DE3513157A1 - Verfahren zur regelung der temperatur von elektrisch beheizbaren sichtscheiben - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Temperatur von elektrisch beheizbaren Sichtscheiben mit Hilfe eines von einem im Heizfeld angeordneten Temperaturfühler angesteuerten, den Heizstrom beeinflussenden Regelverstärkers. Sie umfaßt ferner für die Durchführung des Verfahrens geeignete Regelverstärkerschaltungen sowie eine hierfür geeignete elektrisch beheizbare Sichtscheibe.

Es ist bekannt, bei elektrisch beheizbaren Sichtscheiben eine Temperaturregelung vorzusehen. Eine solche Temperaturregelung empfiehlt sich insbesondere bei elektrisch beheizbaren Verbundglasscheiben, bei denen der Heizwiderstand in einer Kunststoffschicht eingebettet ist, da die Kunststoffschicht in der Regel empfindlich gegen eine Überhitzung ist. Wenn der Heizwiderstand nicht aus einer transparenten Flächenwiderstandsschicht besteht, sondern aus einem in die Kunststoffschicht eingebetteten Widerstandsdraht, ist eine Begrenzung und damit Regelung der Temperatur auch aus dem Grund zweckmäßig, um den innerhalb der Kunststoffschicht entstehenden Temperaturgradienten zwisehen den Kunststoffbereichen in unmittelbarer Umgebung der Heizdrähte und den von den Heizdrähten entfernteren Bereichen zu begrenzen; denn diese Temperaturgradienten führen bei den in solchen Sichtscheiben verwendeten Kunststoffen infolge der damit verbundenen Dichteunterschiede zu optisch störenden Schlierenbildungen.

Es ist bekannt, elektrisch beheizte Sichtscheiben, insbesondere elektrisch beheizte Verbundglasscheiben, bei denen der Heizwiderstand innerhalb einer Kunststoffschicht angeordnet ist, mit einem Temperaturfühler zu versehen und den Heizstrom zu regeln (DE-OS 2.221.055, DE-PS'en 2.248.094, DE-AS 2.433.312. US-PS'en 2.644.065,2.806.118 und 2.932.710). In allen diesen Fällen läßt sich zwar die Solltemperatur vorwählen, doch bleibt sie, wenn sie einmal eingestellt ist, konstant. Da die elektrische Beheizung von Sichtscheiben immer dazu dient, einen Feuchtigkeitsniederschlag auf einer oder auf beiden Oberflächen der Sichtscheibe zu vermeiden oder zu beseitigen, wird die Solltemperatur bei den bekannten Regelverfahren immer so hoch eingestellt, daß dieser Zweck auch unter ungünstigen Bedingungen erreicht wird. Das bedeutet, daß in der Regel eine verhältnismäßig hohe Solltemperatur eingestellt wird, die lediglich unterhalb der Temperatur liegen muß, bei der Schädigungen des die Heizdrähte umgebenden Kunststoffs zu befürchten sind. Diese verhältnismäßig hohe Temperatur des Heizwiderstandes führt jedoch in besonders starkem Maße zu den genannten optischen Störungen und, beispielsweise bei elektrisch beheizbaren Helmvisieren, auch zu einer den Träger eines mit einem solchen Visier versehenen Schutzhelmes störenden Wärmeabstrahlung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Temperaturregelung von elektrisch beheizbaren Sichtscheiben sowie zu dessen Durchführung geeignete Einrichtungen zu schaffen, durch die die Solltemperatur auf einem möglichst niedrigen Wert gehalten wird, wobei die Funktion der Heizscheibe, nämlich das Freihalten der Sichtscheibe von Beschlag, voll erhalten bleibt.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Temperatur der beheizten Sichtscheibe einerseits und die Umgebungstemperatur andererseits fortlaufend gemessen werden, und daß mit Hilfe dieser beiden Meßwerte der Heizstrom so geregelt wird, daß die Sichtscheibe eine im wesentlichen konstante Temperaturdifferenz zur jeweiligen Umgebungstemperatur aufweist.
Es hat sich gezeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren in der Lage ist, bei den unterschiedlichsten Umgebungsbedingungen mit einer minimalen Heizleistung das beheizte Sichtfeld vollständig von Feuchtigkeitsbeschlag freizuhalten. Dabei genügt es bereits, wenn der

Heizstrom so geregelt wird, daß auf der Oberfläche der beheizten Sichtscheibe eine Temperatur aufrechterhalten wird, die lediglich 4 bis 8°C oberhalb der Umgebungstemperatur liegt.

Eine für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete elektrisch beheizbare Sichtscheibe zeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch aus, daß der elektrische Heizwiderstand in einem ausgewählten Bereich der Sichtscheibe angeordnet ist, und daß ein Temperaturfühler innerhalb dieses ausgewählten beheizten Bereichs, und ein zweiter Temperaturfühler innerhalb des nicht beheizten Bereichs der Sichtscheibe angeordnet ist.

Das erfindungsgemäße Regelungsverfahren eignet sich grundsätzlich für die Temperaturregelung aller Arten von elektrisch beheizten durchsichtigen Scheiben, und zwar sowohl von heizbaren Glasscheiben, die stationär eingesetzt sind als auch von solchen Heizscheiben, die in Fahrzeugen eingesetzt werden. Mit besonderem Vorteil läßt sich das Verfahren auch für elektrisch beheizbare Visiere anwenden, wie sie in Motorrad-Schutzhelmen Verwendung finden, und die wegen der Nähe zur ausgeatmeten Luft besonders leicht beschlagen.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sowie geeignete elektrische Schaltungen für die Heizstromregelung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden nachfolgend im einzelnen anhand der Zeichnungen näher beschrieben.

Von den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein für einen Motorradhelm geeignetes elektrisch beheizbares Visier mit den Merkmalen der Erfindung in einer Ansichtszeichnung, und

Fig. 2 das Schaltbild eines Schaltreglers für die erfindungsgemäße Temperaturregelung.

Das in der Fig. 1 in einer Gesamtansicht dargestellte Visier 1 besteht aus einer mehrschichtigen durchsichtigen Platte 2 aus einem Glas-Kunststoff- oder aus einem Kunststoff-Verbund und hat beispielsweise den Aufbau, wie er in der europäischen Patentschrift 0.007.857 beschrieben ist. Innerhalb einer der Kunststoffschichten der Platte 2 sind nach bekannten Verfahren elektrische Widerstandsdrähte 3 als Heizleiter angeordnet. Die Widerstandsdrähte 3 sind parallel zueinander geschaltet und münden in Sammelleiter 4,5,6, die an die Stromzuleitungskabel angeschlossen werden.

Das von den Widerstandsdrähten 3 bedeckte beheizte Feld erstreckt sich nicht über die gesamte Fläche der Platte 2, sondern ist auf den mittleren Bereich beschränkt, der für die Durchsicht durch die Platte 2 erforderlich ist.

Innerhalb des beheizten Bereichs ist ein Temperaturfühler 8 angeordnet, dessen Zuleitungsdrähte beispielsweise mit Stromanschlußflächen 9, 10 verbunden sind, mit denen die zu der später zu beschreibenden Regeleinrichtung führenden Leitungen verbunden werden. Als Temperaturfühler eignen sich beispielsweise temperaturabhängige Widerstände mit positivem oder negativem Temperaturkoeffizienten, wie sie als solche im Handel erhältlich sind. Dieser Temperaturfühler 8, der innerhalb des Schichtenverbundes der Platte 2 oder ggf. auf einer der Oberflächen der Platte 2 angeordnet ist, mißt also die Temperatur innerhalb der Platte 2 bzw. auf einer ihrer Oberflächen in dem beheizten Bereich.

In dem unbeheizten Bereich der Platte 2 ist an einer geeigneten Stelle, beispielsweise in der Nähe des Randes der Platte 2, ein zweiter Temperaturfühler 12 angeordnet, dessen Zuleitungen ebenfalls mit Stromanschlußflächen 7, 11 verbunden sind, an die die zu der Regeleinrichtung führenden Leitungen angeschlossen werden. Bei diesem Temperaturfühler 12, der ebenso wie der Temperaturfühler 8 innerhalb des Schichtenverbundes oder auf einer Oberfläche der Platte 2 angeordnet ist, handelt es sich um einen Temperaturfühler des gleichen Aufbaus wie bei dem Temperaturfühler 8. Der Temperaturfühler 12 mißt die Temperatur in dem unbeheizten Teil der Platte 2 und stellt damit ein Maß für die

ίο Umgebungstemperatur dar.

Der Aufbau eines für die Beheizung eines Helmvisiers geeigneten Schaltreglers wird anhand der Fig. 2 beschrieben. Bei diesem Schaltregler handelt es sich um einen Wechselspannungsregelverstärker mit anschlie-Bender Schaltstufe, da es sich gezeigt hat, daß ein Gleichspannungsregelverstärker sich beispielsweise für die Anwendung bei einem Motorradhelm-Visier nicht eignet, weil er gegen die von der Zündanlage des Motorrads ausgehenden Störeinflüsse empfindlich ist.

Der Regelkreis umfaßt eine Widerstands-Brückenschaltung, in deren einem Zweig der die Temperatur des beheizten Feldes messende Temperaturfühler 8 und in deren anderem Zweig der die Umgebungstemperatur messende Referenz-Temperaturfühler 12 angeordnet ist. In Reihe mit dem Referenz-Temperaturfühler 12 liegt ein Widerstand 13, der die gewünschte Temperaturdifferenz zwischen der von dem Temperaturfühler 8 festgestellten Temperatur in dem beheizten Feld und der von dem Temperaturfühler 12 festgestellten Umgebungstemperatur bestimmt. Die beiden Zweige der Brückenschaltung sind über die Koppelkondensatoren 14 bzw. 15 mit dem Komparator 16 verbunden.

Die Brückenschaltung wird von einem Frequenzgenerator 18 mit einer Wechselspannung oder einer getakteten Gleichspannung UG gespeist, deren Frequenz etwa 2 kHz beträgt und damit wesentlich höher ist als die auftretenden Störfrequenzen. Die Spannung UG wird über die Widerstände 19 bzw. 20 an die beiden Zweige der Brückenschaltung angelegt. Die Diagonalspannung der Brückenschaltung wird über die Kondensatoren 14 und 15 dem Komparator 16 zugeführt. Die in den beiden Brückenzweigen entstehenden Wechselspannungen UM und UR sind grundsätzlich phasengleich mit UG, jedoch ist die Spannung UM kleiner als die Spannung UR, solange der Widerstand des Meßfühlers 8 kleiner ist als der Gesamtwiderstand des Meßfühlers 12 und des Widerstandes 13. Der Komparator 16 vergleicht diese beiden Spannungen UM und UR miteinander. Der Ausgang des Komparators 16 liefert in-

folge Übersteuerung eine Rechteckspannung UA, die zu der Spannung UG phasengleich ist, wenn die Spannung UR größer ist als die Spannung UM, und die gegenphasig zu der Spannung UG ist, wenn die Spannung UR kleiner als die Spannung t/Mist.

Das Exclusiv-Oder-Gatter 22 wirkt als Phasendetektor. Sein Ausgang C zeigt statisch Null Volt, wenn die Eingänge A und B gleiche logische Pegel aufweisen, das heißt, wenn die Spannungen UA und UG gleichphasig sind. Wenn die Spannungen UA und UG an den Eingängen A und B ungleichphasig sind, liegt am Ausgang C die Spannung UB an.

Jedes Signal, das nicht die Frequenz der Generatorspannung UG besitzt, wird in eine Wechselspannung mit der Frequenz der Generatorspannung UG umgeformt und in dem aus dem Widerstand 23 und dem Kondensator 24 bestehenden Tiefpaß mit der Zeitkonstanten τ ausgefiltert. Der darauf folgende Schaltverstärker 25 mit vorgeschaltetem Schmitt-Trigger 26

schaltet das Relais 28, dessen Arbeitskontakt den Heizwiderstand 3 mit der Batteriespannung UBA T verbindet.

Anstelle einer solchen einfachen Ein-Aus-Regelung kann selbstverständlich auch eine Schaltung Verwendung finden, bei der von einem hohen Heizstrom auf einen niedrigen Heizstrom umgeschaltet wird. Ebenso ist es möglich, stetige Regler zu verwenden, die den Heizwiderstand mit einem zu dem von den Temperaturfühlern gelieferten stetigen Eingangssignalen analogen Heizstrom versorgen.

Falls es sich in bestimmten Fällen als zweckmäßig erweisen sollte, kann die Regelschaltung durch zusätzliche Schutzschaltungen ergänzt werden. So kann man z.B. einen zusätzlichen Überwachungskreis vorsehen, is der die Heizung vollständig ausschaltet, wenn die Umgebungstemperatur oder die Temperatur der beheizten Sichtscheibe einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Durch eine solche Schutzschaltungwerden die Folgen von Fehlern, Kurzschlüssen oder Unterbrechungen in der Schaltung und den Zuleitungen vermieden, die zu einem Ausfall der Temperaturregelung und damit zu einer schädlichen Überhitzung und ggf. Zerstörung der Heizscheibe führen können. Auch bei heizbaren, faltbaren Kabrio-Heckscheiben sind solche Uberhitzungssicherungen nützlich, da sie solche Heizscheiben vor einer unzulässigen Überhitzung schützen, wenn die Heizung bei zusammengefaltetem Verdeck irrtümlich nicht ausgeschaltet ist.

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Claims (7)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Regelung der Temperatur von elektrisch beheizbaren Sichtscheiben mit Hilfe eines von einem im Heizfeld angeordneten Temperaturfühler angesteuerten, den Heizstrom beeinflussenden Regelverstärkers, dadurch gekennzeich net, daß die Temperatur der beheizten Sichtscheibe einerseits und die Umgebungstemperatur andererseits fortlaufend gemessen werden, und daß mit Hilfe dieser beiden Meßwerte der Heizstrom so geregelt wird, daß die Sichtscheibe eine im wesentlichen konstante Temperaturdifferenz zur jeweiligen Umgebungstemperatur aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Heizstrom so geregelt wird, daß die Temperaturdifferenz zur Umgebungstemperatur etwa 4 bis 8° C beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 für die Regelung der Temperatur von Sichtscheiben in Kraftfahrzeugen oder in Motorrad-Schutzhelmen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterdrückung von eingekoppelten Störspannungen ein wechselspannungsgekoppelter Verstärker verwendet wird und die Speisung der Meßwiderstände mit Wechselspannung oder getakteter Gleichspannung erfolgt, deren Frequenz wesentlich höher als die Frequenz der auftretenden Störspannungen ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung eine zusätzliche Schutzschaltung umfaßt, durch die der Heizstrom vollständig abgeschaltet wird, wenn die Temperatur der beheizten Sichtscheibe oder die Umgebungstemperatur einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.

5. Regeleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung eine von den beiden Temperaturfühlern (8,12) angesteuerte Komparatorschaltung (16) und einen Phasendetektor (22) umfaßt, der die Phasenlage des Meßsignals zum Referenzsignal des Generators als Schaltkriterium benutzt.

6. Regeleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie hinter der Komparatorschaltung (16) und dem Phasendetektor (22) einen eingekoppelte Störspannungen unwirksam machenden Tiefpaß (23,24) aufweist.

7. Elektrisch beheizbare Sichtscheibe, in der oder auf deren Oberfläche ein die Regeleinrichtung ansteuernder Temperaturfühler angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Heizwiderstand (3) in einem ausgewählten Bereich der Sichtscheibe (1) angeordnet ist, daß ein Temperaturfühler (8) innerhalb dieses ausgewählten beheizten Bereiches, und ein weiterer Temperaturfühler (12) innerhalb des nicht beheizten Bereiches der Sichtscheibe (1) angeordnet ist.