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Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung für Scheiben, bei der mindestens zwei Sammelschienen als Pluspole und mindestens eine Sammelschiene als Minuspol ausgebildet und mittels Heizleitern verbunden sind. Damit werden mindestens zwei Heizkreise ausgebildet und diese werden erfindungsgemäß jeweils mit einer elektronischen Sicherung abgesichert.
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Der Strombedarf zum Beheizen von Scheiben steigt proportional mit deren Größe. Dabei wird üblicherweise ein Heizkreis mit zwei Sammelschienen, die einen Pluspol und einen Minuspol bilden, und dazwischen verlaufenden Heizleitern gebildet. Diese sind im Stand der Technik üblicherweise mit Schmelzsicherungen ausgebildet, um den Heizkreis abzusichern.
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Nun sind zwischenzeitlich elektronische Sicherungen bekannt geworden, um Stromkreise abzusichern. Diese auch „digitale Sicherungen“ genannten Elemente sind aber hinsichtlich der Tragfähigkeit des Stromes stärker begrenzt. Übersteigt der Strombedarf einer Einrichtung diese Grenze, muss der Strom auf mehrere Teilkreise aufgeteilt werden, deren Strombedarf jeweils unterhalb der Grenze einer ihnen zugeordneten elektronischen Sicherung liegt. Dies wiederum bedingt die Notwendigkeit einer höheren Anzahl von Kontaktierungen, was zu erhöhten Kosten und erhöhtem Produktionsaufwand führt, da jeder Teilstromkreis einzeln an die Energieversorgung angeschlossen werden muss.
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Daher ist die Aufgabe der Erfindung, eine Lösung vorzuschlagen, mit der auch die Beheizung großer Flächen beziehungsweise Scheiben unter Verwendung von elektronischen Sicherungen bei gleichzeitig kostengünstiger Umsetzung verwirklicht werden kann.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst mit einer Heizeinrichtung nach Anspruch 1, einem Verfahren zu ihrer Herstellung nach Anspruch 9 und einem Fahrzeug nach Anspruch 10. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
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Eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung für Scheiben ist mit mindestens zwei ersten Sammelschienen als Pluspole und mindestens einer zweiten Sammelschiene als Minuspol gebildet, wobei die mindestens zwei ersten Sammelschienen der Pluspole mit der mindestens einen zweiten Sammelschiene des Minuspols durch Heizleiter verbunden sind, so dass mindestens zwei Heizkreise ausgebildet werden, und sie ist dadurch gekennzeichnet, dass jeder der so gebildeten Heizkreise mit jeweils einer elektronischen Sicherung abgesichert ist.
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Die Heizeinrichtung ist also derart ausgebildet, dass mindestens zwei erste Sammelschienen zur Bereitstellung von Pulspolen und mindestens eine zweite Sammelschiene zur Bereitstellung eines Minuspols vorgesehen sind und die ersten Sammelschienen jeweils mittels Heizleitern mit der (den) zweiten Sammelschiene(n) des Minuspols verbunden sind. Die Heizleiter gehen also jeweils von den mindestens zwei ersten Sammelschienen der Pluspole aus und münden in der mindestens einen Sammelschiene des Minuspols.
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Dabei werden mindestens zwei Heizkreise ausgebildet, nämlich jeweils aus einer ersten Sammelschiene des Pluspols und dem Bereich der mindestens einen Sammelschiene des Minuspols, in den die Heizleiter der zugehörigen ersten Sammelschiene münden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Anzahl der zweiten Sammelschienen am Minuspol um mindestens eine (Zahl „1“) geringer ist als die Anzahl der ersten Sammelschienen, um die Anzahl der notwendigen Kontaktierungen mit einer Energiezufuhr zu verringern. Würde jeweils eine Sammelschiene des Pluspols mit einer des Minuspols verbunden wie im Stand der Technik, resultieren zwei Anschlüsse in einem solchen Heizkreis. Werden zwei Heizkreise so ausgebildet, resultieren vier Kontakte. Werden hingegen die Heizleiter von mehreren ersten Sammelschienen der Pluspole zu mindestens einer zweiten Sammelschiene des Minuspols geführt und mit dieser verbunden, benötigt zwar jede der ersten Sammelschienen der Pluspole eine Kontaktierung, auf Seiten des Minuspols kann jedoch mindestens eine Kontaktierung entfallen, wodurch Kosten und der Montageaufwand reduziert werden können. Je mehr erste Sammelschienen mit einer gemeinsamen zweiten Sammelschiene verbunden werden, desto höher fällt das Einsparpotenzial aus. Eine korrespondierende Anzahl von ersten und zweiten Sammelschienen liegt aber dennoch im Rahmen der Erfindung.
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Jeder der nun zwischen jeweils einer ersten Sammelschiene und der mindestens einen zweiten Sammelschiene ausgebildeten Heizkreis wird erfindungsgemäß mit einer elektronischen Sicherung abgesichert. Elektronische Sicherungen, umgangssprachlich auch als digitale Sicherungen bezeichnet, sind eine Form von Überstromschutzeinrichtungen, die eine äußerst kompakte Bauweise aufweisen und wesentlich schneller auslösen beziehungsweise schalten als klassische Leistungsschutzschalter wie thermomagnetische Leitungsschutzschalter oder superflinke Schmelzsicherungen. Sie weisen zudem keine mechanischen Teile auf, wodurch eine höhere Sicherheit gegen Ausfälle besteht. Die Sicherungen werden nun passend zum Strombedarf der einzelnen ausgebildeten Heizkreise ausgewählt und/oder die Heizkreise werden so durch geeignete Anzahlen von ersten und zweiten Sammelschienen gebildet, dass sie die Belastbarkeit der elektronischen Sicherungen nicht überschreiten. Auf diese Weise kann eine bedarfsgerechte Aufteilung der Heizkreise und deren Absicherung erfolgen, so dass eine Optimierung hinsichtlich Heizleistung, Kosten und notwendigem Bauraum geschaffen werden kann.
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Mit der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung wird es nun möglich, auch große Scheiben, wie beispielsweise immer größer werdende Heckscheiben von Fahrzeugen, unter Verwendung digitaler Sicherungen zu beheizen und dabei je nach Ausgestaltung der Heizkreise die Anzahl notwendiger Kontaktierungen und Anschlüsse zu reduzieren. Dies beschleunigt und vereinfacht auch die Fertigung und Montage derartiger Scheiben.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung besteht darin, dass diese mit genau einer Sammelschiene als Minuspol und genau zwei Sammelschienen als Pluspole ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung ist besonders geeignet für Heizeinrichtungen von Fahrzeugen, insbesondere deren Heckscheiben. So können dort zwei erste Sammelschienen die Pluspole bilden und eine zweite Sammelschiene den Minuspol, der mittels Heizleitern mit den Pulspolen verbunden ist. Die beiden ersten Sammelschienen können in dieser Konfiguration auch als Halbschienen bezeichnet werden, wenn sie sich hinsichtlich ihrer Größe und übertragbaren Leistung gleichen. Durch diese Aufteilung in zwei sich bildende Heizkreise werden nur drei Kontaktierungen und damit nur drei Anschlüsse an die Energieversorgung notwendig, nämlich je einer an den Pulspolen und einer an dem Minuspol, statt vier, wenn auch die zweite Sammelschiene des Minuspols geteilt wäre. Gerade bei der Herstellung von Massenartikeln beziehungsweise Massenprodukten kann eine solche Einsparung erhebliche Effekte haben.
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Es ist zudem vorteilhaft, wenn die mindestens zwei Heizkreise gleich ausgebildet sind. Darunter soll verstanden werden, dass die Elemente und dabei insbesondere die ersten Sammelschienen untereinander und/oder die zweiten Sammelschienen untereinander gleich hinsichtlich Größe und übertragbarer Leistung sind. Damit kann die Fertigung vereinfacht und beschleunigt werden, da nicht unterschiedliche Arten, Größen und Ausgestaltungen von Sammelschienen gefertigt und geprüft werden müssen. Sammelschienen in Heizeinrichtungen der vorbeschriebenen Art werden in der Regel gedruckt, so dass dann nur ein Druckmuster für alle gleichartigen Sammelschienen zur Anwendung kommen kann.
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Es gibt Anwendungsfälle, in denen jedoch eine gleichartige Ausbildung der mindestens zwei Heizkreise nicht sinnvoll oder nicht gewünscht ist, beispielsweise weil es Bereiche mit unterschiedlichem Heizbedarf gibt. Dann kann es zweckmäßig sein, dass mit den mindestens zwei ausgebildeten Heizkreisen Heizflächen in definierter Form und/oder mit verschiedener Heizwirkung ausgebildet werden.
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Dabei meint definierte Form jede beliebige andere Form, die einen Unterschied in Form und/oder Größe zwischen den mindestens zwei Heizkreisen bewirkt. Damit kann beispielsweise der Form der Scheibe und eines durch sie geschützten Objektes gefolgt werden. Es können aber auch gezielt geometrische Formen und Muster ausgestaltet werden, die durch die Heizkreise mittels der Sammelschienen und der Heizleiter ausgebildet werden und so dekorative Effekte erzeugen können, die bei Nutzung der Heizeinrichtung sichtbar werden. Die Form kann aber auch verschiedenen Heizbedarfen Rechnung tragen und insbesondere mit verschiedenen Heizleistungen kombiniert werden.
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Die Ausbildung verschiedener Heizflächen kann einem sich bereichsweise unterscheidenden Heizbedarf Rechnung tragen, indem die Anzahl von Heizdrähten bezogen auf die Fläche variiert wird und/oder die zugeführte Leistung. Damit können Bereiche, die schneller von Eis und Beschlag befreit werden müssen oder aber aufgrund ihrer Anordnung beziehungsweise Position stärker vereisen, mit einer höheren Heizleistung beaufschlagt werden als Bereiche, die beispielsweise geschützter angeordnet sind und weniger stark vereisen oder mit Feuchtigkeit beschlagen. So kann der Energiebedarf der vorgeschlagenen Heizeinrichtung an die vorherrschenden Bedingungen und/oder Bedarfe angepasst werden.
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Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung besteht darin, dass der Querschnitt einer ersten Sammelschiene geringer als der Querschnitt einer zweiten Sammelschiene ist. Da die mindestens zwei ersten Sammelschienen die elektrische Energie zur Verwirklichung der Heizleistung jeweils anteilig aufnehmen und mittels der Heizleiter mit der mindestens einen zweiten Sammelschiene verbunden sind, muss diese auf die Gesamtmenge des durchzuleitenden Stroms ausgelegt sein. Um Material einzusparen, kann dabei jedoch der Querschnitt der mindestens zwei ersten Sammelschienen, wahlweise einer oder mehrerer der ersten Sammelschienen, geringer gewählt werden, so dass der notwendige Strom sicher aufgenommen und durchgeleitet werden kann, jedoch ohne unnötig Querschnittsfläche bereitzustellen. Damit können eine oder mehrere der mindestens zwei ersten Sammelschienen kostengünstiger hergestellt werden, da weniger Material benötigt wird.
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Eine alternative oder weitere Einsparung von Material kann erreicht werden, wenn mindestens eine der ersten Sammelschienen und/oder der zweiten Sammelschienen mittig kontaktiert ist. Eine oder mehrere der ersten Sammelschienen und/oder eine oder mehrere der zweiten Sammelschienen soll also mittig kontaktiert sein, um diese mit der Energieversorgung für die Beheizung zu verbinden. Damit kann die Menge des leitfähigen Materials, das beispielsweise Silber sein kann, deutlich reduziert und die Kosten gesenkt werden.
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Es kann außerdem vorgesehen sein, dass diejenigen Heizleiter benachbarter Heizkreise, die zueinander den geringsten Abstand aufweisen, den gleichen Abstand zueinander aufweisen, wie die Heizleiter dieser Heizkreise untereinander. Demnach entspricht der Abstand eines bezogen auf den Heizkreis außenliegenden und einem benachbarten Heizkreis zugewandten Heizleiters zu einem korrespondierenden in dem benachbarten Heizkreis dem der Heizleiter in den jeweiligen beiden Heizkreisen. Damit kann eine gleichmäßige Wärmeverteilung innerhalb der Scheibe auch im Bereich zwischen benachbarten Heizkreisen gewährleistet werden.
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Die Scheibe, für die die Heizeinrichtung vorgesehen ist, kann eine Heckscheibe eines Fahrzeugs, eine Frontscheibe eines Fahrzeugs, eine Scheibe in oder an einem Bauwerk und/oder eine Scheibe in oder an einem Infrastrukturobjekt sein. Frontscheiben und Heckscheiben eines Fahrzeugs können beheizt werden, um bei Schnee, Eis oder Feuchtigkeitsbeschlag die Fahrbereitschaft des Fahrzeugs bereitzustellen, indem diese erwärmt und damit abgetaut werden. Durch eine Verschiebung des Taupunktes an der Scheibe infolge der Erwärmung kann auch ein Beschlagen gemindert oder vermieden werden.
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Beheizbare Scheiben kommen aber auch in und/oder an Bauwerken zum Einsatz, wo das Beheizen die sichere Nutzung auch bei winterlichem Wetter gewährleisten soll. Gleiches gilt für Infrastrukturobjekte, zu denen auch Beschilderungen aller Art gehören können, und auf die auch bei schlechtem und kaltem Wetter der Blick nicht durch Feuchtigkeit oder Schnee und Eis beeinträchtigt werden soll.
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Eine Heizeinrichtung der vorbeschriebenen Art kann hergestellt werden, indem die Sammelschienen mittels einer Silberpartikel enthaltenden Lösung (Glasfritte) auf eine Scheibe gedruckt und anschließend mittels einer thermischen Behandlung ausgehärtet werden. Auf gleiche Weise können die Heizleiter gefertigt werden, vorzugsweise im gleichen Schritt. Durch diese Art der Fertigung werden die Sammelschienen fest und untrennbar mit der Scheibe verbunden. An den Sammelschienen werden zumeist gelötete Kontaktierungen ausgebildet, über die ein Anschluss an die Energieversorgung und in Richtung der elektronischen Sicherungen erfolgen kann. Üblicherweise erfolgt die Verbindung mit der Energiezufuhr mittels Steckverbindungen.
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Besonders bevorzugt ist die Verwendung der vorbeschriebenen Heizeinrichtung für Fahrzeuge, so dass auch ein Fahrzeug beansprucht ist, dessen Frontscheibe und/oder dessen Heckscheibe mit der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung ausgebildet ist.
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Mit der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung können elektronische Sicherungen zum Einsatz gelangen, die schneller, zuverlässiger und mit einem geringeren Bauraumbedarf elektrische Verbraucher absichern. Durch die Aufteilung von Heizkreisen in der vorbeschriebenen Art kann der Leistungsgrenze der elektronischen Sicherungen Rechnung getragen und die Anzahl der Kontaktierungen verringert werden, so dass Einsparungen bei Material und damit Kosten verwirklicht werden können.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer zugehörigen Zeichnung erläutert. Es zeigt:
- 1 eine schematische Skizze der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung in einer bespielhaften Ausgestaltung.
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Wie die schematische Skizze in 1 zeigt, ist eine Heizeinrichtung 10 einer Scheibe 20 mit zwei ersten Sammelschienen 30.1 und 30.2 sowie einer zweiten Sammelschiene 40 gebildet, wobei die Sammelschienen 30.1 und 30.2 die Pluspole bilden und die Sammelschiene 40 den Minuspol. Jeweils eine erste Sammelschiene 30.1, 30.2 ist mittels drei Heizleitern 50 mit der zweiten Sammelschiene 40 verbunden, so dass zwei Heizkreise 22.1 und 22.2 ausgebildet werden. Innerhalb der Heizkreise 22.1 und 22.2 ist jeweils der Abstand der Heizleiter 50 untereinander gleich. Die Heizleiter 50, die jeweils in den beiden Heizkreisen 22.1, 22.2 außen liegen und dem jeweils anderen Heizkreis 22.2, 22.1 zugewandt sind, haben den gleichen Abstand wie die Heizleiter 50 jeweils innerhalb der Heizkreise 22.1, 22.2.
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Jeder der Heizkreise 22.1 und 22.2 ist mit einer elektronischen Sicherung 60.1, 60.2 abgesichert. Sie elektronischen Sicherungen 60.1, 60.2 können an beliebiger Stelle der elektrischen Versorgung auf Seiten der Pluspole angeordnet sein.
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Die beiden ersten Sammelschienen 30.1, 30.2 sind mit der gleichen Länge l1, l2 und dem gleichen Querschnitt gebildet, so dass sie einander gleichen. Die Länge l1, l2 entspricht in etwa der halben Länge der zweiten Sammelschiene 40, so dass die ersten Sammelschienen 30.1, 30.2 als Halbschienen bezeichnet werden können. Die Heizkreise 22.1 und 22.2 können daher als gleich hinsichtlich Heizleistung und Geometrie bezeichnet werden. Infolge der auf zwei Heizkreise aufgeteilten durchzuführenden elektrischen Leistung in den beiden Heizkreisen 22.1, 22.2 können die Querschnitte der ersten Sammelschienen 30.1, 30.2 geringer als die der zweiten Sammelschiene 40 ausgebildet werden, wodurch Material eingespart werden kann.
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Aus 1 wird ebenso ersichtlich, dass die Kontaktierungen 32.1, 32.2 und 42 der Sammelschienen 30.1, 30.2 und 40 jeweils mittig erfolgen, so dass die Menge leitfähigen Materials bei der Herstellung reduziert werden kann.
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Die Sammelschienen 30, 40 sowie die Heizleiter 50 werden in einem Druckverfahren mit nachträglicher thermischer Behandlung auf die Scheibe 20 aufgebracht. Sie kann anschließend verbaut werden, beispielsweise als Heckscheibe eines Fahrzeugs. Dazu wird die Scheibe 20 in ein Fahrzeug eingesetzt und verklebt und anschließend die Kontaktierungen 32, 42 mittels Steckverbindungen mit den elektrischen Leitungen des Fahrzeugs verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Heizeinrichtung
- 20
- Scheibe
- 22
- Heizkreis
- 30
- erste Sammelschiene
- 32
- Kontaktierung der ersten Sammelschiene
- 40
- zweite Sammelschiene
- 42
- Kontaktierung der zweiten Sammelschiene
- 50
- Heizleiter
- 60
- elektronische Sicherung
- I
- Länge der Sammelschienen
