DE10126869A1 - Elektrisch beheizbare Scheibe - Google Patents

Elektrisch beheizbare Scheibe

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DE10126869A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrisch beheizbare Scheibe (1), die aus mindestens einer starren Scheibe, zwei im wesentlichen parallel in der Nähe einer Kante der Heizscheibe mit unterschiedlichen Abständen zu der Kante angeordneten Stromsammelschienen (3, 4) unterschiedlicher Polarität und mit diesen elektrisch verbundenen linienförmigen Heizwiderständen (2) besteht und zeichnet sich dadurch aus, dass die Heizwiderstände (2), ausgehend von der einen Stromsammelschiene (4), über die andere Stromsammelschiene (3) gegenüber dieser elektrisch isoliert in Richtung der Scheibenfläche und in mindestens einer Schleife zu der anderen Stromsammelschiene (4) zurückgeführt und mit dieser elektrisch verbunden sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrisch beheizbare Scheibe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Diese Merkmaie sind bekannt aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 296 06 071 U1, welches eine elektrisch beheizbare Verbundglasscheibe betrifft, bei der im Bereich der Scheibenwischerruhestellung in die thermoplastische Zwischenschicht eingebettete elekt­ risch parallel geschaltete Heizwiderstände vorgesehen sind. Ebenfalls in die thermoplasti­ sche Zwischenschicht eingebettet sind mit Stromzuführungsleitungen verbundene als Sammelschienen wirkende Metallfolienbänder, die mit den Heizwiderständen elektrisch verbunden sind. Die Sammelschienen sind eng benachbart zueinander angeordnet und die Heizwiderstände verlaufen schleifenförmig zwischen den Sammelschienen. In einem Ausführungsbeispiel sind die Heizwiderstände in Form von ineinandergeschachtelten ho­ rizontal ausgerichteten U-förmigen Schleifen angeordnet und mit zwei streifenförmigen Stromsammelschienen verlötet. Die Stromsammelschienen liegen eng benachbart und parallel zueinander im Bereich einer Seitenkante der Windschutzscheibe. Die von der Scheibenkante abgewandte Stromsammelschiene ist nur etwa halb so lang wie die un­ mittelbar der Seitenkante benachbarte Stromsammelschiene, wobei diese Stromsammel­ schiene mit den oberen Hälften der Drahtschleifen, und die andere Stromsammelschiene mit den unteren Drahtschleifenhälften verbunden ist.
Aus der EP 0 479 154 A1 ist eine mit einer Flächenheizung versehene elektrisch beheiz­ bare Windschutzscheibe mit zwei an gegenüberliegenden oberen und unteren Scheiben­ kanten angeordneten Stromsammelschienen bekannt. Die untere Stromsammelschiene ist mittig mit einer senkrecht zur Scheibenkante verlaufenden Stromzuführung versehen, also T-förmig ausgebildet. Die obere Stromsammelschiene ist mit zwei Zuführungen, wel­ che entlang der beiden Seitenkanten verlaufen, verbunden. Die beiden Zuführungen erstrecken sich weiter entlang der unteren Scheibenkante unterhalb der unteren Strom­ sammelschiene. Die eine Zuführung überquert elektrisch isoliert den senkrechten Schen­ kel des T und ist mit der anderen Zuführung elektrisch verbunden. Die andere Zuführung ist ebenfalls zur Unterkante der Scheibe geführt. Aufgrund dieser Anordnung sind nur zwei Stromanschlussleitungen in der Mitte der Scheibenunterkante erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine andere Heizscheibe mit in der Nähe einer Scheibenkante angeordneten Stromsammelschienen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Merkmale der Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen dieses Gegen­ stands an.
Gemäß der Erfindung erstrecken sich die Heizwiderstände ausgehend von einer kanten­ fernen Stromsammelschiene in Richtung der zu beheizenden Fläche und sind in einer Schleife zu einer anderen kantennahen Stromsammelschiene zurückgeführt, wobei sie die kantenferne Stromsammelschiene überqueren. Kantennahe und kantenferne Strom­ sammelschiene sind im Bereich derselben Scheibenkante angeordnet. Zur Vermeidung eines Kurzschlusses wird der Heizwiderstand im Kreuzungsbereich elektrisch gegenüber der Stromsammelschiene isoliert. Die so angeordneten Heizwiderstände bilden ein Heiz­ feld, das sich über einen bestimmten Bereich der Heizscheibe erstreckt und von dem Stromsammelschienenpaar mit elektrischer Energie versorgt wird.
Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, dass nur ein einziges Heizfeld auf der Heiz­ scheibe angeordnet ist. Es kann zum Beispiel zweckmäßig sein, mehrere Heizfelder vor­ zusehen, etwa um in bestimmten Bereichen unterschiedliche Heizleistungen zu verwirkli­ chen. So ist es denkbar, in der Scheibenfläche zwei oder mehr Heizfelder nebeneinander anzuordnen. Die jeweiligen Stromsammelschienenpaare für beispielsweise zwei Heizfel­ der können sich an der gleichen Seitenkante befinden, wobei die Stromzuführungen für das eine obere Heizfeld von der Oberkante her erfolgt und für das andere untere Heizfeld von der Unterkante erfolgt. Wenn die Stromzuführungen nur von einer Scheibenkante her erfolgen soll, muss mehr als eine Stromsammelschiene isoliert überquert werden. In einer weiteren Variante kann für die beiden Heizfelder eine Stromsammelschiene als gemein­ samer Masseanschluss verwendet werden. Weiterhin ist es möglich, die Stromsammel­ schienenpaare für verschiedene Heizfelder an unterschiedlichen Seitenkanten anzuord­ nen. Die Heizfelder bedecken dann Bereiche der Heizscheibe, die mit Abstand voneinan­ der angeordnet sind, aneinander stoßen oder gar ineinander verschachtelt sind.
In einer weiteren Ausgestaltung der heizbaren Heizscheibe bilden die Heizwiderstände mehrere Schleifen, bevor sie zu der anderen Stromsammelschiene zurückgeführt werden. Die Heizwiderstände erstrecken sich also nicht nur von der kantenfernen Sammelschiene über die Breite des Heizfeldes und wieder zu der kantennahen Sammelschiene zurück, sondern werden in mindestens einer weiteren Schleife wieder über die Breite des Heizfel­ des zu dem Sammelschienenpaar zurückgeführt. Die Anzahl der Leiterschleifen ist also immer ungerade. Bei vorgegebenem Heizwiderstand, der von der Leiterlänge, dem Lei­ terquerschnitt und dem spezifischen Widerstand des verwendeten Materials abhängig ist, kann mit der Wahl der Schleifenanzahl die Heizleistung pro Flächeneinheit unabhängig von den geometrischen Abmessungen der zu beheizenden Fläche eingestellt werden. Die Verwendung einer höheren Schleifenanzahl hat den zusätzlichen Vorteil, dass die Anzahl der elektrischen Verbindungen, die im allgemeinen mittels Löten hergestellt werden, ge­ ringer ist als bei der Anordnung der Heizwiderstände in jeweils einer einzigen Schleife. Dadurch können Arbeitsschritte eingespart werden können.
Die erfindungsgemäßen Heizscheiben können als monolithische Scheiben ausgebildet sein, wobei die Heizwiderstände auf einer ihrer Hauptflächen angeordnet sind. Ein be­ kanntes Beispiel für diese Art Scheiben sind Automobil- und Fensterscheiben aus Ein­ scheibensicherheitsglas, die mit Heizwiderständen aus einer leitfähigen Farbe versehen sind. Üblicherweise wird zu diesem Zweck eine keramische Paste mit hohem Leitsilber­ anteil in der gewünschten Form der Heizleiter und der Sammelschienen unter Verwen­ dung des Siebdruckverfahrens auf eine Oberfläche der Scheibe aufgedruckt und an­ schließend eingebrannt. Die kantenferne Sammelschiene kann gegenüber dem sie über­ querenden Heizleiter mittels einer dielektrischen Farbe isoliert werden. Dazu muss der Druckvorgang für die Heizwiderstände und die Sammelschienen in zwei Verfahrens­ schritte unterteilt werden. In einem ersten Schritt wird die kantenferne Stromsammel­ schiene mit den Heizwiderständen gedruckt, wobei der rückgeführte Ast der Heizleiter­ schleife kurz vor der kantenfernen Stromsammelschiene endet. Es folgt ein Zwischen­ schritt, in dem eine Isolationsschicht, beispielsweise eine dielektrische Einbrennfarbe, auf diese Stromsammelschiene aufgetragen wird. Anschließend wird die kantennahe Strom­ sammelschiene aufgedruckt, wobei gleichzeitig Verbindungsleiter zu den offenen Schlei­ fenenden der Heizleiter mit aufgebracht werden. Die Verbindungsleiter überqueren isoliert die kantenferne Sammelschiene und schließen den elektrischen Stromkreis jeder einzel­ nen Heizwiderstands-Schleife.
Eine Folge von gedruckten leitenden und isolierenden Schichten ist aus der deutschen Patentschrift DE 39 11 178 C2 bekannt. In diesem Fall wird ein Antennenausgangsleiter als Pseudo-Koaxialleitung mit hoher Schirmung hergestellt.
Die Erfindung umfasst neben den monolithischen Heizscheiben auch Heizscheiben aus Verbundglas, die aus mindestens zwei adhäsiv mittels einer Zwischenschicht miteinander verbundenen starren Scheiben besteht. Die Heizwiderstände bestehen in diesem Fall be­ vorzugt aus Metalldrähten, die in die Zwischenschicht eingebettet sind. Es ist aber auch möglich, eine erfindungsgemäße heizbare Verbundscheibe unter Verwendung der be­ schriebenen monolithischen Heizscheibe als eine der Einzelscheiben herzustellen. Die Oberfläche mit den Heizwiderständen kann sowohl innerhalb des Verbundes angeordnet sein als auch nach außen weisen. Die Einzelscheiben können aus Glas oder Kunststoff bestehen. Die Verbundscheiben können aus zwei oder mehr Scheiben aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien zusammengesetzt sein. Üblicherweise wird als die einzel­ nen Scheiben miteinander verbindende Zwischenschicht eine thermoplastische Klebefo­ lie, zum Beispiel aus Polyvinylbutyral, verwendet.
Die Stromsammelschienen in Verbundscheiben, die mittels in die Zwischenschicht einge­ betteten Heizwiderständen beheizbar sind, bestehen üblicherweise aus flachen Metallfo­ lienbändern aus verzinntem Kupfer. Es gibt auch Ausführungen, die zusätzlich mit einem Isolationsmantel aus Polyimid versehen sind. Mit einem solchen Metallfolienband als kantenferner Stromsammelschiene lässt sich eine erfindungsgemäße Verbundscheibe besonders einfach herstellen, indem die Isolierung nur an den Stellen entfernt wird, an denen die Heizwiderstände mit der Stromsammelschiene elektrisch verbunden werden soll. Die kantennahe Stromsammelschiene kann ohne Isolationsmantel eingesetzt oder, bei Verwendung eines isolierten Metallfolienbandes, ebenfalls an ihren Verbindungsstel­ len mit den Heizwiderständen abisoliert werden.
Um eine möglichst ungestörte Sicht durch die Verbundscheibe zu gewährleisten, müssen die Heizdrähte einen verhältnismäßig geringen Durchmesser von etwa 20 µm bis 100 µm aufweisen. Bewährt haben sich zu diesem Zweck Heizdrähte aus Wolfram. Aber auch Drähte aus Kupfer, die zu Vermeidung von metallischen Reflexionen mit einer matten, dunklen Farbschicht versehen sein können, sind zur Verwendung in der erfindungsgemä­ ßen Verbundscheibe geeignet. Es sind auch mehrschichtige Drähte bekannt, welche ei­ nen mechanisch widerstandsfähigen Kern besitzen, der von einem gut leitenden und/oder gut lötbaren Metall ummantelt ist. Die Auswahl des Drahtmaterials und/oder des Draht­ durchmessers richtet sich nach den mechanischen und elektrischen Anforderungen für das gewünschte Heizfeld.
Wenn die Drähte gerade und parallel in geringem Abstand zueinander verlaufen, kann es unter ungünstigen Bedingungen bei Lichteinfall zu Beugungserscheinungen kommen.
Durch gewisse Unregelmäßigkeiten in der Ausrichtung der Heizdrähte, etwa eine gewellte Form der Heizdrähte, können solche Erscheinungen vermieden werden.
Wenn die Stromsammelschienen nur in der Nähe einer einzigen Seitenkante angeordnet sind, ist die Verbundscheibe besonders zur Verwendung als heizbare Verbundscheibe mit freistehenden Kanten, also beispielsweise einer versenkbaren Automobilseitenscheibe geeignet. Die Stromsammelschienen können innerhalb des Türschachts angeordnet und durch die Karosserie oder Dichtungselemente verdeckt sein.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstands der Erfindung gehen ohne Absicht einer Einschränkung aus der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels und deren sich im folgenden anschließender eingehender Beschreibung hervor.
Es zeigen in vereinfachter, nicht maßstäblicher Darstellung
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Verbundscheibe als Seitenscheibe eines Kraftfahr­ zeugs in der Aufsicht, und
Fig. 2 eine Schnittdarstellung der Seitenscheibe aus Fig. 1 entlang der Linie I-I.
Gemäß Fig. 1 ist eine Verbundscheibe 1 mit Heizdrähten 2 aus schwarz lackiertem Kupfer versehen, welche innerhalb der Verbundscheibe 1 angeordnet sind und deren Durchmesser etwa 85 µm beträgt. Die Heizdrähte 2 erstrecken sich schleifenförmig zwi­ schen der in Einbaulage unteren Kante der Seitenscheibe 1 und deren oberer Kante. Zwecks Versorgung mit elektrischer Energie ist das eine Ende einer jeden Schleife mit einer Stromsammelschiene 3 und das andere Ende der Schleife mit einer Stromsammel­ schiene 4 verbunden. Auf dem Weg zu der Stromsammelschiene 4 müssen die Heiz­ drähte 2 die Stromsammelschiene 3 in den Bereichen 31 kreuzen. In diesen Bereichen 31 sind die Heizdrähte 2 gegenüber der Stromsammelschiene 3 elektrisch isoliert. Die beiden Stromsammelschienen 3 und 4 sind wie die Heizdrähte 2 innerhalb der Ver­ bundscheibe 1 angeordnet und mit den beiden Polen eines Bordspannungsnetzes ver­ bunden. Zwischen den Stromsammelschienen liegt also üblicherweise eine elektrische Spannung von 12 Volt an. Der eingespeiste Strom richtet sich nach der erforderlichen Heizleistung pro Flächeneinheit, wobei der elektrische Widerstand der Heizdrähte 2 sowie deren gegenseitiger Abstand berücksichtigt werden müssen. Um die Heizleistung kon­ stant über die Fläche der Verbundscheibe 1 zu verteilen, müssen die Drahtlängen der einzelnen Schleifen bei sonst gleichen Drahteigenschaften möglichst gleich lang sein. Bei der in Fig. 1 dargestellten Verbundscheibe wurde deshalb der Drahtabschnitt im Bereich der Abschrägung, also der geringeren Höhe, in einer Schleife mit fünf Richtungswechseln abgelegt, während die anderen Drahtabschnitte nur jeweils drei Mal die Richtung wech­ seln.
Die Stromsammelschienen 3 und 4 sind seitlich aus der Verbundscheibe 1 herausgeführt und werden auf bekannte Art und Weise mit dem Bordnetz verbunden. Bei der hier dar­ gestellten Kfz-Seitenscheibe ist der Abschnitt an der unteren Scheibenkante, in dem sich die Stromsammelschienen befinden, innerhalb des Türschachts angeordnet und somit durch Karosserieteile verdeckt. Die sonst übliche Abdeckung der Stromsammelschienen mit Hilfe von opaken Farbschichten ist in diesem Fall nicht erforderlich.
Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung der Seitenscheibe aus Fig. 1 entlang der Linie I-I. Die Verbundscheibe 1 besteht aus zwei etwa 2,1 mm dicken Einzelglasscheiben 11 und 12, welche auf bekannte Art und Weise unter Zwischenschaltung einer thermoplastischen Zwischenschicht 13 aus Polyvinylbutyral klebend miteinander verbunden sind. Vor dem Verbindeprozess werden die Heizdrähte 2 und die Stromsammelschienen 3 und 4 mit Hilfe eines ebenfalls bekannten Verfahrens in die Oberfläche der Zwischenschicht 13 ein­ gebettet.
Die Stromsammelschiene 4 besteht aus einer verzinnten Kupferfolie und ist mit dem Heizdraht 2 elektrisch und mechanisch mittels Löten verbunden. Im Gegensatz dazu ist bei der Stromsammelschiene 3 eine verzinnte Kupferfolie 32 allseitig von einem Isolati­ onsmantel 33 aus Polyimid umgeben, der Heizdraht 2 kann also die Stromsammelschiene 3 zwar berührend kreuzen, ohne diese jedoch elektrisch zu kontaktieren. An den Stellen, an denen der Heizdraht 2 mit der Stromsammelschiene 3 elektrisch verbunden wird, muss der Isolationsmantel vor dem Einbetten in die thermoplastische Zwischenschicht entfernt werden.

Claims (14)

1. Heizscheibe bestehend aus mindestens einer starren Scheibe, zwei im wesentlichen parallel in der Nähe einer Kante der Heizscheibe mit unterschied­ lichen Abständen zu der Kante angeordneten Stromsammelschienen unterschied­ licher Polarität und mit diesen elektrisch verbundenen linienförmigen Heizwider­ ständen, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizwiderstände (2) ausgehend von der einen Stromsammelschiene (4) über die andere Stromsammelschiene (3) gegenüber dieser elektrisch isoliert in Richtung der Scheibenfläche und in min­ destens einer Schleife zu der anderen Stromsammelschiene (4) zurückgeführt und mit dieser elektrisch verbunden sind.
2. Heizscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz­ widerstände (2) nach Bildung von mehr als einer Schleife zu der anderen Strom­ sammelschiene (3) zurückgeführt und mit dieser elektrisch verbunden sind.
3. Heizscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die starre Scheibe eine Glasscheibe ist und die Heizwiderstände (2) aus einer einge­ brannten leitfähigen Keramikfarbe bestehen.
4. Heizscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Verbundscheibe (1) aus mindestens zwei adhäsiv mittels einer Zwischen­ schicht (13) miteinander verbundenen starren Scheiben (11, 12) ausgebildet ist.
5. Heizscheibe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz­ widerstände (2) in der Zwischenschicht (13) eingebettet sind und die Stromsam­ melschienen (3, 4) Metallfolienbänder sind.
6. Heizscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Metallfolienband (3) mit einer Isolationshülle (33) umgeben ist, welche nur im Bereich der elektrischen Verbindung mit einem Heizwiderstand (2) unterbrochen ist.
7. Heizscheibe nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizwiderstände (2) aus Wolframdraht bestehen.
8. Heizscheibe nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizwiderstände (2) aus Kupferdraht, insbesondere schwarz lackiertem Kupferdraht bestehen.
9. Heizscheibe nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizwiderstände (2) aus mehreren leitfähigen Materialien bestehen, ins­ besondere einem ersten mechanisch beanspruchbaren Metall und einem zweiten Metall höherer elektrischer Leitfähigkeit und guter Lötbarkeit.
10. Heizscheibe nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizwiderstände (2) in gewellter Form in der Zwischenschicht (13) eingebettet sind.
11. Heizscheibe nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizwiderstände (2) in gerader, also ungewellter Form in der Zwischen­ schicht (13) eingebettet sind.
12. Heizscheibe nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Scheiben (11, 12) aus Glas besteht.
13. Heizscheibe nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (13) ein thermoplastisches Polymer, insbesondere Polyvinylbutyral ist.
14. Heizscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Heizscheibe (1) eine Automobilseitenscheibe ist und die Stromsammelschienen (3, 4) verdeckt angeordnet sind.
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