-
Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von drahtbeheizten
Verbundscheiben mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs
1. Sie bezieht sich auch auf drahtbeheizte Verbundscheiben.
-
Unter
drahtbeheizten Verbundscheiben sind insbesondere Fensterscheiben
und dgl. zu verstehen, die einen mehrschichtigen Aufbau aus mindestens
einer starren Scheibe (Glas oder Kunststoff) und einer daran flächig haftenden
Kunststoffschicht oder -folie umfassen, wobei in der Grenzfläche zwischen der
starren Scheibe und der Kunststoffschicht oder -folie eine Mehrzahl
von maschinell abgelegten Widerstandsdrähten angeordnet ist. Diese
Drähte
werden meist elektrisch parallel geschaltet, wobei sie mit der Heizspannung
mithilfe von mindestens zwei Sammelleitern beaufschlagt werden.
Die Sammelleiter erstrecken sich meist jeweils entlang einer Außenkante
der Scheibe.
-
Außer zahlreichen
Ausführungen
mit parallel zueinander verlegten Drähten ist es auch grundsätzlich bekannt
(
EP 773 705 B1 ,
EP 788 294 B1 ,
DE 103 16 388 C1 ),
Heizdrähte
in Verbundscheiben nicht-parallel zueinander, in beliebigen Kurven,
mit unregelmäßigen Abständen zu
verlegen. Besonderes Interesse kommt solchen Lösungen zu, wenn die Fläche der
Verbundscheibe keinen rechteckigen, sondern einen trapezförmigen oder
anderweitig von einer Rechteckform abweichenden Umriss hat, oder
wenn die Drähte
einer bogenförmig
geschwungenen Außenkante
der Verbundscheibe folgen müssen.
Man kann mit den vorstehend erwähnten
Verfahren und Vorrichtungen auch solche Scheiben vollflächig mit Drähten belegen,
so dass keine Teilflächen
unbeheizt bleiben müssen.
-
Es
wurden auch schon sehr unterschiedliche Lösungen vorgeschlagen, um eine
möglichst
homogene Heizleistung auch dann sicherzustellen, wenn die Abstände zwischen
den Sammelleitern nicht überall
konstant sind bzw. wenn Heizdrähte
unterschiedliche Längen
haben. Beispielsweise können die
gegenseitigen Abstände
von parallelen Heizdrähten
variiert oder einzelne Drähte
durchtrennt werden. Man kann zwei oder mehr Drahtgruppen elektrisch
in Reihe schalten, um eine zusammengesetzte effektive Drahtlänge zu erhalten.
-
US 5 182 431 offenbart eine
beheizbare Fensterscheibe mit drahtförmigen Heizleitern, die gruppenweise
elektrisch in Reihe geschaltet sind und darüber hinaus in den Seitenbereichen
der Scheibe divergierend mit variierenden Winkeln bezüglich der jeweiligen
Sammelleiter angeordnet sind, um ihren Verlauf an die Form der Scheibe
anzupassen.
-
DE 101 26 869 A1 zeigt
eine Fahrzeug-Seitenscheibe mit Drahtbeheizung, in der die beiden Sammelleiter
sich entlang einer einzigen Seiten- bzw. Unterkante erstrecken und
die Drähte
in Schleifenform geführt
sind. Die Schleifenformen sind zum Kompensieren unterschiedlicher
effektiver Drahtlängen
modifiziert.
-
In
vielen Fällen
werden dem globalen Längsverlauf
der Drähte,
der durch eine gerade oder gekrümmte
Linie zwischen den beiden Enden eines jeden Drahtes angenähert werden
kann, Wellungen überlagert.
-
DE 103 10 088 B3 beschreibt
eine Vorrichtung zum Wellen von Drähten, die beispielsweise als Heizdrähte in Verbundscheiben
eingelegt werden sollen. Mit dieser zwei spezielle Zahnräder zum
Wellen der Drähte
umfassenden Vorrichtung können
die Drähte
mit variablen Amplituden und Wellenlängen abgelegt werden, um einerseits
optische Störungen im
Sichtfeld der Scheiben zu vermindern. Zugleich lässt sich eine gleichmäßige Verteilung
der Heizleistung in der Fläche
selbst bei variablen Abständen zwischen
den einzelnen Drähten
erreichen, indem jeder Draht durch seine Wellung im Vergleich mit
gerade oder nur leicht gewellten Drähten eine größere Fläche der
Scheibe einnimmt. Schließlich
kann durch starke Wellung (große
Amplituden) die effektive Länge
eines Einzeldrahts selbst bei kurzen Distanzen zwischen den Sammelleitern
beträchtlich
verlängert werden.
Damit wird ein gleicher effektiver Widerstand wie der eines Drahtes
erreicht, der über
eine längere Distanz
geradlinig bzw. mit nur leichter Wellung verlegt ist.
-
Diese
Zwecke erreicht auch die in
DE 103 16 388 B3 und WO 2004/077496 A2 beschriebene
Vorrichtung, die eine exakte automatische/programmierbare Positions-
und Winkelsteuerung von Ablegevorrichtungen für die Heizdrähte vorsieht.
-
Generell
lässt sich
festhalten, dass man in den wesentlichen Flächenbereichen von Heizscheiben
eine homogene Heizwirkung durch parallel abgelegte Drähte mit
relativ engen Abständen
erreichen kann. In kritischen Bereichen jedoch, z. B. in den äußeren Dreiecken
von trapezförmigen
Umrissen, entlang von bogenförmig
geschwungenen Seitenkanten oder auch an Ausschnitten aus dem regelmäßigen Scheibenumriss
im Eckenbereich kann einerseits die gleichförmige Belegung mit Drähten nicht
zu einer gleichförmigen
Heizwirkung führen. Andererseits
können
die bekannten Lösungen
zum Ablegen von Drähten
nach „beliebigen" Verläufen noch
keine hinreichend genaue Anleitung zum Erzielen einer optimierten
Heizwirkung geben.
-
Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein weiter verbessertes
und flexibles Verfahren zum Herstellen drahtbeheizter Scheiben anzugeben.
-
Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Merkmale der Unteransprüche geben
vorteilhafte Weiterbildungen dieser Erfindung an. Anspruch 16 gibt
eine drahtbeheizte, mit dem Verfahren herstellbare Verbundscheibe
an.
-
Nach
einer ersten erfindungsgemäßen Lösung wird
im Übergangsbereich
zwischen einem Feld mit äquidistant
und parallel verlegten Drähten und
einem Feld mit nicht-parallel verlegten Drähten die Änderung des gegenseitigen Abstands
der (global vorzugsweise geradlinig verlegten) Drähte von
einer vorgegebenen Änderungsfunktion
bestimmt.
-
Man
kann deshalb diese Funktion als erste Ableitung eines Graphen der
Drahtabstände
ansehen, der beispielsweise entlang eines der Sammelleiter gesehen
aufgezeichnet wird. Modellmäßig sei beispielsweise
angenommen, dass in einem Koordinatensystem die jeweiligen Drähte als
Zähleinheiten auf
einer x-Achse und ihre gegenseitigen Abstände auf einer y-Achse aufgetragen
seien.
-
Während dieser
Graph in einem Feld mit äquidistanten
parallelen Drähten
eine horizontale Gerade ist (keine Änderung der Abstände), ergibt sich
in dem Übergangsbereich
eine erfindungsgemäß definierte
Abweichung von dieser Geraden, die ihrerseits eine ansteigende oder
fallende Gerade (lineare Zunahme oder Abnahme der Drahtabstände) oder
auch eine Kurve (nicht-lineare Zu- oder Abnahme der Drahtabstände) sein
kann.
-
Nach
einem Übergangsbereich
kann auch wieder eine horizontale Gerade erreicht werden, wenn nämlich dort
die Drahtabstände
wieder konstant beibehalten werden.
-
Ggf.
kann auch auf einen Bereich zunehmender Abstände wieder ein Bereich abnehmender Abstände folgen,
bis der ursprüngliche
Abstand wieder erreicht wird. Unter Drahtabstand wird in dieser Beschreibung
der globale gegenseitige Abstand zweier Drähte in jedem Punkt ihres globalen
Längsverlaufs
verstanden. Diesen Abständen
wird die besagte, ggf. variable Wellung überlagert, die zu geringeren
effektiven Abständen
der Drähte
führen
soll, um eine möglichst
gleichmäßige Belegung
der Scheibenfläche
ohne große
-unbeheizte- Lücken
zu erreichen.
-
Natürlich können die
Drahtabstände
nicht nur über
den Verlauf eines oder beider Sammelleiter, sondern auch im Sichtfeld
der Scheibe nach einer vorgegebenen Funktion variiert werden, wenn
Bedarf daran besteht. Man wird dazu mindestens einen, bei Bedarf
auch mehrere Orte entlang dem globalen Längsverlauf der Drähte bestimmen,
in denen die jeweiligen Drahtabstände der vorgegebenen Änderungsfunktion
zu gehorchen haben. Natürlich
kann für
jede solche Reihe von Orten eine eigene Änderungsfunktion definiert
sein.
-
Diese
Orte können
beispielsweise im Scheitelpunkt der Krümmung liegen, in Höhe der größten Scheibenbreite – dort,
wo die Drähte
am weitesten divergieren, wenn dies nicht ohnehin an einem der Sammelleiter
der Fall ist – und/oder
die Drahtlänge
in mehr als zwei Abschnitte unterteilen. Eventuelle Umkehrpunkte
der globalen Draht-Krümmung
bieten sich besonderes als solche Orte für die Anwendung von Abstandsfunktionen
an. Der globale Drahtverlauf wird diese Orte als geglättete Kurve,
beispielsweise entlang einer Spline-Funktion, mit möglichst
glatter Krümmung – also ohne übermäßige Krümmungsänderungen
oder Knicke – durchlaufen.
-
So
weit sich starke Abstandsänderungen zwischen
zwei oder mehr Drähten
auf kurzen Längen nicht
vermeiden lassen, kann eine „Ausfüllung" der Zwischenräume ggf.
durch die überlagerte
Wellung der Drähte
kompensiert werden.
-
In
einer weiteren erfindungsgemäßen Lösung werden
die Abstände
von nicht parallel verlegten Drähten
und deren entlang ihrem globalen Längsverlauf verlaufende Wellung
in Abhängigkeit
von der Form der starren Scheibe variiert, wobei die Amplitude und/oder
die Wellenlänge
abhängig
vom gegenseitigen Abstand benachbarter Drähte bestimmt wird, um eine
möglichst
gleichmäßige Verteilung
der Wärmeleistung
zu erreichen. Es liegt auf der Hand, dass mit steigenden Abständen der
Drähte
die Wärmedichte
lokal verringert wird, da pro Draht mehr Fläche zu beheizen ist. Dies kann
ausgeglichen werden, indem die Wellungsamplitude der Drähte erhöht wird.
-
Um
die Länge
eines Drahtes und die zu beheizende Fläche konstant halten zu können, kann
der Abstand zu den nächsten
Drähten
einerseits und die Amplitude andererseits am Drahtanfang verkleinert (bzw.
die Wellenlänge
vergrößert werden
bzw. beides) und Abstand und Amplitude am Ende vergrößert (bzw.
die Wellenlänge
verkleinert werden bzw. beides) werden.
-
Falls
die Variation von Amplitude und Wellenlänge nicht zur Kompensation
der Flächenheizleistung
ausreichen sollte, kann auch der Widerstand der Drähte pro
Längeneinheit
variiert werden. Insbesondere können
im Mittel stark gewellte und damit effektiv längere Einzeldrähte aus
einem Material mit einem geringeren Widerstandswert abgelegt werden.
-
Selbstverständlich können die
beiden Methoden miteinander kombiniert werden. Im Bereich der nach
einer vorgegebenen Funktion variierten „globalen" Drahtabstände können zugleich die Amplituden
und/oder Wellenlängen
der Drähte
den jeweils von einem Draht zu beheizenden Flächenelementen angepasst werden.
-
Da
in der Regel die elektrische Gesamt-Leistungsaufnahme der Scheibe
vorgegeben ist, lässt sich
aus deren Geometrie grob in mehreren Iterationsschritten eine Anzahl
von ins gesamt auf der Scheibenfläche
abzulegenden Drähten
ermitteln, wobei natürlich
Mindestabstände
einzuhalten sind, da sich die Drähte
gegenseitig nicht berühren
sollen. Auch die Drahtlängen
können
nicht beliebig groß gewählt werden.
Es wird angestrebt, in jedem Flächenelement
eine bestimmte, nach Möglichkeit
homogen zu den umgebenen Flächenelementen
passende Heizleistung bereitzustellen. Nur damit lässt sich
effektiv die Ausbildung von Beschlag- oder Vereisungsinseln vermeiden.
-
Es
sei noch angemerkt, dass sich die Erfindung zwar vornehmlich auf
die Bestimmung von Übergangsbereichen
bezieht, dass aber Änderungsfunktionen
für die
gegenseitigen Abstände
von Drähten
auch für
die Erzeugung von Drahtmustern verwendet werden könnten, die
keine definierten Übergangsbereiche
von parallelen zu nicht parallelen Drähten haben. Dies kann beispielsweise
dann interessant sein, wenn die Drähte zusätzlich zu ihrer Heizungsfunktion
auch zu dekorativen Zwecken eingelegt werden.
-
Die
Maschinen und Werkzeuge zum Ablegen solcher Drahtlayouts auf thermoplastischen
Folien oder Schichten sind aus dem Stand der Technik hinreichend
bekannt, so dass darauf nicht näher
einzugehen sein wird. Insbesondere wird schon in dem schon erwähnten
EP 773 705 B1 ausgeführt, dass die
beliebigen Drahtverläufe
mit programmierbaren Weg-Zeit-Steuerungen
erzeugbar sind.
EP 788
794 B1 geht ebenfalls auf Einzelheiten der Drahtablage ein.
WO 2004/077496 A2 beschreibt und zeigt eine Vorrichtung mit verschiedenen
Werkzeugen, mit denen ebenfalls programmgesteuert die benötigten Drahtverläufe hochgradig
flexibel auf einem Foliensubstrat ablegbar sind.
-
Weitere
Einzelheiten und Vorteile des Gegenstands der Erfindung gehen aus
der Zeichnung von Ausführungsbeispielen
drahtbeheizter Scheiben mit Drahtlayouts nach der vorliegenden Erfindung und
deren sich im folgenden anschließender eingehender Beschreibung
hervor.
-
Es
zeigen in vereinfachter, nicht maßstäblicher Darstellung
-
1 eine
erste Ausführungsform
mit einem Übergangsbereich
von einem Heizfeld mit äquidistant
parallel verlegten zu einem Heizfeld mit divergierend verlegten
Drähten;
-
2 Diagramme
a) bis f) zur Verdeutlichung möglicher Übergangsfunktionen
zum Variieren von Drahtabständen;
-
3 eine
zweite Ausführungsform
mit bogenförmigem
Verlauf einer Seitenkante, an den die globalen Längsverläufe der Drähte in dem an diese Seitenkante
angrenzenden Heizfeld angepasst sind;
-
4 eine
dritte Ausführungsform,
bei der die Scheibe nahe ihren unteren Ecken Ausnehmungen aufweist,
welche zur Verkürzung
von Drahtverläufen
zwingt,
-
5 eine
Variante der dritten Ausführungsform
mit einer geänderten
Anordnung des unteren Sammelleiters;
-
6 eine
Fahrzeug-Seitenscheibe mit über Eck
angeordneten Sammelschienen.
-
Die
Figuren zeigen jeweils nur einen Ausschnitt der Gesamtfläche der
Scheiben, da diese in der Regel mittensymmetrisch sind. Im bevorzugten Anwendungsfall
der Erfindung auf drahtbeheizte Fahrzeugscheiben (Windschutz- und
Rückwandscheiben,
aber auch Seitenscheiben) liegen die Heizfelder mit äquidistant
parallel verlegten Drähten
im Zentrum der Scheibe – das
meist annähernd
mit einem Rechteck umschrieben werden kann –, während die Übergangsbereiche und Bereiche
mit divergenten und/oder bogenförmigen
Drahtverläufen
an den (in Einbaulage) äußeren seitlichen
Rändern
der Scheiben liegen.
-
Es
sei hier klargestellt, dass mit „Breite" der Scheibe deren in der Zeichnung
horizontale Erstreckung und mit „Höhe" deren vertikale Erstreckung bezeichnet
wird. Ferner sind die Seitenkanten die jeweils rechts und links
(nicht dargestellt) gelegenen Kanten gemeint, während Ober- und Unterkanten
auf die Einbaulage in einem Fahrzeug bezogen sind.
-
Selbstverständlich kann
die Erfindung aber auch bei nicht mittensymmetrischen Scheiben,
beispielsweise bei Fahrzeug-Seitenscheiben mit nur einer schrägen Kante
(die beweglichen Scheiben in den vorderen Türen) angewendet werden, wo
die Abweichung von der parallelen Verlegung nur in einem äußeren Dreiecks-
oder Seiten-Krümmungsbereich erforderlich
ist.
-
Gemäß 1 ist
in einer heizbaren Verbundscheibe 1 mit im Wesentlichen
trapezförmigem
(in Querrichtung geschwungenem) Umriss in an sich bekannter Weise
ein etwa rechteckiges zentrales Heizfeld 2 mit einer Schar
von geradlinig parallel zueinander verlegten Heizdrähten 3 eingebettet.
Die Scheibe 1 ist hier nur etwa zur Hälfte dargestellt; ihre andere Hälfte ist
gleichartig ausgeführt.
Zum Heizfeld 2 gehören
ferner ein oberer Sammelleiter 4 und ein unterer Sammelleiter 5,
die ebenfalls in an sich bekannter Weise in den Verbund eingebettet
sind. Die Angaben „oben" und „unten" entsprechen, wie
erwähnt,
der Einbaulage der Scheibe in einer Fahrzeugkarosserie.
-
Dieser
Verbund besteht in der Regel aus zwei starren Scheiben aus Glas
und/oder Kunststoff und einer diese flächig verbindenden Klebeschicht. Das
Heizfeld und die Sammelleiter werden in die Klebeschicht (z. B.
eine thermoplastische Klebefolie aus Polyvinylbu tyral „PVB" oder Ethylen-Vinyl-Acetat „EVA") eingebettet, bevor
diese mit dem Scheibenverbund laminiert wird.
-
Die
Sammelleiter bestehen bei drahtbeheizten Verbundscheiben meist aus
dünnen
und schmalen Metallfolienstreifen (Kupfer, Aluminium), die vor und/oder
nach dem Auflegen der Heizdrähte
aufgelegt werden. Die Folienstreifen sind mit einem Lot vorbeschichtet
(vorverzinnt) und werden mit den Drähten verlötet, wobei das Lot für eine möglichst enge
Einbettung der (Wolfram-)Drähte
zu sorgen hat. Diese Merkmale sind im Stand der Technik bekannt. Alle
Sammelleiter haben im Vergleich mit den Heizdrähten vernachlässigbare
ohmsche Widerstände und
sollen sich im Betrieb der Heizung nicht nennenswert aufheizen.
-
Die
Abstände
der Heizdrähte
untereinander sind hier nur schematisch wiedergegeben. In der Regel
werden die parallelen Drähte 3 mit
sehr geringen Abständen
(2–5 mm)
zueinander verlegt, um eine praktisch homogene Aufheizung der Scheibenflächen zu
erreichen. Diese Abstände
und auch die Dicke der Drähte
sind real viel geringer, als es hier darstellbar ist. Real liegen
die Drähte
also deutlich dichter nebeneinander.
-
An
dieser Stelle sei angemerkt, dass die Erfindung selbstverständlich auch
bei Scheiben anwendbar ist, in denen die Sammelleiter sich an den Seitenkanten
befinden und die Drähte
global parallel zu den Unter- und Oberkanten verlegt werden. In
Einbaulage dieser Scheibe verlaufen die Drähte dann global etwa in horizontaler
Ausrichtung. Sollte für
bestimmte Zwecke – beispielsweise
aus designerischen Gründen – eine in
Einbaulage der Scheibe schräge
Verlegung der Drähte
vorzusehen sein, ggf. auch mit über
Eck angeordneten Sammelleitern, so umschließt die vorliegende Erfindung
natürlich
auch diese Anwendungsoption.
-
Über Eck
angeordnete Sammelleiter können beispielsweise
in einer beweglichen Fahrzeug-Türseitenscheibe
von Vorteil sein. Hierauf wird bei 6 noch näher eingegangen.
-
Vereinfachend
werden hier nur geradlinig verlegte Drähte gezeigt. In der Praxis
wird man jedoch auch die Drähte 3 in
der üblichen
Weise leicht „kräuseln", d. h. wellenförmig mit
kleinen Wellenlängen
und Amplituden verlegen, da diese optisch weitaus weniger auffällig sind
(insbesondere Lichtbeugungseffekte reduzieren). Durch Variation
der Abstände
können
die verfügbaren
Flächen-Heizleistungen
bei gegebenem Drahtwiderstand nach Bedarf eingestellt werden.
-
Da
die Folien in industrieller Serienfertigung kontinuierlich wendelartig
mit den Drähten 3 belegt werden,
wobei zumeist mehrere Folien gleichzeitig auf einem trommelförmigen Träger aufliegen
(vgl. u.a. die eingangs erwähnte
EP-B1-773 705), müssen die
Drähte zum
Vereinzeln der Folien entlang deren Rändern durchtrennt werden. Der
geringe Schrägwinkel
der Längsachsen
der Drähte
bezüglich
der Mittelachse der Scheibe, bedingt durch das wendelartige Ablegen
der Drähte,
ist hier vereinfachend nicht dargestellt.
-
Man
kann in an sich bekannter Weise zwei (oder noch mehr) getrennt elektrisch
speisbare Heizfelder 2 in der Verbundscheibe 1 vorsehen
(mit vertikaler Teilung der Sammelleiter 4 und 5 z.
B. in der Scheibenmitte), die natürlich auch über separate Außenanschlüsse an die
jeweilige Spannungsquelle anzuschließen sind. Man kann in diesem
Fall für
beide Heizfelder einen gemeinsamen Masseleiter verwenden, so dass
nur der Sammelleiter 4 oder der Sammelleiter 5 in
zwei Abschnitte unterteilt werden muss, während der jeweils andere durchgängig ist.
In der ersten Variante sind vier Außenanschlüsse notwendig, in der zweiten
nur drei.
-
Auf
die Außenanschlüsse an sich
wird hier nicht näher
eingegangen, da diese im Stand der Technik mannigfach vorbeschrieben
wurden. Es ist jedenfalls in der in 1 gezeigten
Konfiguration möglich,
die Anschlüsse
an den beiden oder an einer der unteren Ecken der Verbundscheibe 1 räumlich benachbart
anzuordnen.
-
In
der äußeren Dreiecksfläche der
Verbundscheibe 1 rechts des Heizfeldes 2 ist eine
Gruppe von seitlichen Heizdrähten 6 in
an sich bekannter Weise mit divergierenden Längsverläufen angeordnet. Ihre oberen
Enden sind in gleich bleibenden Abständen mit dem oberen Sammelleiter 4 verbunden; anderseitig
sind sie ebenso wie die Heizdrähte 3 mit dem
Sammelleiter 5 verbunden. Hier nehmen in einem Übergangsbereich
T ihre Abstände
nach und nach entsprechend einer Änderungsfunktion für die Drahtabstände zu,
um im äußeren Seitenbereich wieder
konstant zu werden, jedoch weiter als die Abstände der parallel verlegten
Drähte 3.
Ihre Längen unterscheiden
sich bei dieser Art der Verlegung nicht wesentlich von denen der
parallel verlegten Drähte.
-
Es
versteht sich, dass die unterschiedlichen Drahtgruppen – hier 3 und 6 – in einer
Serienfertigung auch zeitgleich abgelegt werden können, wobei
man mehrere parallel arbeitende Verlegeköpfe einsetzen wird. Beispielsweise
können
auch mehrere Verlegeköpfe
die Drähte
des zentralen Heizfeldes gruppenweise ablegen, während zwei weitere Verlegeköpfe zugleich
die seitlichen Bereiche eines Kunststofffolien-Zuschnitts mit den
nicht parallel verlaufenden Drähte
belegen.
-
In 2 sind
in Diagrammen a) bis f) mehrere Varianten für die Änderung der gegenseitigen Abstände der
Drähte
in dem Übergangsbereich
T schematisch und nicht maßstäblich aufgetragen.
Die dargestellten Graphen G bilden diese Abstände auf der Ordinate des Koordinatensystems
ab, die Drähte sind
der Reihe nach entlang der Abszisse aufgetra gen. Der Graph verläuft im zentralen
Heizfeld 2 waagerecht, d. h. die Abstände der Drähte 3 sind dort konstant.
Im Übergangsbereich
T steigt er nach einer gegebenen Funktion bis zu einem Maximum,
von dem an er wieder horizontal verläuft (in diesem Bereich sind
also auch divergierende Drähte
wieder äquidistant
verlegt). In dem Übergangsbereich
T ändern
sich folglich die Drahtabstände
(Drähte 6)
nach Maßgabe
der ersten Ableitung des Graphen (diese ist = 0 bei konstanten Abständen, > 0 bei wachsenden Abständen und < 0 bei sich verringernden
Abständen).
Die sich aus der Änderungsfunktion
ergebenden Abstände
bzw. Abstandskoordinaten werden der Verlegemaschine vorgegeben.
-
Ein
solcher allmählicher
Zuwachs der Drahtabstände
vermeidet die Ausbildung eines abrupten Wechsels von äquidistanten
zu divergenten, nicht äquidistanten
Drahtverläufen.
In der Praxis (es geht meist um das Entfernen von Feuchtigkeit/Beschlag auf
der Innenseite und Eis auf der Außenseite) wird damit angestrebt,
ein möglichst
gleichmäßiges schnelles
Abtauen ohne sichtbare Diskontinuitäten zu erreichen, um insoweit
Reklamationen allein aufgrund vorübergehend optisch wahrnehmbarer
Diskontinuitäten
vorzubeugen.
-
Als
Beispiel für
eine Funktion zur Beschreibung der aufeinander folgenden jeweils
vergrößerten Abstände könnte man
eine prozentuale Zunahme formulieren. Hierbei wird der Abstand zwischen
aufeinander folgenden Drähten
ausgehend von dem konstanten Wert im zentralen Heizfeld um einen
bestimmten Prozentsatz des jeweils vorangehenden Abstandswertes
erhöht,
beispielsweise um 5, 10 oder 15 % etc. Dies würde als solches zu einer progressiven
Zunahme der Abstände
führen.
Eine Alternative wäre,
die Abstände
entlang dem unteren Sammelleiter oder in einem anderen Ortsbereich
der Drähte
jeweils um einen festen Betrag, beispielsweise um 0,5 mm, um 1 mm,
Bruchteile oder Vielfache der genannten Werte linear zu erhöhen.
-
Weitere
Beispiele zur Beschreibung der Drahtabstände sind lineare, ein- und
oder beidseitig tangentenstetige und ein- und oder beidseitig krümmungsstetige
Abstandsfunktionen, die auch durch Splinefunktionen beschrieben
werden können. „Einseitig" und „beidseitig" ist hier auf den
zu beschreibenden Übergangsbereich
bezogen. Eine weitere Möglichkeit
besteht in der Abstandsänderung
gemäß einer
skalierten Wellenfunktion, z. B. einer Cosinus-Funktion.
-
In 2 zeigen
die Graphen G in einem Übergangsbereich
T bei
- a) eine lineare Abstandsänderung
- b) eine einseitig tangentenstetige Abstandsänderung
- c) eine einseitig krümmungsstetige
Abstandsänderung
- d) eine beidseitig tangentenstetige Abstandsänderung
- e) eine beidseitig krümmungsstetige
Abstandsänderung
- f) eine Abstandsänderung
nach einer skalierten Cosinusfunktion.
-
Während in
den Fällen
a) und b) nach Erreichen des maximalen Abstands dieser konstant
beibehalten wird (ein Knick im jeweiligen Graphen im Übergang
zum horizontalen Zielbereich), deuten die weiteren Graphen jeweils
eine allmählichere
Annäherung
an den endgültigen
Ziel-Abstand an, d. h. der Abstand-Zuwachs wird wieder geringer.
-
Es
ist natürlich
auch – abweichend
von diesen Darstellungen – möglich, den
Drahtabstand im Zielbereich wieder an den ursprünglichen Wert im zentralen
Heizfeld anzunähern,
insbesondere wenn im Zielbereich wieder eine parallele Belegung
möglich
ist. In diesem Fall würde
der Graph zum Zielbereich hin wieder abfallen.
-
Die
bereits mehrfach erwähnten
Wellungen der Drähte
können
in dem Bereich divergierender Verlegung größere Amplituden und/oder Wellenlängen als
im zentralen Heizfeld annehmen, in dem die Belegungsdichte am höchsten ist.
Man kann damit eine bessere Flächenheizwirkung
der Einzeldrähte erreichen.
In 1 ist dies am Beispiel eines Drahtes 6.1 aus
der Gruppe 6 gezeigt. Dieser ist zwischen zwei strichpunktierten
Linien E eingefasst, welche die Hüllkurven der möglichen
Wellung des Drahtes 6.1 darstellen. Hier sind diese Hüllkurven,
die die realen Drahtwellen nur repräsentieren, zugleich die Mittellinien
der Felder zwischen den jeweils benachbarten Drähten.
-
Wenn
man jedoch die Wellen benachbarter Drähte derart ineinander „verzahnt" oder kämmen lässt, dass
jeweils ein Wellenmaximum des einen Drahtes zwischen zwei Wellenmaxima
des benachbarten Drahtes liegt, so könnten die effektiven Hüllkurven
E natürlich
auch außerhalb
der Mittellinien liegen. In der Längsprojektion entlang dem globalen Verlauf
dieser Drähte
gesehen überlappen
dann die Wellenspitzen einander. Ersichtlich weichen dann die effektiven
Abstände
der Drähte
von deren weiter oben definierten globalen Abständen besonders stark ab. Eine
solche Gestaltung bietet sich vor allem dann an, wenn durch die
Wellung die effektive Drahtlänge
gegenüber
dem lokalen Abstand der Sammelleiter für die betrachteten Drähte vergrößert werden soll.
-
3 zeigt
eine Verbundscheibe mit einer gekrümmten Seitenkante, wobei insgesamt
wieder ein etwa trapezförmiger
Umriss vorliegt. Solche Scheiben werden beispielsweise als sogenannte
Panorama-Windschutzscheiben in Fahrzeuge eingebaut, wobei sie an
den in Einbaulage unteren Eckbereichen sowie ggf. auch in den mittleren
Seitenbereichen im Vergleich zur Scheibenfläche deutlich stärker gebogen
werden und in die Seitenfläche
des Fahrzeugs (bzw. in die sich anschließenden Seiten-Fensterscheiben) übergehen
(vgl. dazu auch das Patent
US
2 924 485 , das allerdings keine Scheibenheizung beschreibt).
Es ist hier erforderlich, die Heizdrähte nicht nur entlang der Unterkante
auf vergrößerte Abstände zu bringen,
sondern zugleich die äußersten
Drähte
entlang dem Bogen der Seitenkante abzulegen, um wiederum möglichst
die gesamte Fläche
der Scheibe gleichmäßig beheizen
zu können.
Dieser Bedarf entsteht dadurch, dass die Breite der Scheibe abweichend
von einem Trapez mit praktisch geraden Seitenkanten (
1)
schon etwa auf der Hälfte
ihrer Höhe
erreicht wird.
-
Erfindungsgemäß wird dabei
ein allmählicher Übergang
von geradlinig verlegten Drähten über eine
immer weiter zunehmende Krümmung
des Längsverlaufs
der Drähte
bis hin zur Ablage des äußersten
Drahtes parallel zur Seitenkante eingestellt. Hierbei ist nicht
nur die Einstellung der Drahtabstände entlang der unteren Sammelschiene 5,
sondern überlagernd
auch die Einstellung der Drahtabstände im Bogenbereich hin zu
einer immer weiter zunehmenden Ausbauchung im Sinne der Kantenkrümmung einzusteuern.
Anders als im ersten Ausführungsbeispiel
ist hier also kein Übergang
zu einem gleichmäßigen Verlegeraster
oder einer parallelen Drahtverlegung möglich.
-
Mit
T' ist hier ein
weiterer Übergangsbereich bezeichnet,
in dem der Verlegemaschine mithilfe einer Änderungsfunktion die jeweiligen
gegenseitige Abstände
einer Reihe von vorbestimmten Orten auf den einzelnen Drähten – beispielsweise
entlang der strichpunktierten Linie – exakt vorgegeben werden können.
-
Unterhalb
der gezeichneten Scheibe ist wieder ein Graph für die Änderung der Abstände im Übergangsbereich
entlang des Sammelleiters 5 angedeutet.
-
Wiederum
stellt sich auch das Problem, nahe den Seitenkanten die Heizleistung
bei verringerter Anzahl von Drähten
pro Breiteneinheit zu homogenisieren. Dies wird durch Vergrößern der
Amplituden der Wellung jedes einzelnen Drahtes erreicht. Es kann
sogar erforderlich sein, die Amplitude infolge der erwähnten Ausbauchung über die
Drahtlänge vom
oberen Sammelleiter 4 ausgehend zunächst bis in den Bereich der
größten gegenseitigen
(globalen) Abstände
zu vergrößern, und
sie wieder zu verringern, wenn die Abstände am unteren Sammelleiter wieder
kleiner sind als im Bereich der Ausbauchung.
-
In 4 und 5 ist
jeweils eine Verbundscheibe mit einem Ausschnitt C aus ihrer unteren rechten
Ecke dargestellt. Windschutzscheiben mit solchen Umrissen sind bei
bestimmten Fahrzeugen bereits im Einsatz (dies können auch Heckscheiben sein,
wobei in die Ausschnitte Leuchten hineingebaut werden), werden bislang
jedoch nicht mit Drahtheizungen ausgestattet. Will man auch diese
Scheiben im Bereich ihrer äußeren Seitenflächen bzw.
-kanten mit Drähten
beheizen, so stellt sich nicht nur das Problem, die Drähte divergieren zu
lassen, sondern man muss auch die relative Verkürzung der seitlich abgelegten
Drähte
infolge der Eck-Ausschnitte kompensieren oder durch eine geeignete
Drahtanordnung vermeiden. Wieder sind unterhalb der gezeichneten Scheiben
Graphen angedeutet, die die Änderung
der Abstände
der Drähte
entlang des unteren Sammelleiters 5 beschreiben.
-
Ferner
bedarf die Anordnung und Verlegung der Sammelleiter 5 in
oder an den Eck-Ausschnitten besonderer Auslegung.
-
4 zeigt
eine Ausführung,
bei der der untere Sammelleiter 5 um den Eck-Ausschnitt
bis zur Seitenkante herumgeführt
wurde. Ein äußerer Draht 6 kann
folglich exakt entlang dieser Seitenkante – ggf. mit überlagerter Wellung – abgelegt
werden und an seinem unteren Ende in der verbleibenden Ecke mit
dem Sammelleiter 5 verbunden werden. Insbesondere bei solchen
in unmittelbarer Nähe
zum Rand der Scheibe verlegten Drähten kann man vorsehen, dass
die Wellung dem globalen Drahtverlauf nur einseitig – von der
Kante ausgehend in die Fläche
hinein – überlagert
wird.
-
Im Übergang
vom zentralen Heizfeld 2 mit parallelen Drähten 3 bis
zu dem besagten äußeren Draht
ist ähnlich
wie in der Ausführung
nach 2 eine allmähliche
Zunahme der seitlichen Ausbauchung der Drahtverläufe zu erkennen. Diese wird wiederum
von einer entsprechenden Anpassung der entlang dem Drahtverlauf
variablen Wellen-Amplitude begleitet. Man erkennt dies wiederum
an den Hüllkurven
E, die beidseits eines gesondert bezeichneten Drahtes 6.1 eingezeichnet
sind.
-
Eine
Variante zu dieser Ausführung
ist in 5 gezeigt. Dort endet der untere Sammelleiter 5 an
der Scheiben-Unterkante vor dem Eck-Ausschnitt C. Diese bei der
Verlegung des Sammelleiters 5 einfacher produzierbare Anordnung
führt zu
der Notwendigkeit, die Drähte
im Seitenbereich noch stärker seitlich
auszubauchen als in 2 oder 3 dargestellt,
sie aber auch zum unteren Scheibenrand hin relativ eng zusammen
zu führen.
Ersichtlich divergieren die Drähte 6 ausgehend
vom Sammelleiter 4 global bis etwa in den Bereich der größten Scheibenbreite
oberhalb des Eck-Ausschnittes C, um dann wieder zum Sammelleiter 5 hin
zu konvergieren. Hüllkurven
E zeigen wiederum die Kontur einer möglichen Wellung des äußersten
an der Scheibenkante abgelegten Drahtes 6.1. Diese Lösung hat
gegenüber
der Variante in 3 den Vorteil, dass die effektiven
Längen
der Drähte 6 nicht
wesentlich von denen der Drähte 3 abweichen
und somit ggf. aus demselben Drahtmaterial hergestellt werden können.
-
Es
ist in einer solchen Konfiguration auch denkbar, die Wellung nur
nach der von der Scheibenkante weggewandten Seite zu erzeugen, da Fahrzeugscheiben
im Randbereich sehr oft mit einer opaken, rahmenartigen Beschichtung
versehen sind, deren Flächenbereich
nicht unbedingt beheizt werden muss.
-
Hier
sind mit T' und
T'' zwei weitere Übergangsbereiche
bezeichnet, in denen es zweckmäßig erscheint,
der Verlegemaschine mithilfe von Abstands-Änderungsfunktionen eine genau
auf die Optimierung der Homogenität der Flächenheizleistung abgestimmte
Einhaltung von gegenseitigen Abständen der Drähte vorzugeben. Während T' im Bereich der stärksten Zunahme
der Krümmungen
der Drähte liegt,
liegt T'' im Bereich eines
Krümmungswechsels der
Drähte.
Erkennbar markiert jedenfalls der Übergangsbereich T'' nicht einen Übergang von äquidistanten
parallelen zu nicht äquidistanten
Drähten, sondern
einen Abstandswechsel in einem Feld mit auf den ersten Blick frei
gewählter
Drahtverlegung.
-
6 zeigt
schließlich
eine Fahrzeug-Türseitenscheibe
10,
die im Einbauzustand in einem strichpunktiert angedeuteten Türrahmen
R verschiebbar geführt
ist (ein Scheibenheberantrieb ist beispielsweise bei
11 anlenkbar).
Ihre geschwungene vordere/obere Kante liegt im geschlossenen Zustand
an einem Dichtprofil, liegt jedoch im abgesenkten Zustand frei sichtbar.
Will oder muss man eine solche Scheibe in an sich bekannter Weise
mit Drähten
beheizen, so werden die Sammelleiter ganz bevorzugt aus optischen
Gründen
in dem vom Rahmen R überdeckten
Bereich anordnen, wie es an sich aus der erwähnten
DE 101 26 869 A1 bekannt
ist.
-
Unter
Anwendung der vorliegenden Erfindung gelingt es, eine solche Scheibe
homogen zu beheizen, wenn die Sammelleiter 4 und 5 über Eck, nämlich einer
entlang der Unterkante und einer entlang der im Rahmen geführten Seitenkante
angeordnet sind. Ihre gedachten Verlängerungen schließen in der
in 6 links unten liegenden Ecke W einen Winkel ein.
Anders als beim erwähnten
Stand der Technik kann hier aber eine (elektrisch isolierte) Kreuzung
der Drähte
mit einem Sammelleiter entfallen. Die Außenanschlüsse der Sammelleiter 4 und 5 werden
zweckmäßig mit
der Anlenkung des Scheibenheber-Antriebs
zusammengefasst, wie angedeutet.
-
Es
ist jedoch nicht erforderlich, die beiden Sammelleiter in der Ecke
W eng zusammen zu führen,
da ohnehin auch die kürzesten
Drähte
eine gewisse Längendistanz überbrücken müssen, um
den geforderten Widerstand zu bilden.
-
Man
erkennt unschwer, dass die Drähte 6 zunächst exakt
entlang der geschwungenen freien Kante der Scheibe 10 parallel,
ggf. auch zunächst äquidistant
abgelegt sind. Es sei daran erinnert, dass die Drähte jedenfalls
in dem Bereich nahe der geschwungenen Kante der Scheibe 10 real
dichter zusammen liegen können,
als es hier gezeichnet werden kann. Naturgemäß verringern sich ihre Radien und
Bogenlängen
von Draht zu Draht, je näher
man der Ecke kommt. Dies kann nach der vorliegenden Erfindung dadurch
ausgeglichen werden, dass nach einer vorbestimmten Änderungsfunktion
einerseits die globalen Abstände
der Drähte
zur unteren linken Ecke hin immer weiter anwachsen, zugleich aber
die effektiven Drahtlängen
durch zunehmende Wellung wenigstens annähernd konstant gehalten werden, um
eine gleichmäßige Flächenheizleistung
zu erhalten. Hier sind die im Mittelfeld der Scheibe 10 abgelegten
Drähte
zur Vereinfachung weggelassen, jedoch ist die o. g. Abstandsregel
klar daran erkennbar, dass die in der unteren linken Ecke – vereinfachend ungewellt – gezeichneten
Drähte
deutlich größere gegenseitige
Abstände
einhalten, die auch eine deutlich stärkere Wellungsamplitude jedes
einzelnen Drahtes ermöglichen.
Es ist nach der Erfindung insbesondere möglich, mithilfe einer starken
Wellung oder Mäandrierung
des innen in der Ecke W liegenden Drahtes auch die Fläche bis
in die Ecke hinein zu beheizen.
-
In
allen hier gezeigten Fällen
ist eine sorgfältige
Auslegung und Abstimmung aller Parameter der Drahtablage erforderlich.
Neben der Belegungsdichte und der Flächen-Heizleistung sind die
effektiven Längen
einschließlich
der Wellung und die spezifischen Widerstände der Drähte bedarfsgerecht zu ermitteln
und zu verwenden.