DE2237406A1 - Feuchtigkeitsempfindliche vorrichtung zum entfernen eines kondensationsniederschlages - Google Patents

Feuchtigkeitsempfindliche vorrichtung zum entfernen eines kondensationsniederschlages

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Description

Dr. ror. nat. Horst Schüler PATENTANWALT
223740h
6 Frankfurt/Main 1, den 2 8.7.1972 -NiddaströSeS Dr.Sch/Ki
Telefon (0611) 237220
Postscheck-Konto: 282420 Frankfurt/M. Bank-Konto: 225/0389
Deutsche Bank AG, Frankfurt/M.
C/ 1072
Beanspruchte Priorität:
31. Juli 1971
Japan
Nr. 57804/1971
Anmelder: Central Glass Co., Ltd. No. 5253, Ohaza-okiube, Übe-shi, Yamaguchi-ken, Japan
Feuchtigkeitsempfindliche Vorrichtung zum Entfernen eines Kondensationsniederschlages.
Die Erfindung bezieht sich auf eine feuchtigkeitsempfindliche Vorrichtung zum Entfernen eines Kondensationsniederschlages, und sie betrifft insbesondere eine Regeleinrichtung für den elektrischen Strom, der durch eine kondensationsfreie durchsichtige Glasplatte fliesst, um durch elektrische Heizung die Kondensation von Dampf auf dieser Plat-
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te zu verhindern.
Ein auf der Glasscheibe eines Autos gebildeter Niederschlag beeinträchtigt den Blick des Fahrers und hindert ihn beim Fahren. Um dieses Problem zu lösen, ist es eine übliche Praxis, die Glasscheibe mit einem durchsichtigen leitfähigen Film oder einer Vielzahl von leitfähigen Streifen oder Bändern zu überziehen, die als Heizelemente dienen. Dieselben Massnahmen werden ebenfalls für ein ähnliches Problem ergriffen, das bei Kältemaschinen auftritt. Die Ein- Aus-Regelung der Stromversorgung für die mit einem leitfähigen Belag überzogenen Glasplatten wird gewöhnlich durch Handschalter oder automatische Zeitschalter durchgeführt. Im ersten Fall ist die Schaltbedienung jedoch lästig, und es besteht die Tendenz, auf Grund der Nachlässigkeit des Bedienenden viel zu viel Strom zu verbrauchen. Gleicherweise ist es im zweiten Fall schwierig, die optimale Arbeitsperiode der Heizelemente einzustellen. Daher wird eine beträchtliche Energiemenge verlorengehen.
Es gibt ein anderes System, bei dem ein Heissleiter an der Oberfläche der Glasplatte so befestigt ist, dass er den Heizstrom gemäss der gemessenen Temperatur steuert und dadurch die Glasplatte auf einer konstanten Temperatur/ hält. Es ist jedoch bekannt, dass der Taupunkt nicht nur von der Umgebungstemperatur, sondern auch von der Feuchtigkeit abhängt. Daraus ergeben sich Schwierigkeiten beim Erreichen der optimalen Temperatureinstellung für den Heissleiter. Aus diesen Gründen entsteht sogar notwendigerweise bei dem durch Heissleiter gesteuerten System ein unnötig hoher Energieverbrauch.
Zwei Feuchtigkeitsnachweis-Elektroden, die an der Oberfläche der Glasplatte befestigt sind, können dazu verwendet werden, den Heizstrom in Übereinstimmung mit Widerstandsänderungen, die durch Kondensation hervorgerufen werden, ein- und auszuschalten. Auf diese Weise kann die Heizung gemäss der Feuchtigkeit oder dem Grad der Kondensation auf der Oberfläche der Glasplatte geregelt werden. Der Stromverbrauch wird in diesem
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System minimalisiert. Wenn jedoch eine Gleichspannung an den Elektroden zum Nachweis des Taupunktes anliegt, neigen diese auf Grund der Ionenwanderung,, die durch das angelegte Potential hervorgerufen wird, zur Korrosion. Dieses Problem kann durch die Verwendung korrosionsbeständiger Materialien aus Edelmetallen, z.B.: Platin (Pt), Gold (Au), Paladium (Pd), vermieden werden. Diese Materialien sind jedoch teuer und unterscheiden sich von den gewöhnlieh für Heizelemente verwendeten Materialien, wie z.B. einer Silberpulver enthaltenden Glasschicht, die zu Streifen auf der Oberfläche der Glasplatte zusammengebacken ist, oder einem durchsichtigen ttberzug aus Zinnoxid. Demgemäss sind verschiedene Verfahrensschritte zur Herstellung erforderlich, wenn die Nachweiselektroden korrosionsbeständig sein sollen. Das Herstellungsverfahren wird vereinfacht, wenn die Nachweiselektroden und die . Heizelemente aus den gleichen Materialien hergestellt werden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Regelvorrichtung für den elektrischen Strom zu schaffen, der durch eine, mit einem leitfähigen Belag überzogene, kondensationsfreie, durchsichtige Glasplatte entsprechend dem Feuchtigkeitsgrad auf ihrer Oberfläche fliesst, so dass der Stromverbrauch minimalisiert wird.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist dabei die Schaffung einer Regeleinrichtung dieser Art, deren feuchtigkeitsempfindliche Elektroden korrosionsfrei sind und aus irgendeinem beliebigen leitfähigen Metall hergestellt werden können.
Weiterhin soll diese Regeleinrichtung so ausgelegt sein, dass sie durch den elektrischen Strom aus einer Batterie mit Energie versorgt werden kann und für die Verwendung in einem Auto geeignet ist.
Um diese und andere Eigenschaften der Erfindung zu erhalten, werden Feuchtigkeitsnachweis-Elektroden an der Oberfläche der mit dem leitfähigen Überzug versehenen Glasplatte befestigt
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und mit einer Wechselstromquelle verbunden, so dass der Kondensationsgrad des auf der Oberfläche gebildeten Niederschlages in eine Änderung des elektrischen Wideretandes zwischen den Elektroden übersetzt werden kann, um das Ausgangsspannungsniveau eines Oszillators zu verändern. Die Ausgangsspannung des Oszillators schaltet einen Relaiskreis zur Steuerung des Heizstromes für die Glasplatte zur Vermeidung von Kondensation ein und aus.
Die Verwendung einer Wechselspannung zur Feuchtigkeitsmessung verhindert Korrosion der Elektroden, die sonst durch die Wanderung von Metallionen an den Elektroden hervorgerufen würde und dazu neigt, unter Umständen deren Leistungsfähigkeit nachteilig zu beeinflussen.
Die Steuerung des Relaiskreises durch die Oszialltor-Ausgangsspannung, die sich entsprechend dem elektrischen Widerstand zwischen den Nachweiselektroden ändert, macht die Vorrichtung für den Kondensationszustand in der Nachbarschaft der Nachweiselektroden hoch empfindlich.
Die Anordnung von Heizelementen zur Verwendung in mit leitfähigem Material überzogenen, kondensationsfreien Glasscheiben, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, enthält Scheiben, die mit einer leitfähigen Schicht oder einer Vielzahl von leitfähigen Bändern Überzogen sind. Eine durchsichtige leitfähige Schicht wird z.B. dadurch hergestellt, dass eine Zinnchlorid-Lösung mit einer erhitzten Glasplatte in Kontakt gebracht wird, wobei sich das Zinnchlorid zersetzt und eine Schicht aus Zinnoxid auf der Oberfläche der Glasplatte abgelagert wird. Leitfähige Bänder werden dadurch hergestellt, dass auf eine Glasplatte Bänder aus einer Paste, die aus Silberpulver und Glaspulver mit geringem schmelzpunkt besteht, aufgetragen und bei einer erhöhten Temperatur zusammengebacken werden.
Die Nachweiselektroden besitzen die Form zweier benachbart liegender leitffihiger Bänder, die aus demselben Material oder
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durch Aufdampfen eines Metalles hergestellt worden sind. Um elektrolytische Korrosion zu verhindern, kann ein Metall wie Silber, Nickel, Aluminium oder dgl. verwendet werden.
Der kondensationsfreie Zustand der mit einem leitfähigen Überzug versehenen Glasscheibe wird in der vorliegenden Erfindung durch eine neue Kombination aus Feuchtigkeitsnachweis-Elektroden, einem Oszillator und einem Relaiskreis erreicht. Eine vorzugsweise Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben.
Die Zeichnung zeigt ein Blockdiagramm, zusammen mit einem schematischen Schaltkreisdiagramm einer erfindungsgemässen Ausführungsform.
In der Zeichnung besitzt eine mit einem leitfähigen Überzug versehene, kondensationsfreie Glasplatte 10, die von irgendeinem beliebigen erhältlichen Typ sein kann, Elektroden 10a und 10b zur Verbindung mit einer Stromversorgung. Eine durchsichtige, leitfähige Schicht 10c ist zwischen diesen Elektroden auf die Oberfläche aufgebracht. Wenigstens zwei Feuchtigkeitsnachweis-Elektroden 20 und 22 sind ah einer beliebigen Stelle auf der Oberfläche, z.B. an einer Stelle unterhalb der Schicht 10c, vorgesehen. Die Nachweiselektroden 20 und 22 können die Form zweier oder mehrerer paralleler Bänder besitzen, die aus einem Material hergestellt sind, das identisch mit dem der durchsichtigen leitfähigen Schicht 10c ist, die das Heizelement bildet, wobei diese Nachweiselektroden zusammen mit dieser Schicht aufgebracht werden können.
Die Elektroden 20 und 22 sind mit einem Oszillator 30 über Leitungen 24 und 26 verbunden, durch die ein Wechselstrom fliesst.
Es hat sich experimentell erwiesen,dass die Elektroden 20 und 22 korroHionsfroi bleiben, wenn die angelegte Wechselspannung eine Frequenz besitzt, die über 100 Hertz liegt. Daher ist der
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Oszillator 30 so ausgelegt, dass seine Ausgangsfrequenz ire diesem Boreich liegt. Es kann ein beliebiger Oszillator verwendet werden, obgleich in dieser AusfUhrungsform ein LC-Schwingkreis verwendet wird. Der Oszillator 30 besitzt einen Transistor Tr, Widerstände R1, R„, R3 und R41 einen veränderbaren Widerstand VR, Kondensatoren C1, C«, C3 und C^, eine Induktivität L und eine Stromquelle B, die in üblicher Weise zu einem Colpitts-Oszillator miteinander verbunden sind. Der Kondensator C. blockt die Gleichspannungskomponente ab. Die Schwingungsfrequenz wird durch geeignete Wahl der Kapazitäten der Kondensatoren C-, C„ und C„ und der Induktivität der Spule L auf einen willkürlichen Wert, z.B. in dem Bereich von 0,1 - 100 kHz eingestellt. Ein Schwingungssignal in diesem Frequenzbereich verursacht keine Störung in einem Radiowellenempfänger, der in einem Auto eingebaut ist, sogar wenn der Oszillator nahe an dem Empfänger angebracht ist, weil das niedere Ende des Rundfunkbandes bei ungefähr 500 kHz liegt. Die Nachweiselektroden 20 und 22 sind mit den Enden der Spule L verbunden, während der Ausgang des Oszillators 30 Über einen Koppelkondensator C4 an einen Gleichrichterkreis 40 geführt ist.
Der elektrische Strom zum Heizen der Glasplatte 10 wird von einer Stromquelle 60 geliefert, die entweder eine Wechselspannungs- oder eine Gleichspannungsquelle sein kann. Wenn die Glasplatte 10 die Windschutzscheibe eines Autos bildet, kann die Stromquelle 60 ein Autoakkumulator sein. Die Stromquelle 60 ist mit den Elektroden 10a und 10b über einen Relaiskreis 50 und Leitungen 62 und 64 verbunden.
Im Botrieb verringert ein Kondensationsniederschlag von atmosphärischer Feuchtigkeit auf der Oberfläche der Glasplatte 10 den Widerstand zwischen den Elektroden 20 und 22. Dadurch nimmt wiederum der Scheinwiderstand der parallel mit den Elektroden verbundenen Spule L ab. Daraus ergibt sich eine Abnahme Ln der Amplitude dor Oszillator-Ausgangsspannung. Wenn aufgrund der Verdampfung kein Kondensationsnioderschlug mehr vor-
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handen ist, wodurch der Widerstand vergrössert wird, kehrt der Scheinwiderstand der Spule L auf seinen anfänglichen Wert zurück und stellt das Maximum der Oszillator-Ausgangsspannung wieder ein. Der Relaiskreis 50 ist so ausgelegt, dass er die Stromversorgung für die Glasplatte 10 ausschaltet, wenn die Oszillator-Ausgangsspannung ein Niveau erreicht, das nahe dem Maximum liegt, und dass er die Stromversorgung desselben Kreises wieder einschaltet, wenn die Ausgangsspannung auf ein Niveau, unter einer vorher eingestellten Markierung abgesunken ist.
Wenn sich ein Kondensationsniederschlag auf, der Oberfläche der GlasplattelO zu bilden beginnt, sinkt der elektrische Widerstand zwischen den Nachweiselektroden 20 und 22, was zu einem Absinken des Scheinwiderstandes der Spule L und dementsprechend der Ausgangsspannung des Oszillators 30 führt.
Dies wiederum führt zu einem Absinken der Gleichspannungs-Ausgangsspannung des Gleichrichterkreises 40 und schaltet den Relaiskreis 50 ein. Auf diese Weise wird das Heizelement auf der Glasplatte 10 eingeschaltet und verdampft die Tautropfen, die sich auf der Oberfläche gebildet haben.
Das Fortschreiten der Verdampfung ergibt ein Anwachsen des Widerstandes zwischen den Elektroden 20 und 22 und bringt den Scheinwiderstand der Spule L auf seinen anfänglichen Wert zurück und stellt den Maximalwert oder einen Wert nahe des Maximums des Oszillator-Signals wieder ein. Dementsprechend wird das Gleichspannungs-Ausgangsniveau am Gleichrichter 40 so angehoben, dass der Relaiskreis 50 die Stromversorgung für die Glasplatte 10 abschaltet.
Zusammengefasst wird die Widerstandsänderung zwischen den Nachweiselektroden 20 und 22, die von dem Kondensationsgrad abhängt, in eine Änderung der Ausgangsspannung des Oszillators 30 überführt, die die Energieversorgung des Relaiskreises 50 so steuert, dass die Stromversorgung für das Heizelement ein- und ausgeschaltet wird. Diese Vorrichtung gewähr-
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leistet eine hochempfindliche Ein- Aus-Regelung dee Heizelementes. Weiterhin verhindert die Verwendung einer Wechselspannung anstelle einer Gleichspannung zum Nachweis der Feuchtigkeit die Möglichkeit der Korrosion der Elektroden 20 und 22, Dadurch werden Veränderungen im Kontaktwiderstand an diesen Elektroden vermieden, und es wird die Notwendigkeit für die Verwendung von korrosionsbeständigen Materialien, wie z.B. Edelmetallen, ausgeschaltet, was die Herstellung verbilligt und vereinfacht. Der als Wechselspannungsquelle für den Feuchtigkeitsnachweis verwendete Oszillator kann ebenfalls ale eine Wochselspannungsquelle fUr andere in dem gleichen Auto installierte Vorrichtungen verwendet werden.
Der Umfang der Erfindung soll nicht durch die beschriebene Ausführungsform begrenzt werden. Die verschiedensten Abwandlungen sind innerhalb des Bereichs der Erfindung, wie er aus den Patentansprüchen hervorgeht, möglich.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1. feuchtigkeitsempfindliche Vorrichtung zum Entfernen eines Kondensationsniederschlages von einer durchsichtigen Scheibe mit einem Heizelement und Feuchtigkeits-Nachweiselektroden, die auf dieser Scheibe angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (30, 24, 26) zum Anlegen einer Wechselspannung an die Elektroden (20, 22) und für den elektrischen Widerstand zwischen den Elektroden (20, 22) empfindliche Regelglieder (40,50) zur Steuerung des elektrischen Stromes, der durch das Heizelement (10a, 10b, 10c) fliesst, enthält.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Mittel (30, 24,26) zum Anlegen einer Wechselspannung einen Oszillator (30) enthalten, der zwischen den Elektroden (20, 22) und den Regelgliedern (40,50) liegt und mit diesen verbunden ist.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Regelglieder (40, 50) Schaltmittel zur Steuerung des durch das Heizelement (10a, 10b, 10c) fliessenden elektrischen Stromes enthalten, die für die Ausgangsspannung des Oszillators (30) empfindlich sind.
    4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennz e ich η e t , dass der Oszillator (30) mit den Elektroden (20, 22) derart verbunden ist, dass eine Veränderung des elektrischen Widerstandes zwischen den Elektroden (20, 22) eine entsprechende Veränderung in der Ausgangijijpannung des Oszillators (30) bewirkt.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k en nz ο i c h η ο t , dass tile Wechselspannung eine derartig vorher bestimmte Frequenz besitzt, dass die Elektroden
    :i ο') -ι ii ί ι 0 2 β υ
    (20, 22) korrosionsfrei bleiben.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass die vorher bestimmte Frequenz höher als etwa 100 Hz ist.
    7. Feuchtigkeitsempfindliche Vorrichtung zum Entfernen eines Kondensationsniederschlages von dem Fenster eines Autos mit einem Heizelement und Feuchtigkeits-Nachweiselektroden, die auf dem Fenster angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet , dass sie Mittel (30, 24,26) zum Anlegen einer Wechselspannung an die Elektroden (20, 22) und für den elektrischen Widerstand zwischen den Elektroden (20,22) empfindliche Regelglieder (4O,5O) zur Steuerung des elektrischen Stromes, der durch das Heizelement (10a, lOb, 10c) fliesst, enthält.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dad u r c h g e kennzeichnet , dass die Regelglieder (40,50) einen Oszillator (30) enthalten, der ein von der Änderung des elektrischen Widerstandes zwischen den Elektroden (20, 22) abhängiges Ausgangssignal erzeugt, und ferner einen Schalt- oder HelaLskreis (50) enthalten, der zum Zwecke der Energieversorgung des Heizelementes (10a, 10b, 10c) mit diesem betrieblich verbunden ist und zur Steuerung des t; loktrischen Stromes ein Ausgangssignal von dem OszilLiitor (IiO) erhält.
    U. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , dass die Elektroden (20, 22) mit dem Oszillator (30) derart verbunden sind, dass sie von ihm mit oiiier Wechselspannung versorgt werden.
    LO. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch g e k e η η ζ (! i c h net, dans die Oszlllatorausgangsspunnung {!im; vorher htm t L mm to Frequenz besltst, die höher al« 100 HZ LMt.
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    11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet , dass der Frequenzbereich der Oszillator-Ausgangsspannung von ungefähr 100 Hz bis zum niederen Ende des normalen Radio-Empfänger-Frequenzbandes reicht.
    12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet , dass das Heizelement (10a, 10b, 10c) und die Elektroden (20, 22) aus dem gleichen Material hergestellt sind.
    13! Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet , dass der Schalt- oder Relaiskreis (50) Relaisglieder zur Verbindung der Elektroden mit einer Stromquelle (60) und einen zwischen den Relaisgliedern und dem Oszillator angeordneten Gleichrichterkreis (40) zur Lieferung eines Gleichspannungssteuersignales an die Relaisglieder enthält, dass das Gleichspannungssteuersignal die Höhe der Oszillatorausgangsspannung anzeigt und dass die Relaisglieder bei einem vorher bestimmten Niveau des Gleichspannungssteuersignales mit Energie versorgt werden. - -
    14. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge kenn zeichnet, dass der Oszillator (30) einen Resonanzkreis enthält und die Elektroden (20, 22) mit dem Resonanzkreis verbunden sind, um eine Wechselspannung von ihm zu erhalten und seinen Scheinwiderstand gemäss der elektrischen Widerstandsänderung zwischen den Elektroden (20, 22) zu beeinflussen.
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