DE2248094A1 - Elektrisch beheiztes fenster mit einem temperaturfuehler - Google Patents
Elektrisch beheiztes fenster mit einem temperaturfuehlerInfo
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Description
PATENTANWALT
DIPL-ING.
6 Frankfurt am Main 70
Sditwckwihofsh-, 27 - Tei. 61 70 79
28. Sept. 1972
Gzs / mi
PPG- Industries^ Inc«, One Gateway Center, Pittsburgh,
Pennsylvania 15 222, USA
Elektrisch beheiztes Fenster rait einem "Temperaturfühler
Die Erfindung betrifft allgemein elektrisch erhitzte, durchscheinende
Gegenstände und insbesondere laminierte, elektrisch erhitzte Glas-Kunststoff-Fenster und ein Temperatursteuerungssystem
für solche Fenster. .
t Λ
Elektrisch geheizte, laminierte Penster sind bekannt. Derartige Fenster' finden eine weite Anwendung, wo es notwendig ist,
daß die Sicht du.rch die Penster frei von Eis- und H.ebelbildim~
gen gehalten werden. Dies trifft insbesondere für die Luftfahrt zu, bei der die Penster häufig verschiedenen und extremen
Wetterbedingungen ausgesetzt werden» Ein typisches·elektrisch
geheiztes, laminiertes Penster enthält zwei äußere Schichten von Glas, laminiert an eine Kunststoffzwischenschicht* Eine
der Glasschichten besitzt eine elektriscli leitende Beschichtung, ζ.B* einen transparenten Metalloxydfilm, der die Kunststoffzwischenschicht
berührt. Leistung wird dem PiIm mittels Elektroden oder Sanmelsehienen zugeführt, die um die Randkanten
des Films herum angeordnet sind, und die in elektrischem Kon- . takt mit der elektrisch»leitenden Beschichtung stehen* Um die
der Beschichtung zugeführte Leistung zu steuern, und um damit die 'Temperatur des Fensters zu steuern, üind Temperaturfühler
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in der Kunststoffzwischenschicht eingebettet» Die Temperaturfühler
sind gewöhnlich Wideratandsdrähte, die ihren Widerstand
entsprechend der Umgehungstemperatur ändern«
Ein typischer und weithin verwendeter Temperaturfühler ist der, der in dem US-Patent Nr # 2 644 065 offenbart wurde, und
der aus einem Widerstandsdraht besteht, der innerhalb eines Polyvenyl-Butyral-Gehäuses angeordnet ist» Der Sensor ist
in eine öffnung eingeführt, die aus der Polyvenyl-Butyral-Zwischenschicht
ausgeschnitten wurde, und wenn das Fenster während eineο Hochtemperaturautoclavschrittes laminiert wird,
verschmilzt der Temperaturfühler mit der Polyvenyl-Butyral-Zwischenschicht,
um so einen integralen Teil des Fensters zu bilden, Die für die !aminierung der Polyvenyl-Butyral-Zwischenschicht
an die äußeren Glasschichten notwendige Temperatur muß ausreichend sein, um das Polyvenyl-Butyral
zu erweichen. Während der !aminierung fließt das Polyvenyl-Butyral
und netzt das Glas, wodurch eine feste Glas-Polyvenyl-Butyral-Bindung
entsteht. Unglücklicherweise erzeugt dieses Fließen manchmal einen Bruch der feinen Widerstandsdrähte,
die innerhalb des Polyvenyl-Butyral eingebettet sind, und manchmal wird der Widerstandsdraht gegen die elektrisch leitende
Beschichtung kurzgeschlossen. Es ist daher ein Ziel
dieser Erfindung, einen Temperatursensor der Widerstandsdahtbauart
zu schaffen, der in eine Plastikzwischenschicht, insbesondere aus Polyvenyl-Butyral, während der !aminierung
eingepreßt werden kann, ohne die Gefahr eines Drahtbrucheß,
und ohne daß der Draht mit der elektrisch leitenden Beschichtung oder irgendeiner anderen elektrischen Heizeinrichtung
einen Kurzschluß bildet, wie z,B. feine Drähte, die innerhalb der Zwischenschicht angrenzend bu den äußeren Glasscheiben
angeordnet sind.
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Viele im Handel erhältliche Polyvenyl-Butyral-Zwischenschichten
sind plastifiziert, um ihre Flexibilität und ihren Einschlagswiderstand zu verbessern« Diese Plastifizierer oder
Weichmacher sind allgemein wasserunlösliche Ester einer poly-"basischen
Säure und eines Polyhydridalkohols, Unglücklicherweise
muß man annehmen, daß, wenn ein Temperatursensor in ein Umhüllungsmaterial eingebettet wird, das unterschiedlich
ist gegenüber dem umgebenden Polyvenyl-Butyral, diese Plastifizierer
eine Tendenz haben, zur Oberfläche des Umhüllungsmaterials zu wandern und zu bewirken, daß es verschleiert wird.
Dies ist besonders nachteilig, wenn das Gehäuse ein Polykarbonat ist, und wenn das Zwisehenschichtmaterial plastifiziertes
Polyvenyl-Butyral ist* Obwohl das Temperatursensor-Gehäuse
verschleiert ist, funktioniert es doch wie gewünscht, aber es sieht unschön aus in den sich ergebenden laminierten Fenstern,
Es ist daher ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Einrichtung zu schaffen, um die Bildung von Yersdieierungen in dem
Gehäuse eines Temperaturfühlers zu verhindern, der in eine plactifizierte Kunststoff-Zwischenschicht eingebettet ist,
insbesondere in plastifiziertes Polyvenyl-Butyral·
Die Erfindung liefert ein transparentes Fenster, das elektrisch
erhitzt werden kann, bestehend aus
a) einem transparenten Teil;
b) einem elektrischen Heizelement, gestützt von dem transparenten Teil
c) und einem Temperaturabfühl~Element, das in
dem transparenten Teil im Abstand zu dem elektrischen Heizelement angeordnet ist.
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Das Temperaturabfühlelentent bestellt aus einem Wlderstandsfaäenf
der innerhalb eines transparenten Grehäueemateirials eingekapselt iat, das eine höhere Hitzeablenktemperatur aufweist,
als das transparente Teil,
Die Erfindung liefert auch ein Konstanttemperatursteuerungseystem
für das Fenster,
Im folgenden wird ein elektrisch geheiztes laminiertes Fenster
und ein Konstanttemperatur-Steuerungssystem für ein derartiges Fenster offenbart.
In der vorzugsweisen Ausführungsform umfaßt daa Fenster ein
Plastikzwischenmaterial, das sandwichartig zwischen zwei
feste transparente Scheiben angeordnet ist, wobei eine der
Scheiben eine elektrisch leitende Heizeinrichtung angrenzend zu und in Kontakt mit der Zwischenschicht aufweist* Eingebettet
innerhalb der Kunststoff-Zwischenschicht ist ein Temperatursensor,
der aus einem Widerstandodraht besteht, der innerhalb
eines transparenten Gehäusematerials eingekapselt ist,
das eine Hitzeauslenkungs-Temperatur aufweist, die größer ist,
als die der Kunststoffzwischenschicht. Da der Temperatursensor
ein Gehäuse aufweist, das eine höhere Ablenktemperatur
aufweist, als die Kunststoffzwischenschicht, in die es
eingebettet ist, wird ein Bruch und Kurzschluß des Widerstandsdrahtes gegen die elektrisch leitenden Heizeinrichtung während
der hohen Temperatur und der hohen Druckbedingungen beim Laminieren vermieden. Bei einer besonderen Ausftihrungsform der
Erfindung, bei der das Zwischenodochtmaterial plastifiziert ist,
wird eine transparente, schützende Schicht zwischen der Zwischen*·
schicht und dem Gehäuseraaterial angeordnet, um ein Verschleiern
zu verhindern.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben die aus der beiliegenden Darstellung eines Ausführungsbeispiels und der.folgenden Beschreibung,
Es zeigt:
Pig» 1 perspektivisch ein laminiertes Penstersystem für
konstante Temperatur, das den erfindungsgemäßen
Temperatursensor aufweist,
Pig, 2 eine Querschnittsansicht entlang II-II der Pig» 1,
Pig, 3 eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Temperatursensor,
Pig« 4 eine auseinandergezoge Ansicht, die die Konstruktion
des erfindungsgemäßen Temperatursensorelementes darstellt,
Pig* 5 und ·
Pig, 6 auseinandergezogene Ansichten, die die Konstruktion
des erfindungsgemäßen Temperatursensorelementes in
zwei alternativen Ausführungsformen darstellen und
Pig· 7 perspektivisch eine andere Ausführungsform eines
Konstanttemperatur-Penstersystems, das den erfindungsgemäßen Temperatursensor enthält.
Pig, 1 und 2 zeigen ein laminiertes Penstersystem für konstante
Temperatur, Das System umfaßt ein transparentes, laminiertes, elektrisch erhitztes Penster 1, Das Penster enthält
zwei feste transparente Scheiben 3 und 5, von der eine eine elektrisch leitende Beschichtung 13 aufweist} die Beschichtung
steht über Elektroden 15 und über ein Steuersystem oder eine ' Steuerung 27 mit einer elektrischen Energiequelle 19 in Ver-
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bindung. Die elektrische Energiequelle 19 hängt von der Anwendung
des Fensters ab, Für ein elektrisch geheiztes Plugzeugfenster
würde z,B, die Quelle der elektrischen Energie ein Alternator sein, der von der Plugzeugmaschine angetrieben
wird. Sandwichartig zwischen den zwei festen transparenten Scheiben 3 und 5 liegt eine transparente Zwischenschicht, die
aus einer Vielzahl von Plastiklaminaten 7,8, 9 und 11 besteht.
Wie in der Zeichnung gezeigt ist, berührt die Kunststoffzwischenschicht
auch die elektrisch leitende Beschichtung 13· Eingebettet innerhalb der Kunststoffzwischenschicht
ist ein Temperatursensorelement 21, das in etwas größeren
Einzelheiten in Pig. 3 und 4 gezeigt ist,
WidlfStlin!9Se-rai;ursei:lsor 21 umfaßt einen elektrischen laden oder
/Draht 23, der innerhalb eines Gehäuses 25 eingekapselt ist, das eine Hitzeabweichtemperatur aufweist, die größer ist, als
die des KunststoffZwischenschichtmaterials, in das der Temperatursensor
21 eingebettet ist. Der Temperatursensor 21 ist in Wirkverbindung mit der Quelle für elektrische Energie 19
über eine Steuerung 27 verbunden. Im Betrieb reagiert das
Temperaturabfühlelement 21 auf Veränderungen der Temperatur
des Pensters 1 und verändert dadurch über die Wirkung der Steuerung 27 die Quelle der elektrischen Energie in dei?Weise,
um die Temperatur des Pensters in einem vorbestimmten Bereich zu halten. Die Steuerung 27 verändert die Ausgangsspannung,
die von der Quelle von der elektrischen Energie 19 zugeführt
wird. Eine typische Steuerung ist in dem US-Patent 2 806 118 beschrieben.
Andere Ausführungsforinen des Temperatursensors sind in Pig.
und 6 gezeigt. Kurz gesagt, zeigen die anderen Ausführungaformen
die Anordnung einer transparenten Schutzschicht um das Gehäuse, Die Schutzschicht kann aus zwei Schichten f?0 und 61
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zusammengesetzt werden, die an dem Gehäuse anhaften* Die
anderen Ausftihrungsformen, die in den Fig. 5 und 6 gezeigt sind,
werden im folgenden noch besehrieben. Das in den Figuren 1
und 2 gezeigte laminierte Fenster 1 umfaßt zwei, feste, transparente äußere Scheiten 3 und 5, von gleicher oder unterschiedlicher Dicke, die ungefähr 1 mm "bis 25 mm (0.05 "bis 1 inch)
beträgt, wobei entweder beide öder jede einzeln aus einem
festen Kunststoffmaterial bestehen kann, wie z.B« Polykarbonat
oder Acryl, oder aus einer flachen Glasscheibe, wobei Glas
vorzuziehen ist. Eine transparente Kunststoffzwisehensehicht mit einer Dicke von 0,6 bis 12,5 mm (0,025 bis 0,5 inch) ist
sandwichartig zwischen die äußeren Seheiben 3 und 5 angeordnet und umfaßt eine Vielzahl von Laminaten aus Kunststoff 7,
8, 9 und 11, gebildet aus Polyvenyl-Butyral ^ffefiä^^ggl
geeigneten bekannten Kunststoff, wie z.B. Polyurethan/Polyvenyl-Butyral-Materialien
wurden in den US-Patenten Re. 20 430, 2 372 522, - .: und 2 496 480 offenbart.
Polyurethan-Zwisehenschieht-Materialien sind in den US-Patenten 3 509 015 und 3 620 905 offenbart. Vier Scheiben aus Kunststoff
sind in Fig* T und 2 gezeigt, aber selbstverständlich
können mehr oder weniger als vier Scheiben verwendet werden, abhängig von den Anforderungen, die das Fenster erfüllen muß.
Eine Öffnung ist in der Zwischenschicht vorgesehen mit einer
Größe, die der Größe des Temperaturabfühlelements 21 entspricht.
Das Element wird in die Öffnung eingeführt und die einzelnen Komponenten des Fensters werden zusammengebaut und
zusammenlaminiert, so daß der Temperatursensor sich mit der
Kunststoffzwischenschicht vereinigt, um so einen integralen
Teil des Fensters zu bilden. Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt wird,
iat das Temperaturäbfühlelement 21 in der Kunststoffzwisehensehicht
eingebettet, und liegt ungefähr. 0,25 bis 1,5 mm (0,01
bii? 0,06 inch) von der elektrisch leitenden Schicht 13 ent-
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fernt. Die Verbindungsleitungen 39 und 40 werden zwischen den
Kunststoffschichten 8 und 9 zu der Steuerung 27 fter&usgeführt·
Zwischen der festen, transparenten äußeren Scheibe 3 und der Kunststoffzwischenschicht liegt eine elektrisch leitende,
transparente Beschichtung 13, wie z.B. ein Metalloxydfilm derart, wie sie in,,dem US-Patent 2 614 944 beschrieben wurde.
überzogenes
Elektrisch leitendes/ Glas dieser Art ist unter dem Handelsnamen NESA bekannt. Die Beschichtungen weisen eine Dicke
mi "
von ungefähr 50 bis 3500 Milli&ron auf und sind im wesentlichen
transparent (die Dicke der Schicht 13 in Pig, 2 ist zum Zwecke
der Illustration übertrieben)· Wenn ein'elektrisches Potential
an die Schicht angelegt wird, gibt der elektrische Widerstand der Schicht Hitze ab«, Im allgemeinen liegt der elektrische
Widerstand der Beschichtung unter 500 Ohm pro Quadrat, und sie haben einen spezifischen Widerstand unter ungefähr 0,002 0hmzentimetern.
Andere transparente,leitende Materialien, wie z.B. Goldbeschichtungen und andere dünne Metallbeschichtungen können
als elektrisch leitende,transparente Beschichtung verwendet
werden. Neben einer elektrisch leitenden, transparenten Beschichtung
können andere elektrische Heizeinrichtungen verwendet werden, die angrenzend zur äußeren Glasschicht und in Kontakt
mit der Zwischenschicht angeordnet sind. Beispielsweise können feine Widerstandsdrähte in die Oberfläche des Zwischenschicht-Materials
angrenzend zur äußeren Glasschicht eingebettet sein. Eine derartige Heizeinrichtung ist in der US-Patentschrift
2 813 960 offenbart.und in Pig. 7 gezeigt, wobei die
feinen Widerstandsdrähte mit 14 bezeichnet sind,
oder den Widerst andsdräliten H Um Elektrizität zur Schient 13/zu bringen, sind Elektroden 15,
allgemein als Sammolschiencn bezeichnet, entlaiig einem Paar
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von gegenüberliegenden Randkanten der Beschichtung angebracht·
Die Sammelechienen 15 bestehen aus einem hochleitenden Metallpulver,
vorzugsweise Gold oder Silber, und einem glasierenden Bindemittel. Sammelschienen sind bekannt und ein.typisches
Beispiel ist in dem US-Patent 2 882 377 beschrieben.
Die Sammelschienen 15 sind mit einer Quelle für Elektrizität
mittels Leiter 29» 31 und 33 verbunden. Eine Seite der elektrischen Quelle 19 und eine der Elektroden sind über Leiter 31
bzw· 33 geerdet· Der Leiter 29 läuft durch den Steuerer, der, wie schon erwähnt, den Stromfluß durch die Beschichtung verändert,
um die Fenstereinheit 1 innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs
zu halten· Die Steuerung ist über einen geeigneten Leiter 35 geerdet.
Es sollte bemerkt werden, daß das Fenster auch einen anderen
Aufbau haben kann, als er oben offenbart wurde* Zum Beispiel könnte das Fenster aus zwei festen Kunststoffsetiichten bestehen,
wie z,B. Acryl, die miteinander verschmolzen sind. Die Heizeinrichtung
könnte aus feinen Widerstandsdrähteh bestehen, die in eine der Scheiben wie oben beschrieben eingebettet sind, und.
der !Temperatursensor, könnte in der gegenüberliegenden Scheibe
eingebettet sein,.
Das Temperaturabfühlelement 21 ist in Einzelheiten in Pig· 3
und 4 gezeigt. Es enthält einen Widerstandsdraht 23ι der innerhalb
eines Gehäusematerials 25 eingekapselt ist, das eine höhere Hitzeablenktemperatur aufweist, als das Kunststoffzwischenschichtmaterial,
in das der Temperaturfühler 2T eingebettet ist»
In der folgenden spezifischen Beschreibung des Temperatursensors
21 ist das Gehäusematerial als Polykarbonat beschrieben. Es
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ist Jedoch auch möglich, andere Kunststoffmaterialien anstatt Polykarbonat zu verwenden. Die Auswahl des Gehäusematerials
hängt von dem Zwischenschichtmaterial ab, in die der Temperatursensor eingebettet werden soll. Genauer gesagt, hängt die
Auswahl des Gehäusematerials von der Laminationstemperatur und von den Drücken ab, die die Zwischenschicht erweichen, und
die dazu führen, daß der Kunststoff fließt und das Glas netzt, um eine feste Glaszwischenschicht-Pließbindung zu bilden. Das
Gehäusematerial sollte nicht erweichen und fließen bei diesen Temperaturen, zumindest nicht zu dem Ausmaß, daß er ein Brechen
des umhüllten Widerstandsdrahtes verursachen würde, oder das dazu führen würde, daß der Draht gegen die elektrisch leitende
Beschichtung kurzgeschlossen wird· Eine Anzeige der Temperaturen und der Drücke, die ein Material dazu bringen wird, zu erweichen
und zu fließen, spiegelt sich wieder in der Hitzeablenktemperatur des Materials, Die Hitzeablenktemperatur von
Kunststoffen ist definiert als die Temperaturmessung, bei der eine spezifische Last den Kunststoff veranlaßt, um eine bestimmte
Größe sich auszulenken. Verfahren zur Bestimmung der Hitzeablenktemperaturen für Kunststoffe sind in der-US-Vorschrift
A,S,T.M. D-648 niedergelegt.
Entsprechend dieser Erfindung sollte das Gehäuse aus solchen Materialien ausgebildet werden, die eine höhere Ablenktemperatur
aufweisen, als die Kunststoffzwischenschicht, in die der
Temperatursensor eingebettet werden soll. Es ist auch vorzuziehen,
daß das Gehäuse transparent ist^ wobei der Brechungsindex
ähnlich sein soll dem der Zwischenschicht, sO daß, wenn die zwei zusammgengepreßt werden zu einem sich ergebenden
laminierten Fenster, das Gehäuse des Temperatursensors nicht ablenkend bemerkbar wird".
Das bei weitem am häufigsten verwendete Kunststoffzwißchen-
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sehichtmaterial ist Polyvenyl-Butyral, das eine Hitzeablenktemperatur
von 46 - 74°C (115 - 1650F) bei 4,64 kg/cm2 (66 psi)
aufweist, gemessen mittels Α.3*ΐ»Μ· D-648. Polykarbonat wird
als. besonders mützlich für .dia Yerwenduns: ,als
Türα en !temperatursensor mit Polyvenyl-Bxityral """
material/gefunden, da polykarbonat transparent ist und eine
Hitzeablenktemperatur gemäß A.S.T,M, D-648 von 132 - 142°C
(.270 bis 2900F) 4,64 kg/cm2 (66 psi) aufweist* Jedoch können
auch, andere transparente Kunststoffmaterialien als Gehäusematerialien
verwendet werden, die eine höhere Ablenktemperatur als Polyvenyl-Butyral aufweisen. Ebenso könnte, wenn die Kunststoff
zwischenschicht nicht aus Polyvenyli-Butyral besteht, das
Plastikgehäusematerial ausgewählt werden aus solchen transparenten
Kunststoffen, die eine höhere Hitzeablenktemperatur aufweisen, als die dann ausgewählte Kunststoffzwischenschicht·
Wie in der Fig· 4 gezeigt ist, besteht die Temperaturabfühleinheit
21 aus einem Polykarbonatkernbereich 41. Der Kernbe- ·
reich besitzt eine Dicke von ungefähr 0,08 bis 0,8 mm (0,003
bis 0,03 inch). Der Polykarbonatkernbereich 41 umfaßt eine
dünne Polykarbonatkarte 43, um die ein Widerstandsdraht 23
gleichförmig gewickelt ist. Um die Karte herum sind eine Mehrzahl von Polykarbonat-Abstandshalter 47 angeordnet, um irgendwelche
Linseneffekte auszuschalten, die sich ergeben können,
wenn verschiedene Komponenten des !Temperaturfühlers 21 zusammenlaminiert
werden. Auf der Karte 43 sind Schweißnasen 51 ange~ ordnet, die denWiderstand 23 mit Zuführungsdrahten 39 und 40 verbinden.
Der Kernbereich 41 ist zwischen zwei Schichten von Polykarbonat 54 und 55 mittels eines Hochtemperaturdruckzyklus
umkapselt. z.B. mit einem Arbeitsgang in einem Autoclaven oder
einer Plattierungspresse. Temperaturen von ungefähr 135 - 20O0C
(275 - 3900F) und Drücke von ungefähr 1,76 - 17,6 kg/cm2 (25 250
pDi) für ungefähr 5 bis 120 Minuten sind geeignet, um eine
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TemperaturabfUhleinheit 21 zu bilden, wie sie in Pig· 3 und 4
dargestellt ist·
Bas Gehäuse 25 (das den Kernbereich 41 umfaßt) ist aus solchen
Materialien ausgewählt, die den eingekapselten Widerstandsdraht nicht dazu bringen, zu brechen oder gegen die elektrisch leitende
Beschichtung während des Laminierens des Fensters 1 kurzzuschließen.
Entsprechend sollte das transparente Umhüllungsmaterial
eine Hitzeablenktemperatur aufweisen, die größer ist, als die des KunststoffZwischenschichtmaterials, in das der
Hitzesensor eingebettet ist» Während der hohen Temperaturen
und der Drücke, die benötigt werden, um die !aminierung durchzuführen
und das Zwischenschichtmaterial mit den äußeren festen Transparentplatten zu verbinden, erweicht das Zwischenschichtmaterial
und fließt· Das Gehäusematerial fließt nicht, dank seiner höheren Hitzeablenktemperatur gegenüber dem umgebenden
Zwischenschichtmaterial, es verbleibt vielmehr stabil und wird
keine Brüche oder Kurzschlüsse in dem umkapselten Draht erzeugen»
Wenn das Zwischenschichtmaterial Polyvenyl-Butyral ist, das eine Hitzeablenktemperatur von 46 bis 740C (115 - 1650P) bei
4,64 kg/cm (66 psi) besitzt, besteht das Gehäusematerial vorzugsweise aus Polykarbonat, das eine Hitzeabweiehtemperatur
von 132 - 1420G (270 - 29O0P) bei 4,64 kg/cm2 (66 psi) besitzt»
Polykarbonate sind in der US-PS 3 028 365 beschriebent PoIykarbonate
sind auch im Handel erhältlich unter den Handelsnamen
LEXAlT und MERLON· Andere geeignete Kunststoffumhüllungsmaterialien
zur Verwendung mit Polyvenyl-Butyral sind z.B# gegossenes Acryl,
das eine Hitzeverzerrungptemperatur von 80 bis 1080C (175 221J0P)
bei 4,64 kg/cm (66 pei) aufweist, Polystyrol mit Ablenkteniporaturen
von 100 - 11O0C (210 - 23O0P), Polyester mit
3 0 9 8 ? 1 / 0 G 6 2
132 - 1440C (270 - 29O0I1), Polysulfon mit 1770C (35O0P) und
Nylon mit 150 - 204°C (300 - 40O0P), immer gemessen bei 4,64
kg/cm *
. Es sollte erkannt werden, daß der Widerstandsdraht um die Karte 43 in jeder besonderen Weise oder Konfiguration herumgewickelt
werden kann. Alternativ braucht der Widerstandsdraht nicht um· eine Karte 43 herumgewickelt tzu werden, sondern könnte lediglich
in einer spiraligen oder schraubenförmigen Konfiguration gewunden und selbst in das Plastikgehäuse 25 eingepreßt werden»
Doch ist vorzuziehen, daß der Widerstandsdraht 23 gleichförmig um eine Karte 43 herumgewickelt ist. Obwohl die Karte 43 eine
höhere Hitzeablenktemperatur aufweist, als die Kunststoffzwischenschicht,
kann sie aus einem unterschiedlichen Material gegenüber
den Schichten 54 und 55 hergestellt werden, die das außen liegende Gehäuse 25 bilden. Z.B. könnte die Karte 43 (und die
Abstandhalter 47) aus Polykarbonat und die Schichten 54 und 55 von Acryl hergestellt werden»
Der Widerstandsdraht 23 ist ein feiner Draht, der so ausgewählt wird, daß sein Widerstand sich bei Veränderung der Umgebungstemperatur
ändert. Der Draht hat typischerweise ungefähr 0,01 bis 0,05 mm Durchmesser (0,005 bis 0,002 inch) mit einem positiven
Temperaturkoeffizienten des Widerstandes und mit einer ausreichenden Elastizität, um die Herstellung der Temperaturabfühleinheit
21 bei der Fabrikation des laminierten Fensters 1 .· ohne ein Brechen und ohne einen Kurzschluß zu ermöglichen.
Der Widerstandsdraht sollte auf Temperaturen innerhalb des Bereiche
von -60° bis +700C (-750P bis +1600P) ansprechen, was
der Umgebungstemperaturbereich für typische hochfliegende Plugzeuge
ist. Wenn insbesondere Polyvanyl-Butyral als Kunststoffzwischenschichtmaterial
verwendet wird, sollte der Widerstands-. ■
3 0 9 8 2 1 / Q '> 6 2
22Α809Λ
-H-
draht sehr empfindlich gegen Temperaturänderungen im Bereich
von 38 bis 490C (100 bis 12O0F) sein, das ist die Temperatur,
bei der Polyvenyl-Butyral die größte Einschlagsfestigkeit besitztr
Vorzugsweise sollte die Veränderung im Widerstand des Drahtes mit der Temperatur mindestens ungefähr 100 bis 15 0 Ohm
pro Zirkular-Mil-Foot bei 2O0C betragen, Beispiele für verschiedene
Materialien zur Herstellung des Widerstandsdrahtes sind Wolfram^ Nickel, Eisen-Nickel-Legierungen, wobei eine
Eisen-Nickel-Legierung, die unter dem Handelsnamen HYTEMPCO verkauft wird, vorzuziehen ist,
Die Leitungsdrähte 39 und 40 sollten aus einem guten elektrischen
Leiter hergestellt sein, wie z.B. Kupfer, und sollten fest mit dem Widerstandadraht 23 verbunden werden· Wie in den Pig, 3 und
4 gezeigt ist, sollten die Zuführungsleitungen an eine Schweißnase
51 angelötet werden, die wiederum an dem Widerstandsdraht
23 angelötet ist· Die Zuführungsleitungen sind allgemein mit einem größeren Durchmesser von ungefähr 0,15 bis 0,5 mm (0,006
bis 0,02 inch) versehen.
Die Schweißnasen 51 sind aus elektrisch leitenden Materialien ausgewählt, die gut geeignet sind zum Löten oder Schweißen«
Materialien mit einem niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, wie z,B· Nickel-Eisen-Legierung, die unter dem Handelsnamen KOVAH verkauft wird, sind vorzuziehen,.
Neben den einzelnen Komponenten des Temperaturaensors 21, die
die oben genannten Eigenschaften aufweisen,, sollte der Temperatursensor
selbst gewis-ae spezifische Designanforderungen genügen. Die Temperaturabfühleinheit 21 sollte #.n der Lage sein,
einen Umgebungstemperaturbereich von -60° bis +700C (-750F bis
10 9 8 2 1/0682
160 F) längere Zeit auszuhälten, das ist der Umgebungstemperaturbereich
für hochfliegende Flugzeuge, Der Temperaturfühler sollte, wenn er mit einem elektrisch geheizten Fenster zusammengebaut
wird, in der Lage sein, den Laminierbedingungen zu widerstehen, die Drücke bis zu 18 kg/cm (225 psi) bei
Temperaturen von 21 bis 1770C (70 bis 3500F) umfassen. Eine
Behandlungszeit von 30 bis 120 Minuten sollte die elektrischen
und strukturellen oder Sichteigenschaften des Temp eratursensors
nicht verschlechtern.
Wie schon oben erwähnt, werden viele der Kunststoffzwischenschichtmaterialien
plastifiziert, um ihre schließliche Versprödung zu verhindern. Praktisch alle im Handel erhältlichen
Polyvenyl-Butyral-Scheibenzwischensehichtmaterialien sind plastifiziert. Z.B, enthält Polyvenyl-Butyral zur Verwendung
bei Flugzeuglaminaten 21 Gewichtsteile von Monomethoxydiethylen-Glykoladipat
pro 100 Gewichtsteile Polyvenyl-Butyral, Da die Umhüllung erfindungsgemäß aus einem anderen Material besteht, ·
als das Zwischenschichtmaterial, besteht die Möglichkeit, daß der Plastifizierer in dem Zwischenschichtmaterial mit dem Umhüllungsmaterial
des Temperatursensors reagiert. Dieser Fall tritt ein, wenn das Umhüllungsmaterial vorzugsweise Polykarbonat
und das Zwischenschichtmaterial das weithin verwendete,
plastifizierte Polyvenyl-Butyral ist. Es wird' angenommen, daß
der Plastifizierer von dem Polyvenyl-Butyral zur Oberfläche des Kunststoffgehäuses wandert, mit dem Polykarbonat reagiert
und bewirkt, daß dieses verschleiert. Dieses YerSchleiern,
obwohl es nicht die Wirkungsweise des Temperatursensors beeinträchtigt,
gibt dem Sensor ein unschönes, ablenkendes Aussehen in dem fertigem laminierten Fenster,
öse: Verschleiern des Plastikgeliäuses kann vermieden werden,
3-ü*821/Ö6«2
wenn eine Schutzschicht über der äußeren Oberfläche dos Gehäuses
angeordnet wird» In dem fertigen laminierten Fenster
wird die Schutzschicht zwischen dem Gehäuse des Temperatursensors und der Zwischenschicht angeordnet, in der der Temperatursensor
eingebettet ist.
Die Schutzschicht sollte gut sowohl zur plastifizierten Zwischenschicht als auch zum Umhüllungsmaterial haften. Die
Schutzschicht sollte transparent sein, ungefähr den gleichen Brechungsindez haben,, wie sowohl das Zwischenschichtmaterial
als auch das Gehäuse, Dies verkleinert die optische Verzerrung in dem fertigen laminierten Fenster, Ebenso sollte die Schutzschicht
nicht ernsthaft die Temperaturabfühleigenschaften
des Temperatursensors beeinträchtigen.
Ein Beispiel für eine geeignete Schutzschicht für ein Temperatursensorgehäuse
aus Polykarbonat und einer Zwischenschicht aus plastifiziertem Polyvenyl-Butyral ist Acryl, Im allgemeinen
bestehen Acryle prinzipiell aus einem oder aus mehreren polymerisiert
en niedrigeren Alkyl-Estern der Methacryl -Säure, wie
z,B, Methyl-Methacrylat, A'thyl-Methacrylat, Isopropyl-Hethacrylat
und Isobutyl-Methacrylat. Es können auch Copolymere von
der Methacrylsäure
niederen Alkyl-Esterry oder Mischungen dieser Ester in überwiegender
Menge mit geringeren Mengen von einer, anderen. t>olymerisierbaren,
ungesättigten Zusammensetzung,7die miteinander mischbar und verträglich sind, wie z,B. ein Ester der Acryl-Säurej
Beispiele dafür Bind Äthyl-Acrylat und Butyl-Acrylat. Acryle
sind im Handel erhältlich unter dem Handelsnamen KOEAD als Film oder Folie mit einer Dicke von 0,07 bis 0,3 mm (0,003 bis
0,012 inch). Gie rjind zur Ausführung der Erfindung besonders
ßoedgnct,
3 0 9821/06 6 2
Die Schutzschient kann zwischen dem Gehäuse des Temperatursensors
und dem umgebenden Polyvenyl-Butyral auf einer Anzahl
von Wegen angeordnet werden. Wenn es in einer flüssigen Form
erhältlich ist, kann es auf das Gehäuse des Temperatursensorse
aufgebürstet, aufgeschichtet oder aufgesprüht werden. Wenn es auf diese Art aufgebracht wird, muß beachtet werden, daß die
Beschichtung gleichmäßig ist, um jede optische Verzerrung zu vermeiden· Wenn das Schutzmaterial als PiIm oder in Schichtfarm
erhältlich ist, kann es direkt auf das Gehäuse des Temperatursensors auflaminiert werden. In Pig. 5 ist ζ,B, gezeigt,
daß zwei Schichten 60 und 61 aus Acryl . auf der außen
liegenden äußeren Oberfläche des Temperaturabfühlelementes angeordnet
sind* die Zusammenstellung wird dann einem geeigneten hohen Druck und einem Temperaturzyklus für eine Lamination
ausgesetzt. Wenn z,B· das Temperaturabfühlgehäuse aus Polykarbonat
besteht, und die Schutzschicht aus einem Acrylumhüllungsmaterial,
wie es z.B. unter dem Handelsnamen KOBAD erhältlich ist, ist ein Autoclavzyklus unter Verwendung von Temperaturen
von ungefähr 121 bis 1990O (250 bis 39O0P) und Drücken von ungefähr
1,7 bis 17,6 kg/cm2 (25 - 250 psi) für ungefähr 5 bis 60
Minuten geeignet, um die fertiggeschützte Temperaturabfühleinheit
zu bilden« Ein anderer Weg zur Anordnung der Schutzschicht zwischen dem Temperatursensor und dem umgebenden Zwischenschichtmaterial
besteht darin, ein Teil des Zwischenschichtmaterials herauszuschneiden, wobei dieser Teil der Größe des Temperatursensors
entspricht. Der Widerstandsdraht, der innerhalb eines Gehäuses eingekapselt und zwischen zwei Schutzschichten 6o
und 61 sandwichartig angeordnet ist, wird dann in diese Öffnung eingeführt. Die verbleibenden Schichten der Zwischenschichten
und die festen äußeren Schichten 3 und 5 werden dann zusammengestellt
und für eine Lammte rung vorbereitet. Wenn die Komponenten dos Fenster- während den Hochtemperatur- und Ilochdruckautoclavens
«us amme η Lamm Le rt worden, vereinigen sich der 'Cem-
10 9 8 2 1/0682
peraturftihler und die Schutzschicht mit der Polyvenyl-Butyral-Zwischenschicht,
um so einen integralen Teil des fertigen laminierten Fensters zu "bilden.
Wenn das Schutzmaterial eine höhere Ablenktemperatur aufweist,
als das Zwischenschichtmaterial, kann es selbst als das Umhüllungsmaterial verwendet werden. Wenn z.B. das Zwischenschichtmaterial
plastifiziertes Polyvenyl-Butyral ist, sollte vorzugsweise die Temperatursenaorkonatnaktion einen Polykarbonat-Kernbereich
und ein Acryl-Gehäuse umfassen.
In Abhängigkeit von der Auswahl des Zwischenschichtmaterials und dem Gehäuse des Temperatursensors kann es notwendig sein,
einen Klebstoff zwischen der Zwischenschicht und dem Gehäuse vorzusehen, um eine Delaiaination zu verhindern. Es sollte
natürlich Vorsorge getroffen werden, daß der Klebstoff die Zwischenschicht oder das Gehäuse nicht angreift, um dabei eine
Verschleierung oder eine optische Verzerrung zu verursachen. Wenn z.B. das Zwischenschichtmaterial plastifiziertes Polyvenyl-Butyral
und das Gehäuse oder die Schufeschicht für das Gehäuse eine Acryl-Umhüllung ist, ist ein Polyurethankleber
geeignet«Bevorzugte Polyurethane sind von der thermoplastischen
Art, wie sie in den US-PS 2 871 218 und 2 899 411'offenbart
sind und die unter dem Handelsnamen TUFTAWE verkauft werden.
Die thermoplastischen Polyurethane sind als Film oder Folie erhältlich und haben eine Dicke von 0,025 bis 5 mm (0,001
bis 0,20 inch).
Per Kleber kann zwischen der Zwischenschicht und dem Gehäuse
auf verschiedene Art und V/eise eingeführt werden. Wenn der Kleber nln Plüsuiglceit erhältlich ist, kann er auf das (Ifihäuije
den Temporatur.c:eni5or:i aufgiobllrutefc, uut'cnschichbet oder nufgo-
309821/0862
sprüht werden. Wenn der Klebei* als Schicht oder Film erhältlich
ist, kann er direkt auf das geschützte Gehäuse des Temperatursensors auflaminiert werden, Ζ·Β# sind, wie in Pig. 6
gezeigt, zwei Schichten 70 und 71 eines geeigneten Klebers, wie ζ·Β· Polyurethanfilm, auf die außen liegende äußere Oberflache
eines Aeryl-umhüllten Temperatursensors aufgebracht„ Der Acryl·"
umhüllte Temperatursensor und die Polyzrethanschutzschichten werden dann einem geeigneten Hochtemperaturdruekzyklus ausgesetzt,
um das Acryl-Gehäuse zu dem Polykarbonatgehäuse zu laminieren·
Z0 B, sind Temperaturen von ungefähr 121 - 1990C (250 39O0F)
und Drücke von· ungefähr 1,76 Ms 7,03 kg/cm2 (25 bis 100 psi) für ungefähr 5 "bis 60 Minuten geeignet, um das Polyurethan
mit dem Acryl zu laminieren.· Eine andere Möglichkeit,
eine Schutzfolie zwischen dem Polykarbonatgehäuse und der Polyurethanschutzschicht
einzuführen, besteht darin, einen Teil des Zwischenschichtmaterials herauszuschneiden, das der Größe des
Temperatursensors entspricht» Eine Zusammensetzung,-wie sie in
Fig· 6 gezeigt ist, und die allgemein aus einem Temperatursensor mit einem Polykarbonatgehäuse, zwei Acrylschutzfolien
60 und 61 und zwei Polyurethanklebeschichten 70 und 71 besteht, wird in die Öffnung eingeführt« Die verbleibenden laminate
der Zwischenschicht and die festen Außenscheiben 3 und 5 v/erden dann zusammengesetzt und für die Laminierung vorbereitet« Wenn
die Komponenten des Fensters während eines Hochtemeperatur- und Hochdruckautoclavschrittes zusammenlaminiert werden, verbindet
sich der geschützte Temperatursensor mit der Polyvenyl-Butyral-Zwischenschicht,
um so ein integrales Teil"des sich ergebenden laminierten Fensters zu werden.
309321/OG62
Claims (1)
1.5, Form tor nach Anspruch 0, dadurch gekennzeichnet, daß dan
(rcliiiuijo nateri al /U;ryl i.nt, und daß ein Polyurethanklobor
dr>r 3\/LnoheriHohichb und dein üehiiusjo eingeführt;
4» Trimr.juu'ontoii,im.iiriLerhou Feuivter, dao elektrisch. geheizt
weivl(ju bum, <«;okennzoi.onnet durch
a) (!ino Vielzahl von brannparenben, festen
iichoLben, von denen rnindoötenf} eine ei no
öl oktrirsohe Heizvorrichtung angrenzend lsu
dor Γ> ο hoi be aufweist,
■ b) cine Kuns tr: boi'f zv/LiicliiinBchLoJit, die kv/.tischen
Z"/oi dtii* üiiiittxi Scheiben angeordnel; hit und
dLo oleic br Lßche He Ize LrirLehtung berUiiut,
ο) c lh 'L1 ompera burab t'iihLoLernen t, dae in der
Zwi.üohonochLchfc im Abstand ' zu der elckbriöoheti
fiel .^einrichtung eingebe b beb ict,
\foboi dan lUcment aus einera Uiderctandufaden
besteht, der innerhalb eines transparenben Gehäusematerials oingolcapselt ist,
da;j eine höhere Ablenkteraporatur auf we lot,
ala dan Zwiiicheneehichtmaterial.
5» Kons banttenperaturfenat.erßystem, gekennzeichnet durch ein
elektrisch gehoiztea transparentes Fenster, das folgendes umfaßt:
1· ein transparentes Teil;
2, ein elektrischem Heizelement, das von dem Teil
gestutst wird und in1 Wirkverbindung mit οinor
elektrischen VerHorgun^iiquelle steht;
5. ein TeuporaturabfUhlolement, das in dem tranüparenten
ToLl Lm Abstand zu dem elektrischen Heiz-
309821/0662
BAD ORIGINAL
element angeordnet ist, wobei das Temperatur« abfühlelement auö einem Widerstandsftvden
"besteht, der innerhalb eines transparenten Gehäusematerials eingekapselt ist, das eine
höhere Hitzeablenktemperatur aufweist, als das transparente Teil, und wobei der Temperaturabfühler
in Wirkverbindung steht mit der gleichen elektrischen Versorgungsquelle,
wie das elektrische Heizelement, wobei das Temperaturabfühlelement auf Veränderungen
der Temperatur in dem Fenster reagiert und die Quelle von elektrischer Energie so verändert
, daß die Temperatur des !Fensters in einem vorbestimmten Bereich gehalten wird,
16* Konstanttemperaturfenstersystem nach Anspruch 15, dadurch
gekennzeichnet, daß das transparente Teil aus einer Vielzahl von Schichten aus transparentem Material beisteht*
17* Konstanttemperaturfenstersystem nach Anspruch 16, dadurch
gekennzeichnet, daß das, transparente T.eil aus einor Vielzahl
von transparenten festen Scheiben besteht, die mit einer Kunststoffzwischenschicht zusammenlaminiert sind,
und daß das Temperaturabfühlelement in der Zwischenschicht
'eingebettet ist,
18. Konstanttemperaturfenstersystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Heizeinrichtung feine
Widerstandsdrahte sind, die in der Zwischenschicht eingebettet sind.
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19* Konstanttemperaturfenstersystem nach Anspruch 17, dadurch
gekennzeichnet, daß die elektrische Heizeinrichtung eine
elektrisch leitende Beschichtung auf mindestens einer der festen Scheiben ist.
2O„ Konstanttemperaturfenstersystem nach Anspruch 17, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kunststoffzwischenschicht Polyvenyl-Butyral
ist*
21c Konstanttemperaturfenstersystem nach Anspruch 20, dadurch
gekennzeichnet, daß das Polyvenyl-Butyral plastifiziert
22, Konstanttemperaturf enstercycteia nach Anspruch 2*0, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gehäusematerial Polykarbonat oder
Acryl ist«
23, Konstanttemperatur!" ensterny 1Stem nach Anspruch 21, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gehäusematerial Polykarbonat ist
und daß eine Schutzschicht zwischen dem Gehäuse und der Zwischenschicht angeordnet ist«.
24» Konstantteinperaturfensterfsystem nach Anspruch 23» dadurch
gekennzeichnet, daß die Schutzbeschichtung Acryl ist,
25. Konstanttemperaturfenstersysteni nach Anspruch 24, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Klebstoff zwischen dem Acryl und der Zwischenschicht angeordnet ist.
26- KonstanttcmperRturfenstersystem nach Anspruch 25, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kleber Polyurethan ist.
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27φ Konstanttemperaturfenstersystem nach. Anspruch 22, dadurch
gekennzeichnet, daß das G-ehäusematerial Acryl ist und
daß ein Polyurethankleber zwischen dem Gehäuse und der Zwischenschicht eingeführt ist«
28,- Konstanttemperaturfenstersystem, gekennzeichnet durch
a) ein transparentes, laminiertes, elektrisch leitendes Fenster, das folgendes umfaßts
1, eine Vielzahl von festen transparenten
Scheiben, von denen mindestens eine eine elektrische Heizeinrichtung angrenzend zu der Scheibe aufweist, die in Wirkverbindung
mit einer elektrischen Energiequelle steht;
2p eine Kunststoffzwischenschichts die zwischen
zwei der Scheiben angeordnet ist und die elektrische Heizeinrichtung berührt; und
durch · ·
b) ein Temperaturabftihlelement, das in der Zwischenschicht
im Abstand zu der elektrischen Heizeinrichtung angeordnet ist, wobei das Temperaturabfühlelement
folgendes umfaßt:
1. einen Widerstandsfaden, der innerhalb eines G-ehäuseinaterials eingekapselt ist, das eine
höhere Hitzeablenktemperatur aufweist, als das Zwisehenschichtmaterial, wobei der Temperaturabfühler
in Wirkverbindung mit der gleichen elektrischen Energiequelle verbunden ist, wie die elektrische Heizeinrichtung, wobei
das Temperaturabfühlelement auf Ve'rän-derungen
der Temperatur des Fensters reagiert und die elektrische Energiequelle verändert,
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um 80 die Temperatur des Fensters in einem
vorbestimmten Bereich zu halten.
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