Автомобильное стекло с направленно изменяющейся прозрачностью (варианты)
AUTOMOTIVE GLASS WITH DIRECTIONALLY VARYING TRANSPARENCY (OPTIONS)

Область техники.
Заявляемое техническое решение относится к стеклам транспортных средств и предназначено для изготовления электрохромных автомобильных стекол. Предшествующий уровень техники.
Из патента RU 2695045 (МПК B60J 1/00, G02F 1/153, B60J 3/04, 2019) известно автомобильное стекло, содержащее три наложенные друг на друга стеклянных листа. На смежных поверхностях первого и второго листов выполнены электропроводящие слои с закрепленными шинами подключения источника электропитания. Пространство между этими листами герметизировано, и в нем размещено электрохромное рабочее вещество. Все стеклянные листы и электропроводящие слои являются полностью или частично прозрачными по крайней мере в части видимого спектра оптического излучения. Между третьим и вторым листами размещен полимерный слой, задерживающий ультрафиолетовое излучение. С другой стороны на первый лист наклеена защитная пленка, не пропускающая ультрафиолетовое излучение. Первый лист выполнен по размеру меньше второго листа в области контакта края автомобильного стекла с уплотнителем. При установке стекла третий лист ставится наружу автомобиля, а первый - внутрь.
При работе известного электрохромного стекла его затемнение происходит не одновременно по всей поверхности, а постепенно, с заметной при восприятии человеком скоростью. При использовании одинаковых шин подключения источника электропитания затемнение происходит от периферии к центру.
Раскрытие заявляемого технического решения.
Технической задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является изменение направления движения фронта затемнения во время переходного процесса от прозрачного состояния автомобильного стекла к затемненному.
Под фронтом затемнения понимается переходная зона между прозрачной частью стекла и непрозрачной (затемненной) его частью. Для специалиста в области техники понятно, что под прозрачным состоянием стекла понимается его состояние, соответствующее максимальному пропусканию оптического излучения, а под непрозрачным (затемненным) состоянием - состояние, соответствующее минимальному пропусканию оптического излучения. Также для специалиста в области техники понятно, что в зависимости от конструкции стекла, длительности и условий его эксплуатации прозрачное состояние может соответствовать пропусканию значительно меньше 100% (например, 70%), а непрозрачное состояние может соответствовать пропусканию значительно больше 0% (например, 30%). При этом количественная характеристика пропускания излучения в прозрачном состоянии у стекла всегда больше, чем в непрозрачном состоянии.
Автомобильными стеклами, которые могут быть выполнены в соответствии с заявляемым техническим решением, могут быть стекла салона автомобиля: боковые, в том числе опускающиеся вниз, и ветровые стекла; лобовые стекла; задние стекла; панорамные стекла в крышах. Также в соответствии с заявляемым техническим решением могут быть выполнены другие стекла автомобиля, например, стекла передних фар и задних фонарей.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым техническим решением, является обеспечение произвольного конструктивно заданного направления движения фронта затемнения во время переходного процесса от прозрачного состояния автомобильного стекла к затемненному.
Сущность заявленного технического решения по варианту 1 состоит в том, что автомобильное стекло с изменяющейся прозрачностью содержит первый и второй наложенные друг на друга стеклянные листы, на смежных поверхностях которых выполнены электропроводящие слои, между которыми размещено электрохромное рабочее вещество. При этом к электропроводящим слоям первого листа закреплена первая шина подключения источника электропитания, а к электропроводящим слоям второго листа закреплена вторая шина подключения источника электропитания. При этом все стеклянные листы и электропроводящие слои являются полностью или частично прозрачными по крайней мере в части видимого спектра оптического излучения. Отличается тем, что первая и/или вторая шины выполнены на разных участках с различным суммарным значением электрического сопротивления единицы длины шин.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения по варианту 1, обеспечивающих достижение заявленного технического результата.
В частных случаях допустимо выполнять техническое решение по варианту 1 следующим образом.
Первая и/или вторая шины предпочтительно выполнены на разных участках с различным суммарным значением площади поперечного сечения.
Упомянутое суммарное сопротивление на разных участках соответствующих шин желательно различается не менее чем в пять раз, предпочтительно - не менее чем в десять раз.
Сущность заявленного технического решения по варианту 2 состоит в том, что автомобильное стекло с изменяющейся прозрачностью содержит первый и второй наложенные друг на друга стеклянные листы, на смежных поверхностях которых выполнены электропроводящие слои, между которыми размещено электрохромное рабочее вещество. При этом к электропроводящим слоям первого листа закреплена первая шина подключения источника электропитания, а к электропроводящим слоям второго листа закреплена вторая шина подключения источника электропитания. При этом все стеклянные листы и электропроводящие слои являются полностью или частично прозрачными по крайней мере в части видимого спектра оптического излучения. Отличается тем, что по крайней мере одна из упомянутых шин имеет по крайней мере два обособленных не короткозамкнутых участка, соединенных с источником электропитания последовательно через разные электрические сопротивления.
Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения по варианту 2, обеспечивающих достижение заявленного технического результата.
В частных случаях допустимо выполнять техническое решение по варианту 2 следующим образом.
Упомянутые электрические сопротивления, через которые разные участки упомянутой по крайней мере одной шины соединены с источником электропитания, желательно различаются не менее чем в пять раз, предпочтительно - не менее чем в десять раз.
Автором заявленных технических решений изготовлены опытные образцы этих решений, испытания которых подтвердили достижение указанного технического результата.
Краткое описание чертежей.
На фигуре 1 показана схема автомобильного стекла с изменяющейся прозрачностью, на фиг. 2 - схема установки автомобильного стекла, на фиг. 3 - схема расположения шин на стекле передней двери автомобиля.
Осуществление технического решения.
Автомобильное стекло с изменяющейся прозрачностью представляет собой наложенные друг на друга первый (1) и второй (2) стеклянные листы, между которыми размещено электрохромное рабочее вещество (3) (фиг. 1). Широко применяемое в промышленности стекло является оптически прозрачным в области видимого излучения и в ультрафиолетовом диапазоне от 315 до 400 нм. Это стекло является оптически непрозрачным в диапазоне ультрафиолетового излучения меньше 315 нм. Стекло может быть закаленным. Стеклянные листы могут быть тонированными.
Рабочее вещество (3) выполнено с возможностью обратимого изменения прозрачности под действием приложенного электрического напряжения. Рабочее вещество может быть жидкостью, гелем или твердым веществом. Под гелем в настоящей заявке понимается дисперсная система с жидкой дисперсионной средой, в которых частицы дисперсной фазы образуют пространственную структурную сетку. Гель представляет собой твердообразное ("студенистое") тело, способное сохранять форму, обладающее упругостью (эластичностью) и пластичностью. Типичные гели имеют коагуляционную структуру, то есть частицы дисперсной фазы соединены в местах контакта силами межмолекулярного взаимодействия непосредственно или через тонкую прослойку дисперсионной среды.
В качестве электрохромного компонента, изменяющего прозрачность (окрашивающегося) при восстановлении (при захвате электронов) используются материалы, включающие в себя оксиды вольфрама. В качестве электрохромного компонента, изменяющего прозрачность при окислении (при потере электронов) используются материалы, включающие в себя оксиды никеля и оксиды кобальта. Электрохромные материалы также могут быть выполнены на основе:
2
5
x
x
y
2
3
- оксидов неорганических металлов VO, Ir(OH), NiOH, TiO, МоО,
- проводящих полимеров PEDOT (поли-3,4-этилендиокситиофен), полипиррол, полианилин, полиазулен, политиофен, полипиридин, полииндол, поликарбазол, полиазин, полихинон,
- органических электрохромных материалов виологен, антрахинон, феноциазин.
В качестве рабочего вещества целесообразно применять долговечные электрохромные растворы с повышенным перепадом оптической плотности, раскрытые в описании к изобретению по патенту RU 2464607, МПК G02F 1/15 (2006.01), С09K 9/02 (2006.01), C08L 39/04 (2006.01), 2012.
В качестве рабочего вещества возможно применять электрохромный состав, раскрытый в описании к изобретению по патенту RU 2144937, МПК С09K 9/02 (2000.01), G02F 1/15 (2000.01), 2000. В качестве рабочего вещества возможно применять электрохромный состав, раскрытый в патентной заявке US 20150355519, МПК G02F 1/161 20060101 G02F 001/161; С09K 9/02 20060101 С09K 009/02; B29D 99/00 20060101 B29D 099/00; G02F 1/155 20060101 G02F 001/155; B29D 11/00 20060101 B29D 011/00, 2015.
Для исключения контакта рабочего вещества с кислородом воздуха, а также для герметизации жидкого или гелеобразного рабочего вещества пространство между первым (1) и вторым (2) листами герметизировано барьером (12). Барьер (12) может быть выполнен из полиизобутиленового герметика или эпоксидной смолы.
Первый (1) и второй (2) листы, а также барьер (12) выполнены из материала, химически стойкого к рабочему веществу (3).
Для подвода напряжения к поверхностям рабочего вещества (3) первый (1) и второй (2) листы со стороны рабочего вещества снабжены электропроводящими слоями (4), выполненными в виде нанесенных на них оптически прозрачных слоев из оксида олова. Стеклянные листы (1, 2) могут быть выполнены в виде стекол NSG ТЕС 15 производства завода Pilkington (Англия), входящего в группу Nippon Sheet Glass Co., Ltd. (интернет-ресурс http://www.pilkington.com/en/global/products/product-categories/special-applications/nsg-tec-for-technical-applications). Например, TEC15 толщиной 3,85 мм.
Для подключения источника электропитания первая (5) и вторая (6) шины приклеены электропроводным клеем (7) к электропроводящим слоям (4) соответственно первого (1) и второго (2) листов. При изготовлении автомобильного стекла для выполнения шин целесообразно использовать медную ленту с проводящим клеевым слоем. Каждая шина может состоять из нескольких параллельных лент.
Для конфигурирования движения фронта затемнения во время переходного процесса от прозрачного состояния стекла к затемненному по первому варианту изобретения первая (5) и/или вторая (6) шины выполнены на разных участках стекла с различным суммарным значением электрического сопротивления единицы длины шин. Под суммарным значением понимается сумма упомянутых сопротивлений первой и второй шин на одном и том же участке стекла. Так как шина является проводником и для изменения прозрачности стекла используется постоянный ток, то электрическое сопротивление шины определяется формулой
R = ρ ⋅ l/S,
где R - электрическое сопротивление шины,
ρ - удельное электрическое сопротивление шины,
l - длина шины,
S - площадь поперечного сечения шины.
Электрическое сопротивление единицы длины шины измеряется в единицах Ом/м и определяется формулой
1
r=R/l=ρ/S.
Таким образом, изменение электрического сопротивления единицы длины шин на разных участках может достигаться изменением материала выполнения шин и (или) изменением площади поперечного сечения шин.
На практике для указанных целей предпочтительно выполнять шины из одного материала, но с разной площадью поперечного сечения на разных участках.
Для достижения заметного восприятию человека изменения движения фронта затемнения во время переходного процесса сопротивление единицы участка для различных частей шин целесообразно выполнять с разностью не менее чем в пять раз. Предпочтительно, чтобы указанные сопротивления таких участков отличались не менее, чем в десять раз.
По второму варианту изобретения для конфигурирования движения фронта затемнения во время переходного процесса от прозрачного состояния стекла к затемненному первая (5) или вторая (6) шина имеет по крайней мере два обособленных не короткозамкнутых участка, соединенных с источником питания через разные последовательные электрические сопротивления. Упомянутые участки одной и той же шины (5 или 6) при этом электрически соединены друг с другом только через контакт с электропроводящим слоем (4) на соответствующем листе (1 или 2).
Для достижения заметного восприятию человека изменения движения фронта затемнения во время переходного процесса обособленные участки должны быть последовательно соединены с источником питания через сопротивления, отличающиеся не менее чем в пять раз. Предпочтительно, чтобы указанные сопротивления отличались не менее, чем в десять раз.
Снаружи шины желательно закрыть термостойкой изоляционной клейкой лентой (8). Эта лента предохраняет шины (5, 6) от замыкания или утечек. Кроме того, если при изготовлении автомобильного стекла требуется термообработка, то лента (8) предотвращает отклеивание шин (5, 6) от электропроводящих слоев (4) при нагревании. Аналогично лента (8) защищает шины при аномальном нагревании автомобильного стекла во время эксплуатации. Лента (8) может быть выполнена с использованием каптона, например, в виде каптонового скотча.
Автомобильное стекло снабжено термовыключателем, выполненным с возможностью отключения или значительного снижения подачи электропитания на рабочее вещество (3) при превышении рабочим веществом (3) порогового значения температуры. Пороговое значение температуры выбирается таким, чтобы оно было меньше температуры деградации электрохромного рабочего вещества. Термовыключатель может быть реализован, как раскрыто в изобретении RU1743062.
На первый лист с внутренней стороны автомобильного стекла наклеена защитная пленка (14), не пропускающая ультрафиолетовое излучение (в диапазоне меньше 400 нм). Такая пленка обеспечивает защиту электрохромного рабочего вещества от ультрафиолета со стороны салона автомобиля (например, при открытых дверях, при попадании солнечного света через открытое другое окно, а также для кабриолетов и фаэтонов).
В целях обеспечения безопасности на транспорте пленка (14) может быть выполнена бронирующей. Этой пленкой может быть, например, пленка ClearPlex производства компании Madico, Inc. (интернет-ресурс https://clearplex.com/product/).
На второй лист (2) наложен третий стеклянный лист (9), между которыми размещен полимерный слой (10), задерживающий ультрафиолетовое излучение (в диапазоне меньше 400 нм). Полимерный слой (10) защищает электрохромное рабочее вещество (3) от скорой деградации под действием ультрафиолета. Полимерный слой (10) может быть выполнен из Акролата 18 производства ООО «НПП «Макромер» им. B.C. Лебедева», Россия (интернет-ресурс http://macromer.ru/product/glass/akrolat-18/), с добавлением ультрафиолетовых поглотителей. Полимерный слой (10) может содержать краситель, поглощающий на длине волны 380-400 нм.
Полимерный слой (10) может быть выполнен из поливинилбутираля. При изготовлении автомобильного стекла третий лист (9) склеивается со вторым листом (2) этим полимером с образованием слоя (10).
Третий лист (9) обеспечивает механическую стойкость автомобильного стекла к истиранию. Третий лист (9) может быть изготовлен из простого оконного стекла толщиной 1,8 мм.
Практически реализуемая суммарная толщина трех стеклянных слоев не меньше 8 мм. Штатные уплотнители автомобильных стекол рассчитаны на толщину стекла от 4 до 6 мм, в связи с чем первый лист (1) в области контакта края автомобильного стекла с уплотнителем (13) выполнен по размеру меньше второго листа (2) (фиг. 2). Этим обеспечивается снижение толщины автомобильного стекла в области уплотнителя. Целесообразно выполнять размер первого листа меньше размера второго листа на глубину уплотнителя с соответствующей стороны. Этим достигается сохранение функции изменения прозрачности автомобильного стекла на наибольшей части его поверхности, видимой при использовании.
Если суммарная толщина второго (2) и третьего (9) листов с полимерным слоем (10) больше размера, на который рассчитано уплотнение автомобильного стекла, то по краю второго листа (2) со стороны первого листа (1) возможно выполнять фацет (11) (фиг. 1). Это обеспечит достаточно малую толщину автомобильного стекла для установки в уплотнитель.
Для опускающегося автомобильного стекла, предназначенного для установки в двери, высота первого (1) и третьего (9) листов может быть выполнена меньше высоты второго листа (2) настолько, чтобы с небольшим перекрытием закрыть оконный проем. При этом механизм опускания автомобильного стекла в двери крепится ко второму листу (2).
С целью компенсационного распределения токов в стекле для передних дверей автомобилей первая шина (5) может быть выполнена по верхней половине периметра первого листа (1), а вторая шина (6) выполнена по нижней стороне второго листа (2) (фиг.3).
Первый лист (1) и третий лист (9) с внешней стороны в области барьера (12) и шин (5, 6) могут быть окрашены краской по керамике.
Автомобильное стекло может быть плоским или изогнутым в соответствии с конструкцией автомобиля.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1. Для обеспечения направления движения фронта затемнения сверху вниз в автомобильном стекле, показанном на фиг.3, шины, расположенные вдоль нижнего края стекла, выполнены методом газодинамического напыления с площадью поперечного сечения, в десять раз меньшим площади поперечного сечения шин, проходящих по другим сторонам стекла. При этом суммарное электрическое сопротивление единицы нижних шин в десять раз больше такого сопротивления для шин на других сторонах стекла.
Пример 2. Для обеспечения направления движения фронта затемнения по диагонали от переднего верхнего угла к заднему нижнему углу в автомобильном стекле, показанном на фиг. 3, первая шина выполнена из одинаковой медной ленты, а участок второй шины, расположенный вдоль нижнего и заднего края стекла, выполнен из медной ленты, ширина которой в два раза меньше, а толщина в четыре раза меньше, соответственно, ширины и толщины медной ленты участка второй шины, проходящего по верхнему и переднему изогнутым сторонам стекла. При этом электрическое сопротивление единицы нижних и задних участков второй шины в восемь раз больше такого сопротивления для участков второй шины на верхнем и переднем участках стекла.
Пример 3. Для обеспечения направления движения фронта затемнения сверху вниз в автомобильном стекле, показанном на фиг. 3, шины выполнены из одинаковой медной ленты. При этом первая шина выполнена из двух обособленных не короткозамкнутых участков. Первый участок проходит по нижней части первого листа стекла, а второй участок проходит по задней, верхней и передней частям первого листа стекла. Первый участок первой шины соединен со вторым участком этой шины через электрическое сопротивление 24 Ома. Второй участок соединен с источником питания проводом с сопротивлением 3 Ома. При этом первый участок оказывается соединенным с источником питания через сопротивление 27 Ом (24+3), что в 9 раз больше сопротивления, через которое с источником питания соединен второй участок.
Реализация заявляемого технического решения не ограничивается приведенными выше примерами.
Изготовление автомобильного стекла могут производить следующим образом.
Сначала вырезают из стекла заготовки первого, второго и третьего листов. Размер второго и третьего листов при этом соответствует размеру штатного стекла автомобиля, первый лист меньше на глубину уплотнителя стекла автомобиля с трех сторон.
Затем обрабатывают края стеклянных листов, после чего листы моллируют в печи для воспроизводства криволинейной формы штатного автомобильного стекла.
Затем по краю первого и второго листов прокладывают шины с различными характеристиками сопротивления единицы длины и проклеивают их сверху каптоновым скотчем.
Затем склеивают все три листа по периметру полиизобутеленовым герметиком в пакет, оставляя небольшие отверстия для введения электрохромного рабочего вещества между первым и вторым листами, и для введения раствора Акролата 18 с ультрафиолетовым поглотителем между вторым и третьим листами. После введения указанных жидкостей вышеупомянутые отверстия заклеивают.
Затем производят полимеризацию рабочего вещества (3) и полимерного слоя (10) ультрафиолетовым излучением и/или нагреванием.
Затем автомобильное стекло окрашивают по периметру, чтобы скрыть шины и герметик.
Затем на первый лист снаружи наклеивают бронирующую пленку ClearPlex, также обеспечивающую защиту рабочего вещества от ультрафиолета. Порядок использования автомобильного стекла.
Автомобильное стекло устанавливается в автомобиль так, чтобы третий лист находился снаружи. При этом уменьшенный размер первого листа (1) и фацет (11) позволяют установить автомобильное стекло в штатный уплотнитель автомобиля.
Полимерный слой (10) и защитная пленка (14) обеспечивают защиту рабочего вещества (3) от ультрафиолета. Третий стеклянный лист (9) обеспечивает механическую защиту полимерного слоя (10) от истирания.
Изменение прозрачности обеспечивается подачей рабочего напряжения на первую (5) и вторую (6) шины.
Фронт затемнения в переходный период движется от шин вглубь автомобильного стекла. Скорость движения этого фронта от участков шин, имеющих большее сопротивление, меньше, чем скорость движения этого фронта от участков шин, имеющих меньшее сопротивление.
Промышленная применимость.
Заявляемое техническое решение реализовано с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть изготовлено на промышленном предприятии и найдет широкое применение в области автомобилестроения.