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Die
Erfindung bezieht sich auf mittels eingebetteter Drähte
heizbare Verbundscheiben mit den Merkmalen der Oberbegriffe des
Patentanspruchs 1 und des Patentanspruchs 8.
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Erörterung des Standes der Technik:
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In
der älteren Patentanmeldung 103 16 387.5-34 der Anmelderin
ist eine solche im Grundriss trapezförmige Scheibe beschrieben,
deren äußere Dreieckflächen ebenso wie
deren zentraler Flächenbereich mit parallel zueinander
verlaufenden Drähten belegt sind, die mit Heizstrom beaufschlagbar
sind. Im Vergleich mit den im zentralen Flächenbereich verlegten
Drähten, die unter sich etwa gleich lang sind, sind die
wirksamen Längen der (seitlichen) Drähte in den
Dreieckflächen immer weiter verkürzt und haben
deshalb – bei gleichem ohmschem Widerstand pro Längeneinheit – geringere
Widerstandswerte. Hier flössen also ohne weitere Maßnahmen höhere
Ströme, was zu unerwünschten und ggf. unzulässigen
Temperaturspitzen führen könnte.
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Unter
einem etwa trapezförmigen Umriss wird hier auch ein Umriss
mit einer oder mehreren gekrümmten oder abgeknickten Seitenkanten
verstanden. So sind bei vielen derartigen Heizscheiben jedenfalls
die längeren Kanten des Trapezes gekrümmt. Die
kürzeren (Seiten-)Kanten sind hingegen im Wesentlichen
geradlinig.
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Das
grundlegende Problem der gleichmäßigen Temperaturverteilung
wird nach der älteren Anmeldung bereits auf verschiedenen
Wegen gelöst. Nach einer vorteilhaften Ausführung
können die seitlichen Heizdrähte mit einer gegenüber
den im Heizfeld angeordneten Drähten verringerten Speisespannung
beaufschlagt werden, indem man z. B. einen Spannungsteiler oder
Vorwiderstand innerhalb eines Sammelleiters vorsieht, oder die seitlichen
Heizdrähte über separate Sammelleiter speist.
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In
einer anderen bevorzugten Ausführung haben die seitlichen
Heizdrähte einen höheren spezifischen Widerstand
als die im zentralen Heizfeld angeordneten Drähte. Damit
können die seitlichen Heizdrähte ohne Risiko einer
lokalen Überhitzung mit derselben Speisespannung wie das
Heizfeld versorgt werden. Dies kann erreicht werden, indem unterschiedliche
Materialien für die Drähte im Heizfeld und die
seitlichen Drähte verwendet werden, bei denen sich aus
dem Material auch bei gleicher Drahtdicke unterschiedliche Längenwiderstände
ergeben. Bei Drähten aus identischem Material, z. B. aus
dem aus Festigkeitsgründen allgemein bevorzugten Wolfram, können
Widerstandsunterschiede z. B. durch Legierungen oder durch unterschiedliche
Durchmesser/Querschnitte erreicht werden.
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In
einer Variante werden die seitlichen Heizdrähte mit größeren
gegenseitigen Abständen als die im Heizfeld angeordneten
Drähte angeordnet. Zwar werden die kürzeren Drähte
dann wärmer als ihre längeren Parallelen, jedoch
ist die Wärmedichte geringer als im zentralen Heizfeld.
Das Material der Verbundscheibe kann deshalb die größere
Wärme dennoch schadfrei abführen. Die in dieser
Konfiguration nicht geheizten Zwischenzonen dienen quasi als Kühlflächen.
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Schließlich
ist es bei einer geeigneten Aufteilung der Stromsammelleiter auch
möglich, die Heizleistung der kürzeren Heizdrähte
durch Beaufschlagen mit einer verringerten Spannung anzupassen.
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Die
vorstehend erörterten Maßnahmen können
sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen umgesetzt werden.
Es ist auch nicht zwingend notwendig, sie bei beiden äußeren
Dreiecksflächen symmetrisch vorzusehen, vielmehr können
sich diese Ausstattungen bei Bedarf auch voneinander unterscheiden.
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Es
kann ferner grundsätzlich hingenommen werden, dass in den
Flächenbereichen, die von den weiteren Heizdrähten
beheizt werden, geringere Heizleistungen erzielt werden, denn bei
den bevorzugten Anwendungsfällen in Fahrzeug-Windschutz- und
-Heckscheiben liegen die äußeren Dreiecksflächen
außerhalb des bevorzugten Sichtfeldes der Fahrzeuginsassen.
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Es
ist darüber hinaus grundsätzlich bekannt (
EP-61-773 705 ,
EP-61-788 294 ), Verbundscheiben vollflächig
mit Heizdrähten in unregelmäßigen Abständen,
nicht-parallel zueinander und/oder in Bögen zu verlegen.
Hierzu sind aber im Vergleich zur Herstellung der vorerwähnten
Scheiben deutlich aufwändigere Maschinen und Steuerungen
erforderlich.
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Schließlich
ist auf dem Gebiet der Schichtheizungen für Fensterscheiben
eine Anordnung bekannt (
US 2,878,357 ),
bei der eine transparente, elektrisch leitfähige Beschichtung
auf einer im Grundriss trapezförmigen Scheibe in mehrere
nebeneinander liegende Bahnen unterteilt wird, die mithilfe von
jeweils am oberen und unteren Rand der Bahnen alternierend angeordneten
Sammelleitern elektrisch in Reihe miteinander geschaltet sind. Damit
ist ein Spannungsteiler erzeugt; in allen Bahnen fließt
derselbe Strom. Im Ergebnis wird der insgesamt (auch in den kurzen
Bahnen) fließende Strom auf den Wert begrenzt, den die
Bahn mit dem höchsten Widerstand (und dem höchstem
Spannungsabfall) noch durchlässt. Bei gleich breiten Bahnen
mit unterschiedlichen Längen dürfte so aber keine
homogene Wärmeverteilung erreichbar sein.
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DE 101 26 869 A1 der
Anmelderin beschreibt eine mit Drähten beheizbare unsymmetrisch
trapezförmige Verbundscheibe mit einer dreieckigen Seitenfläche,
die mit Drahtschleifen belegt ist, welche von zwei eng nebeneinander
parallel an einer Seitenkante angeordneten Sammelleitern gespeist
sind. Im weniger hohen Dreieckbereich ist die Drahtschleife länger
ausgeführt als im Rechteckbereich, um deren geringeren
Widerstand in etwa zu kompensieren.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ausgehend von dem erstgenannten
Stand der Technik weitere Lösungen des Problems einer möglichst harmonischen
Beheizung der äußeren Dreiecksflächen
einer heizbaren Verbundscheibe mit Trapezumriss zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 und mit den Merkmalen des nebengeordneten
Patentanspruchs 8 gelöst. Letzterer ist der Kürze
halber nur auf den Oberbegriff des Anspruchs 1 rückbezogen.
Die Merkmale der Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen
dieser Lösungen an.
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Erörterung der Erfindung:
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Eine
erste Variante sieht vor, dass die seitlichen Heizdrähte
zwar das zugehörige Feld dicht an dicht belegen, dass aber
nur eine Teilmenge von ihnen elektrisch beheizbar ist, während
eine andere Teilmenge passiv bleibt. Letzteres kann durch Unterbrechen
der jeweiligen Drähte selbst oder durch Unterlassen ihrer
elektrischen Kontaktierung mit einem oder beiden Sammelleitern erreicht
werden. An sich ist eine solche Vorgehensweise bekannt (
DE-C2-42 07 638 ),
dient dort jedoch nicht der gezielten Abstimmung der Flächenheizleistung.
In dieser Konfiguration sind mehrere Untervarianten anwendbar, in
denen abgesehen von einer abwechselnden Anordnung von aktiven und
passiven Drähte nebeneinander auch beliebige Gruppenbildungen
möglich sind. Insbesondere ist es möglich, die
Heizleistung ausgehend vom zentralen Heizfeld nach und nach quasi auszudünnen,
indem z. B. die längeren Heizdrähte im Dreieck
noch aktiv bleiben, dann einer unterbrochen wird, wieder einer oder
zwei aktive Heizdrähte nebeneinander folgen, dann wieder
Unterbrechung etc.
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In
einer anderen erfindungsgemäßen Variante kann
die schon in der älteren Anmeldung als Lösungsansatz
erwähnte Spannungsteiler-Anwendung dadurch realisiert werden,
dass mehrere unter sich parallel geschaltete Heizdrähte
gruppenweise miteinander in Reihe geschaltet werden, wobei die Gruppen
nebeneinander liegen und mithilfe geeigneter zusätzlicher
Stromsammelschienen-Abschnitte oder äquivalenter Mittel
niederohmig miteinander verbunden werden. Das kommt einer Verlängerung
der effektiven Drahtlänge zwischen den beiden Haupt-Stromsammelschienen
gleich, und man kann deshalb für die seitlichen Heizdrähte
dieselbe (äußere) Speisespannung vorsehen, ggf.
sogar gleiche oder geringere Widerstandswerte wie/ als für
das zentrale Heizfeld. Auch für diese Variante gibt es mehrere
Ausführungsmöglichkeiten.
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Beide
erfindungsgemäßen Varianten können vorteilhaft
mit herkömmlichen Anlagen zum Ablegen der Heizdrähte
auf den vorzurüstenden Folien hergestellt werden, da auch
hier im einfachsten Fall die Drähte wendelartig äquidistant
und stets zueinander parallel auf die Folien abgelegt werden können,
die auf einem trommelförmigen drehbeweglichen Träger gehalten
sind.
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Wenn
solche erfindungsgemäßen Scheiben auch mit Vorzug
in Fahrzeugen als Windschutz- oder Rückwand-(Heck-)Scheiben
verwendet werden, so kann doch die spezielle erfindungsgemäße
Belegung mit Heizdrähten auch für Bauanwendungen
in Frage kommen.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile des Gegenstands der Erfindung gehen aus
der Zeichnung zweier Ausführungsbeispiele und deren sich
im folgenden anschließender eingehender Beschreibung hervor.
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Es
zeigen in vereinfachter und nicht maßstäblicher
Darstellung
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1 eine
erste Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgeführten
heizbaren Verbundscheibe, bei der die äußeren
Dreiecksflächen mit seitlichen aktiven Heizdrähten
und passiven Drähten belegt sind,
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2 ein
vergrößertes Detail einer ersten möglichen
Aufteilung des Dreiecksbereichs der 1 (links
von der vertikalen strichpunktierten Linie) in aktive und passive
Drähte,
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3 ein
Detail einer zweiten möglichen Aufteilung des Dreiecksbereichs
der 1 in aktive und passive Drähte,
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4 ein
Detail einer dritten Variante der Aufteilung des Dreiecksbereichs
der 1 in aktive und passive Drähte,
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5 eine
zweite Ausführungsform der Verbundscheibe, bei der in einer äußeren
Dreiecksfläche drei Gruppen von untereinander parallelen
Heizdrähten miteinander als Spannungsteiler in Reihe geschaltet
sind,
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6 eine
Variante der zweiten Ausführungsform, bei der in einer äußeren
Dreiecksfläche zwei Gruppen von parallelen Heizdrähten
miteinander als Spannungsteiler in Reihe geschaltet sind.
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Gemäß 1 ist
in einer heizbaren Verbundscheibe 1 mit im Wesentlichen
trapezförmigem (geschwungenem) Umriss in an sich bekannter
Weise ein etwa rechteckiges 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.
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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 Polyvinylbutyral „PVB"
oder Ethylen-Vinyl-Acetat „EVA") eingebettet, bevor diese
mit dem Scheibenverbund laminiert wird.
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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.
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Die
Abstände der Heizdrähte untereinander sind hier
nur schematisch wiedergegeben. In der Regel werden die Drähte
mit sehr geringen Abständen (2–5 mm) zueinander
verlegt, um eine praktisch homogene Aufheizung der Scheibenflächen
zu erreichen. Sie sind real im Verhältnis zu den Sammelleitern 4 und 5 auch
viel dünner, als es hier darstellbar ist. Durch Variation
der Abstände können jedoch die verfügbaren
Flächen-Heizleistungen bei gegebenem Drahtwiderstand nach
Bedarf eingestellt werden. Ferner werden hier vereinfachend nur
geradlinig verlegte Drähte gezeigt. In der Praxis wird
man die Drähte jedoch 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).
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Da
die Folien in industrieller Serienfertigung kontinuierlich wendelartig
mit den Drähten 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.
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Man
kann in an sich bekannter Weise zwei (oder noch mehr) getrennt elektrisch
speisbare Heizfelder 2 in der Verbundscheibe 1 vorsehen
(mit vertikaler Teilung 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.
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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.
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Der
obere Sammelleiter 4 erstreckt sich parallel zur oberen,
geschwungenen Kante der Verbundscheibe 1, ist an den beiden
sich anschließenden Ecken abgewinkelt, und verläuft
noch – in an sich bekannter Weise – mit einem
Schenkel 4S über einen wesentlichen Teil der Länge
der hier sichtbaren linken kurzen Seitenkante der Verbundscheibe 1 parallel
zu dieser auf den unteren Sammelleiter 5 zu. Letzterer
erstreckt sich praktisch über die gesamte Länge der
geschwungenen unteren Kante der Verbundscheibe 1, mit etwa
gleich bleibendem geringem Abstand vom Scheibenrand.
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Die
rechte (hier nicht sichtbare) Seite der Verbundscheibe wird in aller
Regel spiegelbildlich ausgeführt. Im folgenden werden deshalb
die Details der speziellen Drahtverlegung und -anordnung stets nur
für den linken dreieckförmigen Seitenbereich der Scheibe 1 erörtert.
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In
der äußeren Dreiecksfläche der Verbundscheibe 1 links
des Heizfeldes 2 ist eine Gruppe von seitlichen Heizdrähten 6 angeordnet.
Eine strichpunktierte vertikale Linie symbolisiert die Grenze zwischen
dem zentralen Heizfeld 2 und den seitlichen Drähten 6.
Ihre oberen Enden sind mit dem Schenkel 4S des oberen Sammelleiters 4 verbunden;
anderseitig sind sie ebenso wie die Heizdrähte 3 mit
dem Sammelleiter 5 verbunden. Ihre Längen nehmen
harfenartig von rechts nach links ab. Dadurch haben – bei
gleicher Materialwahl – die kürzeren Drähte
geringere ohmsche Widerstände.
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Zum
Ausgleich der kürzeren effektiven Länge dieser äußeren
oder seitlichen Heizdrähte 6 und ihres geringeren
effektiven Widerstands bzw. der in diesem Bereich zu erwartenden
höheren spezifischen Wärmeleistung sind im Unterschied
zum gattungsbildenden Stand der Technik nicht alle seitlichen Drähte 6 als
aktive Heizdrähte ausgeführt. Zum Umsetzen dieses
Ansatzes sind nahezu beliebige Konfigurations-Varianten möglich,
von denen nur einige anhand der 2 bis 4 näher
erörtert werden.
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Im
folgenden haben aktive Heizdrähte das Bezugszeichen 6A,
passive (oder stromlose) Drähte ohne Heizwirkung 6P und
Trennstellen in den passiven Drähten 6T. In 2 folgen
aktive Heizdrähte 6A und passive Drähte 6P in
stetig alternierender Anordnung aufeinander. Sämtliche
Drähte bestehen aus demselben Material.
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Die
Trennstellen 6T werden nach dem Auflegen der Drähte
auf das Foliensubstrat in bekannter Weise eingebracht. Sie sind
hier der Sichtbarkeit halber übertrieben breit gezeichnet;
in der Realität kann z. B. ein mit einem Laserstrahl geführter
sehr schmaler Trennschnitt genügen. Letztere kann grundsätzlich
auch noch nach Fertigstellung der Verbundscheibe ausgeführt
werden, wenn das Scheibenmaterial keine hohe Absorption für
die Laserstrahlen hat.
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Die 3 zeigt
eine Anordnung, in der auf je einen aktiven Heizdraht 6A zwei
passive Drähte 6P folgen. In der Wirkung kommen
zwar beide Varianten einer Verlegung von Drähten mit größeren
Abständen gleich, d. h. die Heizleistung pro Flächeneinheit wird
verringert, wobei eine (geringfügig) wegen der verkürzten
Drähte erhöhte lokale Heizwirkung durch die „Kühlwirkung"
der angrenzenden, nicht beheizten Flächen ausgeglichen
wird. Im Gegensatz zu dem gattungsbildenden Stand der Technik bleibt
jedoch die Stetigkeit bzw. Dichte der Drahtfolge hier zumindest
optisch erhalten. Es ist bekanntlich nicht zu vermeiden, dass man
die Drähte beim Durchblick durch die Verbundscheibe sieht,
und dass dementsprechend größere Lücken
ebenfalls wahrgenommen werden können.
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4 schließlich
zeigt, dass auf drei aktive Heizdrähte 6A zunächst
ein einzelner passiver Draht 6P mit Trennstelle 6T folgt,
dann ein aktiver Heizdraht 6A, wieder ein passiver Draht 6P,
noch ein einzelner aktiver Heizdraht 6A und dann zwei passive
Drähte 6P, zwei aktive Heizdrähte 6A und
abschließend vier passive Drähte 6P.
Auf diese Weise dünnt man die Flächenheizleistung
zum Rand der Scheibe hin, also zu den immer kürzeren Drähten
hin, allmählich aus, ohne jedoch größere
zusammenhängend unbeheizte Flächen in Kauf nehmen
zu müssen. Es versteht sich, dass auch hier nahezu beliebige
Spielarten des immer gleichen Gedankens realisiert werden können.
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Für
Versuche wurden bei der Anmelderin Heizdrähte 3 im
zentralen Heizfeld 2 mit 150 Ω/m Widerstand, und
seitliche Heizdrähte 6 mit 230 Ω/m in den
Verbund eingelegt. Es wurde auch eine weitere Variante gefertigt,
bei der die Gruppe der längsten Heizdrähte 6 direkt
links von der strichpunktierten Linie in 1 aktiv
blieb, während etwa die andere Hälfte der Drähte
passiviert bzw. unterbrochen wurde.
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Die
Aufnahme von Thermographien zeigte, dass nach 4 Minuten bei den
Beispielen nach 2 bis 4 sowie
der vorerwähnten Ausführung die Heizwirkung in
den Seitenbereichen deutlich größer als im Heizfeld 2 war;
dies bestätigte sich nach 8 Minuten. Ein gewisser Ausgleich
konnte in der Ausführung nach 2 geschaffen
werden, wenn Vorwiderstände für die seitlichen
Drähte verwendet wurden. Überraschend schneidet
eine Variante gemäß 4 in der
Thermographie noch relativ schlecht ab, d. h. mit deutlichen Wärmespitzen
in den Seitenbereichen der Scheibe. Das liegt wahrscheinlich an
der schlechten Wärmeleitfähigkeit der im Verbund
vorliegenden Materialien in der Fläche, so dass einzelne
heiße Drähte zu solchen Spitzen führen.
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Es
sei angemerkt, dass die passiven Drähte
6P in
einer vorteilhaften Variante mit einer geeigneten elektrischen Kontaktierung
analog zu der in
DE 42
07 638 C2 beschriebenen Vorgehensweise einzeln oder in
Gruppen noch als Antennenleiter genutzt werden können.
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Die
in 5 als Beispiel einer zweiten, unabhängigen
erfindungsgemäßen Lösung gezeigte Verbundscheibe
ist in dem linken äußeren Dreieckbereich mit einer
Reihenschaltung von drei Gruppen parallel zueinander verlaufender
aktiver Heizdrähte belegt (die Gruppen sind bildhaft durch
strichpunktierte Ellipsen zusammengefasst). Diese Heizdrähte
bestehen vorzugsweise sämtlich aus demselben Material. Es
sind aber auch Material-Variationen zur besseren Abstimmung der
lokalen Heizleistung möglich. Jedoch sind angesichts der
vorerwähnten Fertigungsart Materialwechsel beim Auflegen
der Drähte recht aufwändig.
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Gleich
links von der strichpunktierten Trennlinie zwischen dem zentralen
Heizfeld 2 und dem Seitenbereich der Verbundscheibe 1 ist
zunächst eine erste Gruppe 6.1 von noch relativ
langen Heizdrähten oben mit dem Schenkel 4S des
Sammelleiters 4 elektrisch verbunden (im Beispiel fünf
Drähte). Ihr unteres Ende ist elektrisch mit einem zusätzlichen
Sammelleiter-Abschnitt 7 verbunden, der gegenüber
dem Sammelleiter 5 elektrisch unabhängig ist,
insbesondere keinen eigenen Außenanschluss hat. Er verläuft mit
geringem Abstand parallel zum Sammelleiter 5 und dient
lediglich als Überleitung des in der Gruppe 6.1 fließenden
Stromes auf eine zweite Gruppe 6.2 von Heizdrähten
(mit mittlerer Länge; hier vier Drähte), welche
sich von unten (Abschnitt 7) hin zu einem weiteren separaten
Sammelleiter-Abschnitt 8 erstreckt.
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Letzterer
liegt entlang der linken Kante der Scheibe 1 in axialer
Flucht mit dem Schenkel 4S, bildet sozusagen dessen Verlängerung,
ohne mit ihm allerdings direkt elektrisch verbunden zu sein. Auch letzterer
hat wie der Abschnitt 7 keinen eigenen elektrischen Außenanschluss.
Er kann einfach durch Auftrennen des in 1 gezeigten
langen Schenkels 4S an einer Trennstelle T zwischen zwei
Heizdrähten unterschiedlicher Gruppen hergestellt werden.
Auch diese Trennstelle ist hier übertrieben breit gezeichnet.
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Eine
dritte Gruppe 6.3 von nur noch sehr kurzen Heizdrähten
erstreckt sich von dem Sammelleiter-Abschnitt 8 zum Sammelleiter 5 und
bildet somit das letzte Glied in der Reihenschaltung.
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Mit
der Annahme, dass der Heizstrom durch die Drähte vorn Sammelleiter 4 zum
Sammelleiter 5 fließt, fließt er also
in der Gruppe 6.1 von oben nach unten (Sammelleiter 7),
in der Gruppe 6.2 nach oben (Sammelleiter 8) und
in Gruppe 6.3 wieder von oben nach unten.
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Der
insgesamt in den seitlichen Heizdrähten der drei Gruppen
fließende Strom wird von der Gruppe mit dem höchsten
ohmschen Widerstand bestimmt. Da der Gesamt-Widerstand einer Gruppe nicht
nur von der Länge der Drähte, sondern auch von
der Anzahl an Drähten innerhalb einer Gruppe sowie auch
ggf. von deren Widerstand pro Längeneinheit abhängt,
ist es dem Fachmann ohne weiteres möglich, durch gezieltes
Zusammenstellen der Gruppen 6.1 bis 6.3 eine sehr
homogene Aufheizung in diesem Bereich zu erzielen. Es ist zusätzlich
natürlich möglich, auch in den Gruppen 6.1, 6.2 und/oder 6.3 durch
Trennstellen der in 2 bis 4 bei 6T gezeigten
Art einzelne oder mehrere passive Drähte zu schaffen, die
nicht zur Heizleistung beitragen.
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Bei
Ausführung aller drei Gruppen mit identischem Drahtmaterial
und gleicher Zahl aktiver Heizdrähte hätte die
Gruppe 6.1 mit den längsten Drähten natürlich
auch den höchsten, für den Gesamtstrom bei vorgegebener
Spannung maßgeblichen Widerstand, der insbesondere deutlich
höher ist als der Widerstand der Gruppe 6.3.
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Eine
Versuchsscheibe nach 5 wurde im Heizfeld 2 mit
Heizdrähten 3 von 150 Ω/m Widerstand
(wie in 2 bis 4) und seitlichen
Heizdrähte 6 mit 100 Ω/m gefertigt. Die
seitlichen Heizdrähte hatten also anders als die vorstehend
erörterten Ausführungen sogar einen geringeren
Widerstand pro Längeneinheit als die Heizdrähte 3.
Es zeigte sich in der Thermographie, dass mit dieser Aufteilung
in drei Gruppen eine recht gute Homogenisierung der Dreieckflächen
mit dem Heizfeld 2 möglich ist – mit
Ausnahme der äußeren Gruppen 6.3, die
in der gewählten Anordnung offenbar zu wenig Strom führte,
um auch nur warm zu werden.
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Dennoch
würde auch eine Konfiguration, in dem die Widerstände
der drei Gruppen unter sich gleich sind, nicht zwingend dazu führen,
dass überall die gleiche Wärmeleistung abgegeben
wird.
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Die 6 zeigt
als Variante zur Ausführungsform gemäß 5 eine
Aufteilung in nur zwei Gruppen 6.1 und 6.2 von
parallelen Heizdrähten. Diese Konfiguration kommt mit einem
einzigen zusätzlichen Sammelleiter 7 aus, der
wieder mit geringem Abstand parallel zum Sammelleiter 5 verläuft.
Sie erfordert jedoch eine Verlängerung des Sammelleiters 5 um
die untere linke Ecke der Verbundscheibe 1 herum mit einem
Schenkel 5S, analog zum Schenkel 4S des oberen
Sammelleiters (oder eine äquivalente Maßnahme,
mit der die oberen Enden der Drähte in der Gruppe 6.2 gemeinsam
niederohmig mit dem Sammelleiter 5 verbunden werden).
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Im
vorliegenden Ausführungsfall enden die beiden gleichachsig
erstreckten Schenkel 4S und 5S in unmittelbarer
Nachbarschaft zueinander etwa in der Höhenmitte der Verbundscheibe 1 bzw.
von deren Seitenkante. Man könnte bei Bedarf an dieser Stelle
beidseits der Lücke T Außenanschlüsse
der beiden Sammelleiter 4/4S und 5/5S direkt
nebeneinander anordnen.
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Es
wäre aber hier ebenfalls (abweichend von der Darstellung)
möglich, die Außenanschlüsse der Sammelleiter 4 und 5 in
eine untere oder obere Ecke der Scheibe 1 zu legen. Hierzu
wäre z. B. der Schenkel 4S in 5 parallel
zu dem zusätzlichen Sammelleiter 8 bzw. in 6 parallel
zu dem Schenkel 5S bis in die linke untere Ecke zu verlängern.
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Wie
in der Konfiguration nach 5 beginnt die
Gruppe 6.1 am Schenkel 4S und endet am zusätzlichen
Sammelleiter-Abschnitt 7. Die zweite Gruppe 6.2 verläuft
ausgehend von diesem wieder nach oben und endet in dem Schenkel 5S.
Gleiches gilt für den Strom, wieder unter der Annahme,
dass er vom Sammelleiter 4 zum Sammelleiter 5 fließt.
In Gruppe 6.1 fließt er nach unten, in Gruppe 6.2 nach oben.
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Für
die detaillierte Ausgestaltung der beiden Gruppen 6.1 und 6.2 der 6 gilt
dasselbe, was zu den Gruppen 6.1 bis 6.3 in 5 erörtert
wurde. Wieder wurden die seitlichen Heizdrähte 6 mit
nur 100 Ω/m Widerstand, und die Heizdrähte 3 mit
150 Ω/m ausgeführt.
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Mit
der Ausführung entsprechend 6 wurde
das thermographisch beste Ergebnis von allen Proben erzielt. Es
konnte eine nahezu vollkommene Homogenisierung der Heizleistung über
die gesamte Fläche der Verbund-Heizscheibe erreicht werden, und
zwar sowohl nach 4 als auch nach 8 Minuten Heizdauer. Die Nennleistung
bei 12 V betrug 477 W (Gesamtstrom ca. 41 A) und liegt damit voll
im Bereich der Kunden-Spezifikation. An keiner Stelle traten unzulässige
Wärmespitzen auf.
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Unter
Bezug auf die weiter oben erörterte Methode der Drahtverlegung
sei angemerkt, dass natürlich Drähte, welche die
zusätzlichen Sammelleiter 7 in 5 und 6 direkt
mit dem Sammelleiter 5 verbinden könnten, zu durchtrennen
sind; ggf. können die betreffenden kurzen Abschnitte nach
dem Auftrennen ganz aus dem Verbund entfernt werden. Dann ergibt
sich auch real das in den beiden Figuren vereinfachte Erscheinungsbild
des Fehlens von Drähten im schmalen Zwischenraum zwischen 7 und 5.
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Der
Rand der Verbundscheibe 1 und somit auch die Sammelleiter 4 und 5,
sowie 7 und 8 und ggf. deren Außenanschlüsse,
soweit sie nicht über den Scheibenrand vorstehen, können
in bekannter Weise mit einem opaken Farbrahmen kaschiert werden,
der hier nicht dargestellt ist, damit die Sammelleiter erkennbar
sind.
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Es
sei schließlich angemerkt, dass elektrische Außenanschlüsse
an den Sammelleiter-Abschnitten 7 und 8 zwar für
den Heizbetrieb nicht notwendig sind, dass aber z. B. bei einer
(zusätzlichen) Nutzung der Verbundscheibe als Antennenscheibe eventuell
an diesen zusätzlichen Sammelleitern Antennenpotentiale,
z. B. für eine Diversity-Anwendung, abgegriffen werden
könnten, wie auch an den Sammelleitern 4 und 5 und
deren Schenkeln. Zum Kontaktieren des Sammelleiters 7 von
außen wäre z. B. in an sich bekannter Weise ein
gesonderter Außenanschluss gegen den Sammelleiter 5 isoliert
mit diesem zu kreuzen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 61-773705 [0010]
- - EP 61-788294 [0010]
- - US 2878357 [0011]
- - DE 10126869 A1 [0012]
- - DE 4207638 C2 [0015, 0044]
- - EP 773705 B1 [0031]