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Die
Erfindung bezieht sich auf eine mehrschichtiges elektrisch beheizbares
Flächenelement (Flächenheizelement)
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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Es
ist allgemein bekannt, dass elektrisch leitfähige Dünnschichtsysteme durch Anlegen
einer elektrischen Spannung als Heizwiderstände betrieben werden können. Sowohl
im Fahrzeug- als auch im Baubereich gibt es mannigfache Anwendungen dieser
Technik.
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Im
allgemeinen umfassen diese auf flächigen Substraten, z. B. Glasscheiben,
abgeschiedenen Schichtsysteme mindestens eine metallische Schicht,
z. B. aus Silber, sowie (bei transparenten Schichtsystemen) dielektrische
Schichten beidseits der Silberschicht, ggf. auch Blockerschichten
aus unterschiedlichsten Materialien, mitunter auch Deckschichten
zum Erhöhen
der mechanischen Widerstandsfähigkeit
des Schichtaufbaus. In vielen Fällen werden
auch die infrarote Strahlung reflektierenden Eigenschaften solcher
Schichtsysteme als Wärmedämmung genutzt.
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Problematisch
ist meist das Einstellen einer homogenen Stromdichte in solchen
als Heizschicht genutzten Schichtsystemen. Es gilt vor allem, lokal überhitzte
Stellen mit hoher Stromdichte zu vermeiden, sogenannte „hot spots". Man versieht die
Heizschicht zu diesem Zweck in vielen Anwendungsfällen mit
streifenförmigen
Flächenelektroden.
Diese bestehen z. B. aus dünnen
aufgelegten Metallbändern oder
aufgedruckten elektrisch hoch leitfähigen, ggf. eingebrannten Farben
und ermöglichen
eine Stromeinleitung und -abführung
auf einer möglichst breiten
Basis. Jedoch genügen
solche Anschlüsse meist
nicht optisch-ästhetischen
Ansprüchen
und müssen
deshalb kaschiert werden. Da sie meist am Rand des Substrats liegen,
ist das jedoch in vielen Anwendungen, z. B. bei Fahrzeugfensterscheiben, mit
wenig Aufwand möglich.
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Es
ist ferner bekannt, die Stromflüsse
und -verteilungen in solchen Heizschichten durch feine Linien zu
beeinflussen, welche die Heizschicht in einzelne, elektrisch parallel
zueinander liegende Abschnitte bzw. Strompfade unterteilen, deren
ohmsche Widerstände
untereinander möglichst
gleich sind.
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DE 78 01 989 U1 beschreibt
einen elektrisch beheizbaren Spiegel mit den Gattungsmerkmalen. Seine
Heizschicht besteht aus mehreren unterschiedlich breit aufgedruckten,
nicht transparenten leitfähigen
Streifen, mit denen eine homogene Flächenbeheizung erreicht wird.
Eine der beiden Glasplatten dieses Spiegels hat eine Ausnehmung,
in die eine Anschlussvorrichtung eingesetzt ist. Die besagten leitfähigen Streifen
laufen im Bereich dieser Ausnehmung in einem Kontaktbereich zusammen,
so dass sie sämtlich
mittels zweier Federkontakte der Anschlussvorrichtung elektrisch
kontaktierbar sind.
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DE-A1-199
41 251 offenbart eine durchsichtige elektrische Funktionsscheibe
mit elektrischer Eingabe- oder Anzeigefunktion. Diese ist in einer
Variante mehrlagig mit einer vorderen durchgehenden Scheibe und
einer hinteren, durchbohrten Scheibe ausgeführt. In der Bohrung ist ein
Einsatzteil mit einem kegelig auskragenden Kopf befestigt, an dem wiederum
ein Steckerelement mit Kontaktstiften fixiert ist, die elektrisch
mit zwischen den Scheiben liegenden Leiterbahnen verbunden sind.
Der kegelige Kopf hat zum Durchführen
von Leitungen vorgesehene Längsnuten.
In einer Variante sind im diesen Längsnuten Federkontakte zum
Herstellen der elektrischen Verbindung zwischen den Kontaktstiften
und den bis in die Ausnehmung geführten Leiterbahnen vorgesehen.
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DE-A1-100
52 529 beschreibt ebenfalls eine Verbundscheibe mit elektrischen
Funktionselementen (Solarzellen), die zwischen zwei starren Scheiben
eingebettet sind. Die Verbundscheibe hat eine Durchgangsbohrung,
in die ein Einsatzteil einer Anschlusseinrichtung eingesetzt ist.
Dieses hintergreift den Rand des Lochs mit einer Anzahl von durch
Zwischenräume
getrennten Zungen. Die Zwischenräume
dienen zum Durchführen
von Leitungen, die aus dem Raum zwischen den Scheiben durch das
Loch nach außen
geführt
werden müssen.
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DE-U1-90
16 664 beschreibt eine Verbundglasscheibe mit einem innen liegenden
Heizfeld von Widerstandsdrähten.
Als Außenanschluss
der die Drähte
verbindenden Sammelschienen ist ein Lötanschlusselement vorgesehen,
dessen Kabelschuh in einer am Rand der Verbundscheibe liegenden
Ausnehmung einer der Scheiben angeordnet ist.
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DE 297 18 843 U1 beschreibt
ein beheizbares Aquarium oder Terrarium, in dessen Bodenglas eine
elektrische Heizeinrichtung mit einer drahtbestückten Heizfolie integriert
ist. Die Heizfolie hat am Rand einen elektrischen Steckanschluss
und die entsprechende Glasscheibe hat an dieser Stelle eine entsprechende
Ausnehmung.
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In
der deutschen Patentanmeldung 102 08 552.8 wird ein Plattenelement
mit einer elektrisch leitfähigen
Beschichtung („Heizschicht") beschrieben, das
sich zum direkten Anschließen
an haushaltsübliche
Netzspannungen eignet. Es besteht im wesentlichen aus einem mehrschichtigen
Verbundaufbau, der eine erste starre Scheibe nebst der darauf abgeschiedenen
Heizschicht umfasst sowie eine Klebeschicht und einer zweite starre
Scheibe. Im Bereich eines elektrischen Anschlusses der Heizschicht
ist die zweite starre Scheibe mit einer Bohrung versehen. Im Bereich
dieser Bohrung liegen zwei Bereiche der Heizschicht mit unterschiedlicher
Polarität
eng beisammen. Auf jedem dieser Bereiche ist eine auf die Heizschicht
aufgebrachte Elektrode vorgesehen, mit der jeweils eine Stromzuführung durch
Löten verbunden
ist. Der Stromfluss zwischen den beiden derselben Heizschicht zugehörigen Anschlusspolen
wird in der schon erwähnten
Weise durch Unterteilung der Heizschicht mithilfe von feinen Linien
gelenkt.
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In
DE-U1-201 07 908 wird eine Anschlussvorrichtung beschrieben, bei
der eine elektrisch leitfähig
beschichtete Glasscheibe mit Halteelementen in Gestalt von Klemmbeschlägen versehen
wird, die zugleich als Träger
für elektrische
Kontakte dienen. In die Klemmbeschläge sind Federzungen integriert, die
elektrisch leitend auf der Beschichtung der Glasscheibe aufliegen
bzw. auf diese gedrückt
werden.
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In
einem anderen Zusammenhang beschreibt DE-A1-199 58 879 eine Isolierglasscheibe mit
einer Scheibe aus Verbundglas, in deren Klebeschicht elektrische
Funktionselemente (Solarzellen) eingebettet sind. Deren elektrische
Anschlussleitungen sind durch je eine Ausnehmung einer der Verbundscheiben
sowie der gegenüberliegenden
starren Scheibe des Isolierglases geführt, wobei der Bereich dieser
Durchführung
im Scheibenzwischenraum des Isolierglas von einem ringförmigen Abstandhalter
umgeben ist. Die Leitungen können
auch durch einen hohlen Zapfen eines Punkthalters geführt werden,
der zum Befestigen der Isolierglasscheibe an einer Unterkonstruktion
verwendet wird.
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Auf
dem Gebiet der Beschläge
und Befestigungen für
Verbundglasscheiben ist es bekannt (DE-A1-39 08 983, DE-C2-43 25
024, DE-U1-87 01 693), in einer der starren Scheiben Ausnehmungen vorzusehen,
in die Befestigungselemente fest eingesetzt werden. Letztere können radial
auskragende Vorsprünge
haben, die sich in die Verbund-Klebeschicht hinein erstrecken und
im fertigen Verbund die Glasscheibe hintergreifen. Deren Ausnehmungen können ggf.
einen Hinterschnitt aufweisen. Für
den letzteren Fall wurden auch schon Hinterschnitt-Dübel für Verbundglas-Befestigungen
beschrieben (DE-A1-38 11 249). Die andere Flächenseite dieser Verbundglasscheiben
bleibt jeweils völlig
unversehrt. Die zuletzt genannten Quellen befassen sich nicht mit
elektrischen Anschlussvorrichtungen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein elektrisch beheizbares
transparentes Flächenelement
mit einer kompakten, in eine Ausnehmung einer Scheibe eingesetzten
Anschlussvorrichtung zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Merkmale der Unteransprüche geben
vorteilhafte Weiterbildungen dieses Gegenstandes an.
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Die
in eine mehrschichtige Verbundstruktur eingebettete transparente
Heizschicht wird mittels eines Einsatzteils nach außen elektrisch
kontaktiert, wobei im Bereich der Ausnehmung zwei nicht-transparente
Flächenelektroden
vorgesehen sind, die ihrerseits durch eine in die flächig aufgebrachte
Heizschicht zu deren Unterteilung in mindestens einen Strompfad
eingebrachte Trennlinie isoliert sind.
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Der
besagte Vorsprung des Einsatzteils kann den Rand der Ausnehmung
in der zwischen den beiden starren Scheiben liegenden Ebene (Klebeschicht-Ebene)
hintergreifen. Man wird dieses Einsatzteil dann schon vor dem Herstellen
des Scheibenverbundes in der Ausnehmung fixieren, so dass der Vorsprung
in die Klebeschicht eingebettet werden kann. Die Dicke des Vorsprungs
ist dann kleiner als die Dicke der Klebeschicht.
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Der
Vorsprung kann auch einen Hinterschnitt bzw. eine innen im Verbund
liegende Fase der Ausnehmung hintergreifen. Das kann in an sich
bekannter Weise durch ein mehrteiliges Einsatzteil realisiert werden,
dessen Einzelteile in der Ausnehmung selbst zusammen gesetzt werden.
Man kann als Einsatzteil aber auch einen geeigneten Hinterschnittdübel verwenden,
der den besagten Vorsprung erst bildet, wenn er in die Ausnehmung
eingesetzt und darin verspannt wird. Beide Varianten lassen sich
vorteilhaft nach dem Herstellen des Scheibenverbundes anbringen.
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Das
Einsatzteil wird in besonders bevorzugter Weise als Basis eines
Sammelpunkts für
sämtliche
elektrischen Schnittstellenfunktionen des Flächenelements genutzt.
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Es
bildet zunächst
die Basis für
die eigentlichen elektrischen Anschlusskontakte, die vorzugsweise
als Federkontakte ausgeführt
werden. Für
den vornehmlich vorgesehenen Einsatzzweck in einem Flächenheizelement
mit relativ hohen Betriebsspannungen müssen sie nur kleine (Wechsel-)Ströme übertragen;
auch werden die in Gebäuden
eingesetzten Heizelemente in der Regel keinen Vibrationen ausgesetzt.
Somit sind Korrosionsprobleme nicht zu erwarten, die sich in anderen
Einsatzbereichen (Fahrzeugbau) als erhöhte Übergangswiderstände kontakthemmend
auswirken können.
Darüber
hinaus lässt
sich der Kontaktbereich bei Bedarf hermetisch versiegeln, so dass
auch Feuchte und Verschmutzungen nicht eindringen können.
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Bei
Bedarf können
die elektrischen Kontakte zu den Funktionselementen bzw. zu deren
Elektroden aber auch durch Löten
hergestellt oder auch nur zusätzlich
gesichert werden. Es sind Löttechniken bekannt,
die es erlauben, solche Lötstellen
ohne direkten Kontakt mit der Wärmequelle
sicher aufzuschmelzen (Induktions- oder Laserlöten), und die ggf. sogar durch
die beschichtete Scheibe hindurch angewendet werden können, ohne
jedoch die Beschichtung zu zerstören.
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Das
Einsatzteil kann als Basis eines Anschlusssteckers dienen, mit dem
eine Anschlussleitung für
die Funktionselemente elektrisch verbunden werden kann. Natürlich kann
aber auch eine feste Anschlussleitung vorgesehen werden, die aus
einer am Einsatzteil festgelegten Anschlussdose herausgeführt ist
und ggf. an ihrem freien Ende einen Stecker hat.
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In
einer bevorzugten weiteren Variante ist im Bereich des Einsatzteils
auch mindestens ein Schaltglied zum Ein-Aus-Steuern der Funktionselemente vorgesehen.
Dieses Schaltglied kann im Einsatzfall „Flächenheizelement" nach einer weiteren
vorteilhaften Variante von mindestens einem Temperaturfühler steuerbar
sein, der die Ist-Temperatur der Heizschicht im Anschlussbereich
erfasst. Da in diesem Bereich der lokalen Einspeisung der elektrischen Leistung
die höchsten
Stromdichten auftreten dürften,
wird man den mindestens einen Temperaturfühler dort anordnen.
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Solche
Temperaturfühler
können
auch selbst als Strombegrenzer (z. B. Kaltleiter, deren elektrischer/ohmscher
Widerstand mit steigender Temperatur ansteigt) ausgeführt sein,
und damit das erwähnte Schaltglied
ggf. erübrigen,
wenn eine geeignete Kennlinie vorgesehen wird. Ggf. kann zusätzlich noch
eine elektrische Sicherung vorgesehen werden, die das betreffende
Funktionselement elektrisch absichert.
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In
noch einer anderen vorteilhaften Variante kann das Einsatzteil auch
die Basis für
einen Auswerter oder Empfänger
für Steuersignale
bilden, mit denen ein Funktionselement/Flächenheizelement individuell
fernbedient angesprochen und ein- und ausgeschaltet werden kann.
Im Fall einer Heizung werden diese Steuersignale z. B. mithilfe
von Raumthermostaten und Temperaturfühlern erzeugt. Sie können über gesonderte
Leitungen übertragen
werden oder über
die ohnehin vorhandenen Speiseleitungen als Busleitung. Im letzteren
Fall werden der Speise- oder Netzspannung codierte Steuerimpulse überlagert,
die in der Anschlussvorrichtung des angesprochenen Flächenheizelements
elektronisch ausgefiltert werden können. Bevorzugt werden die
Steuersignale jedoch drahtlos per Funk, Infrarot etc. übertragen,
und im Bereich der Anschlussvorrichtung wird ein geeigneter Empfänger und
Decoder nebst nachgeschalteten Schalt- oder Steuergliedern vorgesehen.
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Ergänzend kann
das Einsatzteil als Basis für eine
manuell einstellbare Temperaturbegrenzung verwendet werden, die
mit Vorrang gegenüber
dem ggf. vorgesehenen internen Temperaturfühler das Festlegen einer maximalen
elektrischen Leistungsaufnahme und damit der maximalen Ist-Temperatur des
Flächenheizelements
unterhalb der werksseitig vorgegebenen absoluten Maximaltemperatur
des betreffenden Flächenheizelements
ermöglicht.
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Man
wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform sämtliche
benötigten
Bauteile so weit wie möglich
miniaturisieren (z. B. als Mikrochip oder -prozessor) und sie in
einem Gehäuse
oder einer Anschlussdose zusammenfassen, das/die sich mit wenig
Aufwand an dem besagten Einsatzteil befestigen lässt. Zum Verbinden können Schrauben vorgesehen
werden. Man könnte
aber auch eine (lösbare)
Rastverbindung vorsehen, wenn sich auch damit die erforderliche
Dichtheit des Kontaktbereichs erreichen lässt. Ggf. könnte auch noch eine Klebeverbindung
zwischen dem Einsatzteil und der Anschlussdose in Frage kommen.
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Man
kann zugleich mit dem Befestigen der besagten Anschlussdose auch
die elektrischen (Feder-)Kontakte mit den Funktionselementen verbinden.
Dies hat die Vorteile, dass einerseits ein vordefinierter Andruck
der Kontakte nicht überschritten wird,
und dass andererseits bei einem eventuellen späteren Lösen und Abnehmen der Anschlussdose zu
Wartungs- oder Reparaturzwecken zugleich die Funktionselemente stromlos
bzw. elektrisch passiv werden.
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Sämtliche
aktiven Elemente der Anschlussvorrichtung können aus einer evtl. ohnehin
anliegenden Betriebsspannung der Funktionselemente, ggf. nach entsprechender
Anpas sung des Spannungspegels, elektrisch versorgt werden. Man könnte sie
aber auch autark mithilfe von Batterien speisen, die in die Anschlussdose
eingesetzt werden.
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Im
Anschlussbereich können
auch mit wenig Aufwand Betriebsanzeigen vorgesehen werden, die erkennen
lassen, ob die Funktionselemente eingeschaltet oder aktiv oder betriebsbereit
(„stand
by") sind. Handelt
es sich um ein transparentes Flächenelement,
so können
diese Anzeigen Lichtsignale sein, deren Licht das Flächenelement
durchdringt. Es versteht sich, dass sie dann nicht durch opake Kaschierungen
oder dgl. verdeckt werden oder ggf. entsprechende Sichtfenster in
einer solchen Kaschierung vorgesehen werden.
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Es
ist bei allen Unterschieden der hier beschriebenen Anschlussvorrichtung
zu den üblichen eingesetzten
Punkt-Befestigungselementen für (Glas-)Platten
doch auch denkbar, einen Anschlusspunkt mit den hier beschriebenen
Merkmalen zugleich als Befestigungspunkt für das Flächenelement zu nutzen, wenn
das Befestigungselement sich an die auf elektrischer Seite geforderten
Bedingungen anpassen lässt
und die Montage an einer Unterkonstruktion möglich ist. Letztere kann z.
B. Vorrichtungen zum Einhängen
des oder der Flächenelemente
tragen, die mit entsprechenden Widerlagern an der -entsprechend
stabil gestalteten- Anschlussdose korrespondieren. Anderenfalls
wird das Flächenelement
mit geeigneten anderen Mitteln, die z. B. an seinem Rand angreifen
(wie Rahmen, Halteklammern etc.), in seiner Einbausituation befestigt
oder auch in eine Wand/Fensterfront flächenbündig integriert.
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Die
erfindungsgemäße Anschlussvorrichtung
lässt sich
vorteilhaft praktisch überall
auf der Fläche
des Flächenelements
anbringen, sei es nahe dem Rand, sei es im zentralen Bereich. Natürlich können bei
Bedarf am selben Flächenelement
mehrere solche Anschlussvorrichtungen vorgesehen werden, wenn z.
B. mehrere unabhängig
betreibbare Heizfelder oder Solarzellenmodule angeschlossen werden
müssen.
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Bei
der Platzierung der Anschlussvorrichtung für ein Flächenheizelement bleibt ein
wesentlicher Parameter die Forderung nach einer möglichst homogenen
Stromdichte in der zu speisenden Heizschicht, so dass sich hieraus
bestimmte Restriktionen für
den Ort der Anschlussvorrichtung ergeben können.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile des Gegenstands der Erfindung gehen aus
der Zeichnung von Ausführungsbeispielen
einer Anschlussvorrichtung für
ein Flächenheizelement
und deren sich im folgenden anschließender eingehender Beschreibung
hervor.
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Es
zeigen in vereinfachter, nicht maßstäblicher Darstellung
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1 eine
perspektivische Gesamtansicht eines Flächenheizelements mit einer
erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung;
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2 eine
Ansicht des Anschlussbereichs mit einem eingesetzten Einsatzteil
zum Befestigen der Anschlussvorrichtung;
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3 eine
Schnittansicht einer ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung
entlang der Linie III-III in 1;
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4 eine
der 3 entsprechende Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung.
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Gemäß 1 ist
ein Flächenheizelement 1 in
Form einer Verbundscheibe mit einer ersten starren Scheibe 2,
einer Zwischenschicht 3 und einer zweiten starren Scheibe 4 ausgeführt. Die
erste starre Scheibe 2 ist bevorzugt eine thermisch vorgespannte
Glasscheibe, die auf ihrer der Zwischenschicht 3 zugewandten
Flächenseite
mit einer Heizschicht 5 in Gestalt einer elektrisch leitfähigen Beschichtung
versehen ist. Die Heizschicht 5 besteht aus einer für den Betrieb
als Flächen-Heizschicht
geeigneten und ggf. für
das Vorspannen der Glasscheibe hinreichend thermisch belastbaren
Zusammensetzung und/oder Schichtfolge. Geeignete Schichtsysteme
wurden im Stand der Technik mannigfach beschrieben, so dass hier
nicht näher
darauf einzugehen ist. Sie können
mit hoher Transmission für sichtbares
Licht, also durchsichtig hergestellt werden.
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Mit
geeigneten Mitteln ist sichergestellt, dass die besagte Beschichtung 5 umlaufend
entlang dem Rand des Flächenheizelements 1 passiviert
ist, d. h. dass weder ein elektrisch leitender Kontakt zu dessen
Außen-
bzw. Stirnfläche
besteht, noch die Gefahr eines korrosiven Angriffs auf das Schichtmaterial
von außen
her. Beispielsweise kann man in geringem Abstand vom Außenrand
des Flächenheizelements 1 eine
umlaufend durchgehende Trennlinie in der Beschichtung 5 vorsehen,
die beide Zwecke erfüllt.
Alternativ kann man auch in an sich bekannter Weise einen schmalen
umlaufenden Streifen entlang dem Rand des Flächenheizelements 1 vollständig von dem
Schichtmaterial frei lassen oder dieses nachträglich entfernen. In jedem Fall
wird mithilfe des die Zwischenschicht 3 bildenden thermoplastisch
klebenden Kunststoffmaterials (z. B. Polyvinylbutyral (PVB), Ethylen-Vinyl-Acetat
(EVA)) eine hermetische Abdichtung des Randspaltes erzeugt. Es versteht sich,
dass das Material der Zwischenschicht gut mit dem Material der Beschichtung 5 verträglich ausgewählt wird.
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Man
erkennt in 1 die wesentlichen Komponenten
der elektrischen Versorgung der Heizschicht 5, nämlich zunächst zwei
streifenförmige
Flächenelektroden 6,
die beidseits einer die beiden Pole der Heizschicht 5 gegeneinander
isolierenden Trennlinie 7 angeord net sind. Der Verlauf
des Strompfads zwischen den beiden Elektroden ist durch in die Heizschicht 5 eingebrachte
Strukturlinien vorgegeben und ergibt sich ohne weiteres aus der
Zeichnung. Eine Anschlussdose 8 mit einem (nur abschnittweise angedeuteten)
Anschlusskabel 9 ist am Ort der elektrischen Kontaktierung
der Heizschicht 5 bzw. des Elektrodenpaares 6 an
der zweiten starren Scheibe befestigt. Mit besonderem Vorteil sind
so sämtliche elektrischen
Einrichtungen bzw. Schnittstellen an einer Stelle des Flächenheizelements 1 lokal
zusammengefasst.
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Abweichend
von der Darstellung in 1 können die Elektroden natürlich auch
andere Formen als Streifen haben (z. B. Halbkreise). Ferner kann man
schon in dem von den Elektroden überdeckten Bereich
der Heizschicht Strukturlinien beginnen lassen, so dass jede Elektrode
mit mehreren elektrisch parallel geschalteten Strompfaden elektrisch
kontaktiert wird. Eine solche Konfiguration bzw. Strukturierung
der Heizschicht nebst ihres Anschlussbereichs kann vor allem dann
erforderlich werden, wenn die Stromeinspeisung abweichend von der
Darstellung nicht randnah möglich
sein sollte.
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In 2 sieht
man den Bereich der elektrischen Anschlüsse des Flächenheizelements in einer Draufsicht,
in der die Anschlussdose weggelassen ist. Die Scheibe 4,
die ebenfalls aus – bei
Bedarf vorgespanntem – Glas
oder aus Kunststoff bestehen kann, hat eine Bohrung 11,
in die ein hülsenförmiges Einsatzteil 12 fest
eingesetzt ist. Sein Außenumriss ist
an den Durchmesser bzw. an den Umriss der Bohrung 11 möglichst
exakt angepasst. Mit einem auskragenden Vorsprung 13, hier
als Ringschulter ausgebildet, hintergreift dieses Einsatzteil 12 den
Rand der Bohrung 11 in der Ebene der Zwischenschicht 3. Durch
den freien Innenraum des Einsatzteils 12 sind die Heizschicht 5,
die beiden Elektroden 6 und die Trennlinie 7 sichtbar
freigelegt. Als graue rechteckige Felder sind die Flächen angedeutet,
auf denen die elektrischen Anschlusskontakte zur Anlage kommen können.
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Das
Einsatzteil 12 kann Formelemente zum Festlegen und zum
Sichern der Anschlussvorrichtung gegen Verdrehen umfassen. In diesem
Ausführungsbeispiel
sind das an die Wand seiner Bohrung angeformte Nasen mit Bohrungen,
in die Schrauben eingedreht werden können. Abweichend von der Darstellung
können
diese Formelemente unsymmetrisch angeordnet werden, um nur lagerichtiges
Einstecken weiterer Bauteile zuzulassen.
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Die 3 zeigt
nähere
Einzelheiten eines exemplarischen Aufbaus der elektrischen Anschlussvorrichtung
gemäß der Erfindung
im Schnitt, wobei gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen wie
in 1 und 2 versehen sind. Man erkennt
den mehrschichtigen Aufbau des Flächenheizelements. Von der starren
Scheibe 2 ist nur ein Teil ihrer Dicke gezeigt, und eine
doppelte strichpunktierte Linie quer durch die starre Scheibe 4 deutet
an, dass auch deren Dicke verkürzt
dargestellt ist. Es versteht sich, dass diese beiden starren Scheiben
deutlich dicker als die Zwischenschicht 3 sind. Deren Material
ist im Bereich der Elektroden 6 und der (hier nur teilweise angedeuteten)
Anschlussdose 8 ausgespart, um ungehinderten Zugang zu
den Elektroden 6 zu ermöglichen.
Diese Aussparung muss vor dem Verbinden der beiden starren Scheiben
durch Aufschmelzen der Zwischenschicht 3 so bemessen werden,
dass das Klebematerial nicht zu den Elektroden vordringen kann.
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In
der vorliegenden Darstellung ist der Durchmesser der Bohrung 11 im
Verhältnis
zur Dicke der Scheibe 4 eher zu klein gezeichnet; es versteht sich,
dass die Bohrung jeweils für
den vorgesehenen Typ der Anschlussvorrichtung hinreichend weit dimensioniert
wird.
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Eine
optische Kaschierung des Anschlussbereichs ist nicht funktionsnotwendig,
sondern dient nur ästhetischen
Zwecken. Im Einbauzustand wird die Scheibe 2, also die
von der Anschlussvorrichtung abgewandte Seite des Flächenheizelements,
dessen Sichtseite bilden. Nur für
Beispielzwecke ist im Anschlussbereich der Elektroden 6 eine
opake Schicht 10 zwischen der Heizschicht 5 und
der Glasfläche vorgesehen,
die diesen Bereich nach außen
kaschiert. Dieselbe Wirkung kann natürlich bei Bedarf auch mit anderen
Mitteln erzielt werden, z. B. durch Eintönen der starren Scheibe 2 insgesamt
in der Masse, Aufbringen eines Dekors auf deren Außenfläche und/oder
Auslegung der Heizschicht selbst als Spiegel, z. B. durch Verzicht
auf Entspiegelung ihrer substratnahen Seite.
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Des
Weiteren können
auch die Elektroden selbst als dekorative Elemente eingesetzt werden,
indem man ihnen ein optisch ansprechendes Erscheinungsbild gibt.
Dann könnte
man auf die opake Schicht 10 verzichten.
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Wie
schon in 2 erkennbar, ist in der Bohrung 11 der
zweiten starren Scheibe 4 das hülsenförmige Einsatzteil 12 befestigt.
Seine axiale Länge
entspricht etwa der Dicke der starren Scheibe 4 (einige Millimeter),
und es ragt noch in die Ebene der Zwischenschicht 3 hinein.
Sein radial nach außen
auskragender Vorsprung 13 hintergreift dort den Rand der
Bohrung 11, so dass das Einsatzteil 12 darin formschlüssig gegen
Herausziehen gesichert ist.
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Wie
schon weiter oben angemerkt, muss dieses Einsatzteil schon vor dem
Verbinden der beiden starren Scheiben 2 und 4 in
die Bohrung 11 eingesetzt werden. Erst durch Aufschmelzen
der thermoplastischen Zwischenschicht 3 wird es endgültig festgelegt.
Man erkennt in der Zeichnung, dass der Vorsprung 13 noch
vom Material der Zwischenschicht unterfangen ist.
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Das
Einsatzteil 12 bildet die Basis für die Anschlussdose 8.
Zwei strichpunktierte vertikale Linien deuten eine Schraubverbindung
zwischen den beiden Teilen an. Mit der Anschluss dose 8 ist
ein Trägerblock 14 in
der Bohrung des Einsatzteils 12 befestigt, von dem ausgehend
zwei Federkontakte 15 sich gegen die Elektroden 6 erstrecken
und an diesen elektrisch leitend anliegen. Auch ein symbolisch angedeuteter
Temperaturfühler 16 wird
mithilfe des Trägerblocks 14 und
des Einsatzteils 12 im Kontakt mit der beschichteten Oberfläche der
starren Scheibe 2 gehalten. Er dient zum Erfassen der Ist-Temperatur im
Kontaktbereich der Elektroden 6. Der Trägerblock 14 wird lagerichtig – ggf. durch
entsprechende Formelemente erzwungen – in das Einsatzteil 12 eingesteckt,
so dass die Federkontakte 15 mit der jeweils vorgesehenen
Elektrode in Kontakt treten, und dann fixiert. Der Trägerblock
kann eine feste Einheit mit der Anschlussdose 8 bilden
und gemeinsam mit dieser am Einsatzteil 12 festgelegt werden.
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Zwar
genügen
die Federkontakte 15 für
den vorgesehenen Einsatzzweck des Flächenheizelements 1 den
Ansprüchen
an eine sichere, langlebige elektrische Verbindung. Dennoch könnten sie
bei Bedarf zusätzlich
-insbesondere mithilfe einer geeigneten Vorverzinnung- verlötet werden,
wobei die notwendige Wärme
vorzugsweise berührungslos
z. B. durch die beschichtete Scheibe 2 hindurch zugeführt werden
könnte.
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Schaltsymbole
für einen
Schalter 17 und einen Transistor 18 repräsentieren
die elektrische bzw. elektronische Ausstattung des Trägerblocks 14 bzw. der
Anschlussdose 8 und können
jeweils für
eine Mehrzahl entsprechender Elemente stehen. Außer der Durchleitung der elektrischen
Speisespannung vom Anschlusskabel 9 zu den Elektroden 6 sind
diesem Bereich der Anschlussvorrichtung noch weitere Steuerungs-
und Schaltaufgaben zugewiesen.
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Ein
Schaltelement hat die Messwerte des Temperaturfühlers 16 auszuwerten
und ggf. die Stromzufuhr zur Heizschicht zumindest vorübergehend
abzuschalten, wenn die Ist-Temperatur eine zulässige Schwelle überschreiten
sollte. Man kann aber auch ein Schaltelement zum Sichern gegen Temperaturüberschreitungen
vorsehen, das in an sich bekannter Weise lediglich die aufgenommene
elektrische Leistung auf zulässige
Werte begrenzt.
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Mindestens
ein Schalter, der elektronisch oder elektromechanisch ausgebildet
sein kann, beherrscht die Stromzufuhr zur Heizschicht. Dieser Schalter
kann grundsätzlich
lokal manuell schaltbar sein, von Sensoren – z. B. vom Temperaturfühler 16 – oder von
einer Fernsteuereinrichtung gesteuert werden. Letztere kann, wie
schon erwähnt,
Teil einer automatischen Raumtemperatur-Regelung sein (Klimaanlage
etc.), kann aber grundsätzlich
auch willkürlich
von Hand steuerbar sein.
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Werden
die Steuersignale drahtlos übertragen,
so ist in der Anschlussdose 8 oder im Trägerblock 14 ein
geeigneter Empfänger
nebst Decoder und weiteren Schaltmitteln (z. B.
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Verstärker) vorzusehen.
Werden die Steuersignale über
Leitungen übertragen,
so sind hierfür geeignete
Auswerteglieder vorzusehen, insbesondere für den Fall, dass Steuersignale über die
ohnehin vorhandenen Netzanschlussleitungen (Kabel 9) übertragen
werden und vor Ort ausgefiltert werden müssen.
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Nicht
dargestellt sind hier Anzeigeelemente für den Betriebszustand des Flächenheizelements 1. In
einer bevorzugten Variante können
diese als Lichtsignale (Leuchtdioden) ausgeführt und z. B. im Bereich der
Trennlinie 7 zwischen den Federkontakten 15 und
neben dem Temperaturfühler 16 so
angeordnet werden, dass sie von der Außenseite der starren Scheibe 2 her
sichtbar sind. Elektrisch werden sie ebenfalls über den Trägerblock 14 gespeist
und von den erwähnten
Schaltelementen 17, 18 gesteuert.
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Nach
Fertigstellen und Funktionsprüfung
der Anschlussvorrichtung kann bei Bedarf noch mit einer Fugendichtung 19 der Übergang
von der Scheibenfläche
zur Anschlussdose 8 abgedichtet werden. Man kann eine solche
Dichtung natürlich
auch abweichend von der Darstellung unmittelbar zwischen der Unterseite
der Anschlussdose 8 und der Scheibenfläche anordnen.
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Die 4 zeigt
in einer der 3 entsprechenden Schnittansicht
eine Variante eines Einsatzteils, das hier in eine hinterschnittene
Bohrung 11' der zweiten
starren Scheibe 4 eingesetzt ist. Soweit gleiche Bauteile
wie in 2 dargestellt sind, haben diese dieselben Bezugszeichen
und werden nicht mehr weiter erörtert.
Das Einsatzteil ist hier zweiteilig mit einem Hinterschnittdübel 12D und
einer Hülsenschraube 12S ausgeführt. Man
kennt derartige Hinterschnittdübel
bereits aus vielen Glasanwendungen. Auch die Fertigung hinterschnittener
oder eingesenkter Bohrungen 11' in Glasscheiben ist technisch
ausgereift.
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Der
Hinterschnittdübel 12D kann
nach dem Herstellen des Verbundes von außen in die Bohrung 11' eingesetzt
werden. Man schraubt dann die Hülsenschraube 12S ein,
die aus Metall oder aus einem hochfesten Kunststoff bestehen kann.
Vertikale Linien entlang ihren Außenkanten deuten ihr selbstschneidendes
Außengewinde
an. Beim Einschrauben stellt sich etwa die gezeichnete Verformung
des Hinterschnittdübels 12D zu
einem radial auskragenden Vorsprung 13' ein. Ersichtlich füllt dieser
die hinterschnittene Fase der Bohrung 11' so weit formschlüssig aus,
dass axiales Herausziehen nicht möglich ist. Zugleich ist die
Hülsenschraube 12S in
der Bohrung durch Eingriff ihres Außengewindes in den Dübel radial
und axial festgelegt.
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Ein
eventuelles Eindringen des Hinterschnittdübels 12D in die Ebene
der Zwischenschicht darf nicht zu übermäßigen lokalen Spannungen führen, die
eine örtliche
Delaminierung oder gar Bruch einer Scheibe bewirken könnten. Man
wird im Zweifel das Material der Zwischenschicht, wenn es nicht
hinreichend nachgiebig ist, im Bereich der Bohrung 11' so weit wie
gezeichnet – also
etwa bis zu deren Rand – aussparen,
dass der Dübel
sich frei in die Zwischenschicht-Ebene ausdehnen kann.
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Auch
die Hülsenschraube
selbst darf nur bis zu einer vorgegebenen Tiefe eingedreht werden,
damit sie nicht im Grund der Bohrung 11' auf die Elektroden trifft und
diese oder die Heizschicht 5 beschädigt. Auch sollte sie nicht
mit den Kontaktfedern 15 zusammentreffen.
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Im
Gegensatz zu einer tragenden Glasbefestigung sind im vorliegenden
Anwendungsfall keine hohen einwirkenden Kräfte zu erwarten, so dass die Klemmkräfte des
Dübels
nicht besonders hoch sein müssen.
Dennoch kann es erforderlich sein, die Scheibe 4 ebenfalls
aus vorgespanntem Glas herzustellen, wobei die Bohrung 11' vor dem Vorspannen einzubringen
ist.
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In
einer besonders vorteilhaften Variante können die Anschlussdose 8 und
die Hülsenschraube 12S zu
einer festen Einheit zusammengefasst sein. Man könnte dann das Gehäuse der
Anschlussdose als Hebel nutzen, um die Hülsenschraube von Hand einzudrehen,
wobei die Unterseite der Anschlussdose, die auf der Oberseite der
Scheibe 4 am Rand der Bohrung 11' zur Anlage kommt, einen Tiefenanschlag
bildet. In dieser Einheit kann der Trägerblock mit den Federkontakten
und ggf. dem Temperaturfühler
lagerichtig fixiert werden.
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Während das
Einsatzteil in beiden 3 und 4 praktisch
flächenbündig mit
der Hauptfläche der
starren Scheibe 4 abschließt, erhebt sich die Anschlussdose
geringfügig über dieser
Oberfläche.
Da diese Seite des Flächenheizelements 1 im
Einbauzustand meist vom Betrachter/Benutzer abgewandt ist, ggf.
einer Wand gegenüber
liegt bzw. in eine solche eingebaut ist, bleibt einerseits die optische
Wahrnehmung der Anschlussvorrichtung auf die Kaschierung (oder ggf.
auf die als Dekorelemente ausgeführten opaken
Elektroden) begrenzt, andererseits sind Gefahren durch unbefugte
oder versehentliche Manipulation an der Anschlussvorrichtung praktisch
ausgeschlossen. Wenn eine Handhabe zum Betätigen eines Steuerglieds der
Anschlussvorrichtung vorzusehen ist, wird man diese natürlich bevorzugt
an gut zugänglicher
Stelle, z. B. nahe am Rand des Flächenheizelements, anordnen.
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Wenn
auch anhand der 3 für den Anwendungsfall „Hinterschnittbohrung" in der zweiten starren
Scheibe 4 nur der Hinterschnittdübel erörtert wurde, so können doch
bei Bedarf, insbesondere bei eher geringen Dicken der Scheibe 4 von
weniger als 5 mm, andere für
diesen Zweck als Einsatzteil geeignete Bauelemente der weiter vorn
erwähnten
Art analog zum Einsatzteil 12 gemäß 2 verwendet werden.
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Bei
einer Verwendung dieser Anschlussvorrichtung für elektrische Funktionselemente
anderer Bauarten, z. B. bei Dünnschicht-Solarzellen
oder Sensoren für
Beschlag oder Niederschläge,
wie eingangs erwähnt,
wird deren grundsätzlicher
Aufbau gegenüber
den hier gezeigten Ausführungsbeispielen
nicht verändert.
Man kann natürlich
abweichend von den Zeichnungen nur einen einzelnen Kontakt oder
eine Mehrzahl von Kontakten in der jeweiligen Ausnehmung vorsehen.