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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Anschlussvorrichtung für
ein mehrschichtiges, mit elektrischen Funktionselementen bestücktes Flächenelement
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1, sowie
auf ein mit einer solchen Anschlussvorrichtung ausgestattetes Flächenelement.
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Es ist allgemein bekannt, dass elektrisch
leitfähige
Dünnschichtsysteme
durch Anlegen einer elektrischen Spannung als Heizwiderstände betrieben
werden können.
Sowohl im Fahrzeug- als auch im Baubereich gibt es mannigfache Anwendungen dieser
Technik.
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Im allgemeinen umfassen diese auf
flächigen
Substraten, z. B. Glasscheiben, abgeschiedenen Schichtsysteme mindestens
eine metallische Schicht, z. B. aus Silber, sowie (bei transparenten Schichtsystemen)
dielektrische Schichten beidseits der Silberschicht, ggf. auch Blockerschichten
aus unterschiedlichsten Materialien, mitunter auch Deckschichten
zum Erhöhen
der mechanischen Widerstandsfähigkeit
des Schichtaufbaus. In vielen Fällen werden
auch die infrarote Strahlung reflektierenden Eigenschaften solcher
Schichtsysteme als Wärmedämmung genutzt.
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Problematisch ist meist das Einstellen
einer homogenen Stromdichte in solchen als Heizschicht genutzten
Schichtsystemen. Es gilt vor allem, lokal überhitzte Stellen mit hoher
Stromdichte zu vermeiden, sogenannte „hot spots". Man versieht
die Heizschicht zu diesem Zweck in vielen Anwendungsfällen mit
streifenförmigen
Flächenelektroden.
Diese bestehen z. B. aus dünnen
aufgelegten Metallbändern oder
aufgedruckten elektrisch hoch leitfähigen, ggf. eingebrannten Farben
und ermöglichen
eine Stromeinleitung und -abführung
auf einer möglichst breiten
Basis. Jedoch genügen
solche Anschlüsse meist
nicht optisch-ästhetischen
Ansprüchen
und müssen
deshalb kaschiert werden. Da sie meist am Rand des Substrats liegen,
ist das jedoch in vielen Anwendungen, z. B. bei Fahrzeugfensterscheiben, mit
wenig Aufwand möglich.
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Es ist ferner bekannt, die Stromflüsse und -verteilungen
in solchen Heizschichten durch feine Linien zu beeinflussen, welche
die Heizschicht in einzelne, elektrisch parallel zuein ander liegende
Abschnitte bzw. Strompfade unterteilen, deren ohmsche Widerstände untereinander
möglichst
gleich sind.
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In der deutschen Patentanmeldung
102 08 552.8 wird ein Plattenelement mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung
(„Heizschicht")
beschrieben, das sich zum direkten Anschließen an haushaltsübliche Netzspannungen
eignet. Es besteht im wesentlichen aus einem mehrschichtigen Verbundaufbau, der
eine erste starre Scheibe nebst der darauf abgeschiedenen Heizschicht
umfasst sowie eine Klebeschicht und einer zweite starre Scheibe.
Im Bereich eines elektrischen Anschlusses der Heizschicht ist die
zweite starre Scheibe mit einer Bohrung versehen. Im Bereich dieser
Bohrung liegen zwei Bereiche der Heizschicht mit unterschiedlicher
Polarität
eng beisammen. Auf jedem dieser Bereiche ist eine auf die Heizschicht
aufgebrachte Elektrode vorgesehen, mit der jeweils eine Stromzuführung durch
Löten verbunden
ist. Der Stromfluss zwischen den beiden derselben Heizschicht zugehörigen Anschlusspolen
wird in der schon erwähnten
Weise durch Unterteilung der Heizschicht mithilfe von feinen Linien
gelenkt.
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In DE-U1-201 07 908 wird eine Anschlussvorrichtung
beschrieben, bei der eine elektrisch leitfähig beschichtete Glasscheibe
mit Halteelementen in Gestalt von Klemmbeschlägen versehen wird, die zugleich
als Träger
für elektrische
Kontakte dienen. In die Klemmbeschläge sind Federzungen integriert, die
elektrisch leitend auf der Beschichtung der Glasscheibe aufliegen
bzw. auf diese gedrückt
werden.
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In einem anderen Zusammenhang beschreibt
DE-A1-199 58 879 eine Isolierglasscheibe mit einer Scheibe aus Verbundglas,
in deren Klebeschicht elektrische Funktionselemente (Solarzellen) eingebettet
sind. Deren elektrische Anschlussleitungen sind durch je eine Ausnehmung
einer der Verbundscheiben sowie der gegenüberliegenden starren Scheibe
des Isolierglases geführt,
wobei der Bereich dieser Durchführung
im Scheibenzwischenraum des Isolierglas von einem ringförmigen Abstandhalter
umgeben ist. Die Leitungen können
auch durch einen hohlen Zapfen eines Punkthalters geführt werden,
der zum Befestigen der Isolierglasscheibe an einer Unterkonstruktion
verwendet wird.
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Auf dem Gebiet der Beschläge und Befestigungen
für Verbundglasscheiben
ist es bekannt (DE-A1-39 08 983, DE-C2-43 25 024, DE-U1-87 01 693),
in einer der starren Scheiben Ausnehmungen vorzusehen, in die Befestigungselemente
fest eingesetzt werden. Letztere können radial auskragende Vorsprünge haben,
die sich in die Verbund-Klebeschicht hinein erstrecken und im fertigen
Verbund die Glasscheibe hintergreifen. Deren Ausnehmungen können ggf.
einen Hinterschnitt aufweisen. Für
den letzteren Fall wurden auch schon Hinterschnitt-Dübel für Verbundglas-Befestigungen
beschrieben (DE-A1-38 11 249). Die andere Flächenseite dieser Verbundglasscheiben
bleibt jeweils völlig
unversehrt. Die zuletzt genannten Quellen befassen sich nicht mit
elektrischen Anschlussvorrichtungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu
Grunde, eine Anschlussvorrichtung der eingangs genannten Art weiter
zu verbessern und ein damit ausgestattetes Flächenelement zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Der unabhängige Patentanspruch
16 bezieht sich auf ein erfindungsgemäß mit der Anschlussvorrichtung
ausgestattetes Flächenelement.
Die Merkmale der den unabhängigen
Ansprüchen
jeweils nachgeordneten Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen dieser
Gegenstände
an.
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Man setzt erfindungsgemäß in die
Ausnehmung der einen starren Scheibe ein Einsatzteil ein, das als
Widerlager zum Befestigen wenigstens eines elektrisch mit den Funktionselementen
verbundenen Anschlusselements dient. Dieses Einsatzteil hat oder bildet
einen (radialen) Vorsprung, der es in der Ausnehmung formschlüssig verankert.
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Als elektrische Funktionselemente
kommen vor allem Heizelemente, insbesondere Heizschichten in Betracht,
aber auch Solarelemente, Sensoren etc., die jeweils in einer mehrschichtigen
Struktur eingebettet sind und nach außen elektrisch kontaktiert
werden müssen.
Für den
hier zu beschreibenden Aufbau der Anschlussvorrichtung bzw. des
Einsatzteils ist die Funktion der letztlich anzuschließenden Elemente von
untergeordneter Bedeutung.
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Die Funktionselemente können dabei
sowohl auf der starren Scheibe mit der Ausnehmung als auch auf der
dieser gegenüber
liegenden starren Scheibe angeordnet werden. Denkbar sind ferner Ausführungen,
in der beide starren Scheiben mit elektrischen Funktionselementen,
z. B. Elektroden für
Elektrolumineszenz-Leuchtelemente oder Solarzellen, versehen werden,
und mit einem oder mehreren Anschlusselementen gemäß der Erfindung
ausgestattet werden.
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Der besagte Vorsprung des Einsatzteils
kann den Rand der Ausnehmung in der zwischen den beiden starren
Scheiben liegenden Ebene (Klebeschicht-Ebene) hintergreifen. Man
wird dieses Einsatzteil dann schon vor dem Herstellen des Scheibenverbundes
in der Ausnehmung fixieren, so dass der Vorsprung in die Klebeschicht
eingebettet werden kann. Die Dicke des Vorsprungs ist dann kleiner als
die Dicke der Klebeschicht.
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Der Vorsprung kann auch einen Hinterschnitt bzw.
eine innen im Verbund liegende Fase der Ausnehmung hintergreifen.
Das kann in an sich bekannter Weise durch ein mehrteiliges Einsatzteil
realisiert werden, dessen Einzelteile in der Ausnehmung selbst zusammen
gesetzt werden. Man kann als Einsatzteil aber auch einen geeigneten
Hinterschnittdübel
verwenden, der den besagten Vorsprung erst bildet, wenn er in die
Ausnehmung eingesetzt und darin verspannt wird. Beide Varianten
lassen sich vorteilhaft nach dem Herstellen des Scheibenverbundes anbringen.
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Das Einsatzteil wird in besonders
bevorzugter Weise als Basis eines Sammelpunkts für sämtliche elektrischen Schnittstellenfunktionen
des Flächenelements
genutzt.
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Es bildet zunächst die Basis für die eigentlichen
elektrischen Anschlusskontakte, die vorzugsweise als Federkontakte
ausgeführt
werden. Für
den vornehmlich vorgesehenen Einsatzzweck in einem Flächenheizelement
mit relativ hohen Betriebsspannungen müssen sie nur kleine (Wechsel-)Ströme übertragen;
auch werden die in Gebäuden
eingesetzten Heizelemente in der Regel keinen Vibrationen ausgesetzt.
Somit sind Korrosionsprobleme nicht zu erwarten, die sich in anderen
Einsatzbereichen (Fahrzeugbau) als erhöhte Übergangswiderstände kontakthemmend
auswirken können.
Darüber
hinaus lässt
sich der Kontaktbereich bei Bedarf hermetisch versiegeln, so dass
auch Feuchte und Verschmutzungen nicht eindringen können.
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Bei Bedarf können die elektrischen Kontakte zu
den Funktionselementen bzw. zu deren Elektroden aber auch durch
Löten hergestellt
oder auch nur zusätzlich
gesichert werden. Es sind Löttechniken bekannt,
die es erlauben, solche Lötstellen
ohne direkten Kontakt mit der Wärmequelle
sicher aufzuschmelzen (Induktions- oder Laserlöten), und die ggf. sogar durch
die beschichtete Scheibe hindurch angewendet werden können, ohne
jedoch die Beschichtung zu zerstören.
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Das Einsatzteil kann als Basis eines
Anschlusssteckers dienen, mit dem eine Anschlussleitung für die Funktionselemente
elektrisch verbunden werden kann. Natürlich kann aber auch eine feste Anschlussleitung
vorgesehen werden, die aus einer am Einsatzteil festgelegten Anschlussdose
herausgeführt
ist und ggf. an ihrem freien Ende einen Stecker hat.
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In einer bevorzugten weiteren Variante
ist im Bereich des Einsatzteils auch mindestens ein Schaltglied
zum Ein-Aus-Steuern der Funktionselemente vorgesehen. Dieses Schaltglied
kann im Einsatzfall „Flächenheizelement"
nach einer weiteren vorteilhaften Variante von mindestens einem
Temperaturfühler steuerbar
sein, der die Ist-Temperatur der Heizschicht im Anschlussbereich
erfasst. Da in diesem Bereich der lokalen Einspeisung der elektrischen Leistung
die höchsten
Stromdichten auftreten dürften,
wird man den mindestens einen Temperaturfühler dort anordnen.
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Solche Temperaturfühler können auch
selbst als Strombegrenzer (z. B. Kaltleiter, deren elektrischer/ohmscher
Widerstand mit steigender Temperatur ansteigt) ausgeführt sein,
und damit das erwähnte Schaltglied
ggf. erübrigen,
wenn eine geeignete Kennlinie vorgesehen wird. Ggf. kann zusätzlich noch
eine elektrische Sicherung vorgesehen werden, die das betreffende
Funktionselement elektrisch absichert.
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In noch einer anderen vorteilhaften
Variante kann das Einsatzteil auch die Basis für einen Auswerter oder Empfänger für Steuersignale
bilden, mit denen ein Funktionselement / Flächenheizelement individuell
fernbedient angesprochen und ein- und ausgeschaltet werden kann.
Im Fall einer Heizung werden diese Steuersignale z. B. mithilfe
von Raumthermostaten und Temperaturfühlern erzeugt. Sie können über gesonderte
Leitungen übertragen
werden oder über
die ohnehin vorhandenen Speiseleitungen als Busleitung. Im letzteren
Fall werden der Speise- oder Netzspannung codierte Steuerimpulse überlagert,
die in der Anschlussvorrichtung des angesprochenen Flächenheizelements
elektronisch ausgefiltert werden können. Bevorzugt werden die
Steuersignale jedoch drahtlos per Funk, Infrarot etc. übertragen,
und im Bereich der Anschlussvorrichtung wird ein geeigneter Empfänger und
Decoder nebst nachgeschalteten Schalt- oder Steuergliedern vorgesehen.
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Ergänzend kann das Einsatzteil
als Basis für eine
manuell einstellbare Temperaturbegrenzung verwendet werden, die
mit Vorrang gegenüber
dem ggf. vorgesehenen internen Temperaturfühler das Festlegen einer maximalen
elektrischen Leistungsaufnahme und damit der maximalen Ist-Temperatur des
Flächenheizelements
unterhalb der werksseitig vorgegebenen absoluten Maximaltemperatur
des betreffenden Flächenheizelements
ermöglicht.
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Man wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform
sämtliche
benötigten
Bauteile so weit wie möglich
miniaturisieren (z. B. als Mikrochip oder -prozessor) und sie in
einem Gehäuse
oder einer Anschlussdose zusammenfassen, das/die sich mit wenig
Aufwand an dem besagten Einsatzteil befestigen lässt. Zum Verbinden können Schrauben vorgesehen
werden. Man könnte
aber auch eine (lösbare)
Rastverbindung vorsehen, wenn sich auch damit die erforderliche
Dichtheit des Kontaktbereichs erreichen lässt. Ggf. könnte auch noch eine Klebeverbindung
zwischen dem Einsatzteil und der Anschlussdose in Frage kommen.
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Man kann zugleich mit dem Befestigen
der besagten Anschlussdose auch die elektrischen (Feder-)Kontakte
mit den Funktionselementen verbinden. Dies hat die Vorteile, dass
einerseits ein vordefinierter Andruck der Kontakte nicht überschritten wird,
und dass andererseits bei einem eventuellen späteren Lösen und Abnehmen der Anschlussdose zu
Wartungs- oder Reparaturzwecken zugleich die Funktionselemente stromlos
bzw. elektrisch passiv werden.
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Sämtliche
aktiven Elemente der Anschlussvorrichtung können aus einer evtl. ohnehin
anliegenden Betriebsspannung der Funktionselemente, ggf. nach entsprechender
Anpassung des Spannungspegels, elektrisch versorgt werden. Man könnte sie
aber auch autark mithilfe von Batterien speisen, die in die Anschlussdose
eingesetzt werden.
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Im Anschlussbereich können auch
mit wenig Aufwand Betriebsanzeigen vorgesehen werden, die erkennen
lassen, ob die Funktionselemente eingeschaltet oder aktiv oder betriebsbereit
(„stand
by") sind. Handelt es sich um ein transparentes Flächenelement,
so können
diese Anzeigen Lichtsignale sein, deren Licht das Flächenelement
durchdringt. Es versteht sich, dass sie dann nicht durch opake Kaschierungen
oder dgl. verdeckt werden oder ggf. entsprechende Sichtfenster in
einer solchen Kaschierung vorgesehen werden.
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Es ist bei allen Unterschieden der
hier beschriebenen Anschlussvorrichtung zu den üblichen eingesetzten Punkt-Befestigungselementen
für (Glas-)Platten
doch auch denkbar, einen Anschlusspunkt mit den hier beschriebenen
Merkmalen zugleich als Befestigungspunkt für das Flächenelement zu nutzen, wenn
das Befestigungselement sich an die auf elektrischer Seite geforderten
Bedingungen anpassen lässt
und die Montage an einer Unterkonstruktion möglich ist. Letztere kann z.
B. Vorrichtungen zum Einhängen
des oder der Flächenelemente
tragen, die mit entsprechenden Widerlagern an der -entsprechend
stabil gestalteten- Anschlussdose korrespondieren. Anderenfalls
wird das Flächenelement
mit geeigneten anderen Mitteln, die z. B. an seinem Rand angreifen
(wie Rahmen, Halteklammern etc.), in seiner Einbausituation befestigt
oder auch in eine Wand / Fensterfront flächenbündig integriert.
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Die erfindungsgemäße Anschlussvorrichtung lässt sich
vorteilhaft praktisch überall
auf der Fläche
des Flächenelements
anbringen, sei es nahe dem Rand, sei es im zentralen Bereich. Natürlich können bei
Bedarf am selben Flächenelement
mehrere solche Anschlussvorrichtungen vorgesehen werden, wenn z.
B. mehrere unabhängig
betreibbare Heizfelder oder Solarzellenmodule angeschlossen werden
müssen.
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Bei der Platzierung der Anschlussvorrichtung
für ein
Flächenheizelement
bleibt ein wesentlicher Parameter die Forderung nach einer möglichst homogenen
Stromdichte in der zu speisenden Heizschicht, so dass sich hieraus
bestimmte Restriktionen für
den Ort der Anschlussvorrichtung ergeben können.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile
des Gegenstands der Erfindung gehen aus der Zeichnung von Ausführungsbeispielen
einer Anschlussvorrichtung für
ein Flächenheizelement
und deren sich im folgenden anschließender eingehender Beschreibung
hervor.
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Es zeigen in vereinfachter, nicht
maßstäblicher
Darstellung
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1 eine
perspektivische Gesamtansicht eines Flächenheizelements mit einer
erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung;
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2 eine
Ansicht des Anschlussbereichs mit einem eingesetzten Einsatzteil
zum Befestigen der Anschlussvorrichtung;
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3 eine
Schnittansicht einer ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung
entlang der Linie III-III in 1;
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4 eine
der 3 entsprechende
Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung;
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5 eine
weitere der 3 entsprechende Schnittansicht
einer dritten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung.
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Gemäß 1 ist ein Flächenheizelement 1 in
Form einer Verbundscheibe mit einer ersten starren Scheibe 2,
einer Zwischenschicht 3 und einer zweiten starren Scheibe 4 ausgeführt. Die
erste starre Scheibe 2 ist bevorzugt eine thermisch vorgespannte
Glasscheibe, die auf ihrer der Zwischenschicht 3 zugewandten
Flächenseite
mit einer Heizschicht 5 in Gestalt einer elektrisch leitfähigen Beschichtung
versehen ist. Die Heizschicht 5 besteht aus einer für den Betrieb
als Flächen-Heizschicht
geeigneten und ggf. für
das Vorspannen der Glasscheibe hinreichend thermisch belastbaren
Zusammensetzung und/oder Schichtfolge. Geeignete Schichtsysteme
wurden im Stand der Technik mannigfach beschrieben, so dass hier
nicht näher
darauf einzugehen ist. Sie können
mit hoher Transmission für sichtbares
Licht, also durchsichtig hergestellt werden.
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Mit geeigneten Mitteln ist sichergestellt,
dass die besagte Beschichtung 5 umlaufend entlang dem Rand
des Flächenheizelements 1 passiviert
ist, d. h. dass weder ein elektrisch leitender Kontakt zu dessen
Außen-
bzw. Stirnfläche
besteht, noch die Gefahr eines korrosiven Angriffs auf das Schichtmaterial
von außen
her. Beispielsweise kann man in ge ringem Abstand vom Außenrand
des Flächenheizelements 1 eine
umlaufend durchgehende Trennlinie in der Beschichtung 5 vorsehen,
die beide Zwecke erfüllt.
Alternativ kann man auch in an sich bekannter Weise einen schmalen
umlaufenden Streifen entlang dem Rand des Flächenheizelements 1 vollständig von dem
Schichtmaterial frei lassen oder dieses nachträglich entfernen. In jedem Fall
wird mithilfe des die Zwischenschicht 3 bildenden thermoplastisch
klebenden Kunststoffmaterials (z. B. Polyvinylbutyral (PVB), Ethylen-Vinyl-Acetat
(EVA)) eine hermetische Abdichtung des Randspaltes erzeugt. Es versteht sich,
dass das Material der Zwischenschicht gut mit dem Material der Beschichtung 5 verträglich ausgewählt wird.
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Man erkennt in 1 die wesentlichen Komponenten der elektrischen
Versorgung der Heizschicht 5, nämlich zunächst zwei streifenförmige Flächenelektroden 6,
die beidseits einer die beiden Pole der Heizschicht 5 gegeneinander
isolierenden Trennlinie 7 angeordnet sind. Der Verlauf
des Strompfads zwischen den beiden Elektroden ist durch in die Heizschicht 5 eingebrachte
Strukturlinien vorgegeben und ergibt sich ohne weiteres aus der
Zeichnung. Eine Anschlussdose 8 mit einem (nur abschnittweise angedeuteten)
Anschlusskabel 9 ist am Ort der elektrischen Kontaktierung
der Heizschicht 5 bzw. des Elektrodenpaares 6 an
der zweiten starren Scheibe befestigt. Mit besonderem Vorteil sind
so sämtliche elektrischen
Einrichtungen bzw. Schnittstellen an einer Stelle des Flächenheizelements 1 lokal
zusammengefasst.
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Abweichend von der Darstellung in 1 können die Elektroden natürlich auch
andere Formen als Streifen haben (z. B. Halbkreise). Ferner kann man
schon in dem von den Elektroden überdeckten Bereich
der Heizschicht Strukturlinien beginnen lassen, so dass jede Elektrode
mit mehreren elektrisch parallel geschalteten Strompfaden elektrisch
kontaktiert wird. Eine solche Konfiguration bzw. Strukturierung
der Heizschicht nebst ihres Anschlussbereichs kann vor allem dann
erforderlich werden, wenn die Stromeinspeisung abweichend von der
Darstellung nicht randnah möglich
sein sollte.
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In 2 sieht
man den Bereich der elektrischen Anschlüsse des Flächenheizelements in einer Draufsicht,
in der die Anschlussdose weggelassen ist. Die Scheibe 4,
die ebenfalls aus -bei Bedarf vorgespanntem- Glas oder aus Kunststoff
bestehen kann, hat eine Bohrung 11, in die ein hülsenförmiges Einsatzteil 12 fest
eingesetzt ist. Sein Außenumriss ist
an den Durchmesser bzw. an den Umriss der Bohrung 11 möglichst
exakt angepasst. Mit einem auskragenden Vorsprung 13, hier
als Ringschulter ausgebildet, hintergreift dieses Einsatzteil 12 den
Rand der Bohrung 11 in der Ebene der Zwischenschicht 3. Durch
den freien Innenraum des Einsatzteils 12 sind die Heizschicht 5,
die beiden Elektroden 6 und die Trennlinie 7 sichtbar
freigelegt. Als graue rechteckige Felder sind die Flächen angedeutet,
auf denen die elektrischen Anschlusskontakte zur Anlage kommen können.
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Das Einsatzteil 12 kann
Formelemente zum Festlegen und zum Sichern der Anschlussvorrichtung
gegen Verdrehen umfassen. In diesem Ausführungsbeispiel sind das an
die Wand seiner Bohrung angeformte Nasen mit Bohrungen, in die Schrauben eingedreht
werden können.
Abweichend von der Darstellung können
diese Formelemente unsymmetrisch angeordnet werden, um nur lagerichtiges
Einstecken weiterer Bauteile zuzulassen.
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Die 3 zeigt
nähere
Einzelheiten eines exemplarischen Aufbaus der elektrischen Anschlussvorrichtung
gemäß der Erfindung
im Schnitt, wobei gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen wie
in 1 und 2 versehen sind. Man erkennt den mehrschichtigen
Aufbau des Flächenheizelements.
Von der starren Scheibe 2 ist nur ein Teil ihrer Dicke
gezeigt, und eine doppelte strichpunktierte Linie quer durch die
starre Scheibe 4 deutet an, dass auch deren Dicke verkürzt dargestellt
ist. Es versteht sich, dass diese beiden starren Scheiben deutlich
dicker als die Zwischenschicht 3 sind. Deren Material ist
im Bereich der Elektroden 6 und der (hier nur teilweise angedeuteten)
Anschlussdose 8 ausgespart, um ungehinderten Zugang zu
den Elektroden 6 zu ermöglichen.
Diese Aussparung muss vor dem Verbinden der beiden starren Scheiben
durch Aufschmelzen der Zwischenschicht 3 so bemessen werden,
dass das Klebematerial nicht zu den Elektroden vordringen kann.
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In der vorliegenden Darstellung ist
der Durchmesser der Bohrung 11 im Verhältnis zur Dicke der Scheibe 4 eher
zu klein gezeichnet; es versteht sich, dass die Bohrung jeweils
für den
vorgesehenen Typ der Anschlussvorrichtung hinreichend weit dimensioniert
wird.
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Eine optische Kaschierung des Anschlussbereichs
ist nicht funktionsnotwendig, sondern dient nur ästhetischen Zwecken. Im Einbauzustand
wird die Scheibe 2, also die von der Anschlussvorrichtung abgewandte
Seite des Flächenheizelements,
dessen Sichtseite bilden. Nur für
Beispielzwecke ist im Anschlussbereich der Elektroden 6 eine
opake Schicht 10 zwischen der Heizschicht 5 und
der Glasfläche vorgesehen,
die diesen Bereich nach außen
kaschiert. Dieselbe Wirkung kann natürlich bei Bedarf auch mit anderen
Mitteln erzielt werden, z. B. durch Eintönen der starren Scheibe 2 insgesamt
in der Masse, Aufbringen eines Dekors auf deren Außenfläche und/oder
Auslegung der Heizschicht selbst als Spiegel, z. B. durch Verzicht
auf Entspiegelung ihrer substratnahen Seite.
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Des Weiteren können auch die Elektroden selbst
als dekorative Elemente eingesetzt werden, indem man ihnen ein optisch
ansprechendes Erscheinungsbild gibt. Dann könnte man auf die opake Schicht 10 verzichten.
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Wie schon in 2 erkennbar, ist in der Bohrung 11 der
zweiten starren Scheibe 4 das hülsenförmige Einsatzteil 12 befestigt.
Seine axiale Länge
entspricht etwa der Dicke der starren Scheibe 4 (einige Millimeter),
und es ragt noch in die Ebene der Zwischenschicht 3 hinein.
Sein radial nach außen
auskragender Vorsprung 13 hintergreift dort den Rand der
Bohrung 11, so dass das Einsatzteil 12 darin formschlüssig gegen
Herausziehen gesichert ist.
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Wie schon weiter oben angemerkt,
muss dieses Einsatzteil schon vor dem Verbinden der beiden starren
Scheiben 2 und 4 in die Bohrung 11 eingesetzt
werden. Erst durch Aufschmelzen der thermoplastischen Zwischenschicht 3 wird
es endgültig
festgelegt. Man erkennt in der Zeichnung, dass der Vorsprung 13 noch
vom Material der Zwischenschicht unterfangen ist.
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Das Einsatzteil 12 bildet
die Basis für
die Anschlussdose 8. Zwei strichpunktierte vertikale Linien deuten
eine Schraubverbindung zwischen den beiden Teilen an. Mit der Anschlussdose 8 ist
ein Trägerblock 14 in
der Bohrung des Einsatzteils 12 befestigt, von dem ausgehend
zwei Federkontakte 15 sich gegen die Elektroden 6 erstrecken
und an diesen elektrisch leitend anliegen. Auch ein symbolisch angedeuteter
Temperaturfühler 16 wird
mithilfe des Trägerblocks 14 und
des Einsatzteils 12 im Kontakt mit der beschichteten Oberfläche der
starren Scheibe 2 gehalten. Er dient zum Erfassen der Ist-Temperatur im
Kontaktbereich der Elektroden 6. Der Trägerblock 14 wird lagerichtig
-ggf. durch entsprechende Formelemente erzwungen- in das Einsatzteil 12 eingesteckt,
so dass die Federkontakte 15 mit der jeweils vorgesehenen
Elektrode in Kontakt treten, und dann fixiert. Der Trägerblock
kann eine feste Einheit mit der Anschlussdose 8 bilden
und gemeinsam mit dieser am Einsatzteil 12 festgelegt werden.
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Zwar genügen die Federkontakte 15 für den vorgesehenen
Einsatzzweck des Flächenheizelements 1 den
Ansprüchen
an eine sichere, langlebige elektrische Verbindung. Dennoch könnten sie
bei Bedarf zusätzlich
-insbesondere mithilfe einer geeigneten Vorverzinnung- verlötet werden,
wobei die notwendige Wärme
vorzugsweise berührungslos
z. B. durch die beschichtete Scheibe 2 hindurch zugeführt werden
könnte.
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Schaltsymbole für einen Schalter 17 und
einen Transistor 18 repräsentieren die elektrische bzw. elektronische
Ausstattung des Trägerblocks 14 bzw. der
Anschlussdose 8 und können
jeweils für
eine Mehrzahl entsprechender Elemente stehen. Außer der Durchleitung der elektrischen
Speisespannung vom Anschlusskabel 9 zu den Elektroden 6 sind
diesem Bereich der Anschlussvorrichtung noch weitere Steuerungs-
und Schaltaufgaben zugewiesen.
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Ein Schaltelement hat die Messwerte
des Temperaturfühlers 16 auszuwerten
und ggf. die Stromzufuhr zur Heizschicht zumindest vorübergehend
abzuschalten, wenn die Ist-Temperatur eine zulässige Schwelle überschreiten
sollte. Man kann aber auch ein Schaltelement zum Sichern gegen Temperaturüberschreitungen
vorsehen, das in an sich bekannter Weise lediglich die aufgenommene
elektrische Leistung auf zulässige
Werte begrenzt.
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Mindestens ein Schalter, der elektronisch oder
elektromechanisch ausgebildet sein kann, beherrscht die Stromzufuhr
zur Heizschicht. Dieser Schalter kann grundsätzlich lokal manuell schaltbar sein,
von Sensoren -z. B. vom Temperaturfühler 16- oder von einer Fernsteuereinrichtung
gesteuert werden. Letztere kann, wie schon erwähnt, Teil einer automatischen
Raumtemperatur-Regelung sein (Klimaanlage etc.), kann aber grundsätzlich auch
willkürlich von
Hand steuerbar sein.
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Werden die Steuersignale drahtlos übertragen,
so ist in der Anschlussdose 8 oder im Trägerblock 14 ein
geeigneter Empfänger
nebst Decoder und weiteren Schaltmitteln (z. B. Verstärker) vorzusehen.
Werden die Steuersignale über
Leitungen übertragen,
so sind hierfür
geeignete Auswerteglieder vorzusehen, insbesondere für den Fall,
dass Steuersignale über
die ohnehin vorhandenen Netzanschlussleitungen (Kabel 9) übertragen
werden und vor Ort ausgefiltert werden müssen.
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Nicht dargestellt sind hier Anzeigeelemente für den Betriebszustand
des Flächenheizelements 1. In
einer bevorzugten Variante können
diese als Lichtsignale (Leuchtdioden) ausgeführt und z. B. im Bereich der
Trennlinie 7 zwischen den Federkontakten 15 und
neben dem Temperaturfühler 16 so
angeordnet werden, dass sie von der Außenseite der starren Scheibe 2 her
sichtbar sind. Elektrisch werden sie ebenfalls über den Trägerblock 14 gespeist
und von den erwähnten
Schaltelementen 17, 18 gesteuert.
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Nach Fertigstellen und Funktionsprüfung der Anschlussvorrichtung
kann bei Bedarf noch mit einer Fugendichtung 19 der Übergang
von der Scheibenfläche
zur Anschlussdose 8 abgedichtet werden. Man kann eine solche
Dichtung natürlich
auch abweichend von der Darstellung unmittelbar zwischen der Unterseite
der Anschlussdose 8 und der Scheibenfläche anordnen.
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Die 4 zeigt
in einer der 3 entsprechenden
Schnittansicht eine Variante eines Einsatzteils, das hier in eine
hinterschnittene Bohrung 11' der zweiten starren Scheibe 4 eingesetzt
ist. Soweit gleiche Bauteile wie in 2 dargestellt
sind, haben diese dieselben Bezugszeichen und werden nicht mehr weiter
erörtert.
Das Einsatzteil ist hier zweiteilig mit einem Hinterschnittdübel 12D und
einer Hülsenschraube 12S ausgeführt. Man
kennt derartige Hinterschnittdübel
bereits aus vielen Glasanwendungen. Auch die Fertigung hinterschnittener
oder eingesenkter Bohrungen 11' in Glasscheiben ist technisch
ausgereift.
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Der Hinterschnittdübel 12D kann
nach dem Herstellen des Verbundes von außen in die Bohrung 11' eingesetzt
werden. Man schraubt dann die Hülsenschraube 12S ein,
die aus Metall oder aus einem hochfesten Kunststoff bestehen kann.
Vertikale Linien entlang ihren Außenkanten deuten ihr selbstschneidendes
Außengewinde
an. Beim Einschrauben stellt sich etwa die gezeichnete Verformung
des Hinterschnittdübels 12D zu
einem radial auskragenden Vorsprung 13' ein. Ersichtlich
füllt dieser
die hinterschnittene Fase der Bohrung 11' so weit formschlüssig aus,
dass axiales Herausziehen nicht möglich ist. Zugleich ist die
Hülsenschraube 12S in
der Bohrung durch Eingriff ihres Außengewindes in den Dübel radial
und axial festgelegt.
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Ein eventuelles Eindringen des Hinterschnittdübels 12D in
die Ebene der Zwischenschicht darf nicht zu übermäßigen lokalen Spannungen führen, die
eine örtliche
Delaminierung oder gar Bruch einer Scheibe bewirken könnten. Man
wird im Zweifel das Material der Zwischenschicht, wenn es nicht
hinreichend nachgiebig ist, im Bereich der Bohrung 11' so
weit wie gezeichnet -also etwa bis zu deren Rand- aussparen, dass
der Dübel
sich frei in die Zwischenschicht-Ebene ausdehnen kann.
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Auch die Hülsenschraube selbst darf nur
bis zu einer vorgegebenen Tiefe eingedreht werden, damit sie nicht
im Grund der Bohrung 11' auf die Elektroden trifft und
diese oder die Heizschicht 5 beschädigt. Auch sollte sie nicht
mit den Kontaktfedern 15 zusammentreffen.
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Im Gegensatz zu einer tragenden Glasbefestigung
sind im vorliegenden Anwendungsfall keine hohen einwirkenden Kräfte zu erwarten,
so dass die Klemmkräfte
des Dübels
nicht besonders hoch sein müssen.
Dennoch kann es erforderlich sein, die Scheibe 4 ebenfalls
aus vorgespanntem Glas herzustellen, wobei die Bohrung 11' vor
dem Vorspannen einzubringen ist.
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In einer besonders vorteilhaften
Variante können
die Anschlussdose 8 und die Hülsenschraube 12S zu
einer festen Einheit zusammengefasst sein. Man könnte dann das Ge häuse der
Anschlussdose als Hebel nutzen, um die Hülsenschraube von Hand einzudrehen,
wobei die Unterseite der Anschlussdose, die auf der Oberseite der
Scheibe 4 am Rand der Bohrung 11' zur Anlage kommt,
einen Tiefenanschlag bildet. In dieser Einheit kann der Trägerblock
mit den Federkontakten und ggf. dem Temperaturfühler lagerichtig fixiert werden.
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Während
das Einsatzteil in beiden 3 und 4 praktisch flächenbündig mit
der Hauptfläche
der starren Scheibe 4 abschließt, erhebt sich die Anschlussdose
geringfügig über dieser
Oberfläche.
Da diese Seite des Flächenheizelements 1 im
Einbauzustand meist vom Betrachter / Benutzer abgewandt ist, ggf.
einer Wand gegenüber
liegt bzw. in eine solche eingebaut ist, bleibt einerseits die optische
Wahrnehmung der Anschlussvorrichtung auf die Kaschierung (oder ggf.
auf die als Dekorelemente ausgeführten opaken
Elektroden) begrenzt, andererseits sind Gefahren durch unbefugte
oder versehentliche Manipulation an der Anschlussvorrichtung praktisch
ausgeschlossen. Wenn eine Handhabe zum Betätigen eines Steuerglieds der
Anschlussvorrichtung vorzusehen ist, wird man diese natürlich bevorzugt
an gut zugänglicher
Stelle, z. B. nahe am Rand des Flächenheizelements, anordnen.
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Wenn auch anhand der 4 für
den Anwendungsfall „Hinterschnittbohrung"
in der zweiten starren Scheibe 4 nur der Hinterschnittdübel erörtert wurde,
so können
doch bei Bedarf, insbesondere bei eher geringen Dicken der Scheibe 4 von
weniger als 5 mm, andere für
diesen Zweck als Einsatzteil geeignete Bauelemente der weiter vorn
erwähnten
Art analog zum Einsatzteil 12 gemäß 2 verwendet werden.
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Die Ausführung gemäß 5 kombiniert eine erfindungsgemäße Anschlussvorrichtung
mit einem Plattenelement, bei dem sich die anzuschließenden elektrischen
Funktionselemente auf der zweiten starren Scheibe 4 befinden,
die mit der Bohrung 11 versehen ist. Anders als in den
vorstehend beschriebenen Varianten ist hier kein direkter Kontakt zwischen
den Federkontakten 15 und den Flächenelektroden 6 der
Heizschicht 5 vorgesehen. Der Vorsprung 13 des
Einsatzteils 12 dient vielmehr hier dazu, Anschlussbrücken 20 mit
den Flächenelektroden 6 in
Kontakt zu halten, nachdem das Einsatzteil 12 in die Bohrung 11 der
starren Scheibe 4 eingesetzt und darin befestigt wurde.
Da das Einsatzteil mit der Anschlussdose 8 verspannt werden
kann und somit der Vorsprung 13 unter Vorspannung gegen
die Flächenelektroden 6 gezogen
wird, ist diese Kontaktstelle nicht besonders kritisch. Die mit
den Flächenelektroden
in Berührung
kommenden Flächen
der Anschlussbrücken
können
angeraut oder mit Spitzen versehen sein, um ein geringfügiges Eindringen
der Anschlussbrücken
in die Flächenelektroden
zu ermöglichen.
Man kann jedoch auch hier, wie weiter oben schon erwähnt, mit
einer Vorverzinnung der Anschlussbrücken und/oder der Flächenelektroden durch
Wärmezufuhr
eine Verlötung
vornehmen.
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Die von den Flächenelektroden 6 abgewandten
Enden der Anschlussbrücken 20 ragen
in den Innenraum des Einsatzteils 12 hinein. Sie bilden
dort -als Äquivalente
zu den Flächenelektroden
der vorherigen Ausführungsfälle- Auflageflächen für die Federkontakte 15,
so dass diese nach abgeschlossener Montage elektrisch über jeweils
eine Anschlussbrücke 20 mit
den jeweiligen „eigentlichen"
Flächenelektroden 6 sicher
verbunden sind.
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Die Anschlussbrücken 20 sind vorzugsweise fest
in das Einsatzteil 12 integriert, um die Montage der Anschlussvorrichtung
möglichst
einfach zu gestalten. Dies kann z. B. durch Umspritzen der Anschlussbrücken 20 (schmale
Blechstreifen) mit dem Kunststoffmaterial des Einsatzteils 12 bei
dessen Formgebung erreicht werden.
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Man erkennt wieder die Trennlinie 7 zwischen
den beiden Polen der Heizschicht 5 und die opake Schicht 10,
auf der die Heizschicht jedenfalls im Kontaktbereich abgeschieden
ist. Ergänzend
ist hier noch eine weitere opake Schicht 10' auf der im Verbund
innen liegenden Flächenseite
der starren Scheibe 2 vorgesehen, welche den Kontaktbereich optisch
kaschiert und zusätzlich
als dekoratives Element gestaltet werden kann. Wahlweise können, je nach
Bedarf, eine oder beide opaken Schichten auch weggelassen werden,
da sie für
die Funktion der Anschlussvorrichtung oder des Plattenelements ohne Bedeutung
sind.
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Während
die Klebe-Zwischenschicht 3 in dieser Darstellung im Kontaktbereich
durchläuft, kann
sie bei Bedarf jedoch auch in dieser Variante mit einer Ausnehmung
analog zu 3 und 4 versehen werden.
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In der 5 ist
zwar kein Temperaturfühler dargestellt,
es versteht sich jedoch, dass ein geeignetes Sensor-Element zur
Erfassung der Ist-Temperatur im Anschlussbereich auch in dieser
Ausführungsvariante
vorgesehen werden kann. Denkbar wäre es z. B., einen zusätzlichen
Thermofühler ähnlich wie
die hier gezeigten Anschlussbrücken 20 auszubilden
und mit der Heizschicht oder einer Flächenelektrode in Berührung zu
bringen.
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Bei einer Verwendung der hier beschriebenen
Anschlussvorrichtung für
elektrische Funktionselemente anderer Bauarten, z. B. bei Dünnschicht-Solarzellen
oder Sensoren für
Beschlag oder Niederschläge,
wie eingangs erwähnt,
wird deren grundsätzlicher
Aufbau gegenüber
den hier gezeigten Ausführungsbeispielen
nicht verändert.
Man kann natürlich abweichend
von den Zeichnungen nur einen einzelnen Kontakt oder eine Mehrzahl
von Kontakten in der jeweiligen Ausnehmung vorsehen.