorelektronik 7 elektrisch verbindet.
Die kapazitive Sensoranordnung 101 umfasst eine insgesamt mit der Bezugszahl 102 bezeichnete Abschirmung gegen kapazitive Störsignale, die sich aus einem oder mehreren schichtenförmigen Bereichen zusammensetzt, wie im Weiteren näher erläutert wird. Die Abschirmung 102 dient zum Abschirmen parasitärer (Stör-)Einflüsse auf den kapazitiven Schaltbereich 5. Wesentlich hierbei ist, dass die Abschirmung 102 mindestens einen (elektrisch aktiven) schichtenförmigen Bereich aufweist, der mit einem elektrischen Signal (z.B. Potential oder Frequenz) beaufschlagbar bzw. beaufschlagt ist, welches dem elektrischen Prüfsignal des kapazitiven Schaltbereichs 5 gleicht, das sich in Abhängigkeit von dessen elektrischer Kapazität ändert. Es handelt sich vorzugsweise um einen Signalzwilling des auf der Kapazität basierenden elektrischen (Prüf-)Signals des kapazitiven Schaltbereichs 5.
Gemäß einer Ausgestaltung umfasst die Abschirmung 102 auf der der ersten Scheibe 2 (z.B. Innenscheibe) zugewandten Seite des Schaltbereichs 5 (vorzugsweise in einer zur Ebene des kapazitiven Schaltbereichs 5 parallelen Ebene) einen schichtenförmigen Deckbereich 8, der in senkrechter Sicht durch die Verbundscheibe 1 den kapazitiven Schaltbereich 5 mindestens teilweise, vorzugsweise vollständig, überdeckt. Vorteilhaft wird mindestens der Berührungs- bzw. Annäherungsbereich 15 vollständig überdeckt. Der schichtenförmige Deckbereich 8 ist durch eine elektrisch isolierende Schicht vom kapazitiven Schaltbereich 5 elektrisch getrennt, was in 1 nicht dargestellt ist. Der schichtenförmige Deckbereich 8 ist mit der kapazitiven Sensorelektronik 7 elektrisch verbunden und wird von der kapazitiven Sensorelektronik 7 mit einem Signalzwilling des sich in Abhängigkeit der (momentanen) Kapazität ändernden Prüfsignals des kapazitiven Schaltbereichs 5 beaufschlagt.
Optional umfasst die Abschirmung 102 auf der der zweiten Scheibe 3 (z.B. Außenscheibe) zugewandten Seite des kapazitiven Schaltbereichs 5 (vorzugsweise in einer zur Ebene des kapazitiven Schaltbereichs 5 parallelen Ebene) einen weiteren schichtenförmigen Deckbereich 8', der in senkrechter Sicht durch die Verbundscheibe 1 den Zuleitungsbereich 16 mindestens teilweise, vorzugsweise vollständig, überdeckt. Der schichtenförmige Deckbereich 8' ist durch eine elektrisch isolierende Schicht vom kapazitiven Schaltbereich 5 elektrisch getrennt, was in 1 nicht dargestellt ist. Der schichtenförmige Deckbereich 8' überdeckt nicht den kapazitiven Schaltbereich 5, so dass eine kapazitive Änderung aufgrund einer externen Einflussnahme auf der Seite der zweiten Scheibe 3 erfasst werden kann (Nutzsignal). Auch der schichtenförmige Deckbereich 8' ist mit der kapazitiven Sensorelektronik 7 elektrisch verbunden und wird von der kapazitiven Sensorelektronik 7 mit einem Signalzwilling des Prüfsignals des kapazitiven Schaltbereichs 5 beaufschlagt.
Gemäß einer Ausgestaltung umfasst die Abschirmung 102 in der Ebene des kapazitiven Schaltbereichs 5 einen schichtenförmigen Rahmenbereich 9, welcher den kapazitiven Schaltbereich 5 umrahmt, vorzugsweise vollständig umrahmt, soweit dies möglich ist. In der Ebene des kapazitiven Schaltbereichs ist der Rahmenbereich 9 vom kapazitiven Schaltbereich 5 durch eine beschichtungsfreie Trennlinie und/oder ein dielektrisches Material elektrisch getrennt. Auch der schichtenförmige Rahmenbereich 9 ist mit der kapazitiven Sensorelektronik 7 elektrisch verbunden und wird von der kapazitiven Sensorelektronik 7 mit einem Signalzwilling des Prüfsignals des kapazitiven Schaltbereichs 5 beaufschlagt. Vorteilhaft überdeckt der schichtenförmige Deckbereich 8, welcher auf der der ersten Scheibe 2 zugewandten Seite des kapazitiven Schaltbereichs 5 angeordnet ist, in senkrechter Sicht durch die Verbundscheibe 1 auch den Rahmenbereich 9 mindestens teilweise, insbesondere vollständig.
Wie in 1 gezeigt, umfasst die Abschirmung 102 optional weiterhin mindestens einen (elektrisch passiven) schichtenförmigen Bereich, der entweder mit keinem elektrischen Potential oder mit Masse beaufschlagt wird. So umfasst die Abschirmung 102 einen weiteren schichtenförmigen Deckbereich 8" auf der der ersten Scheibe 2 (z.B. Innenscheibe) zugewandten Seite des Schaltbereichs 5, der in senkrechter Sicht durch die Verbundscheibe 1 den kapazitiven Schaltbereich 5 mindestens teilweise, vorzugsweise vollständig, überdeckt. Der schichtenförmige Deckbereich 8" ist durch eine elektrisch isolierende Schicht vom schichtenförmigen Deckbereich 8 elektrisch getrennt, was in 1 nicht dargestellt ist. Alternativ oder ergänzend umfasst die Abschirmung 102 auf der der zweiten Scheibe 3 (z.B. Außenscheibe) zugewandten Seite des Zuleitungsbereichs 16 einen weiteren schichtenförmigen Deckbereich 8''', der in senkrechter Sicht durch die Verbundscheibe 1 den Zuleitungsbereich 16 mindestens teilweise, vorzugsweise vollständig, überdeckt. Der schichtenförmige Deckbereich 8''' überdeckt nicht den kapazitiven Schaltbereich 5. Der schichtenförmige Deckbereich 8''' ist durch eine elektrisch isolierende Schicht vom schichtenförmigen Deckbereich 8' elektrisch getrennt, was in 1 nicht dargestellt ist.
Durch die passive Abschirmung kann die Beeinträchtigung durch parasitäre kapazitive (Stör-)Einflüsse weiter vermindert werden.
Da der kapazitive Schaltbereich 5 in Richtung zur zweiten Scheibe 3 (z.B. in Richtung zur Außenscheibe) von keinem zur Abschirmung 102 gehörenden, schichtenförmigen Bereich überdeckt ist, kann eine auf der Seite der zweiten Scheibe 3 bewirkte Kapazitätsänderung des kapazitiven Schaltbereichs 5 erfasst werden (beispielsweise durch Feuchtigkeit auf der außenseitigen Oberfläche I der zweiten Scheibe 3). Alternativ wäre es gleichermaßen möglich, dass der kapazitive Schaltbereich 5 in Richtung zur ersten Scheibe 2 (z.B. Innenscheibe) von keinem zur Abschirmung 102 gehörenden, schichtenförmigen Bereich überdeckt ist, so dass eine auf der Seite der ersten Scheibe 2 bewirkte Kapazitätsänderung des kapazitiven Schaltbereichs 5 erfasst werden (beispielsweise durch Annähern oder Berühren der außenseitigen Oberfläche IV der ersten Scheibe 2 durch ein menschliches Körperteil, z.B. Finger).
Die (momentane) Kapazität des kapazitiven Schaltbereichs 5 kann gegenüber einem Umgebungsbereich bestimmt werden, was in Verbindung mit 4 näher erläutert wird. Insbesondere kann hierdurch eine durch äußere Einflüsse bewirkte Änderung der Kapazität des kapazitiven Schaltbereichs 5 erfasst werden.
Die kapazitive Sensorelektronik 7 umfasst in aller Regel eine Mehrzahl von Komponenten, die der Bearbeitung, insbesondere Konditionierung, eines auf der (veränderlichen) Kapazität des kapazitiven Schaltbereichs 5 basierenden elektrischen Signals dienen, beispielsweise Ausleseelektronik, Verstärker, AD-Wandler und dergleichen mehr. In 1 ist die Sensorelektronik 7 flach ausgebildet und zwischen den beiden Scheiben 2, 3 laminiert. Über eine Ausgangsleitung 17 wird ein digitales und/oder analoges Ausgangssignal ausgegeben.
Wie bereits ausgeführt, umfasst die Abschirmung 102 mindestens einen schichtenförmigen Bereich 8, 8', 9, der mit einem elektrischen Signal beaufschlagt wird, das auf einem von der (momentanen) Kapazität des kapazitiven Schaltbereichs 5 abhängenden elektrischen (Prüf-)Signal zur Erfassung der Kapazität des elektrischen Schaltbereichs 5 basiert (z.B. Signalzwilling des Prüfsignals des kapazitiven Schaltbereichs 5). Dies hat zur Folge, dass zwischen dem mindestens einen schichtenförmigen Bereich der Abschirmung 102 und dem kapazitiven Schaltbereich 5 der Spannungsabfall Null beträgt und kapazitive Störsignale hierdurch herausgefiltert werden. Durch die optionale passive Abschirmung wird die Abschirmwirkung weiter verbessert.
In 2 ist eine alternative Ausgestaltung der Scheibenanordnung 100 gezeigt, welche sich von der Scheibenanordnung 100 von 1 nur dadurch unterscheidet, dass eine kapazitive Sensorelektronik 7' innerhalb der Verbundscheibe 1 und eine weitere kapazitive Sensorelektronik 7" außerhalb der Verbundscheibe 1 angeordnet ist. Die verschiedenen Elektronikbausteine 7', 7" sind durch eine Verbindungsleitung 11 (Flachleiter) elektrisch verbunden.
Die Ausgestaltung der Scheibenanordnung 100 von 3 unterscheidet sich von der Scheibenanordnung 100 von 1 nur dadurch, dass die kapazitive Sensorelektronik 7 außerhalb der Verbundscheibe 1 angeordnet ist. Der kapazitive Schaltbereich 5 ist über einen Flachleiter 6 mit der kapazitiven Sensorelektronik 7 verbunden.
Es wird nun Bezug auf 4 genommen, worin eine beispielhafte Ausgestaltung der Verbundscheibenanordnung 100 von 3 anhand einer perspektivischen Explosionsdarstellung veranschaulicht ist.
Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird lediglich die Ausgestaltung der kapazitiven Sensoranordnung 101 erläutert und ansonsten wird auf obige Ausführungen Bezug genommen.
Demnach umfasst die zwischen den beiden Scheiben 2, 3 laminierte kapazitive Sensoranordnung 101 eine Trägerfolie 12, beispielsweise eine transparente Polyethylenterephthalat (PET)-Folie mit einer Dicke von beispielsweise 0,05 mm. Auf der der ersten Scheibe 2 zugewandten Seite der Trägerfolie 12 ist eine (erste) elektrisch leitfähige Schicht 13 aufgebracht, auf der der zweiten Scheibe 3 zugewandten Seite der Trägerfolie 12 ist eine (zweite) elektrisch leitfähige Schicht 13' aufgebracht. Die Trägerfolie 12 ist beispielsweise um einen Abstand von beispielsweise ca. 8 mm vom Scheibenrand ins Scheibeninnere versetzt. Dieser Bereich wird durch Verkleben der Zwischenschicht 4 während des Laminierens hermetisch versiegelt, so dass die elektrisch leitfähigen Schichten 13, 13' vor Feuchtigkeit aus der Umgebung der Verbundscheibe 1 und damit vor Korrosion und Beschädigung geschützt sind. Alternativ wäre es auch möglich die Trägerfolie 12 in einem Randbereich beschichtungsfrei zu lassen oder die elektrisch leitfähigen Schichten 13, 13' dort zur entfernen. Dies ist in 4 der zeichnerischen Einfachheit halber nicht dargestellt.
Die beiden elektrisch leitfähigen Schichten 13, 13' sind jeweils durch beschichtungsfreie Trennlinien 14 in unterschiedliche, voneinander elektrisch isolierte (schichtenförmige) Bereiche unterteilt, was im Weiteren näher erläutert wird.
So ist in der (ersten) elektrisch leitfähigen Schicht 13 ein kapazitiver Schaltbereich 5 von einem Rahmenbereich 9 durch eine Trennlinie 14 elektrisch unterteilt. Der kapazitive Schaltbereich 5 umfasst einen hier beispielsweise scheibenförmigen Berührungs- bzw. Annäherungsbereich 15, der in einen streifenförmigen Zuleitungsbereich 16 übergeht. Der Zuleitungsbereich 16 erstreckt sich bis zum Rand der Trägerfolie 12. Es versteht sich, dass der Berührungs- bzw. Annäherungsbereich 15 eine beliebige Form aufweisen kann und beispielsweise tropfenförmig oder quadratisch ausgebildet sein kann. Der Rahmenbereich 9 folgt der äußeren Kontur des kapazitiven Schaltbereichs 5 und umrahmt den kapazitiven Schaltbereich 5, soweit dies möglich ist. Der Rahmenbereich 9 umgibt somit den kapazitiven Schaltbereich 5 vollständig, bis auf den endständigen Abschnitt des Zuleitungsbereichs 16, der sich am Rand der Trägerfolie 12 befindet. Der Rahmenbereich 9 ist seinerseits durch eine Trennlinie 14' von einem Umgebungsbereich 17 elektrisch unterteilt.
Der kapazitive Schaltbereich 5 und der Rahmenbereich 9 sind mit einem (ersten) Flachleiter 18 (z.B. Folienleiter) elektrisch leitend verbunden. Der Flachleiter 18 umfasst zumindest zwei Leiterbahnen 19, 19', die in einem Anschlussbereich 20 zugänglich sind, wobei eine (erste) Leiterbahn 19 über eine (erste) elektrische Verbindung 21 mit dem kapazitiven Schaltbereich 5 und eine (zweite) Leiterbahn 19' über eine (zweite) elektrische Verbindung 21' mit dem Rahmenbereich 9 elektrisch verbunden ist. Eine sichere elektrisch leitende Verbindung wird dabei bevorzugt durch einen elektrisch leitfähigen Kleber erzielt.
In der (zweiten) elektrisch leitfähigen Schicht 13' ist durch eine Trennlinie 14" ein Deckbereich 8 von einem Umgebungsbereich 17' elektrisch unterteilt. In senkrechter Sicht durch die Trägerfolie 12 überdeckt der Deckbereich 8 den kapazitiven Schaltbereich 5 und optional auch den Rahmenbereich 9 vollständig. In dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Deckbereich 8 eine Form auf, welcher einer Kombination von kapazitivem Schaltbereich 5 und Rahmenbereich 9 entspricht, wobei es sich versteht, dass der Deckbereich 8 auch eine andere Form haben kann, solange gewährleistet ist, dass mindestens der kapazitive Schaltbereich 5, vorteilhaft der kapazitive Schaltbereich 5 und der Rahmenbereich 9, vollständig überdeckt werden. Der Deckbereich 8 ist mit einem (zweiten) Flachleiter 18' (Folienleiter) elektrisch leitend verbunden. Der Flachleiter 18' umfasst zumindest eine Leiterbahn 19", welche in einem Anschlussbereich 20' zugänglich ist, wobei die Leiterbahn 19" über eine elektrische Verbindung 21" mit dem Deckbereich 8 elektrisch verbunden ist. Eine sichere elektrisch leitende Verbindung wird dabei bevorzugt durch einen elektrisch leitfähigen Kleber erzielt.
Die Leiterbahnen 19, 19', 19" der Flachleiter 18, 18' bestehen beispielsweise aus einer 50 µm dicken Kupferfolie, welche außerhalb des jeweiligen Anschlussbereichs 20, 20' mit einer Polyimidschicht isoliert ist. Dadurch kann der Flachleiter 18, 18' ohne elektrischen Kurzschluss über den Rand der Verbundscheibe 1 hinausgeführt werden. Die Flachleiter 18, 18' sind jeweils teilweise in die beiden Scheiben 2, 3 laminiert.
Die beiden Flachleiter 18, 18' sind jeweils mit der kapazitiven Sensorelektronik 7 elektrisch verbunden. Insbesondere ist auch der Umgebungsbereich 17 der elektrisch leitfähigen Schicht 13 ebenfalls mit der kapazitiven Sensorelektronik 7 verbunden, was in 4 nicht näher dargestellt ist. Die kapazitive Sensorelektronik 7 ist dazu geeignet, Kapazitätsänderungen des kapazitiven Schaltbereichs 5 gegenüber dem Umgebungsbereich 17 präzise zu messen und in Abhängigkeit eines Schwellwerts ein Schaltsignal beispielsweise an den CAN-Bus eines Fahrzeugs weiter zu geben. Über das Schaltsignal können beliebige Funktionen im Fahrzeug geschaltet werden. Beispielsweise kann eine Beleuchtung in oder an der Verbundscheibe 1 ein- oder ausgeschaltet werden. Wird die Verbundscheibe 1 beispielsweise als Windschutzscheibe in einem Kraftfahrzeug verwendet, kann die Länge des Zuleitungsbereichs 16 so gewählt werden, dass der Fahrer des Fahrzeugs oder der Beifahrer den Berührungs- bzw. Annäherungsbereich 15 des kapazitiven Schaltbereichs 5 bequem erreichen kann. Beispielsweise sind der Aufbau und die Abstimmung der kapazitiven Sensorelektronik 7 derart abgestimmt, dass bei Berührung oder Annäherung eines Körperteils wie eines Fingers an die außenseitige Scheibenoberfläche IV der ersten Scheibe 2 über dem Berührungs- bzw. Annäherungsbereich 15 ein Schaltsignal ausgelöst wird. Dazu werden die Dicken und die Materialien der Verbundscheibe 1 geeignet gewählt.
Über den (ersten) Flachleiter 18 wird der Rahmenbereich 9 mit einem elektrischen Signal (d.h. elektrisches Potential) beaufschlagt, welches auf der erfassten (momentanen) Kapazität des kapazitiven Schaltbereichs 5 basiert und dem (Prüf-)Signal gleicht, welches durch die Leiterbahn 19 übertragen wird (Zwillingssignal). In entsprechender Weise wird der Deckbereich 8 über den (zweiten) Flachleiter 18' mit einem solchen Zwillingssignal beaufschlagt. Somit beträgt der Potentialunterschied zwischen dem Rahmenbereich 9 und dem kapazitiven Schaltbereich 5 sowie der daran angeschlossenen Leiterbahn 19 Null. Entsprechend beträgt der Potentialunterschied zwischen dem Deckbereich 8 und dem kapazitiven Schaltbereich 5 sowie der daran angeschlossenen Leiterbahn 19 Null. Durch diese elektrisch aktive Abschirmung können parasitäre Einflüsse auf die Kapazität des kapazitiven Schaltbereichs 5 abgeschirmt werden, so dass auch kleine Kapazitätsänderungen als Nutzsignal erfasst werden können.
In dem Ausführungsbeispiel von 4 ist im Unterschied zur Ausgestaltung von 3 der Deckbereich 8 auf der der zweiten Scheibe 3 zugewandten Seite des kapazitiven Schaltbereichs 5 angeordnet, so dass äußere Einflüsse auf die Kapazität des kapazitiven Schaltbereichs 5 von der ersten Scheibe 2 her erfasst werden können.
Eine elektrische Trennung der (ersten) elektrisch leitfähigen Schicht 13 und der (zweiten) elektrisch leitfähigen Schicht 13' erfolgt durch die Trägerfolie 12.
Aus Gründen einer vereinfachten zeichnerischen Darstellung ist die in Verbindung mit den 1 bis 3 erläuterte, optionale passive Abschirmung in 4 nicht dargestellt. Diese kann beispielsweise als Beschichtung mit einem elektrisch leitfähigen Material der innenseitigen Oberfläche II der zweiten Scheibe 3 und der innenseitigen Oberfläche III der ersten Scheibe 2 ausgebildet sein, wobei eine elektrische Trennung zur (ersten) elektrisch leitfähigen Schicht 13 und zur (zweiten) elektrisch leitfähigen Schicht 13' durch eine jeweilige dielektrische Schicht erfolgen kann.
Die Trennlinien 14, 14', 14" haben jeweils vorzugsweise lediglich eine Breite von beispielsweise 100 µm und sind beispielsweise durch Laserstrukturierung in die zugehörige elektrisch leitfähige Schicht 13, 13' eingebracht. Trennlinien mit einer derart geringen Breite sind optisch kaum wahrnehmbar und stören die Durchsicht durch die Verbundscheibe 1 nur wenig, was besonders für eine Verwendung in Fahrzeugen von besonderer Wichtigkeit für die Fahrsicherheit ist und außerdem besonders ästhetisch ist.
Es versteht sich, dass es gleichermaßen möglich wäre, die schichtenförmigen Bereiche (kapazitiver Schaltbereich 5, Rahmenbereich 9, Umgebungsbereich 17, Deckbereich 8, Umgebungsbereich 17') anderweitig herzustellen, beispielsweise durch Aufdrucken (z.B. im Siebdruckverfahren) oder Aufkleben auf die Trägerfolie 12.
Ein besonderer Vorteil der in 4 gezeigten Ausgestaltung ist darin zu sehen, dass die kapazitive Sensoranordnung 101 vorgefertigt bzw. konfektioniert werden kann, und als vorgefertigtes Bauteil zwischen die Scheiben 2, 3 laminiert werden kann. Die beiden Flachleiter 18, 18' werden aus dem Bereich zwischen den beiden Scheiben 2, 3 herausgeführt.
Obgleich dies in 4 nicht gezeigt ist, wäre es auch möglich, dass ein (nicht dargestellter) weiterer Deckbereich auf der gegenüberliegenden Seite des Flachleiters 18 in Überdeckung zum Zuleitungsbereich 16 angeordnet wäre, wie dies in den 1 bis 3 schematisch veranschaulicht ist.
In 5 ist eine alternative Ausgestaltung der Scheibenanordnung 100 gezeigt, welche sich von der Ausgestaltung von 4 lediglich in der Anordnung der elektrisch leitfähigen Schichten 13, 13' unterscheidet. Demnach ist keine Trägerfolie 12 vorgesehen, auf welche die beiden Schichten 13, 13' aufgebracht sind, sondern die (erste) elektrisch leitfähige Schicht 13 ist auf die innenseitige Oberfläche III der ersten Scheibe 2 und die (zweite) elektrisch leitfähige Schicht 13' ist auf die innenseitige Oberfläche II der zweiten Scheibe 3 aufgebracht.
In 6 ist eine weitere alternative Ausgestaltung gezeigt, welche sich von der Ausgestaltung von 4 wiederum nur in der Anordnung der elektrisch leitfähigen Schichten 13, 13' unterscheidet. Demnach ist die (erste) elektrisch leitfähige Schicht 13 auf die innenseitige Oberfläche III der ersten Scheibe 2 aufgebracht. Die (zweite) elektrisch leitfähige Schicht 13' ist auf die der zweiten Scheibe 3 zugewandte Oberfläche einer Trägerfolie 12' aufgebracht.
Wie bereits ausgeführt, ist die kapazitive Sensorelektronik 7 dazu geeignet, Kapazitätsänderungen des kapazitiven Schaltbereichs 5 gegenüber dem Umgebungsbereich 17 präzise zu messen und in Abhängigkeit eines Schwellwerts ein Schaltsignal beispielsweise an den CAN-Bus eines Fahrzeugs weiter zu geben. Über das Schaltsignal können beliebige Funktionen im oder am Fahrzeug geschaltet werden. Beispielsweise kann die Verbundscheibe 1 eine funktionelle Schicht zur Steuerung der optischen Transparenz aufweisen, die durch das Schaltsignal in ihrer optischen Transparenz verändert werden kann. Alternativ oder zusätzlich können auch andere elektrische Funktionen wie beispielsweise eine elektrische Beheizung oder eine elektrische Beleuchtung gesteuert werden.
Wird die Verbundscheibe 1 beispielsweise als Dachscheibe in einem Kraftfahrzeug verwendet, kann die Länge des Zuleitungsbereichs 16 so gewählt werden, dass der Fahrer des Fahrzeugs, der Beifahrer oder Mitfahrer auf den hinteren Sitzplätzen den Berührungs- oder Annäherungsbereich 15 bequem erreichen kann. Es versteht sich, dass dazu auch mehrere Trägerfolien 12, 12' in der Verbundscheibe 1 angeordnet werden können, beispielsweise jeweils eine Trägerfolie 12, 12' für jeden Fahrzeuginsassen.
Wie sich aus obigen Ausführungen ergibt, stellt die Erfindung eine neuartige Scheibenanordnung zur Verfügung, durch welche parasitäre (Stör-)Einflüsse auf die Kapazität des kapazitiven Schaltbereich effektiv ausgefiltert werden können. Die Scheibenanordnung ist in der industriellen Serienfertigung einfach und kostengünstig herstellbar.
Bezugszeichenliste

1: Verbundscheibe
2: erste Scheibe
3: zweite Scheibe
4: Zwischenschicht
5: kapazitiver Schaltbereich
6: Flachleiter
7, 7', 7'': kapazitive Sensorelektronik
8, 8', 8'', 8''': Deckbereich
9: Rahmenbereich
10: Ausgangsleitung
11: Verbindungsleitung
12, 12': Trägerfolie
13, 13': elektrisch leitfähige Schicht
14, 14', 14'': Trennlinie
15: Berührungs- bzw. Annäherungsbereich
16: Zuleitungsbereich
17, 17': Umgebungsbereich
18, 18': Flachleiter
19, 19', 19'': Leiterbahn
20, 20': Anschlussbereich
21, 21', 21'': elektrische Verbindung
100: Scheibenanordnung
101: kapazitive Sensoranordnung
102: Abschirmung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2010179725 A1 [0002]
US 6654070 B1 [0002]
DE 102013241249 A1 [0002]
US 2006275599 A1 [0002]
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EP 0899882 A1 [0003]
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EP 1515211 A1 [0003]
DE 202008017611 U1 [0020]
EP 0847965 B1 [0020]
WO 2012/052315 A1 [0020]
EP 2200097 A1 [0046]
EP 2139049 A1 [0046]

Claims

Scheibenanordnung (100), umfassend: - eine Verbundscheibe (1) mit zwei Scheiben (2, 3), die durch mindestens eine Zwischenschicht (4) miteinander verbunden sind, - eine kapazitive Sensoranordnung (101) mit mindestens einem schichtenförmigen kapazitiven Schaltbereich (5), der mit einer kapazitiven Sensorelektronik (7, 7', 7") verbindbar ist, wobei die kapazitive Sensoranordnung (101) umfasst: - auf einer Seite des kapazitiven Schaltbereichs (5) ein schichtenförmiger Deckbereich (8), welcher in senkrechter Sicht durch die Scheibe (1) den kapazitiven Schaltbereich (5) mindestens teilweise überdeckt, und/oder - ein schichtenförmiger Rahmenbereich (9), welcher in der Ebene des kapazitiven Schaltbereichs (5) den kapazitiven Schaltbereich (5) mindestens teilweise umrahmt, wobei der Deckbereich (8) und der Rahmenbereich (9) jeweils mit einem auf der Kapazität des kapazitiven Schaltbereichs (5) basierenden elektrischen Signal beaufschlagbar sind.
Scheibenanordnung (100) nach Anspruch 1, bei welcher der kapazitive Schaltbereich (5) einen Berührungs- bzw. Annäherungsbereich (15) und einen Zuleitungsbereich (16) umfasst, wobei der Deckbereich (8) in senkrechter Sicht durch die Scheibe (1) mindestens den Berührungs- bzw. Annäherungsbereich (15) mindestens teilweise, insbesondere vollständig, überdeckt.
Scheibenanordnung (100) nach Anspruch 2, bei welcher der Deckbereich (8) in senkrechter Sicht durch die Scheibe (1) den Berührungs- bzw. Annäherungsbereich (15) und den Zuleitungsbereich (16) vollständig überdeckt.
Scheibenanordnung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 3, bei welcher die kapazitive Sensoranordnung (101) auf der anderen Seite des kapazitiven Schaltbereichs (5) einen weiteren schichtenförmigen Deckbereich (8') umfasst, welcher in senkrechter Sicht durch die Scheibe (1) den Zuleitungsbereich (16) mindestens teilweise, insbesondere vollständig, überdeckt, jedoch nicht den Berührungs- bzw. Annäherungsbereich (15).
Scheibenanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher die kapazitive Sensoranordnung (101) eine Trägerfolie (12, 12') für mindestens einen schichtenförmigen Bereich (5, 9, 8) umfasst.
Scheibenanordnung (100) nach Anspruch 5, bei welcher (i) auf einer Seite der Trägerfolie (12) der kapazitive Schaltbereich (5) und der Rahmenbereich (9) und auf der anderen Seite der Trägerfolie (12) der Deckbereich (8) angeordnet sind, oder (ii) auf einer Seite der Trägerfolie (12) der kapazitive Schaltbereich (5) und auf der anderen Seite der Trägerfolie (12) der Deckbereich (8) angeordnet sind, wobei kein Rahmenbereich (9) vorgehen ist, oder (iii) auf einer Seite der Trägerfolie (12) der kapazitive Schaltbereich (5) und der Rahmenbereich (9) angeordnet sind, wobei kein Deckbereich (8) vorgesehen ist.
Scheibenanordnung (100) nach Anspruch 5, bei welcher (i) der kapazitive Schaltbereich (5) und der Rahmenbereich (9) auf einer der beiden Scheiben (2, 3) und der Deckbereich (8) auf der Trägerfolie (12') angeordnet sind, oder (ii) der kapazitive Schaltbereich (5) auf einer der beiden Scheiben (2, 3) und der Deckbereich (8) auf der Trägerfolie (12') angeordnet sind, wobei kein Rahmenbereich (9) vorgesehen ist.
Scheibenanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher (i) der kapazitive Schaltbereich (5) und der Rahmenbereich (9) auf der einen Scheibe (2) und der Deckbereich (8) auf der anderen Scheibe (3) angeordnet sind, (ii) der kapazitive Schaltbereich (5) auf der einen Scheibe (2) und der Deckbereich (8) auf der anderen Scheibe (3) angeordnet sind, (iii) der kapazitive Schaltbereich (5) und der Rahmenbereich (9) auf der einen Scheibe (2) angeordnet sind, wobei kein Deckbereich (8) vorgesehen ist.
Scheibenanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welcher die Sensoranordnung (101) eine elektrisch leitfähige Schicht (13) umfasst, in welcher der kapazitive Schaltbereich (5) vom Rahmenbereich (9) durch eine beschichtungsfreie Trennlinie (14) elektrisch unterteilt ist und in welcher der Rahmenbereich (9) von einem Umgebungsbereich (17) durch eine beschichtungsfreie Trennlinie (14') elektrisch unterteilt ist.
Scheibenanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welcher die Sensoranordnung (101) eine elektrisch leitfähige Schicht (13') umfasst, in welcher der Deckbereich von einem Umgebungsbereich (17') durch eine beschichtungsfreie Trennlinie (14") elektrisch unterteilt ist.
Scheibenanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welcher die kapazitive Sensoranordnung (101) mindestens teilweise in der Verbundscheibe (1) laminiert ist.
Scheibenanordnung (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 11, bei welcher die kapazitive Sensoranordnung (101) in Form eines vorgefertigten Bauteils ausgebildet und mindestens teilweise in der Verbundscheibe (1) laminiert ist.
Scheibenanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welcher die kapazitive Sensoranordnung (101) auf einer außenseitigen Oberfläche (IV) der ersten Scheibe (2) oder auf einer außenseitigen Oberfläche (I) der zweiten Scheibe (3) angeordnet ist.
Scheibenanordnung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 13, bei welcher (i) die kapazitive Sensoranordnung (101) auf der einen Seite des kapazitiven Schaltbereichs (5) einen weiteren schichtenförmigen Deckbereich (8") umfasst, welcher in senkrechter Sicht durch die Scheibe (1) den kapazitiven Schaltbereich (5) mindestens teilweise, insbesondere vollständig, überdeckt, und/oder (ii) die kapazitive Sensoranordnung (101) auf der anderen Seite des kapazitiven Schaltbereichs (5) einen weiteren schichtenförmigen Deckbereich (8''') umfasst, welcher in senkrechter Sicht durch die Scheibe (1) den Zuleitungsbereich (16) mindestens teilweise, insbesondere vollständig, überdeckt, jedoch nicht den Berührungs- bzw. Annäherungsbereich (15).