DE2718679A1

DE2718679A1 - Heizbare sichtscheibe

Info

Publication number: DE2718679A1
Application number: DE19772718679
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: WINTER OPTIK; Uvex Winter Optik GmbH
Current assignee: WINTER OPTIK; Uvex Winter Optik GmbH
Priority date: 1977-04-27
Filing date: 1977-04-27
Publication date: 1978-11-02
Also published as: DE2718679C3; DE2718679B2

Description

PATTNTANV/*L^TE DIPL-ING. H. STEHMANN DIPL.-PHYS. DR. K. SCHWEINZER DIPL-ING. DR. M. RAU

D-8500 Nürnberg essenweinstrasse 4-6 telefon 09π/203727 telex οί/23135

Nürnberg, 26.o4.1977 18/48/Ka

UVEX WINTER OPTIK GMBH, Salzstraße 18-22,851o Fürth "Heizbare Sichtscheibe"

Die Erfindung betrifft eine heizbare Sichtscheibe, insbesondere für eine Skibrille, die mit einem Heizelement versehen ist, das unter Zwischenschaltung eines manuell betätigbaren Ein-Aus-Schalters an eine Stromquelle angeschlossen ist.

Eine derartige heizbare Sichtscheibe für eine Schutzbrille und zwar insbesondere eine Skibrille, ist aus der DT-OS 19 51 643 bekannt. Hierbei besteht die Stromquelle aus Batterien, die in einem am Halteband der Schutzbrille angebrachten Batteriekasten gehaltert sind. Als Heizelement ist entweder eine auf die Sichtscheibe aufgedampfte Beschichtung aus Metall oder Widerstandsdrähte vorgesehen.

Aus den DT-PSen 373 865 und 38o 263 sind Schutzbrillen mit beheizbaren Sichtscheiben bekannt, bei denen an der Innenseite aus Widerstandsdrähten bestehende Heizelemente angebracht sind, die von einer räumlich getrennten Stromquelle mit Strom beaufschlagt werden.

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Derartige heizbare Sichtscheiben bei Schutzbrillen haben sich in der Praxis nicht durchsetzen können, da der Stromverbrauch verhältnismäßig hoch ist und die zum Beheizen einsetzbaren Batterien sehr schnell erschöpft sind. Dies gilt insbesondere dann, wenn nach einem Beheizvorgang, wenn die Sichtscheibe wieder klar geworden ist, d. h. wenn der Feuchtigkeitsfilm wieder verdampft ist, der Benutzer vergißt, die Heizung abzuschalten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine heizbare Sichtscheibe der eingangs beschriebenen Art insbesondere für Skibrillen, so auszugestalten, daß der Stromverbrauch auf ein Minimum reduziert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Heizelement über einen Feuchtigkeitssensor in Abhängigkeit vom Feuchtigkeits-Beschlag-Zustand der Sichtscheibe an die Stromquelle angeschlossen wird.Hierdurch wird erreicht, daß die Sichtscheibe nur beheizt wird, wenn sie beschlagen ist. Wenn durch einen Heizvorgang der Feuchtigkeitsfilm auf der Sichtscheibe wieder verdampft ist, schaltet der Feuchtigkeitssensor automatisch die Stromversorgung ab. Vorteilhafterweise ist der Feuchtigkeitssensor durch zwei in geringem Abstand voneinander auf der aus elektrisch nicht-leitendem Material bestehenden Sichtscheibe angebrachte Elektroden gebildet. Wenn auf der Sichtscheibe ein Feuchtigkeitsfilm vorhanden ist, werden die beiden Elektroden leitend überbrückt, wodurch der Heizvorgang ausgelöst wird.

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Vorteilhafterweise ist der Feuchtigkeitssensor dem Heizelement räumlich zugeordnet, so daß auch der erwähnte, die Elektroden überbrückende Feuchtigkeitsfilm beim Beheizen der Sichtscheibe mitverdampft wird, wodurch die leitende Verbindung der Elektroden wieder unterbrochen wird, was ein Abschalten der Heizung zur Folge hat. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Feuchtigkeitssensor Teil eines Spannungsteilers, dessen Abgriff auf den Eingang eines Operationsverstärkers geschaltet ist, dessen Ausgang wiederum auf eine Leistungsstufe geschaltet ist. Da sich der Ohm'sche Widerstand des Feuchtigkeitssensors in Abhängigkeit von der Dicke des Feuchtigkeitsfilms ändert, ändert sich das vom Abgriff des Spannungsteilers auf den Eingang des Operationsverstärkers gegebene Signal in Abhängigkeit vom Beschlagzustand der Sichtscheibe.

Wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Operationsverstärker als potentialgesteuerte Kippstufe (Schmitt-Trigger) beschaltet ist, weist er an seinem Ausgang stets nur einen zweier Signalzustände auf, nämlich ein Signal oder kein Signal. Dadurch wird die Leistungsstufe, die vorzugsweise aus Transistoren in Darlington-Schaltung besteht, immer entweder geschlossen oder voll durchgesteuert betrieben, wodurch Leistungsverluste in den Transistoren auf ein Minimum gesenkt werden. Der genannte Operationsverstärker ist zweckmäßigerweise mit einer aktiven Gegenkopplung beschaltet, um eine große Ansprech-Hysterese der potentialgesteuerten Kippstufe zu erzielen; hierdurch wird bewirkt, daß die vom Feuchtigkeitssensor angesteuerte Schaltung den Betrieb des Heizelementes nicht sogleich wieder abschaltet, wenn die Feuchtigkeit über den Elektroden des Feuchtigkeitssensors abgebaut ist, sondern noch eine gewisse Zeit nachwirkt, um sicherzustellen, daß der gesamte beheizte Bereich feuchtigkeitsfrei ist. Wenn gemäß einer zusätzlichen zweckmäßigen Maßnahme zwischen dem Operationsverstärker und der Leitungsstufe ein Multivibrator, möglicherweise sogar mit vom Feuchtigkeitssensor beeinflußbarem Tastverhältnis, eingeschaltet ist, nach Ansprechen der potentialgesteuerten Kippstufe somit der

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Strom durch das Heizelement im Zerhackerbetrieb freigegeben wird, wird eine besonders günstige Nutzleistungsausbeute der mitgeführten Energiequelle (Batterie) erzielt. Zweckmäßigerweise besteht der zweite Widerstand des Spannungsteilers aus einem Trimmpotentiometer, mittels dessen die Empfindlichkeit des Spannungsteilers justiert werden kann. Es ist vorteilhaft, wenn das Heizelement in an sich bekannter Weise durch eine elektrisch leitende Beschichtung gebildet ist, die auf einei?Folie angebracht ist, die auf der Innenseite der Sichtscheibe befestigt ist. Eine optimale Anpassung der Beheizung an den Beschlagzustand der Sichtscheibe wird erreicht, wenn der Feuchtigkeitssensor sich im wesentlichen über die volle Breite des Heizelementes erstreckt.

Das bevorzugte Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Sichtscheibe liegt auf dem Gebiet der Skibrillen, da durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen erreicht wird, daß die Lebensdauer der aus Batterien bestehenden Stromquelle optimiert wird. Dies wiederum ermöglicht es erst, die Batterien selber an der Skibrille direkt anzubringen, so daß diese eine völlig selbständige Einheit bleibt. Andererseits sind die erfindungsgemäßen Maßnahmen naturgemäß auch bei anderen Sichtscheiben, beispielsweise für Autos, Flugzeuge oder dergleichen anwendbar .

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

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Fig. 1 eine Skibrille in perspektivischer Ansicht,

Fig. 2 die Sichtscheibe der Skibrille nach Fig. 1 in Draufsicht,

Fig. 3 einen Schnitt durch die Sichtscheibe gemäß der Schnittlinie III-III in Fig. 2 und

Fig. 4 ein Schaltbild der Sichtscheibenheizung.

Die in Fig. 1 dargestellte Skibrille weist in üblicher Weise einen Rahmen 1 auf, in dem eine Sichtscheibe 2 gehalten ist. Seitlich an dem Rahmen ist ein elastisches Band 3 befestigt, mittels dessen die Skibrille in üblicher Weise auf dem Kopf des Benutzers gehalten wird. An dem Band 3 sind Batteriekästen 4, 5 befestigt, die sich beim Tragen der Skibrille in seitlicher Lage am Kopf des Benutzers befinden. An einem Batteriekasten 4 ist ein Ein-Aus-Schalter 6 angebracht.

Die Sichtscheibe 2 besteht in üblicher Weise aus einem durchsichtigen Kunststoff. Auf die Innenseite 7, also die dem Gesicht des Benutzers zugewandte Seite der Sichtscheibe 2 ist eine Folien 8 aus durchsichtigem Kunststoff mittels einer dünnen Klebstoffschicht 9 geklebt, die auf ihrer der Klebstoffschicht 9 bzw. der Sichtscheibe 2 zugewandten Seite mit einer aufgedampften Beschichtung aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise Gold oder Aluminium, versehen ist. Derartige mit einer weit-

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gehend durchsichtigen Beschichtung 1o aus aufgedampftem Metall versehene Folien 8 sind handelsüblich. Die Beschichtung aus aufgedampftem Metall führt lediglich zu einer leichten Tönung der Folie 8 und damit der Sichtscheibe 2 durch Absorption des sichtbaren Lichtes im Bereich von 1o bis 5o %.

In den seitlichen Randbereichen der Folie 8 sind auf der Beschichtung 1o zwei Flächenkontakte 11, 12 angebracht. Oberhalb und unterhalb dieser Flächenkontakte 11, 12 ist die Beschichtung 1o mittels feiner, bis auf die Folie 8 durchgehender Rillen 13, 14 unterbrochen, so daß beim Anlegen einer elektrischen Spannung an die Flächenkontakte 11, 12 nur in dem durch die Rillen 13, begrenzten, als Heizelement 15 dienenden Bereich der Beschichtung 1o ein Strom fließen kann, der zu einer Erwärmung der Folie 8 führt.

Auf der dem Gesicht des Benutzers zugewandten Innenseite der Folie 8 sind auf dieser in dem als Heizelement 15 dienenden Bereich in geringem Abstand von weniger als 3 mm zwei sich über die Höhe des das Heizelement 15 bildenden Bereichs erstreckende Elektroden 17, 18 eines Feuchtigkeitssensors 19 angebracht, die aus handelsüblichem Silberstaub bzw. feine Silberplättchen enthaltenden* Leitlack bestehen. Wenn die Innenseite 16 der Folie 8 beim Tragen der Skibrille vor dem Gesicht des Benutzers beschlägt, d. h. wenn sich auf ihr ein Feuchtigkeitsfilm bildet, dann werden durch diesen Feuchtigkeitsfilm die beiden Elektroden 17, 18 elektrisch leitend miteinander

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verbunden, also kurzgeschlossen.

Die in Fig. 4 dargestellte Schaltung ist wie folgt aufgebaut: Der Feuchtigkeitssensor 19 bildet zusammen mit einem Trimmpotentiometer 2o einen Spannungsteiler 21, der in Fig. 4 mit einer strichpunktierten Linie umrandet ist. der Spannungsteiler 21 liegt einerseits an Masse 22 und andererseits an positivem Potential an, das über eine Leitung 23 von der Plus-Seite einiger in Reihe geschalteter Batterien 24 kommt. Diese Batterien 24 sind in den Batteriekästen 4, 5 angeordnet. Mit ihrer Minusseite liegen die Batterien 24 ebenfalls gegen Masse 22. Der Ein-Aus-Schalter 6 ist in die Leitung 23 geschaltet.

Der Abgriff 25 des Spannungsteilers 21 liegt auf dem Eingang 26 eines Operationsverstärkers 27 mit Schmitt-Trigger-Beschaltung und aktiver Gegenkopplung 28 zur Erzielung einer vergrößerten Schalthysterese. Dem Ausgang 29 des Operationsverstärkers 27 folgt der Eingang einer Leistungsstufe 3o, die aus zwei Transistoren 31 und 32 in Darlington-Schaltung besteht. Deren Eingang ist die Basis des Steuertransistors 3o, dessen Kollektor an positive Versorgungsspannung, also an die Leitung 23, geschaltet ist, während sein Emitter auf die Basis des nachfolgenden Leistungstransistors 32 geschaltet ist, dessen Kollektor ebenfalls an die Leitung 23 angeschlossen ist, während sein Emitter über das Heizelement 15 auf Masse 22 geschaltet ist.

Zweckmäßigerweise ist zwischen dem Operationsverstärker 27 und der Leistungsstufe 3o ein astabiler Multivibrator 33 vorgesehen, so daß das Ausgangssignal des Operationsver-

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stärkers 27 die Leistungsstufe 3o nicht kontinuierlich, sondern lediglich im Zerhackerbetrieb ansteuert, dessen Tastverhältnis (Puls-Pausen-Verhältnis) in als solcher bekannter Weise über die Dimensionierung der das Zeitverhalten bestimmenden Kondensatoren 35 vorgebbar ist. Um dieses Tastverhältnis nach Maßgabe des Beschlagzustandes auf den Feuchtigkeitssensor 19 noch variieren zu können, kann ein Steuereingang 34 des Multivibrators 33 dem Abgriff 25 des Spannungsteilers 21 nachgeschaltet sein.

Diese Schaltung arbeitet wie folgt: Nach Schließen des Ein-Aus-Schalters 6 liegt am Spannungsteiler 21 eine der Gesamtspannung der Batterien 24 entsprechende Spannung von beispielsweise 9, 12 oder 15 Volt an. Wenn die Innenseite 16 der Folie 8 völlig trocken ist, ist der elektrische Widerstand des durch die Elektroden 17, 18 des Feuchtigkeitssensors 19 gebildeten Ohm'sehen Widerstandes im Idealfall unendlich groß; d.h. am Abgriff 25 des Spannungsteilers 21 liegt praktisch die Gesamtspannung an, da kein Spannungsabfall von der Leitung 23 über den Spannungsteiler 21 nach Masse 22 erfolgt. Der als Schmitt-Trigger mit durch aktive Gegenkopplung 28 erhöhter Schalt-Hysterese beschaltete Operationsverstärker 27 gibt kein Signal ab, der nachgeschaltete Multivibrator 23 wird folglich nicht angesteuert und steuert seinerseits die Leistungsstufe nicht an, d.h. deren Steuer-Transistor 31 bleibt geschlossen, so daß auch kein Strom durch den Leistungs-Transistor 32 und das Heizelement 15 fließt. Wenn durch Beschlagen der Innenseite 16 der Folie 8 mit einem Feuchtigkeitsfilm

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eine leitende Verbindung zwischen den Elektroden 17, 18 eintritt, sinkt am Abgriff 25 des Spannungsteilers 21 das Potential, das am Eingang 26 des Operationsverstärkers 27 ansteht. Bei Unterschreiten der ümschalt-Schwelle des als Schmitt-Trigger arbeitenden Operationsverstärkers 27 schaltet er um auf Abgabe eines Ausgangssignales, um den nachgeschalteten Multivibrator 33 anzusteuern. Der gibt eine Impulsfolge ab, dessen Impuls-Impulspausen-Verhältnis (Tastverhältnis) durch seine zeitbestimmenden Kondensatoren 35 vorgegeben ist, die nach Maßgabe der von den Batterien 24 zur Verfügung stehenden Leistung und der Leistungsaufnahme des Heizelementes 15 für optimale Energieausnutzung fest einstellbar sind. Um dennoch bei starkem Beschlagen auf der Innenseite 16 der Folie 8 und damit auch auf dem Feuchtigkeitssensor 19 zum Trocknen der Sichtscheibe 2 erhöhte Heizleistung zur Verfügung zu stellen, ist zweckmäßigerweise ein Steuereingang 34 des Multivibrators 33 unmittelbar an den Abgriff 25 des Spannungsteilers 21 angeschlossen, um ein erhöhtes Tastverhältnis am Ausgang des Multivibrators 33 (also Verlängerung des Steuerimpulses und Verkürzung der Impulspause) hervorzurufen. Solche astabilen Multivibratoren 33 mit elektrisch beeinflußbarem Tastverhältnis sind ebenso wie Operationsverstärker 27 mit Beschaltung als potentialgesteuerte Kippstufen als solche bekannt und handelsüblich.

In Abhängigkeit vom Erscheinen und Anstehen eines Signales am Ausgang des Multivibrators 33 wird der Steuer-Transistor der Leistungsstufe 3o vorübergehend voll aufgesteuert, was für die entsprechende Zeitspanne zum vollen Durchsteuern

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des Leistungstransistors 32 führt. Durch diesen Unterbrecher-Betrieb der Leistungsstufe 3o wird also nicht nur eine insgesamt optimale Ansteuerung des Heizelementes 15 in bezug auf die Leistungsfähigkeit der Batterien 24 erreicht, sondern darüberhinaus sichergestellt, daß die Transistoren 31, 32 der Leistungsstufe 3o stets voll aufgesteuert oder vollständig gesperrt betrieben werden, also als Schalttransistoren mit geringster Verlustwärme-Entstehung .

Da die Elektroden 17, 18 in dem beheizten Bereich liegen, wird durch das Beheizen auch ein diese überbrückender Feuchtigkeitsfilm verdampft, so daß bei im Bereiche des Heizelementes 15 beschlagfreier Sichtscheibe 2 sich am Eingang 26 des Operationsverstärkers 27 wieder die Ausgangs-Potentialverhältnisse der vorstehenden Funktionsbeschreibung zur Schaltung nach Fig. 4 einstellen. Dennoch schaltet der als Schmitt-Trigger wirkende Operationsverstärker 27 zweckmäßigerweise noch nicht sofort ab, sondern erst eine gewisse Zeitspanne danach, die durch die erhöhte Schalt-Hysterese aufgrund der aktiven Gegenkopplung 28 bestimmt ist. Mit Verschwinden des Ausgangssignales am Ausgang 29 des Operationsverstärkers 27 wird auch der Multivibrator 33 nicht mehr angesteuert, d.h. die Leistungsstufe 3o erfährt keine periodische Ansteuerung mehr und der Stromkreis über das Heizelement 15 bleibt abgeschaltet.

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Die gesamte Beschaltung, wie sie in Fig. 4 dargestellt
ist, kann in als solcher üblicher Weise in integrierter Schaltungstechnik ausgeführt und auf einer Leiterplatte angebracht sein, die aufgrund ihrer kleinen Abmessungen ohne weiteres in dem auch den Ein-Aus-Schalter 6 tragenden Batteriekästen 4 mitAintergebracht werden kann.

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Claims

PATtNTAMWALTE
DIPL-ING. H. STEHMANN DIPL.-PHYS. DR. K. SCHWEINZER DIPL-ING. DR. M. RAU

D-8500 NORNBERG ESSEN WEINSTR ASSE 4-6 TELEf ON 09 11 / 20 37 27 TELEX 06 / 23 l^L / I O O 7 U

Nürnberg, 16.o4.1977 18/48 /Ka

UVEX WINTER OPTIK GMBH, Salzstraße 18-22,851o Fürth

Ansprüche

1. Heizbare Sichtscheibe, insbesondere für eine Skibrille, die mit einem Heizelement versehen ist, das unter Zwischenschaltung eines manuell betätigbaren Ein-Aus-Schalters an eine Stromquelle angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (15) über einen Feuchtigkeitssensor (19) in Abhängigkeit vom Feuchtigkeits-Beschlag-Zustand der Sichtscheibe (2) an die Stromquelle angeschlossen wird.

2. Sichtscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitssensor (19) durch zwei in geringem Abstand voneinander auf der aus elektrisch nichtleitendem Material bestehenden Sichtscheibe (2) angebrachten Elektroden (17, 18) gebildet ist.

3. Sichtscheibe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitssensor (19) dem Heizelement (15) räumlich zugeordnet ist.

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ORIGINAL INSPECTED

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4.) Sichtscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitssensor (19) Teil eines Spannungsteilers (21) ist, dessen Abgriff (25) auf dem Eingang (26) eines Operationsverstärkers

(27) geschaltet ist, dessen Ausgang (29) wiederum auf eine Leistungsstufe (3o) geschaltet ist.

5.) Sichtscheibe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsverstärker (27) mit Schmitt-Trigger-Beschaltung versehen ist.

6.) Sichtscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsverstärker (27) mit aktiver Gegenkopplung

(28) beschaltet ist.

7.) Sichtscheibe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Operationsverstärker (27) und der Leistungsstufe (3o) ein Multivibrator (33) eingeschaltet ist.

8.) Sichtscheibe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet_f daß der Multivibrator (33) einen Steuereingang (34) für Beeinflussung des Puls-Pausen-Verhältnisses seines Schaltverhaltens aufweist, der an den Abgriff (25) des Spannungsteilers (21) angeschlossen ist.

9.) Sichtscheibe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsstufe (3o) aus Transistoren (31, 32) in Kaskadenschaltung besteht.

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1o.) Sichtscheibe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (21) ein Trimmpotentiometer (2o) aufweist.

11.) Sichtscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (15) durch eine elektrisch leitende Beschichtung (1o) gebildet ist.

12.) Sichtscheibe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Beschichtung (1o) auf einer Folie (8) angebracht ist, die auf der Innenseite (7) der Sichtscheibe (2) befestigt ist.

13.) Sichtscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitssensor (19) sich im wesentlichen über die volle Breite des Heizelementes (15) erstreckt.

14.) Sichtscheibe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet _f daß die Elektroden (17, 18) des Feuchtigkeitssensors (19) aus Leitlack bestehen.

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