DE4341017C2 - Verfahren zur Herstellung einer Verbundglasscheibe mit in der thermoplastischen Zwischenschicht angeordneten Metalldrähten und Anwendung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer aus mehreren Schichten bestehenden Verbundglasscheibe mit einem oder mehreren innerhalb einer thermoplastischen Zwischenschicht liegenden Drähten, bei dem vor dem Zusammen legen der Schichten zwischen den Drähten und einem oder mehreren Metallelementen eine elektrisch leitende Verbindung hergestellt wird und anschließend die Schichten unter Anwendung von Wärme und Druck miteinander verbunden werden.

Verbundglasscheiben mit in der thermoplastischen Zwischenschicht eingelegten und mit Metalleleinenten verbundenen Drähten werden z. B. bei Kraftfahrzeugen als elektrisch beheizbare Glasscheiben und/oder als Antennenscheiben eingesetzt. Weitere Anwendungen solcher Gläser betreffen insbesondere den Baubereich, wo sie ebenfalls als elektrisch heizbare Glasscheiben, aber beispielsweise auch als Alarmglasscheiben zum Schutz von Räumen gegen Ein- und Ausbruch oder als elektrische Abschirmgläser Verwendung finden. Die Drähte werden üblicherweise innerhalb der Verbundglasscheibe mit einem oder mit mehreren Metallelementen kontaktiert, die beispielsweise zu einem von außen zugänglichen Stromanschlußelement führen.

Wenn die in der thermoplastischen Zwischenschicht angeordneten Drähte als Heizdrähte dienen, sind in der Regel eine Reihe von Heizdrähten parallel geschaltet, indem sie mit zwei entlang gegenüberliegender Kanten der Glasscheibe angeordneten Sammelleitern verbunden sind. Die in der Verbundglasscheibe angeordneten Drähte sind in der Regel sehr dünn und haben beispielsweise einen Durchmesser von 0,005 bis 0,1 mm, um die Durchsicht durch die Glasscheibe möglichst wenig zu beeinträchtigen.

Verfahren der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus der DE-OS 21 27 693 und der DE-OS 30 01 554 bekannt. Die Herstellung der elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Drähten und den Metallelementen, bei denen es sich in der Regel um verzinnte Kupferfolien handelt, erfolgt bei den bekannten Verfahren in der Weise, daß die Drähte zwischen verzinnten Kupferfolien eingebettet werden. Dabei können die beiden aufeinanderliegenden Kupferfolien unter Einschluß der Drähte miteinander verlötet werden. Statt dessen kann die elektrisch leitende Verbindung auch durch den Druckkontakt beim späteren Verpressen der Anordnung zur Verbundglasscheibe hergestellt werden.

Wenn die Drähte eine metallische Oberfläche aufweisen, können sie auch bei kleinen Durchmessern durch Lichtreflexionen sichtbar sein. Diese Lichtreflexionen können sich besonders dann störend auswirken, wenn sich der Betrachter und die Lichtquelle auf der gleichen Seite der Glasscheibe befinden. Zur Vermeidung solcher störender Reflexionen ist es bekannt, Metalldrähte zu verwenden, die oberflächlich geschwärzt sind. Derartige oberflächlich geschwärzte Metalldrähte lassen sich jedoch nur schlecht mit elektrischen Leitelementen verlöten oder auf andere Weise verbinden, und außerdem erhöhen die lichtabsorbierenden Oberflächenschichten oft in unerwünschter Weise den Übergangswiderstand zwischen den Drähten und den Metallelementen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer gattungsgemäßen Verbundglasscheibe zu schaffen, das auch bei Verwendung von Drähten mit einer lichtabsorbierenden Oberflächenschicht eine gute elektrische Verbindung zwischen den Drähten und den Metallelementen gewährleistet.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Drähte vor dem elektrischen Verbinden mit den Metallelementen an den Verbindungsstellen durch eine gezielte, örtlich begrenzte Energiebeaufschlagung so weit erhitzt werden, daß dadurch auf der Drahtoberfläche haftende, einen erhöhten Übergangswiderstand hervorrufende Oberflächenschichten entfernt werden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung sieht also vor, für die Herstellung der Verbundglasscheiben weiterhin reflexionsarme Drähte zu verwenden, bei diesen Drähten jedoch lokal an den für die elektrische Verbindung vorgesehenen Stellen die Oberflächenschicht durch gezielte Erhitzung zu entfernen. Auf ihrer gesamten übrigen Länge behalten die Drähte ansonsten ihre Oberflächenschicht und damit ihr hohes Licht-Absorptionsvermögen bei.

Die erfindungsgemäße Behandlung bewirkt, daß durch die gezielte Erhitzung an den Verbindungsstellen die oberen Materialschichten abgetragen werden. Wenngleich die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens noch nicht vollständig aufgeklärt ist, ist jedoch zu vermuten, daß das Material der oberen Materialschichten, beispielsweise Graphit und/oder Oxide des Drahtmetalls, dabei entweder durch den Thermoschock, das heißt durch die plötzliche Hitzeeinwirkung, von der Drahtoberfläche abgesprengt und/oder verbrannt wird, oder daß es durch Verdampfung, durch Pyrolyse oder durch Reduktion zum Metall entfernt oder unschädlich gemacht wird.

Je nach der Art des verwendeten Drahtmetalls können durch das erfindungsgemäße Verfahren die Drähte an den Verbindungsstellen auf eine Temperatur erhitzt werden, die zwar unterhalb der Schmelztemperatur des Drahtmetalls, jedoch oberhalb der Verflüchtigungstemperatur der entsprechenden Metalloxide liegt. So liegt beispielsweise im Fall von Wolfram als verwendetem Drahtmetall der Schmelzpunkt bei etwa 3400 Grad Celsius, während die Verflüchtigungstemperatur von Wolframtrioxid bei etwa 1750 Grad Celsius liegt.

Die Energiebeaufschlagung kann beispielsweise vor dem Ablegen der Drähte auf der thermoplastischen Schicht erfolgen. Auf diese Weise werden die Drähte bereits vor ihrem Ablegen für die elektrische Verbindung vorbereitet.

Dabei ist es beispielsweise möglich, den Prozeß des Verlegens der Drähte mit der Oberflächenbehandlung zu koppeln, indem während des Ablegevorgangs diejenigen Drahtabschnitte, die als Verbindungsstellen mit dem Metallelement, beispielsweise einer Sammelschiene, vorgesehen sind, unmittelbar vor dem Ablegen der Drahtabschnitte auf der Sammelschiene mit der Energie beaufschlagt werden.

Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vor dem Zusammenlegen der die Verbundglasscheibe bildenden Schichten zunächst die Metallelemente und anschließend die Drähte über den Metallelementen auf der thermoplastischen Zwischenschicht abgelegt und fixiert, und die Energiebeaufschlagung erfolgt erst nach dem Ablegen der Drähte auf der thermoplastischen Schicht oberhalb der Metallelemente.

Obwohl für das Entfernen der Oberflächenschichten meist sehr hohe Temperaturen erforderlich sind, kann die Energiebeaufschlagung auch bei Drähten, die bereits auf der thermoplastischen Folie abgelegt und fixiert sind, ohne Beeinträchtigung der thermoplastischen Schicht durchgeführt werden. Durch die gezielte, örtlich begrenzte Energiebeaufschlagung ist es nämlich möglich, einerseits ausreichend hohe Temperaturen für die Entfernung der Oberflächenschicht der Drähte zu erzielen und andererseits trotzdem eine störende Erwärmung ihrer Umgebung zu vermeiden, indem eine sehr hohe Energiedichte lokal begrenzt und nur verhältnismäßig kurzzeitig angewendet wird. Dies geschieht am besten dadurch, daß den zu bearbeitenden Stellen kurzzeitig Energieimpulse mit hoher Leistungsdichte zugeführt werden. Auf diese Weise beschränkt sich die gewünschte Erhitzung im wesentlichen auf die Drähte selbst.

Nach einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Energiebeaufschlagung an den Verbindungsstellen durch Laserstrahlung, wobei die Laser-Behandlung gegebenenfalls in einer reduzierenden Gasatmosphäre durchgeführt werden kann.

Nach einer anderen Ausführungsform erfolgt die Energiebeaufschlagung durch eine reduzierende Mikro-Gasflamme, bei der als Brenngas beispielsweise Wasserstoff dient. Durch eine elektronische Regelung kann die Einwirkungszeit der Flamme auf die Verbindungsstelle und damit die Temperatur gesteuert werden. Bei der Verwendung von Gasflammen, deren Flammenlängen teilweise in der Größenordnung von 1 mm oder gar noch darunter liegen, wird nur eine kleine Wärmemenge in konzentrierter Form auf die Verbindungsstellen übertragen. Dadurch ist es möglich, nur die Verbindungsstellen selbst zu erwärmen, ohne ihre Umgebung zu beeinträchtigen.

Weitere Vorteile, zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Von den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine für eine Heizscheibe vorgesehene, mit Drähten und Sammelschienen belegte Folie in einer Aufsicht, und

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 während der Energiebeaufschlagung auf die Verbindungsstellen.

Die in Fig. 1 dargestellte thermoplastische Folie 1 soll zu einer elektrisch beheizbaren Windschutzscheibe weiterverarbeitet werden. Sie ist auf ihre Endmaße geschnitten und besteht üblicherweise aus Polyvinylbutyral. Auf der thermoplastischen Folie 1 werden zunächst parallel zu den Längskanten der Folie und in geringem Abstand von diesen zwei verzinnte Kupferfolienbänder 2, 3 als Sammelschienen für die als Heizleiter dienenden Drähte 4 abgelegt und durch Erwärmung auf der thermoplastischen Folie fixiert. Danach werden die Drähte 4 auf der thermoplastischen Folie 1 abgelegt. An den für die elektrische Verbindung vorgesehenen Stellen liegen die Drähte 4 auf den Sammelschienen 2, 3 auf. Die Drähte 4 bestehen vorzugsweise aus geschwärztem Wolframdraht mit einem Durchmesser von 20 bis 50 Mikrometern.

Die erfindungsgemäße Oberflächenbehandlung der Drähte 4 erfolgt, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, an den Stellen, an denen sie auf den Sammelschienen 2, 3 aufliegen. Dabei erfolgt die Energiebeaufschlagung auf die Verbindungsstellen durch Laserstrahlung, indem ein senkrecht auf die Sammelschienen 2, 3 gerichtetes Laserstrahlenbündel mit seinem Brennpunkt 5 in Richtung des Pfeiles F über die Sammelschienen geführt wird. Die Höhe der zugeführten Energie kann dabei durch eine Regelung der Strahlungsleistung, eine Veränderung der Pulsdauer und der Pulsfrequenz bei gepulsten Lasern, sowie durch Veränderung der Bewegungsgeschwindigkeit des auf den Draht auftreffenden Laserstrahls in weiten Grenzen eingestellt werden, wobei die optimalen Bedingungen zuvor durch Versuche ermittelt werden.

Für den erfindungsgemäßen Zweck können verschiedene Laser eingesetzt werden. Die Verwendung eines Lasers mit einer Emissionswellenlänge, die kleiner als 2,5 µm ist, hat dabei den Vorteil, daß das Laserlicht über Glasfaserkabel an die gewünschten Stellen geleitet werden kann. Dabei wird das am Ende mit einer geeigneten Fokussieroptik versehene Glasfaserkabel mit der Fokussieroptik über die Drähte geführt, während der Laser stationär angeordnet bleiben kann. Selbstverständlich kann hierfür auch eine geeignete maschinelle Einrichtung verwendet werden, beispielsweise eine Kreuzschlittenmaschine mit einem numerisch gesteuerten Kreuzschlitten, der die Laseroptik in einem bestimmten Abstand entsprechend dem vorgegebenen Weg über die oberhalb der Sammelschienen 2, 3 liegenden Drahtabschnitte führt.

Zur Behandlung der Verbindungsstellen wird beispielsweise ein gepulster Nd:YAG-Laser mit einer Emissionswellenlänge Lambda = 1,06 µm mit den folgenden Verfahrensparametern verwendet: Pulsenergie 2 J, Pulsdauer 1 ms, Pulsfrequenz 100 Hz und Bewegungsgeschwindigkeit 3 m/min. Selbstverständlich kann bei einer höheren Leistung des Lasers die Bewegungsgeschwindigkeit erhöht werden.

Nachdem auf diese Weise die Oberfläche der Wolframdrähte oberhalb der Sammelschienen 2 und 3 von der auf ihr haftenden Oberflächenschicht 4A, wie etwa Graphit, Wolframoxiden und sonstigen Verunreinigungen, lokal befreit ist, wird auf die Sammelschienen 2, 3 jeweils ein zweites einseitig verzinntes Kupferband mit der verzinnten Seite nach unten aufgelegt. Mit Hilfe eines Lötkolbens, der anschließend über dieses zweite Kupferband geführt wird, werden die Zinnschichten aufgeschmolzen und verbinden sich mit den gereinigten Abschnitten der Wolframdrähte.

Statt dessen kann man jedoch auch so vorgehen, daß die Beaufschlagung der Drähte mit der Laserstrahlung so durchgeführt wird, daß gleichzeitig mit der oberflächlichen Reinigung der Drähte das Zinn aufgeschmolzen und dadurch unmittelbar die Lötverbindung zwischen den Drähten und den Sammelschienen hergestellt wird.

Die so vorbereitete thermoplastische Folie 1 wird nun zwischen zwei Glasscheiben gelegt und mit diesen nach Entfernung der eingeschlossenen Luft durch eine geeignete Wärme-Überdruck-Behandlung in einem Autoklaven zu der fertigen Verbundglasscheibe verbunden.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung einer aus mehreren Schichten bestehenden Verbundglasscheibe mit einem oder mehreren innerhalb einer thermoplastischen Zwischenschicht liegenden Drähten, bei dem vor dem Zusammenlegen der Schichten zwischen den Drähten und einem oder mehreren Metallelementen eine elektrisch leitende Verbindung hergestellt wird und anschließend die Schichten unter Anwendung von Wärme und Druck miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte vor dem elektrischen Verbinden mit den Metallelementen an den Verbindungsstellen durch eine gezielte, örtlich begrenzte Energiebeaufschlagung so weit erhitzt werden, daß dadurch auf der Drahtoberfläche haftende und einen erhöhten Übergangswiderstand hervorrufende Oberflächenschichten entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Zusammenlegen der die Verbundglasscheibe bildenden Schichten zunächst die Metallelemente und anschließend die Drähte über den Metallelementen auf der thermoplastischen Zwischenschicht abgelegt und fixiert werden, und daß die Energiebeaufschlagung nach dem Ablegen der Drähte auf der thermoplastischen Schicht oberhalb der Metallelemente erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiebeaufschlagung an den Verbindungsstellen durch Laserstrahlung erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Laserstrahlung mit einer Emissionswellenlänge von kleiner als 2,5 µm verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lokale Energiebeaufschlagung an den Verbindungsstellen durch eine Mikro-Gasflamme erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstellen der Drähte während der Energiebeaufschlagung einer reduzierenden Gasatmosphäre ausgesetzt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Lötmetall beschichtete Metallelemente verwendet werden, und daß die Energiebeaufschlagung derart durchgeführt wird, daß gleichzeitig mit der Entfernung der Oberflächenschichten der elektrische Kontakt zwischen den Drähten und den Metallelementen durch das geschmolzene Lötmetall hergestellt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Verbindung zwischen den Drähten und den Metallelementen durch einen elektrisch leitfähigen Kleber hergestellt wird.

9. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Herstellen einer elektrisch beheizbaren Verbundglasscheibe mit in der thermoplastischen Zwischenschicht in Parallelschaltung angeordneten und mit Sammelschienen elektrisch leitend verbundenen Heizdrähten aus Wolfram.