NO318747B1 - Framgangsmate og anordning for tilvirkning av et varmeelement av glass - Google Patents

Description

OppHnnelsen gjelder en framgangsmåte og en anordning for tilvirkning av et varmeelement av glass, som angitt i innledningen til patentkrav 1, samt et varmeelement tilvirket ved denne framgangsmåten, særlig et varmelement for forskjellige oppvarmingsformål, så som panelovner, oppvarming av vindusruter i boliger og kjøretøyer.

Bakgrunn

Det er kjent å tilvirke elektriske varmeelement som omfatter glassplater med et belegg eller toppsjikt av tinnoksid som danner motstandselement, idet strømtilkoblingen skjer ved hjelp av elektroder som er festet til tinnoksidsjiktet ved motstående plateender. Et slikt belegg dannes ved spray-pyrolyse av fluor-dopet tinndioksid; SnOj og har en viss spesifikk motstand, vanligvis i området 15-20 ohm/kvadrat. Denne verdien gjelder for ei elementplate med areal lOxlOcm, slik at dobbelt bredde gir halv motstand og dobbelt lengde gir dobbelt motstand.

Motstanden blir dermed avhengig av lengde og bredde på glassplata, slik at areal og proporsjoner brukes for å oppnå de elektriske effektverdiene en ønsker. Dette gjør det vanskelig å tilpasse både wattstyrke og form, noe som fører til at en får varmeovner med forskjellige effekter ved en viss størrelse. Det er tilsvarende vanskelig å lage en hensiktsmessig dimensjonert ovn som er regulerbar.

Det er derfor ønskelig å kunne dele opp motstandsbelegget slik at en kan oppnå forskjellige effekter for ei gitt elementplate. Dette kan skje ved at tinnoksidsjiktet deles opp i områder, som kan ha adskilt tilkobling og som på den måten kan kobles på forskjellige måter på linje med andre oppdelte varmeelement Dermed kan en med ei enkelt plate skape et regulerbart varmeelement.

Det er kjent & bruke syre for å etse spor i motstandssjiktet i glasset Men dette krever maskering, stort vannforbruk og betyr en uønsket forurensning ved bortskylling av syren, for eksempel flussyre.

Det er også kjent å bruke slipebfind for å slipe bort spor i glassmassen. Men dette er en tidkrevende og forurensende prosess, fordi sliping skaper store mengder glasspulver som hvirvles opp.

Det kan også skje en fjerning av glassets øvre sjikt ved blåsing med sand, men dette er en forurensende prosess som ikke er optimal, særlig med hensyn på forurensning.

Fra PCT-patentpublikasjon WO96/41370 er det kjent å fjerne et belegg fra en bærer som kan være glass, uten at bæreren blir påvirket. Ved denne framgangsmåten er det en forutsetning at det ikke skal tilføres energi i så stor mengder at bæreren blir påvirket og får økt temperatur.

Fra norsk patentskrift 306040 er det kjent å bearbeide det ledende materialsjiktet på ei etementplateav belagt glass med en laserstråle som er fokusert slik i forhold til elementets overflate, at det absorberes energi i det bearbeidete området ved elementets flate. På denne måten skjer det det skjer en oppsprekking og/eller pulverisering av materialet i dette området, for dannelse av et spor, idet element og laserstrålen beveges innbyrdes under behandlingen, idet det benyttes stråling med bølgelengde i området ved 10 um. En ulempe ved denne framgangsmåten er at utstyret er kostbart og krever store produksjonsvolum. En ytterligere ulempe er at laserbearbeidingen må starte ved kanten av elementplata, noe som skaper begrensninger i mønsteret som skal lages.

Formål

Oppfinnelsens hovedformål er derfor å komme fram til en framgangsmåte for tilvirkning av varmeelement basert på glassplater med motstandsbelegg, som gir mulighet for fleksibel tilpasning av motstandsverdien, hvor det brukes enklere og rimeligere utstyr enn ved laserbehandling.

Det er et særlig formål å komme fram til en framgangsmåte som kombinerer lav pris på produksjonsutstyret og enkel bruk og styring. Det er ønskelig at utstyret lett skal kunne omstilles for å gjennomføre behandling av ulike emner og at det skal kunne brukes med robotteknikk.

Et annet formål er å komme fram til en slik framgangsmåte som tillater at spordannelsen starter på et vilkårlig sted på elementplata, slik at det oppnås full frihet med hensyn til utforming av lederban emønsteret.

Oppfinnelsen

Framgangsmåten i samsvar med oppfinnelsen er angitt i patentkrav 1.

I sin enkleste form kan oppfinnelsen gjennomføres med en elektrode med forholdsvis spiss ende som føres i berøring med glasset, og hvor det påtrykkes spenning mellom elektroden og ei strømskinne som er plassert ved en kant av det ledende sjiktet, slik at det oppstår strømgjennomgang mellom det ledende sjiktet i glasset og elektroden. Denne strømgjennomgangen vil ha særlig stor strømtetthet tett opptil elektroden. Det har vist seg at tinnoksidsjiktets krystallstruktur brytes opp ved ved 'en slik strømgjennomgang.

En tilsvarende effekt oppnås dersom det opprettes en konsentrert lysbue, eventuelt i kombinasjon med strømgjennomgang.

På denne måten er det mulig å behandle glass med et ledende motstandssjikt slik at det tas bort et spor i overflatesjiktet uten at det ødelegger det underliggende glasset, for eksempel slik at dette sprekker.

Mekanismen bak denne material fjerningen er ikke fullstendig klarlagt, men en antar at strømgjennomgangen forårsaker en sterkt lokal oppvarming, dette vil skje over noen få millimeter, i størrelsesorden 2-3 millimeter til hver side fra elektoden, hvor strømtettheten er størst.

Strømgjennomgangen vil fortsette også ved oppbryting av glasset rundt elektrodespissen. Dette kan bero på at det vil dannes en lysbue som opprettholdes også over et kort luftgap.

Dette forårsaker altså en oppbryting av krystallstrukturen i nærområdet til elektroden, slik at en del av materialet smuldrer opp og løsner. Når elektroden beveges, flyttes den konsentrerte strømgjennomgangen henholdsvis lysbuen, og det dannes et streng av løsnete glassfragmenter som skaper et spor og dermed et kontinuerlig avbrudd i det ledende sjiktet.

Herdet glass har til dels sterke kompressive spenninger i overflata, mens det i midten av glasset er tilsvarende ekspansive spenninger. Så lenge sporet som dannes er relativt grunt, er det grunn til å anta at de kompressive kreftene motvirker at sprekker i overflata brer seg innover i glassmaterialet

Patentkrav 2-4 angir særlig fordelaktige utførelsesformer av den nye framgangsmåten. Videre angir patentkrav S en anordning for å gjennomføre framgangsmåten i patentkrav 1 og patentkrav 6-8 angir gunstige detaljer ved denne anordningen. Oppfinnelsen omfatter dessuten et varmeelement som angitt i patentkrav 9.

Eksempel

Oppfinnelsen skal nedenfor beskrives med henvisning til tegningene, hvor

fig. 1 viser et perspektivriss av en utførelsesform av et varmeelement tilvirket ved framgangsmåten i samsvar med oppfinnelsen,

fig. 2 viser et forstørret snitt gjennom varmelementet i fig. 1 i et område som er under behandling med en elektrode i følge en utførelsesform av oppfinnelsen, mens

Fig. 3 viser et tilsvarende snitt som fig. 2 gjennom en ytterligere utførelsesform.

Ved tilvikning av glassplater med ledende overflatebelegg er det ved nåværende produksjonsmåte av platene ikke mulig å oppnå eksakte motstandsverdier. Ved bruk av ei elementplate av et slikt materiale er det derfor i mange tilfeller verken mulig å oppnå en passende nivå på motstandsverdien for elementplata, eller å oppnå motstandsverdien med slik nøyaktighet at det er tilfredsstillende for produksjon av ovner eller andre varmeprodukter med bestemte nominelle effekter.

Videre vil strømfordelingen over glassarealet ved bruk av plater med strømskinner anbragt langs motstående sider kunne bli ujevn og på den måte begrense strømnivået.

I fig. 1 er det vist et rektangulært plateformet varmeelement 11 som er blitt bearbeidet i samsvar med oppfinnelsen, for å redusere de ulempene som er nevnt ovenfor. Varmeelementet 11 er tilvirket av glass med et tinnoksidholdig sjikt som vil bli beskrevet nærmere med henvisning til flg. 2.

Varmeelementet 11 er ved to motstående sider, i eksemplet to kortside, påført en ledende strimmel 12,13 av metallisk belegg, for eksempel metallisk sølv, som danner strømskinner for påtrykking av spenning på elementplata. Ved hver ende er de ledende strimlene 12,13 ført ut til kanten med en flik 14, IS for å kunne koble til matelednmger. I det vist eksemplet er det til strømskinna 12 koblet en mateledning 16,17 ved hver ende. Disse kan loddes, klebes eller klemmes fast

I dette varmeelementet 11 er det laget et spor 18 fra endekanten ved strømskinna 12 innover varmeelementet fram til, men ikke over den motstående strømskinna 13, slik at arealet deles i to like eller omtrent like deler.

På denne måten splittes strømskinna 12 i to deler, en tilkoblet mateledning 16 og en tilkoblet mateledning 17. Fra hver av disse dannes en langsgående strømbane til den motstående strømskinna 13. Dermed blir strømvegen fordoblet i lengde og halvert i bredde i forhold til enkel strømføring mellom de to strømskinnene 12, 13. Dessuten blir strømfordelingen gjort jevnere opp mot strømskinnene. 1 noen tilfeller vil en slik elementstruktur være tilfredsstillende. Ifølge oppfinnelsen er det også mulig å redusere aktiv elementflate etter behov. I eksemplet er det på ei side av midtsporet IS laget et rektangulært spor 19 som avgrenser ei indre flate 20. Den indre flata 20 blir tatl ut av strømbanen og gjort uvirksom som lederelement og vannende del. Alternativt kan sporet 19 være U-formet, med åpningen i den ene eller den andre enden.

De virkemidlene som er beskrevet ovenfor kan brukes enkeltvis eller i forskjellige kombinasjoner, Det er mulig, ved hjelp av et ekstra sett tilkoblingselektroder som klemmes kortvartig mot strømskinnene ved endene av motstandselementet, å måle er-verdi for elementmotstanden og på dette grunnlag beregne det arealet (størrelse og plassering) som må deaktiveres. Dette resultatet kan så mates som styring til en robot som gjennomfører "brenningen" av spor i det ledende sjiktet, slik det vil bli beskrevet nedenfor.

I fig. 2 er det vist et snitt gjennom varmeelementet i fig. 1, som illustrerer et tinnoksidholdig sjikt 21 og dessuten hvordan skillesporene 18 og 19 kan tilvirkes. Det skjer i eksemplet ved hjelp av en elektrode 22 som i eksemplet er stavformet med spiss ende 23 og holdes vinkelrett på elementplanet med anlegg.

Elektroden 22 er tilkoblet den ene polen til ei strømkilde, mens den andre er forbundet med ei strømskinne, i Fig. 1 med henvisningstall 12 eller 13. På den måten dannes det strømgjennomgang som i området rundt elektrodeenden 23 (opptil 2-3 mm avstand ) vil gi vesentlig høyere strømtetthet enn i lenger avstand. Når strømtettheten er tilstrekkelig høy, vil dette forårsake den oppsmuldring av det øverste sjiktet som er omtalt ovenfor.

Det er ikke klarlagt hvilke grense vilkår som gjelder for spenningen. Men i et eksempel er det blitt brukt 120 volt. I visse sammenhenger, for eksempel i startfasen eller ved avslutningen i en åpen flate, kan det være aktuelt å redusere spenningen vesentlig, for eksempel til 25 volt. Den stavformete elektroden 22 kan være tilvirket av wolfram eller et annet metall eller legering med høyt smeltepunkt. Den kan beveges manuelt, men mest hensiktsmessig med en håndteringsmekanisme, f.eks. en automatisk styrt robot. 1 Fig. 3 er det vist en alternativ utførelsesform, hvor det for spenningspåtrykkingen brukes et elektrodepar 24, 25, slik at det kan oppnås strømgjennomgang gjennom det ledende sjiktet uten å involvere strømskinnene. I produksjonsprossessen kan disse fortsatt nyttes for motstandsmåling, med påklemming av målledninger.

I dette eksemplene er elektrodene vist med butt eller svakt avrundet ende. Ved føring av elektrodene med anlegg mot elementplata vil det dannes en strømgradient ut fra kontaktpunktet eller kontaktområdet. Denne strømgradienten kan i noen tilfeller skape en lysbue i en sirkel rundt elektroden 22. Denne lysbuen vil sikre strømovergang der hvor materialet er i ferd med å smuldre opp og i alle tilfeller gi en lokal temperaturøkning som forårsaker at krystallstrukturen brytes opp.

Den/de stavformcte elektrodene kan føres med en vinkel forskjellige fra rett i forhold til glassplata. Det er også mulig å bruke elektroder med andre former, for eksempel plateform. For tilkobling av elektrodene brukes kjente gripere, fortrinnsvis knyttet til robotutstyr.

Varmeelementet i samsvar med oppfinnelsen kan brukes for ei lang rekke formål der det kreves et plateformet varmeelement, særlig ved oppvarming av lokaler av forskjellig slag. Videre kan det brukes som varmeelement for formål der transparens er ønskelig, for eksempel i vinduer eller observasjonsglass.

Det er også mulig å bruke glass med elektrisk ledende belegg på ei side i andre forbindelser enn til varmeformål, for eksempel til elektronisk skjerming. [ dette tilfellet kan det være tilstrekkelig å påtrykke spenning med en enkelt elektrode

Oppfinnelsen kan også nyttes for å lage dekorative mønster i glassoverflata.

Claims (9)

1. Framgangsmåte for tilvirkning av et varmeelement (11) av et plateformet glassbærer med et ledende materialsjikt , særlig av tinnoksid, med en motstandsverdi som gjør det mulig å utnytte denne platestrukturen som varmeelement, karakterisert ved at glasset påtrykkes spenning på en slik måte at det oppstår en konsentrert strømgjennomgang gjennom en avgrenset del av det ledende sjiktet og/eller dannes en lysbue som avgir begrenset, lokal varme til glasset

2. Framgangsmåte i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at glasset påtrykkes spenning med minst én elektrode (22) som føres til anlegg mot glassflata og bevegelse langs denne, eventuelt slik at det dannes en lysbue.

3. Framgangsmåte i samsvar med patentkrav 2, karakterisert ved at glasset påtrykkes spenning mellom to elektroder (24,25) som er anordnet i par for å beveges i berøring med glasset med en fast innbyrdes avstand.

4. Framgangsmåte i samsvar med patentkrav 2 eller 3, karakterisert ved at elektroden (22) eller elektrodene (24, 25) holdes generelt vinkelrett på varmeelemcntcts plan.

5. Anordning for gjennomføring av framgangsmåten i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at den omfatter minst en elektrode (22) som er innrettet ror å bli påtrykt en spenning i størrelsesorden 50-200 volt og bli ført i eller tilnærmet i berøring med glassets ledende sjikt.

6. Anordning i samsvar med patentkrav 5, karakterisert ved at den omfatter et elektrodepar (24,25) som er innrettet for i føres sammen langs glasset med ledende anlegg.

7. Anordning i samsvar med patentkrav 5 eller 6, karakterisert ved at elektroden eller elektrodene er stavformet

8. Anordning i samsvar med patentkravene 5-7, karakterisert ved at elektroden eller elektrodene er tilvirket av wolfram eller en wolframholdig legering.

9. Varmeelement (11) tilvirket ved en framgangsmåte som angitt i ett av patentkravene 1-3, av en plateformet glassbærer med et bnnoksidsjikt eller liknende materialsjikt som gir det elektrisk isolererende glasset ledningsevne med en motstandsverdi som gjør det mulig å utnytte glassbæreren som varmeelement, karakterisert ved at det er dannet skillespor (18, 19) som strekker seg over og gjennom ei strømskinne (12) og/eller omslutter et område (20) som skal holdes utenfor strømgjennomgangen.