DE602004003375T2

DE602004003375T2 - Plattenelement für geschichtete erwärmung

Info

Publication number: DE602004003375T2
Application number: DE602004003375T
Authority: DE
Inventors: Hubert Hauser
Original assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date: 2003-06-05
Filing date: 2004-05-26
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2024-05-27
Also published as: KR20060017829A; JP4712690B2; WO2005004539A1; ATE346477T1; PL1629697T3; CN100521837C; DK1629697T3; US7557329B2; CN1799285A; EP1629697A1; KR101035678B1; JP2006526875A; ES2276337T3; US20070184282A1; DE10325476B3; EP1629697B1; DE602004003375D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Plattenelement mit einer Schichtheizung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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.
Sie wird oft genutzt, um Fenster- oder Spiegelscheiben von Beschlag und Eis zu befreien, damit man ungehindert hindurchsehen kann. Solche Plattenelemente können aber auch in oder an Gebäuden anstelle üblicher Heizkörper an Wänden angebracht oder in diese integriert werden. Sie müssen dazu nicht als Fenster, sondern können als Spiegel, als Dekorflächen etc. ausgeführt sein. Es ist ggf. auch möglich, solche Plattenelemente generell zur flächigen Wärmeerzeugung auch in technischen Geräten, z. B. in Haushaltsgeräten, zu verwenden, wobei ihre geringe Dicke und ihre kaum verschmutzenden und sehr einfach zu reinigenden glatten Oberflächen große Vorteile bieten können.
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.
Der Betrieb solcher Schichtheizungen fordert relativ hohe elektrische Spannungen. Insbesondere am Rand der betreffenden, ggf. vollflächig beschichteten Scheibe muss eine sichere elektrische Isolierung vorgesehen sein.
Die Gattungsmerkmale sind offenbart in DE-A1-40 11 541 in Gestalt einer elektrisch beheizbaren vorgespannten Alarmglasscheibe. Mithilfe einer durch Laserstrahl eingebrachten Trennlinie ist ein Teilbereich der beheizbaren, elektrisch leitfähigen Beschichtung dieser Glasscheibe vom Hauptflächenbereich der Beschichtung elektrisch abgetrennt. Der Teilbereich wird als Sensor zum Erfassen eines Zerbrechens der betreffenden vorgespannten Glasscheibe genutzt. Diese kann in eine Verbundscheibe oder auch in ein Isolierglaselement eingebaut werden. Vorzugsweise verwendet man ein Schichtsystem, das thermisch hoch belastbar ist und schon vor dem Vorspannen der Glasscheibe auf deren Oberfläche abgeschieden werden kann.
Gattungsmerkmale sind auch offenbart in der deutschen Patentanmeldung 102 08 552.8, in der ein solches Heiz-Plattenelement zum Betrieb mit einer Netzspannung beschrieben wird. Zur Isolierung des Außenrandes des Plattenelements ist von dem elektrisch zur Beheizung speisbaren Flächenbereich der Beschichtung eine Teilfläche durch mindestens eine umlaufende Schnittlinie elektrisch abgeteilt und ohne elektrischen Anschluss neutralisiert.
Das US-Patent 3,892,947 beschreibt ein mit einer Heiz-Beschichtung versehenes Plattenelement aus zerbrechlichem Material, bei dem sich ein zur Strom-Zuführung bestimmter Streifenleiter entlang nahezu dem gesamten Außenumfang des Elements erstreckt. Damit wird die Absicht verfolgt, bei einem Bruch des Plattenelements die weitere Stromzufuhr durch lokales Unterbrechen des besagten Streifenleiters abzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine weitere Nutzung der abgeteilten Teilfläche eines gattungsgemäßen Plattenelements mit einer Schichtheizung anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Merkmale der Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen dieses Gegenstands an.
Durch Verbinden der Teilfläche mit einem Erdungspotential wird über deren einfache elektrische Isolierung von dem eigentlichen Heizfeld hinaus ein noch weiter erhöhter Schutz realisiert. Insbesondere bei Betrieb des Heizfeldes mit relativ hohen Spannungen (z. B. einer landesüblichen Netzspannung von 110 oder 230 V Wechselspannung) kann dies von Interesse sein.
Die Teilfläche und die beheizbare Beschichtung könnten grundsätzlich unabhängig voneinander und auch aus unterschiedlichen leitfähigen Materialien hergestellt werden. Es wäre z. B. möglich, die beheizbare Beschichtung in der bekannten Weise als transparentes Schichtsystem herzustellen, die Teilfläche hingegen aus einer aufgedruckten leitfähigen Farbe (z. B. Siebdruckpaste mit hohem Silberanteil), wobei beide sorgfältig elektrisch/galvanisch hochohmig voneinander zu trennen sind. Man könnte auch einen Streifenleiter der aus vorgenanntem US-Patent bekannten Art als Schutzleiter randnah an oder in dem Plattenelement vorsehen, wobei die Beschichtung entweder sich nicht bis zu der von dem Streifenleiter bzw. der Teilfläche überdeckten Flächenbereich erstreckt, dort nachträglich entfernt wird oder eine geeignete Isolierung zwischen der durchlaufenden Beschichtung und dem Streifenleiter bzw. der Teilfläche vorgesehen wird.
Mit Vorzug wird man die Teilfläche und die beheizbare Beschichtung jedoch in an sich bekannter Weise homogen herstellen und die Teilfläche durch eine oder mehrere Trennlinien nachträglich abteilen. Es versteht sich, dass das beschichtete Substrat selbst nicht leitfähig ist.
Werden wenigstens zwei zueinander parallele Trennlinien zwischen der Beschichtung und der Teilfläche vorgesehen, so kann es von Vorteil sein, den zwischen diesen verbleibenden schmalen beschichteten Streifen in mehrere gegeneinander isolierte Abschnitte zu unterteilen. Damit wird einem Stromfluss längs dieses schmalen Streifens vorgebeugt. Als Isolierung können wiederum quer verlaufende kurze Trennlinien verwendet werden.
In allen Fällen wird die Teilfläche erfindungsgemäß unipolar mit einem geerdeten Schutzleiter elektrisch verbunden. Solche Schutzleiter („Schutzkontakt") sind bekanntlich in europäischen Haushalts-Stromnetzen als dritter Leiter Standard.
Mit Vorzug wird man eine geerdete Teilfläche an jeder freien Kante des Plattenelements entlang dessen äußerem Rand vorsehen. Bei einem freistehend montierten Plattenelement wird sich die Teilfläche bevorzugt rings um dessen Umfang erstrecken.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird man einen elektrischen Anschluss für die Teilfläche in räumlicher Nachbarschaft zu den Anschlüssen der beheizbaren Beschichtung vorsehen. Damit wird eine besonders einfache Herstellung sämtlicher elektrischer Außenkontakte des Plattenelements ermöglicht.
Selbstverständlich kann man -in an sich bekannter Weise- auf einem erfindungsgemäßen Plattenelement mehrere, ggf. unabhängig voneinander schaltbare Strompfade vorsehen, um bei Bedarf Heizleistung stufenweise zu- und abschalten zu können.
Länge und Breite des Strompfads oder der Strompfade sowie die Flächenleitfähigkeit (in Ohm pro Quadrateinheit) des verwendeten Schichtsystems sind ausschlaggebend für die elektrische- Leistungsaufnahme und Heizleistung des Plattenelements. Abhängig von der jeweils verfügbaren oder vorgegebenen Betriebsspannung lassen sich durch das Layout der Strompfade unterschiedliche Heizleistungen in weiten Grenzen einstellen und homogenisieren. Die zulässige Höchsttemperatur wird auch vom Einsatzgebiet des fertigen Plattenelements abhängen. Sind z. B. direkte Berührungen durch Benutzer nicht möglich oder nicht anzunehmen, so können die Temperaturen auch deutlich oberhalb von 50°C liegen. Jedoch muss natürlich vermieden werden, dass evtl. auf der beschichteten Scheibe haftende Kleberschichten, z. B. Klebefolien einer Verbundscheibe, von den im Normalbetrieb erreichbaren Temperaturen beeinträchtigt werden.
Eine bevorzugte Ausführung des Plattenelements sieht vor, dass die mit der Beschichtung versehene starre Scheibe auf der beschichteten Flächenseite mit einer weiteren, elektrisch nicht leitfähigen oder jedenfalls gegen die Beschichtung isolierten Platte zusammenlaminiert wird. Im Bereich der elektrischen Anschlüsse kann in vorteilhafter Weiterbildung eine Ausnehmung in einer der starren Scheiben vorgesehen werden, durch welche die notwendigen Netzverbindungen geführt werden können.
Ein solches Plattenelement wird vorteilhaft in Fensterscheiben oder in Spiegeln oder in Heizgeräten oder in Elektro-Haushaltsgeräten verwendet, die eine Wärmeerzeugung an der Oberfläche erfordern.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstands der Erfindung gehen aus der Zeichnung von Ausführungsbeispielen und deren sich im folgenden anschließender eingehender Beschreibung hervor.
Es zeigen in vereinfachter, nicht maßstäblicher Darstellung
1 eine Ansicht eines Plattenelements mit einer beheizbaren und durch Trennlinien unterteilten Beschichtung,
2 eine vergrößerte Ansicht des Anschlussbereichs des Plattenelements gemäß 1,
3 ein einfaches Beispiel einer elektrischen Verschaltung des Plattenelements.
Gemäß 1 umfasst ein Plattenelement 1 eine vorgespannte Glasscheibe 2, deren eine -hier obere- Hauptfläche mit einer vollflächigen, elektrisch leitfähigen Beschichtung 3 bedeckt ist. Die Beschichtung 3 kann, muss aber nicht optisch transparent sein. Bevorzugt besteht sie aus einem thermisch hoch belastbaren Schichtsystem mit mindestens einer metallischen Schicht, das vor dem Vorspannen der Glasscheibe 2 abgeschieden wird.
Entlang dem Rand der Glasscheibe 2 ist umlaufend mindestens eine dünne Trennlinie 4 mit geringem Abstand -1 bis 2 cm- von diesem Rand in die Beschichtung 3 eingebracht. Es können auch mehrere mit geringem Abstand parallel zueinander verlaufende Trennlinien 4 vorgesehen werden. Ein dadurch gebildeter umlaufender äußerer Randstreifen 5, hier hellgrau unterlegt gezeichnet, ist von dem größeren Rest der beschichteten Fläche elektrisch abgeteilt. Er bildet eine Randisolierung des Plattenelements 1, die einerseits eine elektrische Isolierung nach außen bewirkt, andererseits eine eventuell am Außenrand beginnende Korrosion der Beschichtung am Fortschreiten in die Fläche hindert. Inmitten der besagten Fläche ist ebenfalls ein durch Trennlinien elektrisch abgeteiltes, streifenförmiges Feld 6 vorgesehen.
Dieses Feld muss jedoch durchaus nicht zwingend zentral in der beschichteten Fläche liegen, sondern es kann in Verbindung mit einem geeigneten Layout der aktiven Leiterbahnen der Beschichtung 3 auch außermittig angeordnet werden. Es muss auch nicht streifenförmig oder geradlinig sein, sondern könnte auch eine beliebige andere Flächenform oder einen abgewinkelten, gekrümmten Verlauf haben.
Die bisher und im folgenden erwähnten Trennlinien bilden hochohmige Unterbrechungen der Beschichtung, über die kein Strom hinwegfließen kann. Der äußere Randstreifen 5 ist also elektrisch von der Beschichtung vollständig isoliert.
Ein Abzweig 5T des beschichteten Randstreifens 5 erstreckt sich an einer Stelle ein Stück weit in die Fläche der Beschichtung 3 hinein. Gegen die Beschichtung 3 ist er durch zwei weitere parallele Trennlinien 7 abgeteilt. Er endet in einem Anschlussbereich 8 (durch strichpunktierten Kreis bezeichnet) hin, der von der Beschichtung 3 umschlossen ist. Die Trennlinien 7 erstrecken sich getrennt oder in einer, ggf. breiten Linie zusammengefasst über den Anschlussbereich 8 weiter bis zu dem abgeteilten Feld 6. Ein eventuell zwischen den beiden Trennlinien 7 eingeschlossener neutraler Schichtbereich kann bei Bedarf in elektrisch gegeneinander isolierte Abschnitte unterteilt werden.
Es ist nicht zwingend notwendig, den Abzweig 5T geradlinig und im rechten Winkel zum Plattenrand zu führen. Auch könnte man statt des hier dargestellten Streifens eine größere Fläche, z. B. ein Dreieck, vorsehen, dessen Basis an der Plattenkante und dessen Spitze im Anschlussbereich liegt.
Im Anschlussbereich 8 sind beidseits der Trennlinien 7 und des Abzweigs 5T Elektroden 9 und 10 vorgesehen, die jeweils elektrisch/galvanisch mit der Beschichtung 3 verbunden sind. Die Elektroden sind jeweils mit einem Pol einer elektrischen Spannung in nicht näher dargestellter Weise zu verbinden. Eine geeignete Anschlussvorrichtung ist in der älteren Patentanmeldung 102 41 728.8 beschrieben, auf die hier insoweit Bezug genommen wird.
Wie man in 2 besser erkennt, ist auf dem Abzweig 5T eine weitere Elektrode 5E vorgesehen. Sie wird zum Verbinden des Abzweigs 5T und des gesamten Randstreifens mit einem Schutzleiter verwendet. Der hierzu notwendige Anschluss liegt ebenfalls in dem Anschlussbereich 8 und kann ohne weiteres in die vorstehend erwähnte Anschlussvorrichtung mit geringfügigen Modifikationen aufgenommen werden.
Die 3 zeigt ein symbolisches Schaltbeispiel eines erfindungsgemäßen Plattenelements. Die Elektroden 5E, 9 und 10 sind als Anschlusspunkte wiedergegeben. Die mit dem Randstreifen 5 verbundene Elektrode 5E ist mit Erdpotential verbunden. Die beiden mit der -als Heizwiderstand dargestellten- Beschichtung 3 verbundenen Elektroden 9 und 10 sind an eine geeignete Spannungsquelle 12 angeschlossen. Ergänzend sind ein Schalter 13 zum Ein- und Ausschalten des Heizstroms sowie ein Stellglied 14 zum Steuern der Heizleistung dargestellt.
Die Elektroden werden in an sich bekannter Weise vorzugsweise aus einer elektrisch gut leitfähigen, wärmebeständigen und siebdruckfähigen Farbe hergestellt. Vorzugsweise hat diese Farbe oder Siebdruckpaste einen sehr hohen Silbergehalt. Die Elektroden 8, 9 und 5E werden vorzugsweise vor dem Vorspannen der Glasscheibe 2 aufgedruckt und während des zum thermischen Vorspannen erforderlichen Erhitzens eingebrannt. Wird ein Kunststoffsubstrat für das Plattenelement verwendet, so ist ein Einbrennen natürlich nicht oder nur abgeschwächt möglich.
Es ist dabei unerheblich, ob die Elektroden 5E, 8, 9 auf die bereits abgeschiedene Beschichtung 3 aufgebracht werden oder ob die Beschichtung 3 erst abgeschieden wird, nachdem die Elektroden auf die Glasscheibe aufgebracht, z. B. gedruckt wurden.
Zum Vorgeben eines definierten Verlaufes des Heizstromes durch die Fläche der Beschichtung 3 ist diese insgesamt in an sich bekannter Weise durch eine Schar weiterer Trennlinien 11 in eine Reihe von parallelen Strompfaden unterteilt, die sich zwischen den beiden Elektroden 9 und 10 erstrecken und somit auch elektrisch parallel geschaltet sind.
Bei einem realen beheizbaren Plattenelement werden weitere Maßnahmen getroffen, um die Heizleistung dieser Bahnen zu homogenisieren. Diese Maßnahmen sind jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung; vielmehr ist dazu auf die ältere Patentanmeldung 102 59 110.5 zu verweisen, die mögliche Maßnahmen beschreibt.
Plattenelemente der in 1 und 2 gezeigten Art eignen sich z. B. zum Einbau in Isolierverglasungen, wobei der zugehörige Abstandhalter-Rahmen einfach auf dem Randbereich 5 aufzukleben ist. Die hier beschriebene Erdung dieses Randstreifens sorgt zugleich für eine sichere Erdung eines ggf. verwendeten metallischen Abstandhalter-Rahmens.
Ebenso können solche Plattenelemente direkt vor einer Wand aufgehängt oder in eine solche integriert werden, ohne zuvor mit einer rückwärtigen Abdeckung bestückt zu werden, wenn anderweitig sichergestellt ist, dass von der elektrischen Betriebsspannung keine Gefahr für Benutzer ausgeht. Schließlich können sie problemlos in Verbundscheiben integriert werden, wobei die beschichtete, heizaktive Flächenseite im Verbund innen anzuordnen und eine für die Betriebstemperaturen geeignete Klebeschicht zu verwenden ist.
Die Außenanschlüsse des Plattenelements können aus einem solchen Verbund oder aus einer solchen Isolierglasanordnung grundsätzlich über eine der Stirnflächen herausgeführt werden, z. B. in Gestalt gedruckter Leiterbahnen oder als Flachband-Anschlüsse. Liegt der Anschlussbereich jedoch in der Fläche des Plattenelements, so kann man auch in einer der zusammengefassten starren Scheiben eine Ausnehmung zum Durchführen der Außenanschlüsse vorsehen. Bei einem Isolierglaselement ist dann zusätzlich für eine Abdichtung des Scheibenzwischenraums im Bereich dieser Ausnehmung zu sorgen, z. B. durch einen an sich bekannten ringförmigen Abstandhalter.
Die Elektroden sind selbst (infolge ihres hohen Gehalts an leitfähigen Materialien wie Silber und ihrer im Vergleich mit der Beschichtung selbst deutlich größeren Dicke) undurchsichtig, ggf. jedoch von der nicht beschichteten Seite der Glasscheibe 2 aus sichtbar. Sie werden; daher optisch kaschiert, können aber auch als Dekorelement gestaltet werden, z. B. -abweichend von der in den Zeichnungen gezeigten einfachen Halbkreisform- ein flächiges Firmen- oder Hersteller-Logo abbilden. Ferner lassen sich durch Einfärben der bevorzugt zum Herstellen der Elektroden verwendeten leitfähigen Siebdruckpaste auch bestimmte Farbeffekte erzielen.

Claims

Plattenelement (1) mit mindestens einer starren Scheibe (2), insbesondere einer Glasscheibe, die eine elektrisch leitfähige, durch Anlegen einer elektrischen Spannung über Anschlüsse (9, 10) beheizbare Beschichtung (3) sowie eine elektrisch leitfähige, gegen die Beschichtung elektrisch isolierte und mit mindestens einem eigenen elektrischen Anschluss (5E) versehene Teilfläche (5, 5T) trägt, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilfläche (5; 5T) zum Anschluss an ein Erdungspotential vorgesehen ist.
Plattenelement nach Anspruch 1, in dem die zusammen mit der Beschichtung (3) auf die starre Scheibe (2) aufgebrachte Teilfläche (5) mithilfe mindestens einer Trennlinie (4) von der Beschichtung (3) abgeteilt ist.
Plattenelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei zueinander parallele Trennlinien vorgesehen sind, und dass der zwischen diesen eingeschlossene potentialfreie oder neutrale Bereich in elektrisch gegeneinander isolierte Abschnitte unterteilt ist.
Plattenelement nach Anspruch 1, in dem die Teilfläche getrennt von der Beschichtung, insbesondere aus einem anderen Material, hergestellt und auf die Oberfläche der Scheibe aufgebracht ist.
Plattenelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, in dem die Teilfläche (5) sich am äußeren Rand der Scheibe (2) befindet, insbesondere sich rahmenartig um die beheizbare Fläche erstreckt.
Plattenelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beheizbare Beschichtung (3) auf den Betrieb mit der landesüblichen Netzspannung eingestellt ist und dass die Teilfläche (5, 5T) zum Verbinden mit einem geerdeten Schutzleiter, insbesondere mit einem geerdeten Schutzleiter der Netzspannung vorgesehen ist.
Plattenelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) durch ein vor dem Vorspannen der Glasscheibe (2) auf deren Oberfläche abgeschiedenes, thermisch hoch belastbares Schichtsystem gebildet ist.
Plattenelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Anschlüsse zum Zuführen der elektrischen Heizspannung in die Beschichtung (3) und ein mit der Teilfläche (5) verbundener Anschluss örtlich in einem Anschlussbereich (8) zusammengefasst sind.
Plattenelement nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Anschluss mindestens eine Flächenelektrode (5E, 9, 10) zum elektrischen Kontaktieren der Teilfläche (5) und der Beschichtung (3) zugeordnet ist.
Plattenelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (5E, 9, 10) vor oder nach dem Abscheiden der beheizbaren Beschichtung (3) durch Auftragen und vorzugsweise Einbrennen einer elektrisch leitfähigen Siebdruckpaste hergestellt werden.
Plattenelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die beschichtete Seite der starren Scheibe (2) eine weitere Platte auflaminiert ist.
Plattenelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Randbereich der beschichteten Fläche der Scheibe (2) ein Abstandhalter-Rahmen einer Isolierverglasung verklebt ist, über welchen eine weitere starre Scheibe mit der die Beschichtung tragenden Scheibe (2) fest verbunden ist.
Plattenelement nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einführen der elektrischen Außenanschlüsse des Plattenelements mindestens eine Ausnehmung in einer der miteinander verbundenen starren Platten vorgesehen ist.
Plattenelement nach Anspruch 8 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung in räumlicher Zuordnung zu dem Anschlussbereich (8) vorgesehen ist.
Plattenelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Anschlussbereich (8) mithilfe einer Kaschierung optisch verdeckt ist.
Plattenelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenelektroden als sichtbare, dekorative Elemente ausgeführt sind.
Plattenelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in Fensterscheiben, Spiegeln oder Elektro-Haushaltsgeräten benutzt wird, die eine Oberflächenbeheizung erfordern.