专利名称：窗户除霜器组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及为塑料和玻璃面板(例如车辆上的窗户)除霜所用的导电加热格栅。
背景技术：
目前用聚碳酸酯(PC)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)之类的塑性材料来制造许多汽车部件和零件，例如中间立柱、前灯和太阳天窗。由于这些塑料具有许多标志性的优点，特别是在式样/设计、减重、以及安全性/可靠性方面，因此汽车的后窗(后灯)系统体现了它们的应用。更具体地说，塑性材料不但能让汽车制造商通过增加总体设计和形状的复杂性来区别他们的车辆，而且能让汽车制造商通过将功能零件集成到模制塑料系统内来降低后窗组件的复杂性。由于重量比常规的玻璃后灯系统轻，因此将它们结合到车辆既可以降低车辆的重心(因此车辆更易操纵且安全)，又可以提高燃料经济性。此外，还增加了安全性，特别是在翻车事故方面，这是因为乘坐者或者乘客被保持在车内的可能性更大。为了用作车辆上的后窗或者后灯，塑性材料必须适合与众所周知为加热格栅的除霜器或者除雾系统一起使用。为了在商业上被接受，塑料后灯必须满足为给玻璃后灯除霜或者除雾而建立的性能标准。玻璃面板和塑料面板之间的一个差别与通过加热格栅表现出来的导电性有关。导电性上的这一差别表明与玻璃窗相比，塑料窗所表现出来的除霜特性较差。导电性上的这一差别表明除霜器的某些部分(例如母线)的加热效率较低，这对整个窗户的除霜非常不利或没有利益。除了前面所提到的缺点外，流过加热格栅的每条格栅线的电流量也有可能不同。 这一差异使得导电通路限制较少的格栅线加热更快，因此塑料面板上既有已除霜的部分， 又留有结霜部分。因此，需要一种能为工作特性与常规玻璃窗相似的塑料窗有效除霜的系统。
发明内容
为了满足上述需要，并克服所列举的缺陷和已知技术的其他限制，本发明提供了一种能为工作特性类似于常规玻璃窗的塑料窗有效除霜的系统。该系统包括透明的塑料面板、加热格栅和平衡装置，其中加热格栅具有多条和塑料面板整体形成的格栅线，并且平衡装置用于平衡通过每条格栅线的电流量。平衡装置通常包括与电源的正负端子分别相连的第一和第二母线。多条格栅线在第一和第二母线之间延伸。为了平衡通过格栅线的电流，母线可以由导电性比用于制造格栅线的材料更好的材料制成。额外地或可选地，母线可以制造得比格栅线粗，从而允许电流更自由地从电源传递到格栅线。平衡装置也可以包含沿着母线的长度放置的额外的导电性极好的材料。这样一来，电流将会更自由地从电源传递到格栅线，从而平衡通过格栅线的电流。这种导电性极好的材料可以是金属插入件的形式，或者可以是金属带的一部分。最后，平衡装置也可能包含多个位于每条母线上且与电源相连的接头。由于具有多个与各母线相连的接头，因此电流被更均勻地分配给母线，从而导致更均勻地分配通过格栅线的电流。此外，在参照附属于本说明书并且构成它的一部分的附图和权利要求书综览下面的描述之后，本发明的目的、特征和优点对所属技术领域的专业人员而言将变得更加显而易见。
图1是含有除霜格栅和母线的塑料窗组件，它体现了本发明的原则；图2是图1的窗户组件的一部分的详图；图3是类似于图1的塑料窗户组件，它具有涂黑的油墨边界；图4是类似于图1的塑料窗户组件，它具有沿母线的部分长度延伸的导电条，这体现了本发明的原则；图5是类似于图1的塑料窗户组件，每条母线有一个以上的电连接，体现了本发明的原则；图6是展示每条母线有一个电连接的加热格栅的母线和格栅线的温度分布的曲线图；图7展示了每条母线上有两个电连接的加热格栅的母线和格栅线的温度分布；图8展示了每条母线上有一个电连接的加热格栅的母线和格栅线的温度分布；图9展示了每条母线上有两个电连接的加热格栅的母线和格栅线的温度分布。
具体实施例方式参照图1，窗户除霜器组件10—般包括位于面板14上的除霜器12。面板14可以由热塑性树脂制成，热塑性树脂包括但不限于聚碳酸酯树酯、丙烯酸树脂、聚芳酯树脂、聚酯树脂和聚砜树脂、以及它们的共聚物和任何组合物。面板14优选是透明的。面板14还可以包括位于热塑性树脂表面上且上面应用有除霜器12的保护涂层系统。保护涂层系统可以包括耐大气腐蚀层、耐剥蚀层，或者两者都有。包括塑性树脂、耐大气腐蚀层和耐剥蚀层的面板14的例子是Exatec 900玻璃窗系统，除霜器可以应用在该面板上。该玻璃窗系统包括聚碳酸酯树脂、SHP9X和SHX耐大气腐蚀层、和玻璃状耐剥蚀层。除霜器12包括加热格栅16，它具有一系列在一般相对的母线20、22之间延伸的格栅线。加热格栅可以包括同样尺寸的格栅线，或者可以包括主格栅线24、26，次格栅线28、 30,32位于主格栅线之间。主、次格栅线24、26、28、30、32在美国专利7，129，444中做了描述，这篇文献全部结合在此作为参考。
尽管使用三根次格栅线来做图解说明，但应当理解，主格栅线24、26之间可以有许多次格栅线。此外，次格栅线28、30、32可以由主格栅线24、26之间的导电薄膜或者涂层代替。在这个图解说明的实施方式中，加热格栅16包括17根主格栅线和48根次格栅线。 本发明考虑包括额外的主和/或次格栅线。主格栅线24、26和次格栅线28、30、32可以由例如银色油墨的导电油墨制成。母线20、22被分别称为正负母线。母线20、22具有电连接34、36，并且分别与电源 38的正负导线35、37相连。电源38可以是汽车的电气系统。一旦将电压施加在加热格栅 16的两侧，电流就会从正母线20流过格栅线16到达负母线22，结果格栅线16经由电阻加热而加热。在这类设计方案中，注意到主格栅线24、26显示的温度在10-15°C之间，比次格栅线28、30、32的温度高。在一个实施方式中，母线20、22 —般具有约19毫米的宽度Wl和约704毫米的长度HI。然而，宽度Wl和长度Hl可以是任何合适的尺寸。基准线40和42将加热格栅16分成第一区域43、第二区域45和第三区域47。第一区域43是加热格栅16的位于基准线40、 42之间的部分。第二区域45是加热格栅16的位于基准线40和右母线20之间的部分。最后，第三区域47是加热格栅16的位于基准线42和左母线22之间的部分。在上述实现方式中，区域43具有约650毫米的长度W2，而第二和第三区域45、47具有约27毫米的长度W3。 应当理解，宽度W2和宽度W3可以是任何合适的尺寸。在第一区域43中，主格栅线24、26 和次格栅线28、30、32可以分别具有约0. 85毫米和0. 25毫米的宽度。在第二和第三区域 45,47中，主格栅线24、26和次格栅线28、30、32可以分别具有约2. 00毫米和0. 40毫米的宽度。当然，主格栅线的宽度24、26和次格栅线28、30、32的宽度可以是任何合适的尺寸。参照图1和2，展示了加热格栅16的进一步尺寸。图2是窗户除霜器组件10的位于基准圆41内的部分的放大图。主格栅线24、26之间的距离Dl可以约为25毫米。次格栅线28、32和主格栅线24、26之间的距离D2可以约为13. 5毫米。次格栅线28、32和次格栅线30之间的距离D3可以约为8. 5毫米。当然，距离D1、D2和D3可以是任何合适的尺寸。母线20、22的电阻加热非常依赖所施加的电压的大小和电流流过的导电油墨的体积。因此，通过第二印刷工艺对母线20、22添加额外的导电油墨来增加导电油墨的体积， 从而降低母线20、22的电阻加热。在整个加热格栅16的初始印刷过程中沉积在母线20、22 中的导电油墨的体积也可以增加。利用各种方法进行的体积控制对丝网印刷制造者来说一般是已知的。这种方法可以增加位于母线20、22周围的丝网上的乳液的厚度，从而与加热格栅16的印刷厚度相比，增加母线20、22的印刷厚度。其他印刷技术(例如分配)也可以增加沉积的油墨量，从而通过控制印刷参数(例如流量、横向速度等等)来增加每条母线的体积。另一种降低母线20、22的电阻加热的方法是使用不同于加热格栅16的材料来制造母线20，22。更具体地说，这种不同的材料应当显示的导电性大于与加热格栅16相关的导电性。在这一方面，母线20，22可以由金属带或者金属插入件制成。导电带或者面板可以位于加热格栅16的下方或者上方，以便在母线20、22和加热格栅16之间建立足够的电连接。在使用粘合剂形成面板14之后，或者在窗户形成插入件(例如，薄膜嵌入模制等等) 的过程中，金属带或者面板可以与面板14相连。
参照图3，展示了窗户除霜器组件10'的另一个实施方式。窗户除霜器组件10' 与图1所示的实施方式相似；然而，窗户除霜器组件10'还包括不透明的区域，例如涂黑的边界44。使用这种边界44通常是由于美学方面的理由，例如遮掩配合和精整缺陷和隐蔽的安装结构或者功能零件(例如母线20、22)。通过将不透明的油墨印刷到面板14的表面上， 或者通过使用已知的模具修饰技术，包括薄膜嵌入模制技术，涂黑的边界44可以被应用到面板14上。参照图4，展示了窗户除霜器组件10"的另一个实施方式。这种实施方式与图1 中展示的实施方式相似；然而，导电插入件21、23与母线20、22分别电连通。导电插入件 21,23 一般沿母线20、22的至少一部分长度延伸。电连接34、36分别与导电插入件21、23 相连。电连接34、36还与电源38的正负导线35、37相连；从而分别经由导电插入件21、23 对母线20、22提供电压。导电插入件21、23 —般是高度导电的，并且可以是导电的金属带或者高度导电的迹线。进一步如下所述，当电压经母线20、22被施加到加热格栅16上时，使用导电插入件可以降低母线20、22的温度。换句话说，对于两个间隔5英寸的电连接，等于使用一个连接到5英寸的金属插入件或者连接到位于印刷母线上的带上的电连接。参照图5，展示了窗户除霜器组件10"‘的另一个实施方式。窗户除霜器组件 10"‘与图1所示的实施方式相似；然而，母线20，22被以不同的方式连接到电源38上。 更具体地说，组件10"‘、母线20、22都通过至少两个接头被连接到电源38上。例如，一对电连接46、48和电连接50、52分别与母线20和22相连。当然，本发明还可以有额外的电连接。参照图6，展示了显示母线温度分布的曲线图，其中每条母线带有一个电连接。如图所示1，发明人发现通过使用导电油墨印刷在面板14上的每条母线34、36所具有的一个电连接会使母线34、36的温度显著增加。注意到，位于加热格栅中的母线上的单个电连接的温度在几分钟之内会增加至约80-100°C。在图6所示的曲线图中，可以观察到，带有一个电连接的母线34、36比相连的加热格栅中的主格栅线24、26表现出更大量的电阻加热。如图所示，格栅线表现的温度在40-50°C之间。可以观察到母线的电阻加热可以发生在母线的整个长度上到母线的某些部分，或者局限在电连接附近的区域。参照图7，展示了显示母线温度分布的曲线图，例如如图5所示，其中每条母线带有两个电连接。对每条母线具有两个电连接34、36的加热格栅16进行测试。每条母线上的电连接彼此间隔开约6英寸。就这一结构，母线20、24表现出非常小的电阻加热，从而稳定在约40°C的温度下，而观察到主格栅线24、26被加热到60-70°C。参照图8和9，观察到发生相同的效应，如果加热格栅16被印刷到塑料薄膜上，然后被嵌入模制成窗户。如图8和9所示，每条母线带有一个接头会使母线加热不同(图8)， 而每条母线带有两个接头允许加热格栅按设计的那样起作用(图9)。当印刷在塑料面板上的除霜器中的每条母线的电连接设置成大约相隔三英寸(74 毫米)时，发明人发现母线的平均温度可以维持成低于格栅线的平均温度。然而，当电连接处于这个闭合位置时，母线仍然会有局部加热，即母线表现出的最高温度大于格栅线表现出的平均温度。因此，电连接被定位成优选相隔3英寸以上，更优选相隔大约5英寸(125 毫米)或者更大。在这种情况下，母线表现出的平均温度和最高温度会等于或者小于格栅线表现出的平均温度。发明人还发现对于印刷在薄板上并且经由薄膜嵌入模制(FIM)结合到窗户中的除霜器，电连接之间需要间隔约5英寸(125毫米)以上。如表1所示，为了保证当电压被施加到除霜器上时，母线表现出的平均温度和最高温度等于或者小于格栅线表现出的平均温度，需要大于5英寸的间隔。表 1印刷在730PC板上的IMD方案
权利要求
1.一种包括加热格栅的窗户除霜器组件，其特征在于，该组件包括透明的塑料面板；与塑料面板整体形成的加热格栅，所述加热格栅具有多条由导电材料形成的格栅线， 从而当电流从电源通过所述多条格栅线的每一条时，所述多条格栅线通过电阻加热而加热；和平衡通过每条格栅线的电流的平衡结构，所述平衡结构被电连接到所述多条格栅线上，其中，平衡结构包括第一母线和第二母线，所述多条格栅线在第一和第二母线之间延伸，第一和第二母线由导电材料制成，第一和第二母线的导电材料比格栅线的导电材料更易导电以用于平衡通过每条格栅线的电流。
2.如权利要求1所述的窗户组件，其特征在于，平衡结构还包括与电源和第一母线电连通的第一金属插入件，第一金属插入件由比第一母线的导电材料更易导电的导电材料制成；以及与电源和第二母线电连通的第二金属插入件，第二金属插入件由比第二母线的导电材料更易导电的导电材料制成。
3.如权利要求2所述的窗户组件，其特征在于，第一和第二母线的长度相等，并且第一和第二金属插入件的长度相等，第一和第二金属插入件的长度小于第一和第二母线的长度。
4.如权利要求3所述的窗户组件，其特征在于，第一和第二金属插入件的长度大于第一和第二母线长度的一半。
5.如权利要求1所述的窗户组件，其特征在于，平衡结构还包括与电源和第一母线电连通的第一金属带部分，第一金属带由比第一母线的导电材料更易导电的导电材料制成；以及与电源和第二母线电连通的第二金属带部分，第二金属带由比第二母线的导电材料更易导电的导电材料制成。
6.如权利要求5所述的窗户组件，其特征在于，第一和第二母线的长度相等，并且第一和第二金属带部分的长度相等，第一和第二金属带部分的长度小于第一和第二母线的长度。
7.如权利要求6所述的窗户组件，其特征在于，第一和第二金属带部分的长度大于第一和第二母线长度的一半。
8.如权利要求1所述的窗户组件，其特征在于，平衡结构还包括连接到第一母线和第二母线中的每一个上的多个接头；所述多个接头与电源以及第一和第二母线电连通。
9.如权利要求8所述的窗户组件，其特征在于，连接到第一和第二母线中的每一个上的所述多个接头相隔至少3英寸。
10.如权利要求9所述的窗户组件，其特征在于，连接到第一和第二母线中的每一个上的所述多个接头相隔至少5英寸。
11.一种包括加热格栅的窗户除霜器组件，其特征在于，该组件包括透明的塑料面板；与塑料面板整体形成的加热格栅，所述加热格栅具有多条由导电材料形成的格栅线， 从而当电流从电源通过所述多条格栅线的每一条时，所述多条格栅线通过电阻加热而加热；和平衡通过每条格栅线的电流的平衡结构，所述平衡结构被电连接到所述多条格栅线上，其中，平衡结构包括第一母线和第二母线，所述多条格栅线在第一母线和第二母线之间延伸，其中第一和第二母线的厚度大于所述多条格栅线的厚度。
12.如权利要求11所述的窗户组件，其特征在于，平衡结构还包括与电源和第一母线电连通的第一金属插入件，第一金属插入件由比第一母线的导电材料更易导电的导电材料制成；以及与电源和第二母线电连通的第二金属插入件，第二金属插入件由比第二母线的导电材料更易导电的导电材料制成。
13.如权利要求12所述的窗户组件，其特征在于，第一和第二母线的长度相等，并且第一和第二金属插入件的长度相等，第一和第二金属插入件的长度小于第一和第二母线的长度。
14.如权利要求13所述的窗户组件，其特征在于，第一和第二金属插入件的长度大于第一和第二母线长度的一半。
15.如权利要求11所述的窗户组件，其特征在于，平衡结构还包括与电源和第一母线电连通的第一金属带部分，第一金属带由比第一母线的导电材料更易导电的导电材料制成；以及与电源和第二母线电连通的第二金属带部分，第二金属带由比第二母线的导电材料更易导电的导电材料制成。
16.如权利要求15所述的窗户组件，其特征在于，第一和第二母线的长度相等，并且第一和第二金属带部分的长度相等，第一和第二金属带部分的长度小于第一和第二母线的长度。
17.如权利要求16所述的窗户组件，其特征在于，第一和第二金属带部分的长度大于第一和第二母线长度的一半。
18.如权利要求11所述的窗户组件，其特征在于，平衡结构还包括连接到第一母线和第二母线中的每一个上的多个接头；所述多个接头与电源以及第一和第二母线电连通。
19.如权利要求18所述的窗户组件，其特征在于，连接到第一和第二母线中的每一个上的所述多个接头相隔至少3英寸。
20.如权利要求19所述的窗户组件，其特征在于，连接到第一和第二母线中的每一个上的所述多个接头相隔至少5英寸。
全文摘要
一种为塑料窗户有效除霜的系统，包括透明的塑料面板、加热格栅和平衡装置，其中加热格栅具有多条和塑料面板整体形成的格栅线，平衡装置用于平衡通过每条格栅线的电流。
文档编号H05B3/84GK102523642SQ201110362649
公开日2012年6月27日 申请日期2006年12月27日 优先权日2005年12月29日
发明者K·韦斯, Y·施瓦茨曼 申请人:埃克阿泰克有限责任公司