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Die
Erfindung betrifft eine Gebäudefeuchtraumglasheizung
mit einem elektrischen Glasheizelement nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Bekannt
und im Handel erhältlich
sind für Feuchträume in Gebäuden Glaselektroheizungen
mit integrierten Heizdrähten
oder mit transparenten, leitfähigen
Beschichtungen. Für
hohe Heizleistungen werden die transparenten Glasheizungen hierbei
mit Netzspannung betrieben und können
daher dort nicht eingesetzt werden, wo derartige Netzspannungen nicht
zur Verfügung
stehen oder wegen der dadurch entstehenden Unfallgefahr nicht eingesetzt
werden dürfen.
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Weiterhin
sind sogenannte Wellness-Duschen bzw. Wellness-Kabinen mit Glaswänden bekannt, die eine beheizte
Rückwand
aufweisen, wobei dort eine Heizung hinter einer opaken, nicht transparenten
Wand eingebaut wird. Der Nachteil dieser Wellness-Duschen liegt
darin, dass in transparenten Bereichen die Wände kalt bleiben und dort Wasserdampf
kondensieren kann. Hierdurch wird zum einen der Komfort und zum
anderen die Therapiewirkung eingeschränkt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es demgegenüber, eine
Gebäudefeuchtraumglasheizung
mit einem elektrischen, transparenten Glasheizelement vorzuschlagen,
die gefahrlos für
die die Glasscheibe berührenden
und mit Wasser in Berührung
stehenden Personen einsetzbar ist.
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Diese
Aufgabe wird, ausgehend von einer Gebäudefeuchtraumglasheizung nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch dessen kennzeichnende Merkmale
gelöst.
Durch die in den Unteransprüchen genannten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Ausführungen
und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
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Dementsprechend
zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass ein elektrischer Transformator
zum Transformieren der Gebäudenetzspannung in
eine Heizspannung vorgesehen ist und dass die Heizspannung eine
Schutzkleinspannung kleiner bzw. gleich 60 Volt, z. B. 48 V AC Wechselspannung, ist
und dass der Abstand und die Form der Elektroden sowie insbesondere
der Flächenwiderstand
der Heizschicht so gewählt
sind, dass sich bei der gewählten
Schutzkleinspannung eine durchschnittliche Flächenleistung ≥ 200 W/qm,
z. B. ≥ 300
W/qm, ergibt.
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Die
Erfindung nutzt somit den Vorteil einer Schutzkleinspannung, dass
diese auch in kritischen Bereichen, wie beispielsweise Industriemaschinen/-anlagen
mit Wasseranwendungen wie z. B. mit Kühl-/Schmiermittel oder Reinigungswasser und/oder
Dampfreinigung, Nasszellen, Badewannen, Schwimmbädern, Dampfbädern, Solarien
oder dergleichen gefahrlos verwendbar ist. Die bislang bekannten
transparenten Heizschichten sind jedoch mit einem derartigen Flächenwiderstand
behaftet, dass bei herkömmlichen
Scheibendimensionierungen mit der bei bisherigen Heizungen üblichen
randseitig liegenden Elektrodenanordnung eine so geringe Flächenleistung
erzeugt wird, dass der Heizeffekt nicht in der gewünschten
Art und Weise eintritt. Für
hohe Heizleistungen wurde aus diesem Grund bisher eine transparente
Glasheizung nur mit Netzspannung verwirklicht.
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Erfindungsgemäß wird nunmehr
jedoch die Elektrodenform und/oder -anordnung so gewählt, dass
sich eine durchschnittliche Flächenleistung ≥ 200 W/qm
ergibt. Dies hat zur Folge, dass die Elektroden durch ihre Form
oder ihre Lage derart ausgebildet werden, dass die zwischen den
Elektroden liegenden leitenden Flächen der Heizschicht so klein sind,
dass sich die gewünschte
Flächenleistung
einstellt. Die Elektroden werden dabei bei Bedarf auch vom Rand
der entsprechenden Scheibe beabstandet angeordnet.
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In
einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung liegt dabei auf der der Heizzone gegenüberliegenden
Seite wenigstens einer Elektrode ein unbeheizter Glasabschnitt.
In dieser Ausführungsform
wird eine Elektrode soweit der gegenüberliegenden Elektrode angenähert, dass
die gewünschte Flächenleistung
gegeben ist. Auf diese Weise ist der auf der Elektrode gegenüberliegende
Glasabschnitt dementsprechend unbeheizt.
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In
einer anderen vorteilhaften Ausführungsform
wird auf der der Heizzone gegenüberliegenden Seite
wenigstens einer Elektrode eine zweite Heizzone vorgesehen. Auf
diese Weise sind größere Flächen beheizbar
zu gestalten, wobei dementsprechend eine oder mehrere Elektroden
auch in mittigen Bereichen einer solchen Glasheizung angeordnet sind.
Auch hierdurch ist es möglich,
die Abstände zwischen
Elektroden so zu dimensionieren, dass sich bei der gewählten Schutzkleinspannung
die gewünschte
Flächenleistung
und somit auch die gewünschte
Heizwirkung ergibt.
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Eine
erfindungsgemäße Glasheizung
kann dabei als Einscheibensicherheitsglas oder als Verbundsicherheitsglas
ausgebildet werden. Das Glasheizelement kann in einem Fall auf einer
Seite einer Sicherheitsglasscheibe aufgebracht, beispielsweise aufgedampft
oder aufgedruckt werden oder aber zwischen den beiden Glaskomponenten
eines Verbundsicherheitsglases entsprechend als transparente Beschichtung
oder transparente Zwischenfolie angeordnet sein. Eine transparente
Folie als Heizschicht sowie weitere Möglichkeiten sind bei der Erfindung auch
im Einscheibensicherheitsglas denkbar.
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In
einer besonderen Ausführung
der Erfindung werden die Elektroden geradlinig ausgebildet, um wiederum
eine einfache Dimensionierung der gewünschten Flächenheizleistung zu bewirken.
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Die
Elektroden selbst können
wie bei den bisher bekannten Glasheizungen hergestellt werden. Bevorzugt
wird eine Elektrode jedoch als aufgedruckte Leiterbahn ausgebildet,
die unmittelbar auf eine Glasscheibe oder auf eine Heizschicht aufgebracht werden
kann.
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In
einer Weiterbildung des vorgenannten Ausführungsbeispiels wird wenigstens
eine Heizzone zwischen zwei parallelen Elektroden angeordnet. In diesem
Fall ist die Dimensionierung der gewünschten Flächenheizleistung auf besonders
einfache Weise durch entsprechende Auswahl des Elektrodenabstands
möglich.
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Durch
die erfindungsgemäße Maßnahme, durch
den Flächenwiderstand
der transparenten Heizschicht und Anordnung und Form der Elektroden die
für Schutzkleinspannung
geeignete Flächenheizleistung
zu realisieren, ergibt sich in verschiedenen Ausführungsvarianten
bei entsprechend großen Glasscheiben
eine von den Rändern
der Glasscheibe beabstandete Anordnung der Elektroden. Dies kann
in einer Weiterbildung der Erfindung dazu genutzt werden, dass das
Glasheizelement auch nicht parallele Ränder aufweisen kann. Grundsätzlich sind für das Design
eines solchen Heizelementes alle möglichen Konturen und Positionen
denkbar, da die Elektrodenform und -anordnung unabhängig von
der Randgestaltung des Glasheizelementes ist.
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Dementsprechend
kann in einer Weiterbildung der Erfindung ein Glasheizelement auch
derart gestaltet werden, dass drei oder mehrere Elektroden im Glasheizelement
verteilt angeordnet sind. Die Form und Anordnung der Elektroden
kann hierbei durchaus auch gestalterischen Zwecken dienen, um so
Design mit Funktion zu verbinden.
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Gerade
bei einer Verwendung von drei oder mehr Elektroden können wenigstens
zwei unterschiedliche Heizzonen bzw. eine segmentierte Betriebsweise
der Gebäudefeuchtraumglasheizung
gemäß der Erfindung
realisiert werden. Dies ermöglicht beispielsweise
bei als Sitze und/oder Liegen und/oder begehbaren Laufflächen, insbesondere
einer begehbaren Brücke
an/über
einen Pool, ausgebildeten Gebäudefeuchtraum-Glasheizungen eine Beheizung
der unterschiedlichen Zonen bzw. Segmente der gesamten beheizbaren
Heizfläche,
so dass z. B. eine Rückenlehne
des Sitzes oder der Liege besonders warm oder wärmer als eine zweite Heizzone
z. B. im Bereich des Gesäßes betrieben wird.
Dies kann den Komfort bzw. die Wellnesswirkung für die entsprechende Person
deutlich erhöhen.
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In
einer bevorzugten Variante der Erfindung ist wenigstens eine Elektrode
und/oder eine zwischen der Elektrode und dem Transformator angeordnete
Stromleitung des Glasheizelementes zugleich als Stromleitung eines
Leuchtelementes, insbesondere einer Halogenlampe, ausgebildet. Hiermit kann
eine vorteilhafte Doppelfunktion sowohl der Stromleitung als auch
des Transformators bzw. Trafo der Heizung realisiert werden. Hierdurch
ergeben sich synergetische Effekte der Kombination der erfindungsgemäßen Heizung
mit einer Beleuchtung, vor allem einer Niedervoltbeleuchtung wie
einer oder mehrerer Halogenlampen. Dies eröffnet völlig neuartige Kombinationsmöglichkeiten
bei Wellnessduschen, Saunen oder dergleichen mit Farb- und/oder Lichtwirkungen.
Zudem wird eine konstruktive und wirtschaftliche Reduktion des Aufwands
erreicht.
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Eine
bevorzugte Anwendung einer erfindungsgemäßen Gebäudefeuchtraumglasheizung findet
sich im Bereich einer Duschwand, die für bisher übliche mit Netzspannung betriebene
Glasheizungen aufgrund der Unfallgefahr nicht zugänglich ist.
Auch ganze oder Teile von Duschkabinen können dementsprechend ausgestattet
werden. Mit einer erfindungsgemäßen Gebäudefeuchtraumglasheizung kann
somit ein Dusch- oder Baderaum wenigstens teilweise beheizt werden.
Durch eine solche Heizung wird das Kondensieren von Wasser an den
Glasscheiben verhindert, wodurch sich ein weiterer positiver Zusatzeffekt
ergibt.
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Derartige
Duschabtrennungen werden somit in Doppelnutzung zum einen als Trennwand
und zum anderen als Heizung verwendet. Auch als heizbare Abtrennungen
können
sie Ausschnitte und Bohrungen oder dergleichen aufweisen und die
dort üblichen Elemente
wie z. B. Handtuchhalter, Durchführungen für Wasser,
Schaltelemente etc. umfassen. Weitere Anwendungsgebiete sind im
Bereich beheizbarer Außenwände und
Sitzbänken
von Duschen, Bädern, Dampfbädern und
Saunen, so dass auch hier der Komfort sowie eine Therapiewirkung,
sofern beabsichtigt, verbessert werden kann.
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Wie
bereits erwähnt
kann die erfindungsgemäße Gebäudefeuchtraumglasheizung
als Antibeschlagelement in verschiedenen Bereichen, z. B. bei Sauna-
und Dampfduschenwänden
verwendet werden.
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Auch
außerhalb
der Verwendung bei Duschabtrennungen kann eine erfindungsgemäße Gebäudefeuchtraumglasheizung
als sichtbare oder unsichtbare Raumheizung für Bäder, Räume im Privatbereich, in Hotels
oder in Fahrzeugen wie Schiffen oder dergleichen Verwendung finden.
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Auch
in Verbindung mit Solarmodulen kann eine erfindungsgemäße Glasheizung
Vorteile bieten, da die daraus resultierende Spannung unmittelbar
für die
Heizung verwendbar ist. Dabei kann ein Glasheizelement auch dort
eingesetzt werden, wo die verfügbare
elektrische Energie nicht als dauerhafte Heizenergie vorhanden ist
oder wo entsprechende Glasscheiben in anderen Funktionen verwendet
werden. In diesem Fall kann die erfindungsgemäße Glasheizung mit Schutzkleinspannung
beispielsweise zum Abtauen, beispielsweise von Abdeckscheiben oder dergleichen,
oder zum Verdampfen von auf der Heizfläche stehendem oder fließendem Wasser
verwendet werden.
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Die
unmittelbare Nutzung einer Niedervoltspannung für die Gebäudefeuchtraumglasheizung findet
auch in energieautarken Gebäuden
Vorteile, beispielsweise in Berghütten und sonstigen abgelegenen
Gebäuden,
die sich ihre elektrische Energie selbst erzeugen müssen, wobei üblicherweise
hierzu zumindest teilweise Solarenergie vorgesehen wird.
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In
beispielhaften Ausführungen
der Erfindung wird ein Glas mit transparenter leitfähiger Beschichtung
mit einem Flächenwiderstand
R☐ kleiner 15 Ω/☐ (d. h. pro quadratischer
Fläche)
verwendet, so dass durch geeignete Elektrodenanordnung Widerstände von
kleiner 8 Ω realisierbar
sind. Damit kann das heizbare Glas beispielsweise mit einer Schutzkleinspannung
von maximal 48 V AC betrieben werden, wobei mit elektrischen Anschlussleistungen
von bis zu 1.000 W Glastemperaturen von ca. 60°C und mehr erzeugt werden können.
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Vorzugsweise
werden Gläser
mit elektrisch leitfähigen
Beschichtungen verwendet, deren Schichtwiderstand so gering ist,
dass über
die Beziehung P = (U2/R☐)·(L/D)
bei 48 V Betriebsspannung mindestens 300 W/qm Heizfläche elektrische
Anschlussleistung zur Verfügung
stehen. Dabei bedeuten L die Länge
und D den Abstand paralleler, gerader Kontaktelektroden.
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Mit
geringem Flächenwiderstand
werden große
Elektrodenabstände,
z. B. D > 0,6 m, realisierbar.
In sehr großen
oder mit Sonderformat (schräge Kanten,
Ausschnitte, runde Ränder,
etc.) behafteten Gläsern
können
Heizsegmente durch Elektrodenanordnung und Form definiert werden.
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Ein
geeigneter Leitungsquerschnitt der Kontaktelektroden, beispielsweise
aus Silber oder Gold, kann dabei beispielsweise bei 0,15 mm2 oder mehr liegen, um einen Spannungsabfall über die
Elektrodenlänge
und die Eigenerwärmung
der Elektroden möglichst
gering zu halten.
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Bei
Verwendung in Nasszellen, Feuchträumen oder im Außenbereich
sollte das Glas als Verbundsicherheitsglas ausgeführt sein,
um Schutz gegen Verschmutzung und Korrosion sowie gegen Berührung zu
bieten.
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Im
normalen Betrieb werden vorzugsweise Raum- und Energie sparende
Schaltnetzteile verwendet, um die gewünschte Schutzkleinspannung
zu erzeugen.
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Mit
der erfindungsgemäßen Glasheizung sind
nicht nur feststehende Glaskörper
beheizbar, es können
ohne weiteres auch Türen,
beispielsweise Schiebetüren über Schleifkontakte
bzw. die Laufschienen oder Schleppkabel mit der Schutzkleinspannung
versorgt und geheizt werden. Die Kontakte selbst stellen dabei keine
Unfallgefahr dar, da die Spannung zu gering ist. Ein elektrischer
Kontakt kann auch an einer Schließstelle geschlossen werden,
so dass beim Schließen
eines Glases oder eines Fensters oder einer Tür eine Heizung schaltbar ist.
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Vorzugsweise
wird weiterhin bei einer Variante der erfindungsgemäßen Glasheizung
ein Temperatursensor vorgesehen, um über eine entsprechende Steuereinheit
die Temperatur der Glasheizung zu überwachen. Dies kann einerseits
für eine Temperaturregelung
sinnvoll sein, um eine gewünschte
Temperatur einzustellen. Andererseits kann der Temperatursensor
auch als Sicherheitselement verwendet werden, um eine Überhitzung
der Glasheizung zu vermeiden.
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Für spezielle
Varianten kann z. B. die Stromleitung zwischen Trafo und Elektroden
mit nicht bzw. einfach isolierten Leitungen bzw. Leitungslitzen
realisiert werden. Hiermit können
spezielle Designeffekte erzeugt werden.
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Vorzugsweise
wird der Trafo und/oder die Stromleitungen wasserdicht ausgeführt, z.
B. in eine wasserdichte Hülle
oder Gehäuse
eingegossen bzw. angeordnet.
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Verschiedene
Ausführungsvarianten
der erfindungsgemäßen Glasheizung
sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend anhand der
Figuren näher
erläutert.
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Im
Einzelnen zeigt:
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1 eine
schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Glasheizelement,
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2 eine
schematische Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Glasheizelement,
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3 eine
Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Glasheizelements,
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4 ein
Temperaturdiagramm zu einem Glasheizelement gemäß 4,
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5 eine
Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Glasheizelements,
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6 ein
Temperaturdiagramm für
ein Glasheizelement gemäß 5,
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7 eine
schematische Draufsicht auf ein weiteres erfindungsgemäßes Glasheizelement
mit einem 3-fach Elektrodenaufbau und
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8 ein
schematisches Temperaturdiagramm für ein Glasheizelement gemäß 7.
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Das
Glasheizelement 1 gemäß 1 umfasst
eine Glasscheibe 2 mit einer nicht näher dargestellten leitfähigen, transparenten
Beschichtung.
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Eine
erste Elektrode 3 sowie eine zweite Elektrode 4 sind
geradlinig und parallel zueinander ausgebildet. Beide Elektroden 3, 4 sind
mit einem Abstand a bzw. b vom jeweiligen Rand 5, 6 der
Glasscheibe 2 beabstandet. Über den Abstand D ist die Breite
einer Heizzone 7 definiert. Über die Elektrodenlänge L ist
die Länge
der Heizzone 7 definiert. Über die Form bzw. Länge L sowie über den
Abstand D kann somit bei gegebenem spezifischen Flächenwiderstand
R☐ (als Widerstand pro quadratischer
Fläche)
die Heizleistung der Heizzone 7 bei vorgegebener Niedervoltspannung
festgelegt werden.
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Der
spezifische Flächenwiderstand
R☐ wird dabei bevorzugt kleiner
als 15 Ohm/☐ gewählt,
wobei über
die Anordnung und Dimensionierung bzw. Form der Elektroden die gewünschten
Heizleistungen ≥ 200
W/qm erzielbar sind. Der spezifische Flächenwiderstand wird üblicherweise
durch Strom- und Spannungsbestimmung an den Eckpunkten eines Normquadrats
gemessen, welches mit punktierten Linien in 1 angedeutet
ist.
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Die
Elektroden werden vorteilhafterweise hochleitfähig ausgebildet, um eine filigranere
Dimensionierung unter Vermeidung zu großer Eigenerwärmung zu
ermöglichen.
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2 zeigt
eine Ausführung
eines Glasheizelementes 1 als Verbundsicherheitsglas mit
zwei Glasscheiben 8 und 9, die über einen
Verbundkleber 10 verbunden sind. In den Verbundkleber 10 ist
eine Heizschicht 11 eingebettet, die über Elektroden 12, 13 kontaktiert
ist. Ein Temperatursensor 14 ist außen an einer Glasscheibe z.
B. der Glassscheibe 8 angebracht. Alternativ kann der Temperatursensor 14 auch
direkt in den Verbund integriert werden.
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Die
Ausführungsvariante
gemäß 3 entspricht
im Wesentlichen der Variante gemäß 1, wobei
nunmehr ein größerer unbeheizter
Randbereich 15, 16 vorgesehen ist, um die Heizzone 7 durch Lage
und Ausgestaltung der Elektroden 3, 4 zu gestalten.
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Die
Kontaktierung der Elektroden über
Anschlüsse 17, 18 ist
in 3 ebenso dargestellt, wie ein integrierter Temperatursensor 19.
In der zugehörigen 4 ist
in einem Diagramm der Verlauf der Temperatur T als Funktion des
Abstandes A vom linken Rand 20 der Glasscheibe 2 dargestellt.
Hier ist deutlich erkennbar, dass die Randbereiche 15, 16 durch
die Beabstandung der Elektroden 3, 4 vom Rand
nicht beheizt sind.
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5 zeigt
eine 3 entsprechende Ausführungsform, wobei nun mehr
der linke Rand 21 nicht parallel zum rechten Rand 22 verläuft. Dementsprechend
ergibt sich der Temperaturverlauf gemäß 6, der die
Temperatur entlang des oberen Rands 23 darstellt. Anhand
von 5 ist erkennbar, dass ein erfindungsgemäßes Glasheizelement 1 auch
bei Sonderformaten von Glasscheiben 2 verwirklicht werden
kann. Ebenso wären
auch anderweitige Konturen, beispielsweise auch gekrümmte Konturen denkbar.
Auch die Form der Elektroden kann abgewandelt werden, um beispielsweise
Sonderformaten einer Scheibe 2 oder aber auch aus gestalterischen Gründen zur
Veränderung
des Design Rechnung zu tragen.
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In 7 ist
schematisch eine weitere Variante der Erfindung dargestellt, wobei
im Unterschied zu der Variante der 1 nicht
nur zwei Elektroden 3, 4, sondern drei Elektroden 3, 4, 24 vorgesehen
sind, so dass zwei Heizzonen 7 ausgebildet werden. Es hat sich
gezeigt, dass hierbei ein Temperatursensor 19 ausreicht,
jedoch auch je Heizzone 7 ein Temperatursensor 19 vorgesehen
werden kann.
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Bei
der Drei-Elektroden-Variante können
die Elektroden jeweils unterschiedlich beaufschlagt bzw. angesteuert
werden. Andererseits können
z. B. auch die beiden äußeren Elektroden 3, 24 mit
dem selben Potential beaufschlagt werden, wobei die mittlere Elektrode 4 ein
zu diesen unterschiedliches Potential aufweist, um sowohl zur einen
(linken) Seite als auch zu anderen (rechten) Seite ein/eine im Wesentlichen gleichartige/n
Potentialunterschied bzw. Spannung und somit in vorteilhafter Weise
die jeweilige Heizzone 7 auszubilden.
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In 8 ist
der zur 7 zugehörige schematische Temperaturverlauf
der Glasheizung 1 mit drei Elektroden 3, 4, 24 dargestellt.
Hieraus wird deutlich, dass durch den relativ gleichmäßigen Temperaturverlauf
zwischen den beiden äußeren Elektroden 3, 24 ein
einzelner Temperatursensor 19 für die beiden Heizzonen 7 ausreicht.
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- 1
- Glasheizung
- 2
- Glasscheibe
- 3
- Elektrode
- 4
- Elektrode
- 5
- Rand
- 6
- Rand
- 7
- Heizzone
- 8
- Glasscheibe
- 9
- Glasscheibe
- 10
- Verbundkleber
- 11
- Heizschicht
- 12
- Elektrode
- 13
- Elektrode
- 14
- Temperatursensor
- 15
- Randbereich
- 16
- Randbereich
- 17
- Anschluss
- 18
- Anschluss
- 19
- Temperatursensor
- 20
- Rand
- 21
- Rand
- 22
- Rand
- 23
- Rand
- 24
- Elektrode