WO1999040039A1 - Beheizbarer spiegel und verfahren zum herstellen einer heizleiterschicht sowie deren verwendung - Google Patents

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David Macher
Heinz Zorn
Johann Stark
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Magna Auteca Zweigniederlassung Der Magna Holding Ag
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Definitions

  • the invention relates to a heatable mirror which has a specially formed heat conductor layer made of conductive particles, a method for applying heat conductor layers to substrates and the use of this method for producing heatable mirrors.
  • Heated mirrors which have a heating conductor layer made of conductive material are known.
  • US Pat. No. 3,686,437 describes a heatable mirror in which a heating conductor layer has been applied to a glass substrate in a vacuum or by sputtering.
  • a nickel-chromium alloy as the heating conductor layer.
  • a disadvantage of this mirror is that, on the one hand, the technologies for applying the heating conductor layer are very complex.
  • the nickel-chromium alloy is applied either in a vacuum or with a sputtering process. Both process steps are too complex and expensive for mass production.
  • it has been shown that such a mirror obviously also has an insufficient heating power due to the very thin layers. As a result, the time it takes to get a mirror fog-free is too long. It is also not possible with such mirrors to specifically heat certain areas more strongly than others, which is necessary in many cases due to the construction of the mirror.
  • the object of the present invention is therefore to propose a heatable mirror, the heating conductor layer of which allows a high heating power and an arbitrarily designed layout of the heating conductor layer.
  • Another object of the invention is to provide a cost-effective and simple method for mass production, with which a heating conductor layer can be applied to a substrate.
  • the heat conductor layer is formed by conductive particles which are at least partially embedded in the surface of the substrate and / or the reflection layer. It is essential for the heatable mirror according to the invention that the particles have an average diameter of 3 to 100 ⁇ m.
  • the figures 4 to 6 show scanning electron microscope images in 30, 100 and 100 magnifications, from which the particle formation can be seen. The heating conductor layer accordingly has a "rough surface". In particular, FIG. 6 shows that the particles have obviously been changed only insignificantly by the application process. From Figs. 4 to 6 can also be seen that the particles partially in the
  • the adhesion of the particles to the substrate is thus essentially established by the penetration of the particles into the surface of the substrate.
  • the particles are partially sintered to one another and to the surface.
  • a certain roughness ie an average particle diameter of 3 to 100 ⁇ m
  • the heating conductor layer of the mirror according to the invention thus differs from those which have hitherto been known from the prior art and which have usually been applied via sputtering processes or evaporation processes. In all of these cases, this creates a very fine, homogeneous conductor layer, which described disadvantages of the prior art.
  • the particles themselves are preferably selected from the metals Al, Zn, Sn, Cu, Ni and / or their alloys. It is very particularly preferred for the heatable mirror according to the invention if the particles consist of aluminum and / or an aluminum alloy with at least 96% aluminum. Another preferred embodiment variant of the mirror according to the invention is characterized in that the substrate for the heatable mirror is glass. In particular, the material pairing of glass and aluminum and / or aluminum alloy as particles has proven to be particularly superior in its properties with regard to mechanical adhesion and electrical heating power.
  • the heating conductor layer can be formed over the entire surface or in the form of a web.
  • the areas between the heating conductor tracks consist of an insulating separating layer.
  • This insulating separating layer is preferably a thin film with a width of 0.2 mm to 1 mm. The minimum width is important because otherwise a bridging can occur when spraying.
  • the release liner is made from a formulation containing resins and solvents. Preferred resins here are shellac, gum arabic or rosin.
  • the insulating separating layer can furthermore contain additives as known per se from the prior art. This separation layer is brush, spray or brush applied in the desired shape.
  • the layer thickness of the heat conductor layer is in the range from 10 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably in the range from 40 to 60 ⁇ m.
  • a particular advantage of the heatable mirror according to the invention is that the layer thickness of the heating conductor layer can be selected differently, so that an increased heating power is then obtained at particularly critical points in the mirror area, so that fogging is also prevented there.
  • the web widths of the heating conductor layer are 2 to 20 mm.
  • the path width of the heating conductor layer can also be chosen in accordance with the width so that a wider path width is selected at particularly critical points where dehumidification of the mirror is difficult.
  • the invention also includes all of them
  • the heating conductor layer of the heatable mirror according to the invention also has a significant improvement over the prior art. It has also been shown for a person skilled in the art in an unforeseeable manner that the heating conductor layer as defined in claim 1 can be provided with a polymer coating which acts as a splinter protector, for thermal and electrical insulation and also as an adhesive for fixing the mirror frame serves. So far, it has been customary in the prior art to apply a splinterguard which was in the form of adhesive films or foils and which had to be produced in a separate operation and then glued onto the mirror. In the mirror according to the invention, it is now possible, in particular because of the surface formed by the particles, to apply a polymer coating very easily, for example by spraying.
  • the polymer coating selected is one which consists of a self-curing silane-modified polymer.
  • Silane-modified alkyd resin systems are preferably used as such polymers. These are particularly characterized by the fact that they are one-component systems and crosslink to a soft, elastic product in atmospheric humidity. Another advantage of such a coating is that this coating acts as a water vapor barrier and is UV-stable and acts as a sealant with very good smoothability.
  • contact points are provided for contacting a voltage source. These contact points are preferably designed such that they are connected to the heating conductor layer via an additional metal layer.
  • This additional metal layer is preferably selected from the metals Zn and / or Sn. This additional metal layer has a thickness of 50 to 100 ⁇ m.
  • the layers known from the prior art can be used as the reflection layer for the mirror. Examples of these are dicroid layers or chrome and silver layers.
  • the invention further relates to a method for producing a heating conductor layer from electrically conductive particles on a substrate.
  • the method is characterized in that the electrically conductive material is supplied in wire form to a temperature generating device and is exposed to a temperature of> 5000 ° K.
  • the resulting conductive particles are carried to the substrate surface in air. It is essential in the method according to the invention that this application method in an ambient atmosphere, i.e. is carried out in room air. This process is simple and inexpensive to set up.
  • the temperature is generated by means of an arc.
  • the distance between the device and the substrate is preferably 5 to 50 cm, particularly preferably 12 to 25 cm.
  • the particles can be transported using compressed air. With this simple measure it is now possible to influence the process by varying the pressure.
  • the compressed air can range from 2.8 to 7.5 atm. can be varied.
  • the method according to the invention thus allows the layer thickness of the applied particles to be adjusted by varying the distance of the substrate from the heat generating device and / or by varying the speed of the particles as well as by the wire feed and the level of the electric arc current.
  • the method according to the invention offers far-reaching advantages.
  • it is the first method step for the web-like embodiment to produce a separating layer on the substrate.
  • the structure of this separating layer is such that the heating conductor layer then has the desired web shape, e.g. meandering or spiraling.
  • an insulating separating layer can be produced very simply by applying a formulation comprising a resin and a solvent. It has been shown that if such an insulating separating layer is applied to the substrate surface by an inherently customary application method, the particles supplied to the substrate by the evaporation method at the points at which the separating layer adheres to the substrate will penetrate Particles in the substrate surface is prevented. The particles that occur thus fall from these areas on which the separating layer is applied and only adhere, ie they penetrate into the surface of the substrate at the locations where there is no separating layer.
  • the figures 4 to 6 now show, by way of example, an aluminum alloy applied to a glass substrate in which a separating layer is also present. The figures 4 to 6 make it clear that at the places where the separating layer has been applied, the particles did not adhere due to the subsequent application process. In the example of Fig. 4 to 6, a marker pen with a resin formulation and dyes was used as the separating layer.
  • a decisive advantage of the method according to the invention is that a polymer coating can be applied to the entire surface of the heating conductor layer, which then serves as splinter protection, for thermal and electrical insulation and as an adhesive for fixing the mirror frame.
  • a polymer coating can be produced by a simple method, for example by rolling up, filling or otherwise 10
  • this polymer coating has excellent adhesion to the substrate, i.e. to the conductor layer and / or to the separating layer.
  • a silane-modified polymer in particular a silane-modified alkyd resin, is preferably used as the polymer coating.
  • the advantage of this system is that it is self-curing in air. This measure enables a very simple and cost-saving application of a splinter protector which also serves as insulation and, if appropriate, as an adhesive for the mirror frame.
  • the particles to be applied and for the substrates With regard to the choice of material for the particles to be applied and for the substrates, reference is made to the above explanations regarding the heated mirror. It is then particularly preferred if a material pairing of glass and aluminum and / or aluminum alloy is used for the particles. As an insulating separating layer, it has proven to be advantageous if a marker pin known per se from the prior art, e.g. Eddingarker® is used.
  • the method according to the invention described in more detail above is particularly suitable for producing heating conductor layers for heatable mirrors in the motor vehicle industry as described in claims 1 to 16. 11
  • FIG. 1 shows a mirror with a heat conductor layer designed according to the invention
  • Fig. 2 the mirror, cut along lines II - II in Fig. 1;
  • Fig. 3 shows a portion of the invention
  • NEN NEN.
  • the location information selected in the description, e.g. above, below, laterally etc. refer to the figure described and illustrated immediately and are to be transferred to the new position in the event of a change of position.
  • individual features or combinations of features from the different exemplary embodiments shown and described can also represent independent, inventive or inventive solutions.
  • FIGS. 1 to 3 is a heatable mirror 1 with a heating element 2 in a housing 3 for an outside mirror 4, e.g. for motor vehicles, shown. It consists of a substrate 5 made of an inorganic material with a low thermal conductivity, e.g. Glass, ceramic, preferably with ground and tempered surfaces 6, 7. For example, on the surface 7 opposite to a viewing direction according to arrow 8, the substrate 5 is provided with a reflective layer 9, e.g. a chrome layer, coated.
  • a substrate 5 made of an inorganic material with a low thermal conductivity, e.g. Glass, ceramic, preferably with ground and tempered surfaces 6, 7.
  • the substrate 5 is provided with a reflective layer 9, e.g. a chrome layer, coated.
  • the heating element 2 with a layer of electrically conductive material applied to at least one surface 6, 7 of the substrate 5 and / or the reflection layer 9 and opposing the current conduction, essentially forms a conductor track 10, the electrically conductive material being in the form of a track or is arranged over the entire surface on the surface 6, 7.
  • the path of the conductor track 10 is spiral or meandering, the surface 7 preferably covering a large area, with an uninterrupted course of the 13
  • Conductor 10 is provided from an end point located approximately in the middle of a longitudinal end edge 11 to a further end point arranged directly adjacent thereto. However, it is also possible to design the conductor track 10 as a full-surface heating layer. Contact elements 12, 13 are arranged in the end points of the conductor track 10.
  • Conductor regions 14, 15 which run directly adjacent to one another are electrically insulated from one another by means of a separating layer 17 which forms an intermediate space 16 between the conductor path regions 14, 15 and which is arranged on the surface 6, 7 of the substrate 5.
  • the contact elements 12, 13, of which lines 18, 19 for the electrical feeding of the conductor track 10 through the housing 3, are electrically conductively connected by direct soldering to the material of the conductor track 10 and consist of one applied to the conductor track 10 Zinc and / or tin layer.
  • the heating element 2 is provided on a rear surface 20 facing away from the substrate 5 with a cover layer 21 made of an electrically non-conductive material, so that the conductor track 10 is arranged between the substrate 5 and the cover layer 21.
  • the cover layer 21 is preferably formed by a self-curing polymer coating, for example from silane-modified polymers.
  • the mirror 1 is glued into the mirror frame 22 with the cover layer 21 and is held in the housing 3 by the holder 23. 14
  • the conductor track 10 running between the separating layer 17 is formed by particles 24 made of electrically conductive material and adhering to the surface 7 by means of an arc process.
  • Particles 24 made of Al, Zn, Sn, Cu, Ni and / or their alloys are preferably used, wherein the conductor track 10 for the conversion of the electricity energy into thermal energy when fed from a low-voltage network has a predetermined resistance value of approximately 2 ⁇ to 20 ⁇ , preferably 8 ⁇ .
  • the temperature of the conductor track 10 subjected to current is a maximum of 100 ° C.
  • the electrically conductive material or the conductor track 10 can also be transparent, for example in the form of a hard glass coating, which is preferably on a front side of the substrate 5 facing the viewing direction - arrow 8 -, in particular on a front facing the heating mirror facing a viewing direction - arrow 8 1, is arranged.
  • the heating element 2 is provided with a continuously changing layer thickness 25, with which the line cross-section and thus the line resistance opposed to the power line are adapted according to the requirements for the heating power in different zones of the mirror 1 for a predetermined web width 26 can be.
  • mirror 1 according to the invention can not only be used in the illustrated exterior mirror 4, but also in all of the customary ones today
  • Exterior mirrors e.g. with electrically adjustable exterior mirrors.
  • the mirror 1 equipped with the heating element 2 with one or more sensors, for example temperature sensors 28 or moisture sensors 29, which on the surface 7 or on a surface 6 opposite the conductor track 10, preferably through the substrate 5 and optionally the reflective layer 9 formed surface element can be arranged.
  • sensors for example temperature sensors 28 or moisture sensors 29, which on the surface 7 or on a surface 6 opposite the conductor track 10, preferably through the substrate 5 and optionally the reflective layer 9 formed surface element can be arranged.
  • the moisture sensor 29 is, for example, the formation of a resistive measuring range, as shown in FIG. 3.
  • the sensor can be formed by a partial region of the electrically conductive material that is insulated from the conductor track 10, in particular from the heating layer.
  • electrically conductive contact surfaces 30, 31 in an edge region 27 of the mirror 1 or in the region of a longitudinal end edge 11 of the substrate 5 on the surface 6 or 7, for example by means of a chromium coating, for example 16
  • Separation layer 17 to a short circuit and the signal derived therefrom for activating the heating element 2 can be used in a corresponding supply and / or control device 34 as a switching signal.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen beheizbaren Spiegel mit einem transparenten Flächenelement aus einem Substrat (5) aus anorganischem Material und mindestens einer Reflexionsschicht sowie mindestens einer auf dem Substrat und/oder der Reflexionsschicht aufgebrachten Heizleiterschicht, die Kontaktelemente aufweist. Die Heizleiterschicht ist durch in die Oberfläche des Substrates und/oder der Reflexionsschicht (9) mindestens teilweise eingebetteten leitfähigen Partikel mit einem mittleren Durchmesser von 3 bis 100 νm gebildet und die Heizleiterschicht ist ganzflächig oder bahnförmig ausgebildet, wobei der nichtleitende Bereich bei der bahnförmigen Ausführungsform zwischen den Bahnen eine isolierende Trennlage (17) ist.

Description

Beheizbarer Spiegel und Verfahren zum Herstellen einer Heizleiterschicht sowie deren Verwendung
Die Erfindung betrifft einen beheizbaren Spiegel der eine speziell ausgebildete Heizleiterschicht aus leitfähigen Partikeln aufweist, ein Verfahren zum Aufbringen von Heizleiterschichten auf Substraten und die Verwendung dieses Verfahrens zum Herstellen von beheizbaren Spiegeln.
Beheizbare Spiegel die eine Heizleiterschicht aus leitfähigem Material aufweisen sind bekannt. So ist in der US 3,686,437 ein beheizbarer Spiegel beschrie- ben, bei dem eine Heizleiterschicht im Vakuum oder durch Sputtern auf ein Glassubstrat aufgebracht worden ist. In diesem US-Patent wird vorgeschlagen als Heizleiterschicht eine Nickel-Chrom-Legierung zu verwenden. Nachteilig bei diesem Spiegel ist, daß zum einen die Technologien zum Aufbringen der Heizleiterschicht sehr aufwendig sind. Wie in dem US-Patent beschrieben wird, ist ein Aufbringen der Nickel-Chrom-Legierung entweder im Vakuum oder mit einem Sputterprozeß durchzuführen. Beide Verfahrensschritte sind für eine Massenherstellung zu aufwendig und zu teuer. Des weiteren hat es sich gezeigt, daß ein derartiger Spiegel offensichtlich aufgrund der nur sehr dünnen Schichten auch eine nicht genügende Heizleistung aufweist. Dies führt dazu, daß die Zeitspanne um einen Spiegel beschlagsfrei zu erhalten, zu lange ist. Auch ist es mit derartigen Spiegeln nicht möglich, gezielt bestimmte Bereiche stärker aufzuheizen als andere, was aufgrund der Konstruktion des Spiegels in vielen Fällen erforderlich ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen beheizbaren Spiegel vorzuschlagen, dessen Heiz- leiterschicht eine hohe Heizleistung und ein beliebig gestaltetes Layout der Heizleiterschicht erlaubt. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, ein kostengünstiges und einfaches Verfahren für die Massenherstellung zur Verfügung zu stellen, mit dem eine Heiz- leiterschicht auf ein Substrat aufgebracht werden kann.
Die Aufgabe wird in bezug auf den beheizbaren Spiegel durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und in be- zug auf das Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruches 17 gelöst. Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lösung auf. Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, daß die Heizleiterschicht durch in die Oberfläche des Substrates und/oder der Reflexionsschicht mindestens teilweise eingebetteten leitfähigen Partikel gebildet ist. Wesentlich für den erfindungsgemäßen beheizbaren Spiegel ist dabei, daß die Partikel einen mittleren Durchmesser von 3 bis 100 μm aufweisen. Die Fign. 4 bis 6 zeigen rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen in 30, 100 und lOOOfacher Vergrößerung, aus denen die Partikelausbildung erkennbar ist. Die Heizleiterschicht weist demnach eine "rauhe Oberfläche" auf. Insbesondere Fig. 6 zeigt, daß die Partikel durch den Auftragungsprozeß offensichtlich nur unwesentlich verändert worden sind. Aus den Fign. 4 bis 6 ist auch zu entnehmen, daß die Partikel teilweise in die
Oberfläche des Substrates, hier einem Spiegel eingedrungen sind. Die Haftung der Partikel auf dem Substrat wird somit im wesentlichen durch das Eindringen der Partikel in die Oberfläche des Substrates herge- stellt. Selbstverständlich erfolgt auch teilweise eine Versinterung der Partikel untereinander und mit der Oberfläche. Wesentlich beim beheizbaren Spiegel mit der Heizleiterschicht wie vorstehend beschrieben ist, daß eine bestimmte Rauhigkeit, d.h. ein mittle- rer Partikeldurchmesser von 3 bis 100 μm eingehalten wird und daß eine dadurch zusammenhängende leitfähige Schicht entsteht. Damit unterscheidet sich die Heizleiterschicht des erfindungsgemäßen Spiegels von denen, die bisher aus dem Stand der Technik bekannt sind, die üblicherweise über Sputterprozesse oder Verdampfungsverfahren aufgebracht worden sind. In allen diesen Fällen entsteht dadurch eine sehr fein- teilige homogene Leiterschicht, die die eingangs ge- schilderten Nachteile des Standes der Technik aufweist.
Die Partikel selbst sind bevorzugt aus den Metallen AI, Zn, Sn, Cu, Ni und/oder deren Legierungen ausgewählt. Ganz besonders bevorzugt beim erfindungsgemäßen beheizbaren Spiegel ist es, wenn die Partikel aus Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung mit mindestens 96 % Aluminium bestehen. Eine weitere bevor- zugte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Spiegels ist dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat für den beheizbaren Spiegel Glas ist. Insbesondere die Materialpaarung Glas und Aluminium und/oder Aluminiumlegierung als Partikel hat sich als besonders über- legen in seinen Eigenschaften in bezug auf die mechanische Haftung und elektrische Heizleistung erwiesen.
Beim erfindungsgemäßen Spiegel kann die Heizleiterschicht sowohl ganzflächig oder bahnförmig ausgebil- det sein. Für die Ausführungsform bei der eine bahn- för ige Heizleiterschicht vorliegt, ist es dabei wesentlich, daß die Bereiche zwischen den Heizleiterbahnen aus einer isolierenden Trennlage bestehen. Diese isolierende Trennlage ist bevorzugt ein dünner Film mit einer Breite von 0,2 mm bis 1 mm. Die Mindestbreite ist wichtig weil sonst beim Übersprühen eine Überbrückung eintreten kann. Die Trennlage wird aus einer Formulierung hergestellt, die Harze und Lösungsmittel enthält. Bevorzugte Harze sind hierbei Schellack, Gummiarabikum oder Kolophonium. Die isolierende Trennlage kann dabei weiterhin noch Additive, wie an und für sich aus dem Stand der Technik bekannt, enthalten. Diese Trennlage wird durch Auf- streichen, Sprühen oder Pinseln in der gewünschten Form aufgebracht.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn die Schichtdicke der Heizleiterschicht im Bereich von 10 μm bis 100 μm, bevorzugt im Bereich von 40 bis 60 μm liegt. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen beheizbaren Spiegels ist es, daß die Schichtdicke der Heizleiterschicht unterschiedlich gewählt sein kann, so daß man dann an besonders kritischen Stellen im Spiegelbereich eine erhöhte Heizleistung erhält, so daß auch dort ein Beschlagen verhindert wird. Für den Fall, daß bahnförmige Heizleiterschichten verwendet werden, betragen die Bahnbreiten der Heizleiterschicht 2 bis 20 mm. Auch die Bahnbreite der Heizleiterschicht kann entsprechend der Breite so gewählt werden, daß an besonders kritischen Stellen, an denen eine Entfeuchtung des Spiegels nur schlecht möglich ist, eine breitere Bahnbreite gewählt wird. Selbstverständlich umfaßt die Erfindung auch alle
Ausführungsformen bei denen sowohl die Schichtdicke der Schicht wie auch die Bahnbreite variiert ist.
Die Heizleiterschicht des erfindungsgemäßen beheiz- baren Spiegels weist außer den vorstehend beschriebenen Vorteilen noch eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik auf. Es hat sich auch für einen Fachmann in nicht vorhersehbarer Weise nämlich gezeigt, daß die Heizleiterschicht wie in Pa- tentanspruch 1 definiert, mit einer Polymerbeschich- tung versehen werden kann die als Splitterschütz, zur thermischen und elektrischen Isolation sowie auch als Klebstoff zur Fixierung des Spiegelrahmens dient. Bisher war es nämlich im Stand der Technik üblich, einen Splitterschutz aufzubringen, der in Form von Klebefilmen oder Folien vorlag und der in einem separaten Arbeitsgang hergestellt und dann auf den Spie- gel aufgeklebt werden mußte. Beim erfindungsgemäßen Spiegel ist es nun insbesondere aufgrund der durch die Partikel gebildeten Oberfläche möglich, sehr einfach eine Polymerbeschichtung z.B. durch Spritzen, aufzubringen. Es hat sich dabei als besonders vor- teilhaft erwiesen, wenn als Polymerbeschichtung eine solche gewählt wird die aus einem selbsthärtenden silanmodifizierten Polymer besteht. Dadurch ist nun der Vorteil gegeben, daß in einem einfachen Arbeitsgang der Spiegel auf der Seite auf der die Heizlei- terschicht aufgebracht ist, ganzflächig mit dem Polymer beschichtet wird und daß dann eine einfache Aushärtung an Luft erfolgt. Bevorzugt werden als derartige Polymere silanmodifizierte AlkydharzSysteme eingesetzt. Diese zeichnen sich besonders dadurch aus, daß sie Einkomponentensysteme sind und an Luftfeuchtigkeit zu einem weichelastischen Produkt vernetzen. Ein weiterer Vorteil einer derartigen Beschichtung ist, daß diese Beschichtung als Wasserdampfsperre wirkt sowie UV-stabil ist und als Dichtstoff mit sehr guter Glättbarkeit fungiert.
Beim erfindungsgemäßen beheizbaren Spiegel ist es, wie aus dem Stand der Technik bereits bekannt vorgesehen, daß Kontaktstellen zur Kontaktierung mit einer Spannungsquelle vorhanden sind. Diese Kontaktstellen sind dabei bevorzugt so ausgebildet, daß sie über eine zusätzliche Metallschicht mit der Heizleiterschicht verbunden sind. Diese zusätzliche Metall- schicht ist bevorzugt ausgewählt aus den Metallen Zn und/oder Sn. Diese zusätzliche Metallschicht hat dabei eine Dicke von 50 bis 100 μm.
Als Reflexionsschicht für den Spiegel können die aus dem Stand der Technik bekannten Schichten eingesetzt werden. Beispiele hierfür sind dicroide Schichten oder Chrom- und Silberschichten.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer Heizleiterschicht aus elektrisch leitfähigen Partikeln auf einem Substrat. Erfindungsgemäß zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, daß das elektrisch leitfähige Material in Drahtform einer TemperaturerzeugungsVorrichtung zugeführt wird und dabei eine Temperatur von > 5000 °K ausgesetzt wird. Die dabei entstehenden leitfähigen Partikel werden in Luft auf die Substratoberfläche geführt. Wesentlich beim erfindungsgemäßen Verfahren ist dabei, daß die- ses Auftragsverfahren in Umgebungsatmosphäre, d.h. in Raumluft durchgeführt wird. Dadurch ist dieses Verfahren einfach und kostengünstig im Aufbau.
Bevorzugt ist es beim erfindungsgemäßen Verfahren, daß die Temperatur mittels Lichtbogen erzeugt wird.
Der Abstand zwischen der Vorrichtung und dem Substrat beträgt dabei bevorzugt 5 bis 50 cm, besonders bevorzugt 12 bis 25 cm. Besodners hervorzuheben beim erfindungsgemäßen Verfahren ist es, daß der Transport der Partikel mit Druckluft erfolgen kann. Durch diese einfache Maßnahme ist es nun möglich, auch durch eine Variation des Druckes das Verfahren zu beeinflussen. Die Druckluft kann im Bereich von 2,8 bis 7,5 atm. variiert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es somit die Schichtdicke der aufgebrachten Partikel durch Variation des Abstandes des Substrates von der Wärmeerzeugungsvorrichtung und/oder durch Variation der Geschwindigkeit der Partikel sowie durch den Drahtvorschub und die Höhe des elektrischen Lichtbogenstroms einzustellen.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet weitreichende Vorteile. Erfindungsgemäß ist es für die bahnförmige Ausführungsform als ersten Verfahrensschritt eine Trennlage auf dem Substrat zu erzeugen. Diese Trennlage wird dabei so ausgebildet in ihrer Struktur, daß dann beim Auftrag die Heizleiterschicht die gewünschte Bahnform z.B. mäanderförmig oder spiralförmig erhält.
Überraschenderweise hat es sich herausgestellt, daß eine derartige isolierende Trennlage sehr einfach durch Aufbringen einer Formulierung enthaltend ein Harz und ein Lösungsmittel hergestellt werden kann. Es hat sich gezeigt, daß dann, wenn eine derartige isolierende Trennlage durch ein an und für sich gängiges Auftragsverfahren auf der Substratoberfläche aufgebracht wird, die durch das Verdampfungsverfahren dem Substrat zugeführten Partikel an den Stellen an denen die Trennlage auf dem Substrat anhaftet, ein Eindringen der Partikel in die Substratoberfläche verhindert wird. Die auftretetenden Partikel fallen somit von diesen Bereichen auf denen die Trennlage aufgebracht ist ab und haften nur, d.h. sie dringen in die Oberfläche des Substrates ein, an den Stellen an denen keine Trennlage vorhanden ist. Die Fign. 4 bis 6 zeigen nun beispielhaft an einem Glassubstrat eine aufgebrachte Aluminiumlegierung bei der auch eine Trennlage vorhanden ist. Die Fign. 4 bis 6 verdeutlichen, daß an den Stellen an denen die Trennlage aufgebracht worden ist, durch das nachträgliche Auftragsverfahren keine Anhaftung der Partikel stattge- funden hat. Im Beispielsfall der Fign. 4 bis 6 wurde als Trennlage ein Markerstift mit einer Harzformulierung und Farbstoffen verwendet.
Dadurch eröffnen sich weitreichende Möglichkeiten in bezug auf das Layout der aufzubringenden Heizleiterschicht. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es somit nicht nur möglich, die Dicke und Bahnbreite zu variieren sondern auch das Layout der aufzubringenden Heizleiterschicht kann durch sehr einfaches Anbringen der Trennlage auf dem Substrat gezielt gesteuert werden.
Ein entscheidender Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, daß auf die Heizleiterschicht ganz- flächig eine Polymerbeschichtung aufgebracht werden kann die dann als Splitterschutz, zur thermischen und elektrischen Isolation sowie als Klebstoff zur Fixierung des Spiegelrahmens dient. Insbesondere durch die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte rauhe Oberfläche mit der vorstehend beschriebenen Partikelausbildung ist es offensichtlich möglich, daß eine Polymerbeschichtung durch ein einfaches Verfahren z.B. durch Aufrollen, Aufspachteln oder ein sonstiges 10
gängiges Auftragsverfahren aufgebracht werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, daß diese Polymerbeschichtung eine ausgezeichnete Haftung zum Untergrund, d.h. zur Leiterschicht und/oder zur Trennlage aufweist. Bevorzugt wird als Polymerbeschichtung ein silanmodifiziertes Polymer insbesondere ein silanmodifiziertes Alkydharz verwendet. Der Vorteil dieses Systems besteht darin, daß es an Luft selbsthärtend ist. Durch diese Maßnahme ist ein sehr einfaches und kostensparendes Aufbringen eines Splitterschutzes möglich der gleichzeitig als Isolation und ggf. als Kleber für den Spiegelrahmen dient.
In bezug auf die Materialauswahl für die aufzubrin- genden Partikel und für die Substrate wird auf die vorstehenden Ausführungen zum beheizbaren Spiegel verwiesen. Besonders bevorzugt ist es danach, wenn eine Materialpaarung Glas und Aluminium und/oder Aluminiumlegierung für die Partikel verwendet wird. Als isolierende Trennlage hat es sich dabei als vorteilhaft erwiesen, wenn hier ein an und für sich aus dem Stand der Technik bekannter Markerstift z.B. Edding- arker® verwendet wird.
Aufgrund der ausgezeichneten Steuerungsmöglichkeiten des Verfahrens in bezug auf die Schichtdicke, Bahnbreite und das Layout eignet sich das vorstehend näher beschriebene erfindungsgemäße Verfahren besonders zur Erzeugung von Heizleiterschichten für beheizbare Spiegel in der Kraftfahrzeugindustrie wie in den Ansprüchen 1 bis 16 beschrieben. 11
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 7 näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Spiegel mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Heizleiterschicht;
Fig. 2 der Spiegel, geschnitten gemäß den Linien II - II in Fig. 1;
Fig. 3 einen Teilbereich des erfindungsgemäßen
Spiegels mit einem Feuchtigkeitssensor und schematisch dargestellter Energieversor- gungs- und Regeleinrichtung;
Fig. 4 eine elektronenmikroskopische Aufnahme in 3Ofacher Vergrößerung einer erfindungsgemäßen Heizleiterschicht;
Fig. 5 dieselbe Heizleiterschicht in lOOfacher Vergrößerung;
Fig. 6 die Heizleiterschicht in lOOOfacher Vergrö- ßerung.
Einführend sei festgehalten, daß in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbe- Zeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden kön- 12
nen. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.
In den gemeinsam beschriebenen Fign. 1 bis 3 ist ein beheizbarer Spiegel 1 mit einem Heizelement 2 in einem Gehäuse 3 für einen Außenspiegel 4, z.B. für Kraftfahrzeuge, gezeigt. Er besteht aus einem Sub- strat 5 aus einem eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden, anorganischen Material, z.B. Glas, Keramik, bevorzugt mit geschliffenen und vergüteten Oberflächen 6, 7. Beispielsweise auf der einer Blickrichtung gemäß - Pfeil 8 - entgegengesetzten Oberflä- ehe 7 ist das Substrat 5 mit einer Reflexionsschicht 9, z.B. einer Chromschicht, beschichtet.
Das Heizelement 2, mit einer zumindest auf einer Oberfläche 6, 7 des Substrates 5 und/oder der Refle- xionsschicht 9 aufgebrachten Schicht aus elektrisch leitendem und der Stromführung einen Widerstand entgegensetzenden Material bildet im wesentlichen eine Leiterbahn 10 aus, wobei das elektrisch leitende Material bahnförmig oder vollflächig auf der Oberfläche 6, 7 angeordnet ist. Der bahnförmige Verlauf der Leiterbahn 10 ist spiral- oder mäanderförmig, die Oberfläche 7 vorzugsweise großflächig bedeckend ausgebildet, wobei ein unterbrechungsfreier Verlauf der 13
Leiterbahn 10 von einer in etwa im Mittel einer Längsstirnkante 11 befindlichen Endstelle bis zu einer unmittelbar dazu benachbart angeordneten weiteren Endstelle gegeben ist. Es ist jedoch auch möglich, die Leiterbahn 10 als vollflächige Heizschicht auszubilden. In den Endstellen der Leiterbahn 10 sind Kontaktelemente 12, 13 angeordnet.
Unmittelbar benachbart zueinander verlaufende Leiter- bahnbereiche 14, 15 sind mittels einer einen Zwischenraum 16 zwischen den Leiterbahnbereichen 14, 15 ausbildenden Trennlage 17 voneinander elektrisch isoliert, welche auf der Oberfläche 6, 7 des Substrates 5 angeordnet ist. Die Kontaktelemente 12, 13, von denen Leitungen 18, 19 für die elektrische Anspeisung der Leiterbahn 10 durch das Gehäuse 3 durchgeführt sind, werden durch direkte Verlötung mit dem Material der Leiterbahn 10 elektrisch leitend angeschlossen und bestehen aus einer auf die Leiterbahn 10 aufge- brachten Zink- und/oder Zinnschicht.
Das Heizelement 2 ist auf einer vom Substrat 5 abgewandten Rückfläche 20 mit einer Deckschicht 21 aus einem elektrisch nicht leitenden Material versehen, so daß die Leiterbahn 10 zwischen Substrat 5 und der Deckschicht 21 angeordnet ist. Die Deckschicht 21 ist dabei bevorzugt durch eine selbsthärtende Polymerbeschichtung z.B. aus silanmodifizierten Polymeren gebildet. Mit der Deckschicht 21 ist der Spiegel 1 in den Spiegelrahmen 22 eingeklebt und wird durch die Halterung 23 im Gehäuse 3 gehalten. 14
Die zwischen Trennlage 17 verlaufende Leiterbahn 10 ist durch mittels Lichtbogenverfahren auf die Oberfläche 7 haftend aufgebrachte Partikel 24 aus elektrisch leitendem Material gebildet. Vorzugsweise wer- den Partikel 24 aus AI, Zn, Sn, Cu, Ni und/oder deren Legierungen herangezogen, wobei die Leiterbahn 10 für die Umsetzung der Stromenergie in Wärmeenergie bei Anspeisung aus einem Niederspannungsnetz einen vorgegebenen Widerstandswert von in etwa 2 Ω bis 20 Ω, vorzugsweise 8 Ω aufweist. Dadurch beträgt die Temperatur der mit Strom beaufschlagten Leiterbahn 10 maximal 100 °C. Das elektrisch leitende Material bzw. die Leiterbahn 10 kann jedoch auch transparent, beispielsweise als Hartglasbeschichtung ausgebildet sein, welche bevorzugt an einer der Blickrichtung - Pfeil 8 - zugewandten Vorderseite des Substrates 5, insbesondere an einer einer Blickrichtung - Pfeil 8 - zugesandten Vorderseite des beheizbaren Spiegels 1, angeordnet ist.
Zur Erzielung unterschiedlicher Temperaturzonen verteilt über das Substrat 5 ist das Heizelement 2 mit einer sich kontinuierlich verändernden Schichtdicke 25 versehen, womit bei einer vorgegebenen Bahnbreite 26 der Leitungsquerschnitt und damit der der Stromleitung entgegengesetzte Leitungswiderstand nach den Erfordernissen für die Heizleistung in unterschiedlichen Zonen des Spiegels 1 angepaßt werden kann.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Heizelementes 2 mit kontinuierlich veränderter Schichtdicke 25 der Leiterbahn 10 werden aber auch Temperaturspannungen zwischen benachbarten Bereichen im Substrat 5 15
wirkungsvoll verhindert, wodurch es möglich ist, sehr dünnwandige Substrate 5 zu verwenden, ohne daß Spannungsbrüche auftreten und wird in weiterer Folge durch die geringe zu beheizende Masse eine Reduzie- rung des Energieeinsatzes sowie kürzere Ansprechzeiten erreicht.
Selbstverständlich kann der erfindungsgemäße Spiegel 1 nicht nur beim dargestellten Außenspiegel 4 einge- setzt werden sondern auch bei allen heute üblichen
Außenspiegeln, wie z.B. bei elektrisch verstellbaren Außenspiegeln.
Es ist auch möglich, das mit dem Heizelement 2 ausge- stattete Spiegel 1 mit einem oder mehreren Sensoren, beispielsweise Temperatursensoren 28 oder Feuchtigkeitssensoren 29 zu kombinieren, welche auf der Oberfläche 7 oder auf einer der Leiterbahn 10 entgegengesetzten Oberfläche 6 eines vorzugsweise durch das Substrat 5 und gegebenenfalls die Reflexionsschicht 9 gebildeten Flächenelementes angeordnet sein können.
Eine mögliche Ausbildung des Feuchtigkeitssensors 29 besteht z.B. in der Ausbildung eines resistiven Meß- bereiches, wie in Fig. 3 dargestellt. Der Sensor kann durch einen von der Leiterbahn 10, insbesondere von der Heizschicht isoliert angeordneten Teilbereich des elektrisch leitenden Materials gebildet sein. Es können aber auch in einem Randbereich 27 des Spiegels 1 bzw. im Bereich einer Längsstirnkante 11 des Substrates 5 auf der Oberfläche 6 oder 7 elektrisch leitende Kontaktflächen 30, 31 z.B. durch eine Chrombe- schichtung aufgebracht werden, die voneinander z.B. 16
durch die Trennlage 17 isoliert sind. Über Leitungen 32, 33 wird an die Kontaktflächen 30, 31 ein elektrische Spannung angelegt. Bildet sich auf der Oberfläche 6 Feuchtigkeit, wie es beim Beschlagen oder Ver- eisen eintritt, kommt es durch Überbrückung der
Trennlage 17 zu einem Stromschluß und kann das daraus abgeleitete Signal für die Aktivierung des Heizelementes 2 in einer entsprechenden Versorgungs- und/- oder Steuervorrichtung 34 als Schaltsignal Verwendung finden.

Claims

17Patentansprüche
1. Beheizbarer Spiegel mit einem transparenten Flächenelement aus einem Substrat aus anorganischem Material und mindestens einer Reflexionsschicht sowie mindestens einer auf dem Substrat und/oder der Reflexionsschicht aufgebrachten Heizleiterschicht die Kontaktelemente aufweist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Heizleiterschicht (10) durch in die
Oberfläche des Substrates (5) und/oder der Reflexionsschicht (9) mindestens teilweise eingebetteten leitfähigen Partikel mit einem mittleren Durchmesser von 3 bis 100 μm gebildet ist und daß die Heizleiterschicht (10) ganzflächig oder bahnförmig ausgebildet ist wobei der nichtleitende Bereich bei der bahnförmigen Ausführungsform zwischen den Bahnen eine isolierende Trennlage (17) ist.
2. Beheizbarer Spiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ganzflächig auf der Heizleiterschicht (10) eine Polymerbeschichtung als Deckschicht (21) die als Splitterschutz, und Isolation dient, aufgebracht ist.
3. Beheizbarer Spiegel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerbeschichtung ein silanmodifiziertes an Luft härtendes Polymer, ist. 18
4. Beheizbarer Spiegel nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (12, 13) über eine Metallschicht mit der Heizleiterschicht (10) verbunden sind.
5. Beheizbarer Spiegel nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel ausgewählt sind aus den Metallen AI, Zn, Sn, Cu, Ni und/oder deren Legierung.
6. Beheizbarer Spiegel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel Aluminium und/oder eine Aluminiumlegierung mit mindestens 96 % Aluminium sind.
7. Beheizbarer Spiegel nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (5) Glas ist.
8. Beheizbarer Spiegel nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Trennlage (17) ein Film ist der aus einer Harz, Lösungsmittel und ggf. Additiven enthaltenden Formulierung gebildet worden ist.
9. Beheizbarer Spiegel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz ein Naturharz wie Schellack, Gummiarabikum, oder Kolophonium ist.
10. Beheizbarer Spiegel nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Additive Farbstoffe sind. 19
11. Beheizbare Spiegel nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke (25) der Heizleiterschicht (10) im Bereich von 10 bis 100 μm liegt.
12. Beheizbarer Spiegel nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht für die Kontaktstellen ausgewählt ist aus Zn, Sn, und/oder Ag.
13. Beheizbarer Spiegel nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleiterschicht (10) spiralförmig oder ä- anderförmig ist.
14. Beheizbarer Spiegel nach Anspruch 13 , dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke und/oder Breite der Bahnform der Heizleiterschicht (10) in Abhängigkeit von der gewünschten Heizleistung auf dem jeweiligen Flächenelement ausgewählt ist.
15. Beheizbarer Spiegel nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Bahnform (26) der Heizleiterbahn im Bereich von 2 bis 20 mm liegt.
16. Beheizbarer Spiegel nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche und/oder einer der Leiterbahnen (10) entgegengesetzte Oberfläche des Flächenelementes eine auf einer Versorgungs- und/ oder Steuervorrichtung (34) leitungsverbundener 20
Sensor wie z.B. ein Feuchtigkeits- und/oder ein Temperatursensor (28, 29) angeordnet ist.
17. Verfahren zum Herstellen einer Heizleiterschicht aus elektrisch leitfähigen Partikel auf einem
Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitfähige Material in Drahtform einer Wärmeerzeugungsvorrichtung zugeführt und dabei einer Temperatur > 5000 °K ausgesetzt wird und die erzeugten Partikel in Luft auf die Substratoberfläche geführt werden.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur mittels Lichtbogen er- zeugt wird und der Abstand zwischen der Vorrichtung und dem Substrat im Bereich von 5 bis 50, bevorzugt zwischen 12 und 25 cm liegt.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18 dadurch ge- kennzeichnet, daß der Transport der Partikel mittels Druckluft im Bereich von 2,8 bis 7,5 atm. erfolgt.
20. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der aufgebrachten Partikel durch Variation des Abstandes des Substrates von der Temperaturerzeugungsvorrichtung und/oder durch Variation der Druckluft der Partikel und/oder durch die Vorschubgeschwindigkeit des Drahtes zur Temperaturerzeugungsvorrichtung eingestellt wird. 21
21. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der Heizleiterschicht bereichsweise auf dem Substrat eine isolierende Trennlage aufge- bracht wird, die ein Eindringen der auftreffenden Partikel auf der Substratoberfläche verhindern.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeich- net, daß die isolierende Trennlage in einer Form aufgebracht wird, so daß eine bahnförmige, insbesondere eine mäander- oder spiralförmige Heizleiterschicht entsteht.
23. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß ganzflächig auf die Heizleiterschicht eine Deckschicht in Form einer Polymerbeschichtung als Splitterschutz und zur Isolation aufgebracht wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerbeschichtung aufgestrichen oder aufgerollt wird und aus einem selbsthärtenden silanmodifizierten Polymer besteht.
25. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Drahtes ausgewählt ist aus den Metallen AI, Zn, Ni, Sn, Cu und/oder deren Legierungen.
26. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat Glas ist. 22
27. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Trennlage aus einer Harz enthaltenden Formulierung gebildet wird.
28. Verwendung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 17 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleiterschicht als Spiegelheizung, insbesondere für Kraftfahrzeugspiegel verwendet wird.
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