專利名稱：窗戶除霜器組件的制作方法
技術領域：
本發明涉及為塑料和玻璃面板(例如車輛上的窗戶)除霜所用的導電加熱格柵。
背景技術：
目前用聚碳酸酯(PC)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)之類的塑性材料來制造許多汽車部件和零件，例如中間立柱、前燈和太陽天窗。由于這些塑料具有許多標志性的優點，特別是在式樣/設計、減重、以及安全性/可靠性方面，因此汽車的后窗(后燈)系統體現了它們的應用。更具體地說，塑性材料不但能讓汽車制造商通過增加總體設計和形狀的復雜性來區別他們的車輛，而且能讓汽車制造商通過將功能零件集成到模制塑料系統內來降低后窗組件的復雜性。由于重量比常規的玻璃后燈系統輕，因此將它們結合到車輛既可以降低車輛的重心(因此車輛更易操縱且安全)，又可以提高燃料經濟性。此外，還增加了安全性，特別是在翻車事故方面，這是因為乘坐者或者乘客被保持在車內的可能性更大。為了用作車輛上的后窗或者后燈，塑性材料必須適合與眾所周知為加熱格柵的除霜器或者除霧系統一起使用。為了在商業上被接受，塑料后燈必須滿足為給玻璃后燈除霜或者除霧而建立的性能標準。玻璃面板和塑料面板之間的一個差別與通過加熱格柵表現出來的導電性有關。導電性上的這一差別表明與玻璃窗相比，塑料窗所表現出來的除霜特性較差。導電性上的這一差別表明除霜器的某些部分(例如母線)的加熱效率較低，這對整個窗戶的除霜非常不利或沒有利益。除了前面所提到的缺點外，流過加熱格柵的每條格柵線的電流量也有可能不同。 這一差異使得導電通路限制較少的格柵線加熱更快，因此塑料面板上既有已除霜的部分， 又留有結霜部分。因此，需要一種能為工作特性與常規玻璃窗相似的塑料窗有效除霜的系統。

發明內容
為了滿足上述需要，并克服所列舉的缺陷和已知技術的其他限制，本發明提供了一種能為工作特性類似于常規玻璃窗的塑料窗有效除霜的系統。該系統包括透明的塑料面板、加熱格柵和平衡裝置，其中加熱格柵具有多條和塑料面板整體形成的格柵線，并且平衡裝置用于平衡通過每條格柵線的電流量。平衡裝置通常包括與電源的正負端子分別相連的第一和第二母線。多條格柵線在第一和第二母線之間延伸。為了平衡通過格柵線的電流，母線可以由導電性比用于制造格柵線的材料更好的材料制成。額外地或可選地，母線可以制造得比格柵線粗，從而允許電流更自由地從電源傳遞到格柵線。平衡裝置也可以包含沿著母線的長度放置的額外的導電性極好的材料。這樣一來，電流將會更自由地從電源傳遞到格柵線，從而平衡通過格柵線的電流。這種導電性極好的材料可以是金屬插入件的形式，或者可以是金屬帶的一部分。最后，平衡裝置也可能包含多個位于每條母線上且與電源相連的接頭。由于具有多個與各母線相連的接頭，因此電流被更均勻地分配給母線，從而導致更均勻地分配通過格柵線的電流。此外，在參照附屬于本說明書并且構成它的一部分的附圖和權利要求書綜覽下面的描述之后，本發明的目的、特征和優點對所屬技術領域的專業人員而言將變得更加顯而易見。


圖1是含有除霜格柵和母線的塑料窗組件，它體現了本發明的原則；圖2是圖1的窗戶組件的一部分的詳圖；圖3是類似于圖1的塑料窗戶組件，它具有涂黑的油墨邊界；圖4是類似于圖1的塑料窗戶組件，它具有沿母線的部分長度延伸的導電條，這體現了本發明的原則；圖5是類似于圖1的塑料窗戶組件，每條母線有一個以上的電連接，體現了本發明的原則；圖6是展示每條母線有一個電連接的加熱格柵的母線和格柵線的溫度分布的曲線圖；圖7展示了每條母線上有兩個電連接的加熱格柵的母線和格柵線的溫度分布；圖8展示了每條母線上有一個電連接的加熱格柵的母線和格柵線的溫度分布；圖9展示了每條母線上有兩個電連接的加熱格柵的母線和格柵線的溫度分布。
具體實施例方式參照圖1，窗戶除霜器組件10—般包括位于面板14上的除霜器12。面板14可以由熱塑性樹脂制成，熱塑性樹脂包括但不限于聚碳酸酯樹酯、丙烯酸樹脂、聚芳酯樹脂、聚酯樹脂和聚砜樹脂、以及它們的共聚物和任何組合物。面板14優選是透明的。面板14還可以包括位于熱塑性樹脂表面上且上面應用有除霜器12的保護涂層系統。保護涂層系統可以包括耐大氣腐蝕層、耐剝蝕層，或者兩者都有。包括塑性樹脂、耐大氣腐蝕層和耐剝蝕層的面板14的例子是Exatec 900玻璃窗系統，除霜器可以應用在該面板上。該玻璃窗系統包括聚碳酸酯樹脂、SHP9X和SHX耐大氣腐蝕層、和玻璃狀耐剝蝕層。除霜器12包括加熱格柵16，它具有一系列在一般相對的母線20、22之間延伸的格柵線。加熱格柵可以包括同樣尺寸的格柵線，或者可以包括主格柵線24、26，次格柵線28、 30,32位于主格柵線之間。主、次格柵線24、26、28、30、32在美國專利7，129，444中做了描述，這篇文獻全部結合在此作為參考。
盡管使用三根次格柵線來做圖解說明，但應當理解，主格柵線24、26之間可以有許多次格柵線。此外，次格柵線28、30、32可以由主格柵線24、26之間的導電薄膜或者涂層代替。在這個圖解說明的實施方式中，加熱格柵16包括17根主格柵線和48根次格柵線。 本發明考慮包括額外的主和/或次格柵線。主格柵線24、26和次格柵線28、30、32可以由例如銀色油墨的導電油墨制成。母線20、22被分別稱為正負母線。母線20、22具有電連接34、36，并且分別與電源 38的正負導線35、37相連。電源38可以是汽車的電氣系統。一旦將電壓施加在加熱格柵 16的兩側，電流就會從正母線20流過格柵線16到達負母線22，結果格柵線16經由電阻加熱而加熱。在這類設計方案中，注意到主格柵線24、26顯示的溫度在10-15°C之間，比次格柵線28、30、32的溫度高。在一個實施方式中，母線20、22 —般具有約19毫米的寬度Wl和約704毫米的長度HI。然而，寬度Wl和長度Hl可以是任何合適的尺寸。基準線40和42將加熱格柵16分成第一區域43、第二區域45和第三區域47。第一區域43是加熱格柵16的位于基準線40、 42之間的部分。第二區域45是加熱格柵16的位于基準線40和右母線20之間的部分。最后，第三區域47是加熱格柵16的位于基準線42和左母線22之間的部分。在上述實現方式中，區域43具有約650毫米的長度W2，而第二和第三區域45、47具有約27毫米的長度W3。 應當理解，寬度W2和寬度W3可以是任何合適的尺寸。在第一區域43中，主格柵線24、26 和次格柵線28、30、32可以分別具有約0. 85毫米和0. 25毫米的寬度。在第二和第三區域 45,47中，主格柵線24、26和次格柵線28、30、32可以分別具有約2. 00毫米和0. 40毫米的寬度。當然，主格柵線的寬度24、26和次格柵線28、30、32的寬度可以是任何合適的尺寸。參照圖1和2，展示了加熱格柵16的進一步尺寸。圖2是窗戶除霜器組件10的位于基準圓41內的部分的放大圖。主格柵線24、26之間的距離Dl可以約為25毫米。次格柵線28、32和主格柵線24、26之間的距離D2可以約為13. 5毫米。次格柵線28、32和次格柵線30之間的距離D3可以約為8. 5毫米。當然，距離D1、D2和D3可以是任何合適的尺寸。母線20、22的電阻加熱非常依賴所施加的電壓的大小和電流流過的導電油墨的體積。因此，通過第二印刷工藝對母線20、22添加額外的導電油墨來增加導電油墨的體積， 從而降低母線20、22的電阻加熱。在整個加熱格柵16的初始印刷過程中沉積在母線20、22 中的導電油墨的體積也可以增加。利用各種方法進行的體積控制對絲網印刷制造者來說一般是已知的。這種方法可以增加位于母線20、22周圍的絲網上的乳液的厚度，從而與加熱格柵16的印刷厚度相比，增加母線20、22的印刷厚度。其他印刷技術(例如分配)也可以增加沉積的油墨量，從而通過控制印刷參數(例如流量、橫向速度等等)來增加每條母線的體積。另一種降低母線20、22的電阻加熱的方法是使用不同于加熱格柵16的材料來制造母線20，22。更具體地說，這種不同的材料應當顯示的導電性大于與加熱格柵16相關的導電性。在這一方面，母線20，22可以由金屬帶或者金屬插入件制成。導電帶或者面板可以位于加熱格柵16的下方或者上方，以便在母線20、22和加熱格柵16之間建立足夠的電連接。在使用粘合劑形成面板14之后，或者在窗戶形成插入件(例如，薄膜嵌入模制等等) 的過程中，金屬帶或者面板可以與面板14相連。
參照圖3，展示了窗戶除霜器組件10'的另一個實施方式。窗戶除霜器組件10' 與圖1所示的實施方式相似；然而，窗戶除霜器組件10'還包括不透明的區域，例如涂黑的邊界44。使用這種邊界44通常是由于美學方面的理由，例如遮掩配合和精整缺陷和隱蔽的安裝結構或者功能零件(例如母線20、22)。通過將不透明的油墨印刷到面板14的表面上， 或者通過使用已知的模具修飾技術，包括薄膜嵌入模制技術，涂黑的邊界44可以被應用到面板14上。參照圖4，展示了窗戶除霜器組件10"的另一個實施方式。這種實施方式與圖1 中展示的實施方式相似；然而，導電插入件21、23與母線20、22分別電連通。導電插入件 21,23 一般沿母線20、22的至少一部分長度延伸。電連接34、36分別與導電插入件21、23 相連。電連接34、36還與電源38的正負導線35、37相連；從而分別經由導電插入件21、23 對母線20、22提供電壓。導電插入件21、23 —般是高度導電的，并且可以是導電的金屬帶或者高度導電的跡線。進一步如下所述，當電壓經母線20、22被施加到加熱格柵16上時，使用導電插入件可以降低母線20、22的溫度。換句話說，對于兩個間隔5英寸的電連接，等于使用一個連接到5英寸的金屬插入件或者連接到位于印刷母線上的帶上的電連接。參照圖5，展示了窗戶除霜器組件10"‘的另一個實施方式。窗戶除霜器組件 10"‘與圖1所示的實施方式相似；然而，母線20，22被以不同的方式連接到電源38上。 更具體地說，組件10"‘、母線20、22都通過至少兩個接頭被連接到電源38上。例如，一對電連接46、48和電連接50、52分別與母線20和22相連。當然，本發明還可以有額外的電連接。參照圖6，展示了顯示母線溫度分布的曲線圖，其中每條母線帶有一個電連接。如圖所示1，發明人發現通過使用導電油墨印刷在面板14上的每條母線34、36所具有的一個電連接會使母線34、36的溫度顯著增加。注意到，位于加熱格柵中的母線上的單個電連接的溫度在幾分鐘之內會增加至約80-100°C。在圖6所示的曲線圖中，可以觀察到，帶有一個電連接的母線34、36比相連的加熱格柵中的主格柵線24、26表現出更大量的電阻加熱。如圖所示，格柵線表現的溫度在40-50°C之間。可以觀察到母線的電阻加熱可以發生在母線的整個長度上到母線的某些部分，或者局限在電連接附近的區域。參照圖7，展示了顯示母線溫度分布的曲線圖，例如如圖5所示，其中每條母線帶有兩個電連接。對每條母線具有兩個電連接34、36的加熱格柵16進行測試。每條母線上的電連接彼此間隔開約6英寸。就這一結構，母線20、24表現出非常小的電阻加熱，從而穩定在約40°C的溫度下，而觀察到主格柵線24、26被加熱到60-70°C。參照圖8和9，觀察到發生相同的效應，如果加熱格柵16被印刷到塑料薄膜上，然后被嵌入模制成窗戶。如圖8和9所示，每條母線帶有一個接頭會使母線加熱不同(圖8)， 而每條母線帶有兩個接頭允許加熱格柵按設計的那樣起作用(圖9)。當印刷在塑料面板上的除霜器中的每條母線的電連接設置成大約相隔三英寸(74 毫米)時，發明人發現母線的平均溫度可以維持成低于格柵線的平均溫度。然而，當電連接處于這個閉合位置時，母線仍然會有局部加熱，即母線表現出的最高溫度大于格柵線表現出的平均溫度。因此，電連接被定位成優選相隔3英寸以上，更優選相隔大約5英寸(125 毫米)或者更大。在這種情況下，母線表現出的平均溫度和最高溫度會等于或者小于格柵線表現出的平均溫度。發明人還發現對于印刷在薄板上并且經由薄膜嵌入模制(FIM)結合到窗戶中的除霜器，電連接之間需要間隔約5英寸(125毫米)以上。如表1所示，為了保證當電壓被施加到除霜器上時，母線表現出的平均溫度和最高溫度等于或者小于格柵線表現出的平均溫度，需要大于5英寸的間隔。表 1印刷在730PC板上的IMD方案
權利要求
1.一種包括加熱格柵的窗戶除霜器組件，其特征在于，該組件包括透明的塑料面板；與塑料面板整體形成的加熱格柵，所述加熱格柵具有多條由導電材料形成的格柵線， 從而當電流從電源通過所述多條格柵線的每一條時，所述多條格柵線通過電阻加熱而加熱；和平衡通過每條格柵線的電流的平衡結構，所述平衡結構被電連接到所述多條格柵線上，其中，平衡結構包括第一母線和第二母線，所述多條格柵線在第一和第二母線之間延伸，第一和第二母線由導電材料制成，第一和第二母線的導電材料比格柵線的導電材料更易導電以用于平衡通過每條格柵線的電流。
2.如權利要求1所述的窗戶組件，其特征在于，平衡結構還包括與電源和第一母線電連通的第一金屬插入件，第一金屬插入件由比第一母線的導電材料更易導電的導電材料制成；以及與電源和第二母線電連通的第二金屬插入件，第二金屬插入件由比第二母線的導電材料更易導電的導電材料制成。
3.如權利要求2所述的窗戶組件，其特征在于，第一和第二母線的長度相等，并且第一和第二金屬插入件的長度相等，第一和第二金屬插入件的長度小于第一和第二母線的長度。
4.如權利要求3所述的窗戶組件，其特征在于，第一和第二金屬插入件的長度大于第一和第二母線長度的一半。
5.如權利要求1所述的窗戶組件，其特征在于，平衡結構還包括與電源和第一母線電連通的第一金屬帶部分，第一金屬帶由比第一母線的導電材料更易導電的導電材料制成；以及與電源和第二母線電連通的第二金屬帶部分，第二金屬帶由比第二母線的導電材料更易導電的導電材料制成。
6.如權利要求5所述的窗戶組件，其特征在于，第一和第二母線的長度相等，并且第一和第二金屬帶部分的長度相等，第一和第二金屬帶部分的長度小于第一和第二母線的長度。
7.如權利要求6所述的窗戶組件，其特征在于，第一和第二金屬帶部分的長度大于第一和第二母線長度的一半。
8.如權利要求1所述的窗戶組件，其特征在于，平衡結構還包括連接到第一母線和第二母線中的每一個上的多個接頭；所述多個接頭與電源以及第一和第二母線電連通。
9.如權利要求8所述的窗戶組件，其特征在于，連接到第一和第二母線中的每一個上的所述多個接頭相隔至少3英寸。
10.如權利要求9所述的窗戶組件，其特征在于，連接到第一和第二母線中的每一個上的所述多個接頭相隔至少5英寸。
11.一種包括加熱格柵的窗戶除霜器組件，其特征在于，該組件包括透明的塑料面板；與塑料面板整體形成的加熱格柵，所述加熱格柵具有多條由導電材料形成的格柵線， 從而當電流從電源通過所述多條格柵線的每一條時，所述多條格柵線通過電阻加熱而加熱；和平衡通過每條格柵線的電流的平衡結構，所述平衡結構被電連接到所述多條格柵線上，其中，平衡結構包括第一母線和第二母線，所述多條格柵線在第一母線和第二母線之間延伸，其中第一和第二母線的厚度大于所述多條格柵線的厚度。
12.如權利要求11所述的窗戶組件，其特征在于，平衡結構還包括與電源和第一母線電連通的第一金屬插入件，第一金屬插入件由比第一母線的導電材料更易導電的導電材料制成；以及與電源和第二母線電連通的第二金屬插入件，第二金屬插入件由比第二母線的導電材料更易導電的導電材料制成。
13.如權利要求12所述的窗戶組件，其特征在于，第一和第二母線的長度相等，并且第一和第二金屬插入件的長度相等，第一和第二金屬插入件的長度小于第一和第二母線的長度。
14.如權利要求13所述的窗戶組件，其特征在于，第一和第二金屬插入件的長度大于第一和第二母線長度的一半。
15.如權利要求11所述的窗戶組件，其特征在于，平衡結構還包括與電源和第一母線電連通的第一金屬帶部分，第一金屬帶由比第一母線的導電材料更易導電的導電材料制成；以及與電源和第二母線電連通的第二金屬帶部分，第二金屬帶由比第二母線的導電材料更易導電的導電材料制成。
16.如權利要求15所述的窗戶組件，其特征在于，第一和第二母線的長度相等，并且第一和第二金屬帶部分的長度相等，第一和第二金屬帶部分的長度小于第一和第二母線的長度。
17.如權利要求16所述的窗戶組件，其特征在于，第一和第二金屬帶部分的長度大于第一和第二母線長度的一半。
18.如權利要求11所述的窗戶組件，其特征在于，平衡結構還包括連接到第一母線和第二母線中的每一個上的多個接頭；所述多個接頭與電源以及第一和第二母線電連通。
19.如權利要求18所述的窗戶組件，其特征在于，連接到第一和第二母線中的每一個上的所述多個接頭相隔至少3英寸。
20.如權利要求19所述的窗戶組件，其特征在于，連接到第一和第二母線中的每一個上的所述多個接頭相隔至少5英寸。
全文摘要
一種為塑料窗戶有效除霜的系統，包括透明的塑料面板、加熱格柵和平衡裝置，其中加熱格柵具有多條和塑料面板整體形成的格柵線，平衡裝置用于平衡通過每條格柵線的電流。
文檔編號H05B3/84GK102523642SQ201110362649
公開日2012年6月27日 申請日期2006年12月27日 優先權日2005年12月29日
發明者K·韋斯, Y·施瓦茨曼 申請人:埃克阿泰克有限責任公司