DE60205482T2 - Heizbares glaselement - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine beheizbare Scheibe, bestehend aus mindestens einer starren Scheibe, zwei im wesentlichen parallel in der Nähe einer Kante der Heizscheibe mit unterschiedlichen Abständen zu der Kante angeordneten Stromsammelschienen unterschiedlicher Polarität und mit diesen elektrisch verbundenen linienförmigen Heizwiderständen.
  • Diese Merkmale sind bekannt aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 296 06 071 U1 , welches eine elektrisch beheizbare Verbundglasscheibe betrifft, bei der im Bereich der Scheibenwischerruhestellung in die thermoplastische Zwischenschicht eingebettete elektrisch parallel geschaltete Heizwiderstände vorgesehen sind. Ebenfalls in die thermoplastische Zwischenschicht eingebettet sind mit Stromzuführungsleitungen verbundene als Sammelschienen wirkende Metallfolienbänder, die mit den Heizwiderständen elektrisch verbunden sind. Die Sammelschienen sind eng benachbart zueinander angeordnet und die Heizwiderstände verlaufen schleifenförmig zwischen den Sammelschienen. In einem Ausführungsbeispiel sind die Heizwiderstände in Form von ineinandergeschachtelten horizontal ausgerichteten U-förmigen Schleifen angeordnet und mit zwei streifenförmigen Stromsammeschienen verlötet. Die Stromsammelschienen liegen eng benachbart und parallel zueinander im Bereich einer Seitenkante der Windschutzscheibe. Die von der Scheibenkante abgewandte Stromsammelschiene ist nur etwa halb so lang wie die unmittelbar der Seitenkante benachbarte Stromsammelschiene, wobei diese Stromsammelschiene mit den oberen Hälften der Drahtschleifen, und die andere Stromsammelschiene mit den unteren Drahtschleifenhälften verbunden ist.
  • Aus der EP 0 479 154 A1 ist eine mit einer Flächenheizung versehene elektrisch beheizbare Windschutzscheibe mit zwei an gegenüberliegenden oberen und unteren Scheibenkanten angeordneten Stromsammelschienen bekannt. Die untere Stromsammelschiene ist mittig mit einer senkrecht zur Scheibenkante verlaufenden Stromzuführung versehen, also T-förmig ausgebildet. Die obere Stromsammelschiene ist mit zwei Zuführungen, welche entlang der beiden Seitenkanten verlaufen, verbunden. Die beiden Zuführungen erstrecken sich weiter entlang der unteren Scheibenkante unterhalb der unteren Stromsammelschiene. Die erste Zuführung überquert elektrisch isoliert den senkrechten Schenkel des T und ist mit der anderen Zuführung elektrisch verbunden. Die andere Zuführung ist ebenfalls zur Unterkante der Scheibe geführt. Aufgrund dieser Anordnung sind nur zwei Stromanschlussleitungen in der Mitte der Scheibenunterkante erforderlich.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine andere Heizscheibe mit in der Nähe einer Scheibenkante angeordneten Stromsammelschienen bereitzustellen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass sich die Stromsammelschienen seitlich zu den Heizwiderständen ausbreiten, und die Heizwiderstände ausgehend von einer Stromsammelschiene über die andere Stromsammelschiene, gegenüber dieser elektrisch isoliert in Richtung der Scheibenfläche und in mindestens einer Schleife zu der anderen Stromsammelschiene zurückgeführt und mit dieser elektrisch verbunden sind.
  • Die Merkmale der Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen dieses Gegenstands an.
  • Gemäß der Erfindung erstrecken sich die Heizwiderstände ausgehend von einer kantenfernen Stromsammelschiene in Richtung der zu beheizenden Fläche und sind in einer Schleife zu einer anderen kantennahen Stromsammelschiene zurückgeführt, wobei sie die kantenferne Stromsammelschiene überqueren. Kantennahe und kantenferne Stromsammelschiene sind im Bereich derselben Scheibenkante angeordnet. Zur Vermeidung eines Kurzschlusses wird der Heizwiderstand im Kreuzungsbereich elektrisch gegenüber der Stromsammelschiene isoliert. Die so angeordneten Heizwiderstände bilden ein Heizfeld, das sich über einen bestimmten Bereich der Heizscheibe erstreckt und von dem Stromsammelschienenpaar mit elektrischer Energie versorgt wird.
  • Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, dass nur ein einziges Heizfeld auf der Heizscheibe angeordnet ist. Es kann zum Beispiel zweckmäßig sein, mehrere Heizfelder vorzusehen, etwa um in bestimmten Bereichen unterschiedliche Heizleistungen zu verwirklichen. So ist es denkbar, in der Scheibenfläche zwei oder mehr Heizfelder nebeneinander anzuordnen. Die jeweiligen Stromsammelschienenpaare für beispielsweise zwei Heizfelder können sich an der gleichen Seitenkante befinden, wobei die Stromzuführungen für das eine obere Heizfeld von der Oberkante her erfolgt und für das andere untere Heizfeld von der Unterkante erfolgt. Wenn die Stromzuführungen nur von einer Scheibenkante her erfolgen soll, muss mehr als eine Stromsammelschiene isoliert überquert werden. In einer weiteren Variante kann für die beiden Heizfelder eine Stromsammelschiene als gemeinsamer Masseanschluss verwendet werden. Weiterhin ist es möglich, die Stromsammelschienenpaare für verschiedene Heizfelder an unterschiedlichen Seitenkanten anzuordnen. Die Heizfelder bedecken dann Bereiche der Heizscheibe, die mit Abstand voneinander angeordnet sind, aneinander stoßen oder gar ineinander verschachtelt sind.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der heizbaren Heizscheibe bilden die Heizwiderstände mehrere Schleifen, bevor sie zu der anderen Stromsammelschiene zurückgeführt werden. Die Heizwiderstände erstrecken sich also nicht nur von der kantenfernen Sammelschiene über die Breite des Heizfeldes und wieder zu der kantennahen Sammelschiene zurück, sondern werden in mindestens einer weiteren Schleife wieder über die Breite des Heizfeldes zu dem Sammelschienenpaar zurückgeführt. Die Anzahl der Leiterschleifen ist also immer ungerade.
  • Bei vorgegebenem Heizwiderstand, der von der Leiterlänge, dem Leiterquerschnitt und dem spezifischen Widerstand des verwendeten Materials abhängig ist, kann mit der Wahl der Schleifenanzahl die Heizleistung pro Flächeneinheit unabhängig von den geometrischen Abmessungen der zu beheizenden Fläche eingestellt werden. Die Verwendung einer höheren Schleifenanzahl hat den zusätzlichen Vorteil, dass die Anzahl der elektrischen Verbindungen, die im allgemeinen mittels Löten hergestellt werden, geringer ist als bei der Anordnung der Heizwiderstände in jeweils einer einzigen Schleife. Dadurch können Arbeitsschritte eingespart werden können.
  • Die erfindungsgemäßen Heizscheiben können als monolithische Scheiben ausgebildet sein, wobei die Heizwiderstände auf einer ihrer Hauptflächen angeordnet sind. Ein bekanntes Beispiel für diese Art Scheiben sind Automobil- und Fensterscheiben aus Einscheibensicherheitsglas, die mit Heizwiderständen aus einer leitfähigen Farbe versehen sind. Üblicherweise wird zu diesem Zweck eine keramische Paste mit hohem Leitsilberanteil in der gewünschten Form der Heizleiter und der Sammelschienen unter Verwendung des Siebdruckverfahrens auf eine Oberfläche der Scheibe aufgedruckt und anschließend eingebrannt. Die kantenferne Sammelschiene kann gegenüber dem sie überquerenden Heizleiter mittels einer dielektrischen Farbe isoliert werden. Dazu muss der Druckvorgang für die Heizwiderstände und die Sammelschienen in zwei Verfahrensschritte unterteilt werden. In einem ersten Schritt wird die kantenferne Stromsammelschiene mit den Heizwiderständen gedruckt, wobei der rückgeführte Ast der Heizleiterschleife kurz vor der kantenfernen Stromsammelschiene endet. Es folgt ein Zwischenschritt, in dem eine Isolationsschicht, beispielsweise eine dielektrische Einbrennfarbe, auf diese Stromsammelschiene aufgetragen wird. Anschließend wird die kantennahe Stromsammelschiene aufgedruckt, wobei gleichzeitig Verbindungsleiter zu den offenen Schleifenenden der Heizleiter mit aufgebracht werden. Die Verbindungsleiter überqueren isoliert die kantenferne Sammelschiene und schließen den elektrischen Stromkreis jeder einzelnen Heizwiderstands-Schleife.
  • Eine Folge von gedruckten leitenden und isolierenden Schichten ist aus der deutschen Patentschrift DE 39 11 178 C2 bekannt. In diesem Fall wird ein Antennenausgangsleiter als Pseudo-Koaxialleitung mit hoher Schirmung hergestellt.
  • Die Erfindung umfasst neben den monolithischen Heizscheiben auch Heizscheiben aus Verbundglas, die aus mindestens zwei adhäsiv mittels einer Zwischenschicht miteinander verbundenen starren Scheiben besteht. Die Heizwiderstände bestehen in diesem Fall bevorzugt aus Metalldrähten, die in die Zwischenschicht eingebettet sind. Es ist aber auch möglich, eine erfindungsgemäße heizbare Verbundscheibe unter Verwendung der beschriebenen monolithischen Heizscheibe als eine der Einzelscheiben herzustellen. Die Oberfläche mit den Heizwiderständen kann sowohl innerhalb des Verbundes angeordnet sein als auch nach außen weisen. Die Einzelscheiben können aus Glas oder Kunststoff bestehen. Die Verbund scheiben können aus zwei oder mehr Scheiben aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien zusammengesetzt sein. Üblicherweise wird als die einzelnen Scheiben miteinander verbindende Zwischenschicht eine thermoplastische Klebefolie, zum Beispiel aus Polyvinylbutyral, verwendet.
  • Die Stromsammelschienen in Verbundscheiben, die mittels in die Zwischenschicht eingebetteten Heizwiderständen beheizbar sind, bestehen üblicherweise aus flachen Metallfolienbändern aus verzinntem Kupfer. Es gibt auch Ausführungen, die zusätzlich mit einem Isolationsmantel aus Polyimid versehen sind. Mit einem solchen Metallfolienband als kantenferner Stromsammelschiene lässt sich eine erfindungsgemäße Verbundscheibe besonders einfach herstellen, indem die Isolierung nur an den Stellen entfernt wird, an denen die Heizwiderstände mit der Stromsammelschiene elektrisch verbunden werden soll. Die kantennahe Stromsammelschiene kann ohne Isolationsmantel eingesetzt oder, bei Verwendung eines isolierten Metallfolienbandes, ebenfalls an ihren Verbindungsstellen mit den Heizwiderständen abisoliert werden.
  • Um eine möglichst ungestörte Sicht durch die Verbundscheibe zu gewährleisten, müssen die Heizdrähte einen verhältnismäßig geringen Durchmesser von etwa 20 μm bis 100 μm aufweisen. Bewährt haben sich zu diesem Zweck Heizdrähte aus Wolfram. Aber auch Drähte aus Kupfer, die zu Vermeidung von metallischen Reflexionen mit einer matten, dunklen Farbschicht versehen sein können, sind zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Verbundscheibe geeignet. Es sind auch mehrschichtige Drähte bekannt, welche einen mechanisch widerstandsfähigen Kern besitzen, der von einem gut leitenden und/oder gut lötbaren Metall ummantelt ist. Die Auswahl des Drahtmaterials und/oder des Drahtdurchmessers richtet sich nach den mechanischen und elektrischen Anforderungen für das gewünschte Heizfeld.
  • Wenn die Drähte gerade und parallel in geringem Abstand zueinander verlaufen, kann es unter ungünstigen Bedingungen bei Lichteinfall zu Beugungserscheinungen kommen. Durch gewisse Unregelmäßigkeiten in der Ausrichtung der Heizdrähte, etwa eine gewellte Form der Heizdrähte, können solche Erscheinungen vermieden werden.
  • Wenn die Stromsammelschienen nur in der Nähe einer einzigen Seitenkante angeordnet sind, ist die Verbundscheibe besonders zur Verwendung als heizbare Verbundscheibe mit freistehenden Kanten, wie beispielsweise bei einer Automobilseitenscheibe, die geöffnet werden kann, geeignet. Die Stromsammelschienen können innerhalb des Türschachts angeordnet und durch die Karosserie oder Dichtungselemente verdeckt sein.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstands der Erfindung gehen ohne Absicht einer Einschränkung aus der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels und deren sich im folgenden anschließender eingehender Beschreibung hervor.
  • Es zeigen in vereinfachter, nicht maßstäblicher Darstellung.
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäße Verbundscheibe als Seitenscheibe eines Kraftfahrzeugs in der Aufsicht, und
  • 2 zeigt eine Schnittdarstellung der Seitenscheibe aus 1 entlang der Linie I-I.
  • Gemäß 1 ist eine Verbundscheibe 1 mit Heizdrähten 2 aus schwarz lackiertem Kupfer versehen, welche innerhalb der Verbundscheibe 1 angeordnet sind und deren Durchmesser etwa 85 μm beträgt. Die Heizdrähte 2 erstrecken sich schleifenförmig zwischen der in Einbaulage unteren Kante der Seitenscheibe 1 und deren oberer Kante. Zwecks Versorgung mit elektrischer Energie ist das eine Ende einer jeden Schleife mit einer Stromsammelschiene 3 und das andere Ende der Schleife mit einer Stromsammelschiene 4 verbunden. Auf dem Weg zu der Stromsammelschiene 4 müssen die Heizdrähte 2 die Stromsammelschiene 3 in den Bereichen 31 kreuzen. In diesen Bereichen 31 sind die Heizdrähte 2 gegenüber der Stromsammelschiene 3 elektrisch isoliert.
  • Die beiden Stromsammelschienen 3 und 4 sind wie die Heizdrähte 2 innerhalb der Verbundscheibe 1 angeordnet und mit den beiden Polen eines Bordspannungsnetzes verbunden. Zwischen den Stromsammelschienen liegt also üblicherweise eine elektrische Spannung von 12 Volt an. Der eingespeiste Strom richtet sich nach der erforderlichen Heizleistung pro Flächeneinheit, wobei der elektrische Widerstand der Heizdrähte 2 sowie deren gegenseitiger Abstand berücksichtigt werden müssen. Um die Heizleistung konstant über die Fläche der Verbundscheibe 1 zu verteilen, müssen die Drahtlängen der einzelnen Schleifen bei sonst gleichen Drahteigenschaften möglichst gleich lang sein. Bei der in 1 dargestellten Verbundscheibe wurde deshalb der Drahtabschnitt im Bereich der Abschrägung, also der geringeren Höhe, in einer Schleife mit fünf Richtungswechseln abgelegt, während die anderen Drahtabschnitte nur jeweils drei Mal die Richtung wechseln.
  • Die Stromsammelschienen 3 und 4 sind seitlich aus der Verbundscheibe 1 herausgeführt und werden auf bekannte Art und Weise mit dem Bordnetz verbunden. Bei der hier dargestellten Kfz-Seitenscheibe ist der Abschnitt an der unteren Scheibenkante, in dem sich die Stromsammelschienen befinden, innerhalb des Türschachts angeordnet und somit durch Karosserieteile verdeckt. Die sonst übliche Abdeckung der Stromsammelschienen mit Hilfe von opaken Farbschichten ist in diesem Fall nicht erforderlich.
  • 2 zeigt eine Schnittdarstellung der Seitenscheibe aus 1 entlang der Linie I-I. Die Verbundscheibe 1 besteht aus zwei etwa 2,1 mm dicken Einzelglasscheiben 11 und 12, welche auf bekannte Art und Weise unter Zwischenschaltung einer thermoplastischen Zwischenschicht 13 aus Polyvinylbutyral klebend miteinander verbunden sind. Vor dem Verbindeprozess werden die Heizdrähte 2 und die Stromsammelschienen 3 und 4 mit Hilfe eines ebenfalls bekannten Verfahrens in die Oberfläche der Zwischenschicht 13 eingebettet.
  • Die Stromsammelschiene 4 besteht aus einer verzinnten Kupferfolie und ist mit dem Heizdraht 2 elektrisch und mechanisch mittels Löten verbunden. Im Gegensatz dazu ist bei der Stromsammelschiene 3 eine verzinnte Kupferfolie 32 allseitig von einem Isolationsmantel 33 aus Polyimid umgeben, der Heizdraht 2 kann also die Stromsammelschiene 3 zwar berührend kreuzen, ohne diese jedoch elektrisch zu kontaktieren. An den Stellen, an denen der Heizdraht 2 mit der Stromsammelschiene 3 elektrisch verbunden wird, muss der Isolationsmantel vor dem Einbetten in die thermoplastische Zwischenschicht entfernt werden.

Claims (14)

  1. Heizscheibe bestehend aus mindestens einer starren Scheibe, mindestens zwei im wesentlichen parallel in der Nähe einer Kante der Heizscheibe mit unterschiedlichen Abständen zu der Kante angeordneten Stromsammelschienen unterschiedlicher Polarität und mit diesen elektrisch verbundenen linienförmigen Heizwiderständen, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Stromsammelschienen seitlich zu den Heizwiderständen ausbreiten, und die Heizwiderstände (2) ausgehend von der einen Stromsammelschiene (4) über die andere Stromsammelschiene (3) gegenüber dieser elektrisch isoliert in Richtung der Scheibenfläche und in mindestens einer Schleife zu der anderen Stromsammelschiene (3) zurückgeführt und mit dieser elektrisch verbunden sind.
  2. Heizscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizwiderstände (2) nach Bildung von mehr als einer Schleife zu der anderen Stromsammelschiene (3) zurückgeführt und mit dieser elektrisch verbunden sind.
  3. Heizscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die starre Scheibe eine Glasscheibe ist und die Heizwiderstände (2) aus einer eingebrannten leitfähigen Keramikfarbe bestehen.
  4. Heizscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Verbundscheibe (1) aus mindestens zwei adhäsiv mittels einer Zwischenschicht (13) miteinander verbundenen starren Scheiben (11, 12) ausgebildet ist.
  5. Heizscheibe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizwiderstände (2) in der Zwischenschicht (13) eingebettet sind und die Stromsammelschienen (3, 4) Metallfolienbänder sind.
  6. Heizscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Metallfolienband (3) mit einer Isolationshülle (33) umgeben ist, welche nur im Bereich der elektrischen Verbindung mit einem Heizwiderstand (2) unterbrochen ist.
  7. Heizscheibe nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizwiderstände (2) aus Wolframdraht bestehen.
  8. Heizscheibe nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizwiderstände (2) aus Kupferdraht, insbesondere schwarz lackiertem Kupferdraht bestehen.
  9. Heizscheibe nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizwiderstände (2) aus mehreren leitfähigen Materialien bestehen, insbesondere einem ersten mechanisch beanspruchbaren Metall und einem zweiten Metall höherer elektrischer Leitfähigkeit und guter Lötbarkeit.
  10. Heizscheibe nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizwiderstände (2) in gewellter Form in der Zwischenschicht (13) eingebettet sind.
  11. Heizscheibe nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizwiderstände (2) in gerader, also ungewellter Form in der Zwischenschicht (13) eingebettet sind.
  12. Heizscheibe nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Scheiben (11, 12) aus Glas besteht.
  13. Heizscheibe nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (13) ein thermoplastisches Polymer, insbesondere Polyvinylbutyral ist.
  14. Heizscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizscheibe (1) eine Automobilseitenscheibe ist, die geöffnet werden kann, und die Stromsammelschienen (3, 4) verdeckt angeordnet sind.
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