DE4301789A1 - Elektrisch beheizbare Glasscheibe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrisch beheizbare Glasscheibe mit einer transparenten Leitschicht und zwei parallel oder im wesentlichen parallel zueinander angeordneten streifenförmigen, jeweils mit einem Stromzuleitungskabel verbindbaren Elektroden.

Bei Heizscheiben dieser Art, die beispielsweise aus den DE 26 36 398 A1 und 36 44 297 A1 bekannt sind, besteht die transparente Leitschicht aus einer elektrisch leitenden Oxidschicht wie Zinnoxid oder Zinn-Indiumoxid oder aus einer metallischen Schicht, insbesondere aus Silber, die zwischen weiteren metallischen und/oder metalloxidischen Schutzschichten eingebettet ist. Die streifenförmigen Elektroden bestehen in der Regel aus einer eingebrannten emailartigen Leitsilberzusammensetzung. Häufig werden auf den Elektroden zusätzlich Metallfolienbänder angeordnet, die mit den Elektroden in elektrischem Kontakt stehen und die den elektrischen Widerstand der Elektroden herabsetzen, um einen Spannungsabfall innerhalb der Elektroden zu vermeiden. Eine derartige heizbare Glasscheibe ist zum Beispiel aus der DE-OS 39 37 346 A1 bekannt.

Bei elektrisch beheizbaren Glasscheiben besteht oft die Forderung, die transparente Leitschicht nicht auf der gesamten Fläche der Glasscheibe, sondern nur in einem ausgewählten Feld zu beheizen. In diesem Fall werden die Elektroden in zueinander paralleler Anordnung entlang zweier einander gegenüberliegender Seiten des zu beheizenden Feldes innerhalb der transparenten Leitschicht aufgebracht. Bei einer solchen Anordnung entstehen zwangsläufig hohe Stromdichten innerhalb der Leitschicht in den die Enden der Elektroden umgebenden Bereichen der Leitschicht. Das führt zu lokalen Überhitzungen der Leitschicht an diesen Stellen und zu einer Beeinträchtigung oder gar Zerstörung der Leitschicht.

Zur Vermeidung solcher physikalisch bedingter lokaler Überhitzungen der Leitschicht ist es bekannt, in der leitfähigen Schicht Unterbrechungen in Form von Schlitzen oder Spalten vorzusehen, durch die die Strompfade zwischen den Elektroden in der gewünschten Weise begrenzt werden (DE 36 44 297 A1). Die hierfür erforderlichen Unterbrechungen der Schicht bedingen aber einerseits einen zusätzlichen Arbeitsschritt und sind andererseits als solche sichtbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit einer Leitschicht versehene Glasscheibe in einem Teilbereich der Leitschicht durch Kontaktierung mit streifenförmigen, innerhalb der Leitschicht endenden Elektroden so auszugestalten, daß lokale schädliche Überhitzungen der Leitschicht an den Elektrodenenden vermieden werden, ohne daß in der Leitschicht Unterbrechungen angebracht werden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Elektroden in Richtung ihrer Längsausdehnung seitlich gegeneinander versetzt angeordnet sind, und daß die Einspeisung des Heizstroms in die eine Elektrode und seine Auskopplung aus der anderen Elektrode jeweils an dem über die Projektion der gegenüberliegenden Elektrode hinausragenden Ende erfolgt.

Bei der erfindungsgemäßen Heizscheibe wird also die Verbindung der Stromanschlußkabel mit den Elektroden jeweils an demjenigen Ende der streifenförmigen Elektroden vorgenommen, das weiter in die Leitschicht hineinragt als das diesem Ende gegenüberliegende Ende der anderen Elektrode. Diese "diagonale" Energieeinspeisung bei gleichzeitiger seitlicher Versetzung der Elektroden hat zur Folge, daß die äußersten Strompfade zwischen den beiden einander zugeordneten Endpunkten der gegenüberliegenden Elektroden proportional zu dem Ausmaß der seitlichen Versetzung verlängert werden. Dadurch erhöht sich der elektrische Widerstand zwischen den Endpunkten der Elektroden, und dementsprechend verringert sich der Stromfluß mit der Folge, daß die Überhitzung der Schicht im Bereich dieser Endpunkte verringert und gegebenenfalls vollständig vermieden wird.

Das Ausmaß der seitlichen gegenseitigen Versetzung der Elektroden, das heißt die Länge des über die Projektion der gegenüberliegenden Elektrode überstehenden und in die Leitschicht hineinragenden Abschnitts der Elektrode, kann dabei in Abhängigkeit von den geometrischen Abmessungen des Heizfeldes und der Größe der beschichteten Glasscheiben in verhältnismäßig weiten Grenzen geändert werden.

In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung bestehen die Elektroden aus streifenförmigen Leitschichten mit einem elektrischen Widerstand, der zu einem gezielten Spannungsabfall innerhalb der Elektroden führt, so daß an dem der Ankopplungsstelle des Stromzuführungskabels entgegengesetzten Ende der Elektrode jeweils ein deutlich niedrigeres elektrisches Potential vorhanden ist. Auf diese Weise wird in Verbindung mit der diagonalen Stromeinspeisung der angestrebte Effekt einer Verringerung des Stromflusses im Bereich der Endpunkte weiter verstärkt.

Gute Ergebnisse werden beispielsweise erzielt, wenn streifenförmige Elektroden aus einer Leitsilber- Einbrennfarbe mit einem Flächenwiderstand von 0,01 bis 0,2 Ohm aufgebracht werden. Derartige Elektroden haben normalerweise eine Dicke von 5 bis 30 Mikrometern und eine Breite von 1 bis 2 Zentimetern. Unter diesen Bedingungen weisen sie in ihrer Längsrichtung einen elektrischen Widerstand etwa im Bereich von 0,1 bis 10 Ohm/m auf. Der für die Erfindung bevorzugte Bereich des elektrischen Widerstandes der Elektroden liegt zwischen 0,5 und 5 Ohm/m. Das gilt zumindest für den Fall von Autoglasscheiben üblicher Abmessungen, die mit transparenten Leitschichten mit einem Flächenwiderstand von etwa 2 bis 10 Ohm pro Quadratfläche versehen sind. Im Einzelfall lassen sich die günstigsten Werte für den seitlichen Überstand und für den Widerstand der Elektroden für das jeweilige Scheibenformat und die geometrischen Abmessungen des jeweils gewünschten beheizten Feldes anhand von Versuchen leicht ermitteln.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Von den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine mit einer Leitschicht versehene Glasscheibe mit einem beheizten Teilbereich nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine mit einer Leitschicht versehene Glasscheibe mit einem beheizten Teilbereich gemäß der Erfindung und

Fig. 3 eine erfindungsgemäß ausgebildete beschichtete Glasscheibe mit unregelmäßiger Geometrie.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine rechteckige Glasscheibe 1, deren Längenabmessung L mit 100 cm und deren Breitenabmessung H mit 50 cm angenommen wird. Die Glasscheibe 1 ist auf ihrer gesamten Fläche mit einer transparenten elektrisch leitenden Dünnschicht versehen. Diese transparente Leitschicht hat einen Flächenwiderstand von 3 bis 4 Ohm pro Quadrateinheit. In die transparente Leitschicht wird der Heizstrom über die Elektrode 3 eingekoppelt und über die Elektrode 4 ausgekoppelt. Da nur der mittlere Teilbereich der Glasscheibe beheizt werden soll, erstrecken sich die Elektroden 3, 4, die parallel zu den Längskanten der Glasscheibe einander gegenüber angeordnet sind, in ihrer Längsausdehnung nur über den mittleren Bereich der Glasscheibe 1. Im dargestellten Fall haben die Elektroden 3, 4 eine Länge l von 50 cm. Die Verbindung der schematisch dargestellten Stromzuleitungskabel 5, 6 mit den Elektroden erfolgt in symmetrischer Weise in der Mitte der Elektroden 3, 4, indem geeignete Stromanschlußelemente 7, 8, die hier ebenfalls schematisch dargestellt sind, mit den Elektroden verlötet sind. Die Elektroden 3, 4 bestehen aus einer silberhaltigen emailartigen Einbrennfarbe oder aus einem kalthärtenden Leitlack.

Im dem eigentlichen Heizfeld zwischen den beiden Elektroden 3, 4 ist die Stromverteilung in der Leitschicht verhältnismäßig homogen, was zu einer verhältnismäßig gleichmäßigen Beheizung dieses Feldes führt. In den den Enden der Elektroden unmittelbar benachbarten Bereichen A, B, C und D der Leitschicht jedoch herrscht jeweils eine verhältnismäßig hohe Strompfaddichte aufgrund der Tatsache, daß der Strom nicht nur auf dem kürzesten Weg im Feld zwischen den Elektroden fließt, sondern daß ein Teil des Stromes auch durch die außerhalb der Elektroden sich seitlich anschließenden Bereiche der Leitschicht fließt, wie das durch die Strompfadlinien dargestellt ist. Unter der Annahme, daß die Elektroden 3, 4 eine hohe Leitfähigkeit aufweisen, das heißt ihr Flächenwiderstand praktisch Null Ohm beträgt, ergibt die theoretische Berechnung, daß die spezifische Flächenleistung in den Bereichen A, B, C und D aufgrund der dort herrschenden stark erhöhten Stromdichte etwa achtmal so hoch ist wie im übrigen homogenen Heizfeld. Diese stark überhöhte Flächenleistung hat eine entsprechend starke Temperaturerhöhung zur Folge.

In Fig. 2 ist eine teilbeheizte Glasscheibe 10 dargestellt, die gemäß der Erfindung ausgebildet ist. Sie ist wiederum auf ihrer gesamten Oberfläche mit einer durchgehenden transparenten Leitschicht versehen, soll jedoch nur in ihrem Mittelfeld elektrisch beheizt werden.

Die Abmessungen L und H der Glasscheibe 10 sind die gleichen wie bei der Glasscheibe 1. Die Elektroden 13 und 14 haben ebenfalls eine Länge 1 von jeweils 50 cm, doch sind sie seitlich zueinander versetzt angeordnet, wobei das Maß V dieser seitlichen Versetzung etwa 12 cm beträgt.

Die Elektroden 13 und 14 bestehen wiederum aus einer silberhaltigen Einbrennfarbe. In diesem Fall wird eine Einbrennfarbe verwendet, die bei einer Schichtdicke von 20 Mikrometern einen Flächenwiderstand von 0,05 Ohm ergibt. Bei einer Breite der Elektroden 13, 14 von 2 cm und einem Flächen- bzw. Schichtwiderstand von 0,05 Ohm pro Quadrateinheit weisen die Elektroden in ihrer Längsrichtung einen elektrischen Widerstand von 2,5 Ohm/m auf. Dieser Widerstand der Elektroden führt zu einem deutlichen Spannungsabfall über die Länge der Elektroden.

Außerdem erfolgt in diesem Fall die Verbindung der Elektroden 13, 14 mit dem jeweiligen Stromzuführungskabel 15, 16 jeweils an dem über die andere Elektrode seitlich überstehenden Ende, indem an dem überstehenden Ende der Elektrode 13 ein Stromanschlußelement 17, und an dem überstehenden Ende der Elektrode 14 ein Stromanschlußelement 18 aufgelötet ist.

Bei dieser Heizscheibe 10 ergibt sich in den Eckbereichen A′, B′, C′ und D′ eine Flächenleistung, die nur halb so hoch ist wie bei der anhand der Fig. 1 beschriebenen Heizscheibe. Daraus resultiert zwar auch eine Temperaturerhöhung der Leitschicht in diesen Bereichen, doch bleibt die Temperaturerhöhung weit unterhalb der Werte, bei denen eine dauerhafte Schädigung der Heizschicht eintritt.

Mit gutem Erfolg läßt sich die Erfindung auch für Glasscheiben mit einer ungewöhnlichen und ungünstigen Geometrie anwenden. Ein Beispiel hierfür ist in Fig. 3 dargestellt. In diesem Fall handelt es sich um eine besondere Form einer Kraftfahrzeug-Seitenscheibe. Die Glasscheibe 20 ist auf ihrer ganzen Fläche einheitlich mit einer transparenten Metallschicht versehen, die IR- reflektierende Eigenschaften und daher eine Sonnenschutzfunktion hat. Zusätzlich soll die Glasscheibe 20 in einem Teilbereich 21 elektrisch beheizt werden. In diesem Fall werden in dem zu beheizenden Teilbereich 21 entlang der unteren Kante der Glasscheibe eine streifenförmige Elektrode 23, und entlang der oberen Kante der Glasscheibe eine streifenförmige Elektrode 24 aufgebracht. Die untere Elektrode 23 ist um den Abschnitt S über die Projektion der Elektrode 24 hinaus verlängert, und die Elektrode 24 ist ihrerseits um den Abschnitt T über die Projektion der Elektrode 23 hinaus verlängert. Die Elektroden 23, 24 bestehen aus einer silberhaltigen elektrisch leitenden Einbrennfarbe, deren Silbergehalt, Schichtdicke und Breite so gewählt sind, daß ihr Widerstand in Längsrichtung etwa 2 Ohm/m beträgt. Die Stromzuleitungskabel 25 bzw. 26 sind jeweils am Ende des verlängerten Abschnitts mit der Elektrode 23 bzw. 24 verbunden. Infolge dieser Anordnung ergibt sich längs der Elektroden 23 und 24 jeweils ein dem elektrischen Widerstand entsprechendes Potentialgefälle. Im Ergebnis wird so selbst bei einer derartigen ungewöhnlichen Scheibenform ein verhältnismäßig homogen beheiztes Feld ohne Stellen mit überhöhter Stromdichte erreicht.

Claims (3)

1. Elektrisch beheizbare Glasscheibe, insbesondere Autoglasscheibe, mit einer transparenten Leitschicht und zwei parallel oder annähernd parallel zueinander angeordneten streifenförmigen, jeweils mit einem Stromzuleitungskabel verbindbaren Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (3, 4; 13, 14; 23, 24;) in Richtung ihrer Längsausdehnung seitlich gegeneinander versetzt angeordnet sind, und daß die Einspeisung des Heizstroms in die eine Elektrode und seine Auskopplung aus der anderen Elektrode jeweils am Ende des über die Projektion der gegenüberliegenden Elektrode hinausragenden Abschnitts erfolgt.

2. Elektrisch beheizbare Glasscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die streifenförmigen Elektroden (3, 4; 13, 14; 23, 24;) in ihrer Längsrichtung einen elektrischen Widerstand von 0,5 bis 5 Ohm/m aufweisen.

3. Elektrisch beheizbare Glasscheibe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die streifenförmigen Elektroden (3, 4; 13, 14; 23, 24) aus einer elektrisch leitenden Einbrennfarbe oder einem elektrisch leitenden kalthärtenden Leitlack bestehen.