DE19810848A1 - Spiegelheizeinrichtung - Google Patents

Spiegelheizeinrichtung

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DE19810848A1
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David Macher
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Heinz Zorn
David Macher
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Description

Die Erfindung betrifft ein Heizelement, wie im Oberbegriff des Anspruches 1 beschrie­ ben.
Es sind Heizelemente zum elektrischen Beheizen flächiger Substrate bekannt, die aus einer elektrisch leitenden, dünnen Folie, die dem elektrischen Stromfluß einen Wider­ stand entgegensetzt, bestehen. Je nach den Flächenausdehnungen des Substrats werden diese Folien vielfach durch Stanzung zu einem spiralenförmigen oder mäanderförmi­ gen Bandleiter geformt und auf einer Oberfläche des Substrats befestigt und bevorzugt mit einer isolierenden Schicht abgedeckt. An einer Anfangsstelle und einer Endstelle des Bandleiters sind Kontaktstellen für die Anspeisung mit elektrischer Energie vorge­ sehen. Vielfach finden dazu auch elektrisch leitende Kunststoffolien Verwendung, die z. B. auf Trägerfolien auflaminiert werden und damit ein Heizelement für die flächige Erwärmung bilden.
Weiters sind aber auch auf Oberflächen eines Substrats mittels Lichtbogenzerstäubung oder im Plasmaspritzverfahren aufgetragene bandförmige Schichten aus elektrisch lei­ tenden und einen Widerstand bildenden Materialien bekannt.
Nach diesen bisher bekannten Methoden zur Herstellung und Anwendung derartiger Heizelemente können vielfach gestellte Anforderungen zur Ausbildung unterschiedli­ cher Temperaturzonen am Substrat nicht vollends bzw. nicht in der vielfach geforderten Genauigkeit erfüllt werden.
Die Erfindung betrifft weiters ein Spiegelelement, wie im Oberbegriff des Anspruches 17 beschrieben.
Ein derartiges Spiegelelement ist aus DE 94 10 175 U1 bekannt. Bei diesem ist auf einer Rückseite eines verspiegelten Glases eine leitfähige Heizleiterbeschichtung vollflächig aufgetragen. Zur Erzielung der erforderlichen Heizleistung, um in kriti­ schen Bereichen des Spiegels ein Beschlagen zu verhindern, ist eine zusätzliche Beschichtung mit dem leitenden Material teilweise auch auf der Vorderseite erforder­ lich.
Die Erfindung betrifft aber auch einen Behälter für zu erwärmende oder warm zu hal­ tende Speisen, Getränke, etc., wie im Oberbegriff des Anspruches 24 beschrieben.
Ein derartiger Behälter ist aus der DE 42 31 341 A1 bekannt. Dabei weist ein Geschirr­ körper aus elektrisch nicht leitendem Material einen Schichtheizkörper aus einem elektrischen Widerstandsmaterial, der in Gestalt einer Leiterbahn strukturiert ist, auf. Der Schichtheizkörper ist mit einer Glasurschicht überzogen, wobei an zwei Stellen Kontakte die Glasurschicht durchragen. Der Schichtheizkörper wird in einem galvano­ plastischen Verfahren oder einem Sprühverfahren, insbesondere Lichtbogen- oder Plasmasprühverfahren, auf der Unterseite oder auf der Innenseite des Behälters aufge­ bracht. Um ein Springen des Behälters oder auch der Glasur infolge Temperaturunter­ schiede zu verhindern, wird vor dem Aufbringen des Schichtheizkörpers eine gitter- oder netzförmige Zwischenschicht vorgesehen.
Die Erfindung betrifft aber auch ein Verfahren, wie es im Oberbegriff des Anspruches 27 beschrieben ist.
Das Beschichten einer Oberfläche eines Substrats mit elektrisch leitenden Materialien zur Bildung einer Heizleiterschicht oder Leiterbahnen mittels Lichtbogen- oder Plas­ mabeschichtung ist bekannt. Dabei tritt jedoch das Problem auf, bei dicht benachbart verlaufenden Bereichen der Leiterbahn eine verläßliche elektrische Trennung zu errei­ chen.
Aufgabe der Erfindung ist es nunmehr, ein Heizelement, ein Spiegelelement, einen elektrisch beheizbaren Behälter und ein Verfahren zur Herstellung bzw. Anordnung eines Heizelementes zu schaffen, welche in einfacher Weise hergestellt bzw. durchge­ führt werden können und eine exakte, energiesparende Wärmeenergieerzeugung ermöglichen.
Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspru­ ches 1 gelöst. Der überraschende Vorteil dabei ist, daß bereits ein sehr dünnes und auf Spannungen durch Temperaturunterschiede sehr empfindlich reagierendes Substrat, wie z. B. Glas, Keramik, etc., durch die kontinuierliche Querschnittsanpassung des Stromleiters ohne Gefahr der Zerstörung Verwendung finden kann, und durch die da­ mit verbundene, geringe zu erwärmende Masse des Substrats der Energiebedarf gegenüber den bisher bekannten Anordnungen stark reduziert ist, wobei darüber hin­ aus noch die Möglichkeit geschaffen wird, über die Fläche des Substrats verteilt unterschiedliche, kontinuierlich ineinander übergehende Temperaturzonen zu bilden.
Von Vorteil ist dabei eine Weiterbildung nach Anspruch 2, welche eine einfache und kostengünstige Herstellung des Heizelementes erlaubt und bei der gleichzeitig mecha­ nische, thermische und optische Eigenschaften des Heizelementes verbessert werden. Darüber hinaus können bekannte Verfahren, beispielsweise die Lichtbogenzerstäu­ bung, das Plasmaaufspritzen oder solche, die aus der Wärmeschutzglaserzeugung bekannt sind, sehr wirtschaftlich für die Fertigung eingesetzt werden, um darüber hin­ aus Folgeverfahren für das Kontaktieren und das Aufbringen einer allenfalls gewünschten Deckschicht zu vereinfachen.
Vorteilhaft ist dabei eine Ausbildungsvariante nach Anspruch 3, bei der der Leitungs­ querschnitt in einfacher Weise variiert werden kann und somit die Wärmeerzeugung einem über eine Fläche des Heizelementes unterschiedlich verteilten Wärmebedarf an­ gepaßt werden kann.
Eine Ausführungsvariante nach Anspruch 4 hat den Vorteil, daß eine vollflächige Tem­ perierung ermöglicht wird.
Durch die Ausführung nach Anspruch 5 werden in vorteilhafter Weise die elektrischen und mechanischen Eigenschaften verbessert.
Günstig ist aber auch eine Weiterbildung nach Anspruch 6, wodurch die Anbringung eines Heizelementes auch an einer Sichtfläche bzw. auf einem transparenten Substrat ermöglicht wird.
Von Vorteil ist eine Ausbildung nach Anspruch 7, durch welche eine einfache und kostengünstige Stromeinleitung in das Heizelement gewährleistet wird.
Vorteilhaft ist dabei eine Weiterbildung nach Anspruch 8, welche eine bereichsweise unterschiedliche Wärmeenergieerzeugung dadurch gewährleistet, daß in Bereichen er­ höhten Wärmeenergiebedarfes ein höherer Strom eingeleitet werden kann, während gleichzeitig in Bereichen mit geringerem Wärmeenergiebedarf ein geringerer Strom eingeleitet wird.
Durch die Ausführungsvariante nach Anspruch 9 wird die Möglichkeit geschaffen, nicht nur im Bereich der Stromeinleitung sondern auch im Flächenbereich des Heizelementes bereichsweise unterschiedliche Wärmeenergiemengen zu erzeugen und diese dem bereichsweise unterschiedlichen Wärmeenergiebedarf anzupassen.
Durch die Ausbildung nach Anspruch 10 werden Kurzschlüsse zwischen benachbart verlaufenden Bereichen der Leiterbahnen in einfacher Weise ausgeschlossen und darü­ ber hinaus wird die Möglichkeit geschaffen, die aus nicht leitendem Material bestehende Trennlage nach einem vorberechneten Muster kostengünstig durch ein Printverfahren auf der Oberfläche des Substrates aufzubringen.
Als vorteilhaft haben sich die Weiterbildungen nach den Ansprüchen 11 und 12 erwie­ sen, durch welche das Einsatzspektrum eines derartigen Heizelementes erweitert wird und eine thermische Zerstörung desselben vermieden wird.
Günstige Ausführungsvarianten sind durch die Ansprüche 13 bis 15 gegeben, wodurch ein wirkungsvoller Schutz des Heizelementes, beispielsweise gegen ungünstige Wit­ terungsverhältnisse oder gegen mechanische Einwirkungen erreicht wird.
Von Vorteil ist aber auch eine Weiterbildung nach Anspruch 16, durch die eine einfa­ che Kontaktierung bei vorhandener Deckschicht gewährleistet bleibt.
Die Aufgabe der Erfindung wird aber auch durch die im Kennzeichenteil des Anspru­ ches 17 wiedergegebenen Merkmale gelöst. Der überraschende Vorteil dabei ist, daß die für ein Beschlagen eines Spiegels bei kritischen Temperaturen anfälligen Randbe­ reiche gegenüber der weniger anfälligen Mittelzone ausreichend beheizt werden können, ohne daß zusätzliche Heizleiter an den Randzonen und gegebenenfalls an der Spiegelvorderseite aufgebracht werden müssen. Dies ermöglicht eine ungehinderte Spiegelwirkung und erhöht damit die Sicherheit für den Anwender und die Vermei­ dung von Fehlreflexionen.
Von Vorteil sind aber auch Ausbildungen nach den Ansprüchen 18 bis 23, wodurch eine Überwachung der wesentlichen Kriterien erreicht wird, welche zu einer Beein­ trächtigung der Funktion durch Beschlagen, Vereisen führen können, wodurch darüber hinaus in Verbindung mit einer entsprechenden Regeleinrichtung rechtzeitig Maßnah­ men gesetzt werden können, um solche Störungen zu vermeiden.
Die Aufgabe der Erfindung wird aber auch durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 24 gelöst. Der überraschende Vorteil dabei ist, daß durch die Querschnitts­ dimensionierung der aufgebrachten Leiterbahn die eingebrachte Wärmeenergie an die unterschiedliche Formgebung eines derartigen Behälter angepaßt werden kann, ohne daß Wärmespannungen, die zur Zerstörung führen können, auftreten. Damit kann aber auch ein sehr dünnwandiger Behälter eingesetzt werden, wodurch ein hoher Wirkungs­ grad für die Heizung erreicht wird und Kosten eingespart werden. Auch wird die Möglichkeit geschaffen, bislang übliche Zwischenschichten zur Aufbringung von Wi­ derstandsschichten zu vermeiden.
Besonders vorteilhaft sind dabei Ausbildungen nach den Ansprüchen 25 und 26, wo­ durch sich die erfindungsgemäße Ausbildung des Behälters für eine unabhängige Formgebung und daher für alle in einem derartigen Einsatz gebräuchlichen Gefäße eig­ net.
Die Aufgabe der Erfindung wird aber auch durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 27 gelöst. Der überraschende Vorteil dabei ist, daß durch die Elastizität des Materials der Trennlage die im Lichtbogen- oder Plasmabeschichtungsverfahren mit hohem Druck aufgebrachten Partikel von dem Material der Trennlage zurück­ geschleudert werden und damit eine exakte Abgrenzung der Leiterbahnbereiche zueinander erfolgt und eine elektrische Leitungsverbindung, die zu einem Kurzschluß führen könnte, wirkungsvoll vermieden wird. Durch die Ausbildung unterschiedlicher Schichtdicken der Leiterbahn wird eine gleichmäßige Wärmeverteilung auch bei verän­ derlichen Wanddicken erreicht und so Spannungen, die zu einem Bruch führen können, vermieden.
Schließlich ist eine Weiterbildung nach Anspruch 28 vorteilhaft, wodurch eine Über­ brückung der Trennlage mit elektrisch leitendem Material wirkungsvoll vermieden wird.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der in den Figuren gezeig­ ten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Spiegelelement mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Heizelement in Ansicht auf das Heizelement;
Fig. 2 das Spiegelelement, geschnitten gemäß den Linien II-II in Fig. 1;
Fig. 3 einen Teilbereich des erfindungsgemäßen Spiegelelementes mit einem Feuchtigkeitssensor und schematisch dargestellter Energieversorgungs- und Regeleinrichtung;
Fig. 4 eine weitere Ausführungsvariante des Spiegelelementes mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Heizelement in Ansicht auf das Heizelement;
Fig. 5 einen Behälter mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Heizelement in Ansicht;
Fig. 6 den Behälter mit dem erfindungsgemäßen Heizelement in der Draufsicht.
Einführend sei festgehalten, daß in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsfor­ men gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbe­ zeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z. B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene so­ wie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merkmals­ kombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungs­ beispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen dar­ stellen.
In den gemeinsam beschriebenen Fig. 1 bis 3 ist ein Spiegelelement 1 mit dem erfin­ dungsgemäßen Heizelement 2 in einem Gehäuse 3 für einen Außenspiegel 4, z. B. für Kraftfahrzeuge, gezeigt. Es besteht aus einem Substrat 5 aus einem eine geringe Wär­ meleitfähigkeit aufweisenden, anorganischen Material, z. B. Glas, Keramik, bevorzugt mit geschliffenen und vergüteten Oberflächen 6, 7. Beispielsweise auf der einer Blickrichtung gemäß - Pfeil 8 - entgegengesetzten Oberfläche 7 ist das Substrat 5 mit einer Reflexionsschicht 9, z. B. einer Chromschicht, beschichtet.
Das Heizelement 2, mit einer zumindest auf einer Oberfläche 6, 7 des Substrats 5 und/oder der Reflexionsschicht 9 aufgebrachten Schicht aus elektrisch leitendem und der Stromführung einen Widerstand entgegensetzenden Material bildet im wesent­ lichen eine homogene Leiterbahn 10 aus, wobei das elektrisch leitende Material unter Druck und Temperatur homogenisiert und bahnförmig oder vollflächig auf der Oberflä­ che 6, 7 angeordnet ist. Der bahnförmige Verlauf der Leiterbahn 10 ist spiralen- oder mäanderförmig, die Oberfläche 7 vorzugsweise großflächig bedeckend ausgebildet, wobei ein unterbrechungsfreier Verlauf der Leiterbahn 10 von einer in etwa im Mittel einer Längsstirnkante 11 befindlichen Endstelle bis zu einer unmittelbar dazu benach­ bart angeordneten weiteren Endstelle gegeben ist. Es ist jedoch auch möglich, die Leiterbahn 10 als vollflächige Heizschicht auszubilden. In den Endstellen der Leiter­ bahn 10 sind Kontaktelemente 12, 13 angeordnet.
Unmittelbar benachbart zueinander verlaufende Leiterbahnbereiche 14, 15 sind mittels einer einen Zwischenraum 16 zwischen den Leiterbahnbereichen 14, 15 ausbildenden Trennlage 17 voneinander elektrisch isoliert, welche auf der Oberfläche 6, 7 des Substrats 5 und/oder der Reflexionsschicht 9 angeordnet ist. Die Kontaktelemente 12, 13, von denen Leitungen 18, 19 für die elektrische Anspeisung der Leiterbahn 10 durch das Gehäuse 3 durchgeführt sind, werden durch direkte Verlötung mit dem Ma­ terial der Leiterbahn 10 elektrisch leitend angeschlossen und bestehen aus einer auf die Leiterbahn 10 aufgebrachten Zink- und/oder Zinnschicht.
Das Heizelement 2 ist auf einer vom Substrat 5 abgewandten Rückfläche 20 mit einer Deckschicht 21 aus einem elektrisch nicht leitenden Material versehen, so daß die Lei­ terbahn 10 zwischen Substrat 5 und der Deckschicht 21 angeordnet ist. Das elektrisch nicht leitende Material bildet z. B. auch einen umlaufenden Randwulst 22 aus, über den das Spiegelelement 1 in einer umlaufenden Nut 23 des Gehäuses 3 gehaltert ist. Die Deckschicht 21 kann dabei durch einen thermisch behandelten, keramischen Überzug bestehen.
Die zwischen der Trennlage 17 verlaufende Leiterbahn 10 ist durch mittels Lichtbogen- oder Plasmaverfahren auf die Oberfläche 7 bzw. die Reflexionsschicht 9 unter Druck- und Temperatureinwirkung haftend aufgebrachte Partikel 24 aus elektrisch leitendem Material gebildet. Vorzugsweise werden Partikel 24 aus Aluminium, Chrom oder aus Titanat bzw. polykristalliner Titanatkeramik herangezogen, wobei die Leiterbahn 10 für die Umsetzung der Stromenergie in Wärmeenergie bei Anspeisung aus einem Nie­ derspannungsnetz einen vorgegebenen Widerstandswert von in etwa 2 W bis 20 W, vorzugsweise 8 W aufweist. Dadurch beträgt die Temperatur der mit Strom beauf­ schlagten Leiterbahn 10 maximal 200°C. Das elektrisch leitende Material bzw. die Leiterbahn 10 kann jedoch auch transparent, beispielsweise als Hartglasbeschichtung ausgebildet sein, welche bevorzugt an einer der Blickrichtung - Pfeil 8 - zu gewandten Vorderseite des Substrats 5, insbesondere an einer einer Blickrichtung - Pfeil 8 - zuge­ wandten Vorderseite des Spiegelelementes 1, angeordnet ist.
Zur Erzielung unterschiedlicher Temperaturzonen verteilt über das Substrat 5 ist das erfindungsgemäße Heizelement 2 mit einer sich kontinuierlich verändernden Schicht­ dicke 25 versehen, womit bei einer vorgegebenen Bahnbreite 26 der Leitungsquer­ schnitt und damit der der Stromleitung entgegengesetzte Leitungswiderstand nach den Erfordernissen für die Heizleistung in unterschiedlichen Zonen des Spiegelelementes 1 angepaßt werden kann. Eine Verringerung des Widerstandes bewirkt eine Erhöhung des Stromes und damit eine höhere Wärmeentwicklung und wird bei der vorgegebenen Bahnbreite 26 durch eine größere Schichtdicke 25 erreicht. Dies ist z. B. in einem Randbereich 27 des Spiegelelementes 1 vorteilhaft, da in diesem ein Beschlagen oder Vereisen durch Fahrtwind früher eintritt als in Mittelbereichen bzw. Innenbereichen des Spiegelelementes 1. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Heizelementes 2 mit kontinuierlich veränderter Schichtdicke 25 der Leiterbahn 10 werden aber auch Temperaturspannungen zwischen benachbarten Bereichen im Substrat 5 wirkungsvoll verhindert, wodurch es möglich ist, sehr dünnwandige Substrate 5 zu verwenden, ohne daß Spannungsbrüche auftreten und wird in weiterer Folge durch die geringe zu behei­ zende Masse eine Reduzierung des Energieeinsatzes erreicht.
Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Spiegelelement 1 nicht nur beim darge­ stellten Außenspiegel 4 eingesetzt werden sondern auch bei allen heute üblichen Außenspiegeln 4, wie z. B. bei elektrisch verstellbaren Außenspiegeln 4.
Selbstverständlich ist es auch möglich, das mit dem erfindungsgemäßen Heizelement 2 ausgestattete Spiegelelement 1 mit einem oder mehreren Sensoren, beispielsweise Temperatursensoren 28 oder Feuchtigkeitssensoren 29 zu kombinieren, welche auf der Oberfläche 7 oder auf einer der Leiterbahn 10 entgegengesetzten Oberfläche 6 eines vorzugsweise durch das Substrat 5 und gegebenenfalls die Reflexionsschicht 9 gebil­ deten Flächenelementes angeordnet sein können.
Eine mögliche Ausbildung des Feuchtigkeitssensors 29 besteht z. B. in der Ausbildung eines induktiven Meßbereiches, wie in Fig. 3 dargestellt. Der Sensor kann durch einen von der Leiterbahn 10, insbesondere von der Heizschicht isoliert angeordneten Teilbe­ reich des elektrisch leitenden Materials gebildet sein. Es können aber auch in einem Randbereich 27 des Spiegelelementes 1 bzw. im Bereich einer Längsstirnkante 11 des Substrats 5 auf der Oberfläche 6 oder 7 elektrisch leitende Kontaktflächen 30, 31 z. B. durch eine hochtransparente Chrombeschichtung aufgebracht werden, die voneinander z. B. durch die Trennlage 17 isoliert sind. Über Leitungen 32, 33 wird an die Kontakt­ flächen 30, 31 ein elektrisches Potential angelegt. Bildet sich auf der Oberfläche 6 Feuchtigkeit, wie es beim Beschlagen oder Vereisen eintritt, kommt es durch Über­ brückung der Trennlage 17 zu einem Stromschluß und kann das daraus abgeleitete Signal für die Aktivierung des Heizelementes 2 in einer entsprechenden Versorgungs- und/oder Steuervorrichtung 34 als Schaltsignal Verwendung finden.
Der mit der Versorgungs- und/oder Steuervorrichtung 34 leitungsverbundene Tempera­ tursensor 28 ermöglicht es auch, das Heizelement 2 bei Auftreten eines kritischen Temperaturbereiches, bevor es zu einem Beschlagen und damit zu einer Aktivierung über den Feuchtigkeitssensor 29 kommt, mit Energie aus einem Stromnetz 35 anzuspei­ sen und vorzuheizen. Nach Erreichen der entsprechenden Temperaturverteilung im Spiegelelement 1 wird die Anspeisung des Heizelementes 2 unterbrochen und erfolgt die weitere Überwachung und gegebenenfalls eine neuerliche Anspeisung über Auswer­ tung eines entsprechenden Signals des Feuchtigkeitssensors 29 in der Versorgungs- und/oder Steuervorrichtung 34.
In der Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Spiegelele­ mentes 1 gezeigt. Dieses besitzt eine vollflächig ausgebildete Leiterbahn 10, welche das Heizelement 2 ausbildet. Die Leiterbahn 10 ist beispielsweise symmetrisch um eine Mittelachse 36 ausgebildet und weist in einem Randbereich 27 eine rechtwinkelig zur Mittelachse 36 gemessene Breite 37 auf, welche größer ist als eine in einem den Randbereich 27 entgegengesetzten Randbereich 38 gemessene Breite 39. Dadurch er­ gibt sich eine vom Randbereich 27 in Richtung zum Randbereich 38 verjüngend verlaufende Form des Heizelementes 2.
Im Randbereich 27 besitzt das Spiegelelement 1 beispielsweise drei Kontaktelemente 12, welche mit einer gemeinsamen Leitung 18 verbunden sind. Ein im Bereich der Mit­ telachse 36 angeordnetes Kontaktelement 12 besitzt eine Kontaktfläche 40 mit der Leiterbahn 10, welche beispielsweise größer ist als Kontaktflächen 41 der beiden an­ deren Kontaktelemente 12. Im Randbereich 38 besitzt das Spiegelelement 1 beispielsweise zwei Kontaktelemente 12, die Kontaktflächen 42 besitzen, welche bei­ spielsweise kleiner sind als die Kontaktflächen 41. Diese beiden Kontaktelemente 12 sind zu einer gemeinsamen Leitung 19 zusammengefaßt. Beispielsweise in etwa im Randbereich 27 besitzt das Spiegelelement 1 wiederum einen Temperatursensor 28 und/oder einen Feuchtigkeitssensor 29, wie er bereits beschrieben wurde.
Aufgrund der verjüngenden Form der Leiterbahn 10 bedarf der dem Randbereich 27 zugeordnete Bereich der Leiterbahn 10 einer größeren Wärmezufuhr als der dem Rand­ bereich 38 zugeordnete Bereich der Leiterbahn 10. Dies wird insofern ermöglicht, als im Randbereich 27, beispielsweise, wie beschrieben, drei Kontaktelemente 12 angeord­ net sind, deren Kontaktflächen 40, 41 größer sind als Kontaktflächen 42 der im Randbereich 38 angeordneten Kontaktelemente 12. Durch die größeren Kontaktflächen 40, 41 wird erreicht, daß diese einem Stromdurchgang einen geringeren Widerstand entgegensetzen als die kleineren Kontaktflächen 42, was zur Folge hat, daß durch die Kontaktflächen 40, 41 ein höherer Strom fließen kann als durch die Kontaktflächen 42. Der höhere Strom bewirkt in weiterer Folge eine höhere Stromwärme, wodurch der im Randbereich 27 stattfindende, durch die größere Breite 37 resultierende größere Wär­ meverlust ausgeglichen wird.
Es ist jedoch auch möglich, im Randbereich 27 unterschiedliche Ströme und dadurch unterschiedliche Stromwärmen zu erzeugen, da beispielsweise die Kontaktfläche 40 größer ist als die Kontaktflächen 41 und so im Bereich der Mittelachse 36 des Randbe­ reiches 27 eine größere Stromwärme erzeugt wird als in einem von der Mittelachse 36 distanzierten Bereich des Randbereiches 27. Die Aktivierung der Leiterbahn 10, d. h. die Strombeaufschlagung der Kontaktflächen 40, 41 und 42 geschieht, wie bereits be­ schrieben, über die Versorgungs- und/oder Steuervorrichtung 34.
In den Fig. 5 und 6 ist ein Behälter 43, z. B. ein Speisengeschirr 44 für Speisen oder Getränke gezeigt. Es besteht aus anorganischen Materialien, z. B. Keramik und weist eine Heizanordnung zum Aufwärmen oder Warmhalten von Speisen oder Getränken auf. Er ist beispielsweise topfförmig ausgebildet und weist einen in etwa kreisrund­ förmigen Boden 45 und eine rund umlaufende Wand 46 auf. In einer Aufstandsfläche 47 ist eine kreisrunde Vertiefung 48 vorgesehen. Ein Durchmesser 49 der Vertiefung 48 ist kleiner als ein Durchmesser 50 des Bodens 45, wodurch ein rund umlaufender Randwulst 51 gegeben ist.
In der Vertiefung 48 ist das die Heizanordnung bildende Heizelement 2 mit einer spi­ ralenförmig, mäanderförmig oder vollflächig verlaufenden Leiterbahn 10 aus dem elektrisch leitenden und dem Stromdurchgang einen Widerstand entgegensetzenden Material, bestehend aus den Partikeln 24, angeordnet, die in dem Lichtbogen- oder Plasmaverfahren zu der homogenen Leiterbahn 10 auf einer Oberfläche 52 der Vertie­ fung 48 anhaftend aufgebracht werden. Zwischen den unmittelbar in geringer Distanz benachbarten Leiterbahnbereichen 14, 15 ist die Trennlage 17 aus einem isolierenden, elastischen Material angeordnet, welches vor dem Aufbringen der Partikel 24 z. B. mit­ tels Printverfahren auf der Oberfläche 52 aufgetragen wird, wobei sich zwischen den benachbarten Trennlagen 17 die Leiterbahn 10 vom Kontaktelement 12 in einem An­ fangsbereich 53 bis zum Kontaktelement 13 in einem Endbereich 54 erstreckt. Der Anfangsbereich 53 ist nahe eines äußeren Umfanges des Bodens 45 und der Endbe­ reich 54 im Zentrum des Bodens 45 angeordnet.
Die Leiterbahn 10 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel mit der konstanten Bahnbreite 26 ausgebildet und bedarfsweise in unterschiedlichen Flächenbereichen des Bodens 45 mit der unterschiedlichen Schichtdicke 25 versehen, um damit einem äußeren Leiter­ bahnbereich 55 - durch Reduzierung des Widerstandes - eine höhere Heizleistung zuzuordnen als einem dem Zentrum zugeordneten Leiterbahnbereich 56. Damit wird der erhöhten Wärmeabfuhr, die im Randbereich stattfindet, Rechnung getragen und eine gleichmäßige Erwärmung des Inhalts des Behälters 43 erreicht. Weiters werden Spannungen im Behälter 43, die zu einer Zerstörung führen könnten, vermieden und ist es damit möglich, diesen Behälter 43 mit einer geringen Wanddicke 57 und damit mit geringem Materialaufwand und kostengünstig herzustellen. Die so erzielte geringe Masse des Behälters 43 bewirkt aber auch eine Reduzierung der zugeführten elektri­ schen Energie.
Der Behälter 43 wird nach dem Aufbringen des Heizelementes 2 allseits mit einer Be­ schichtung 58, z. B. einer Glasur, versehen, wobei vor dem Aufbringen der Beschichtung 58 die Leiterbahn 10 im Bereich der Kontaktelemente 12, 13 bevorzugt mit einer Zink- und/oder Zinnschicht 59 versehen wird.
Nach dem Aufbringen der Beschichtung 58 und der thermischen Behandlung wird die Beschichtung 58 im Bereich der Zink- und/oder Zinnschicht 59 entfernt, z. B. durch Schleifen, Ätzen, etc., und werden mittels Lötvorgang die Beschichtung 58 durch­ ragende Kontakte 60 angeordnet. Über diese Kontakte 60 wird von einer externen Stromquelle 61, wie schematisch mittels Leitungen 62 gezeigt, die Leiterbahn 10 mit Energie versorgt.
Es sind dazu entsprechende Aufnahmen für das Speisengeschirr 44 bekannt, die auch mit Temperatursensoren ausgestattet sind und die Energieversorgung vornehmen. Es sind dies vielfach Transporttableaus, die eine bis vier Aufnahmemulden aufweisen, um z. B. ein gesamtes Menü für eine Person für den Verzehr warmzuhalten oder gekühlt abgefüllte Speisen unmittelbar vor dem Verzehr auf die entsprechende Temperatur auf­ zuheizen.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, daß zum besseren Verständ­ nis des Aufbaus der Erfindung diese bzw. deren Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.
Vor allem können die einzelnen in den Fig. 1 bis 3; 4; 5 und 6 gezeigten Ausführungen den Gegenstand von eigenständigen, erfindungsgemäßen oder erfinderischen Lösungen bilden. Die diesbezüglichen, erfindungsgemäßen oder erfinderischen Aufgaben und Lösungen sind den Detailbeschreibungen dieser Figuren zu entnehmen.
Bezugszeichenliste
1
Spiegelelement
2
Heizelement
3
Gehäuse
4
Außenspiegel
5
Substrat
6
Oberfläche
7
Oberfläche
8
Pfeil
9
Reflexionsschicht
10
Leiterbahn
11
Längsstirnkante
12
Kontaktelement
13
Kontaktelement
14
Leiterbahnbereich
15
Leiterbahnbereich
16
Zwischenraum
17
Trennlage
18
Leitung
19
Leitung
20
Rückfläche
21
Deckschicht
22
Randwulst
23
Nut
24
Partikel
25
Schichtdicke
26
Bahnbreite
27
Randbereich
28
Temperatursensor
29
Feuchtigkeitssensor
30
Kontaktfläche
31
Kontaktfläche
32
Leitung
33
Leitung
34
Versorgungs- und/oder Steuervorrich­ tung
35
Stromnetz
36
Mittelachse
37
Breite
38
Randbereich
39
Breite
40
Kontaktfläche
41
Kontaktfläche
42
Kontaktfläche
43
Behälter
44
Speisengeschirr
45
Boden
46
Wand
47
Aufstandsfläche
48
Vertiefung
49
Durchmesser
50
Durchmesser
51
Randwulst
52
Oberfläche
53
Anfangsbereich
54
Endbereich
55
Leiterbahnbereich
56
Leiterbahnbereich
57
Wanddicke
58
Beschichtung
59
Zink- und/oder Zinnschicht
60
Kontakt
61
Stromquelle
62
Leitung

Claims (28)

1. Heizelement für ein Substrat aus einem eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden, anorganischen Material, z. B. Glas, Keramik, etc., mit einer zumindest auf einer Oberfläche des Substrats aufgebrachten Schicht aus elektrisch leitendem Material, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Material unter Druck und Temperatur homogenisiert und bahnförmig oder vollflächig, bevorzugt mit unter­ schiedlicher Schichtdicke (25) und/oder Bahnbreite (26), auf der Oberfläche (6, 7) des Substrats (5) und/oder einer Oberfläche einer am Substrat (5) angeordneten Schicht, beispielsweise einer Reflexionsschicht (9), zu einer homogenen Leiterbahn (10) ge­ formt und über eine Verbindungszone haftend angeordnet ist.
2. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Material aus Partikeln (24), z. B. aus Aluminium, Titanat, Chrom, gebildet und/oder als Hartglasbeschichtung ausgebildet ist, welche bevorzugt an einer Vor­ derseite des Substrats (5), insbesondere einer einer Blickrichtung - Pfeil (8) - zugewandten Vorderseite eines Spiegelelementes (1) angeordnet ist.
3. Heizelement nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn (10) auf der Oberfläche (6; 7) des Substrats (5) und/oder der Reflexions­ schicht (9) in einem spiralenförmigen oder mäanderförmigen Verlauf angeordnet ist und benachbart verlaufende Leiterbahnbereiche (14, 15) voneinander elektrisch isoliert sind.
4. Heizelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn (10) als vollflächige Heizschicht ausgebildet ist.
5. Heizelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das die Leiterbahn (10) bildende Material bzw. die Partikel (24) bevorzugt aus polykristalliner Titanatkeramik besteht.
6. Heizelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn (10) transparent ist.
7. Heizelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß im Bereich von Endstellen der Leiterbahn (10) Kontakt­ elemente (12, 13) angeordnet sind, welche aus einer auf die Leiterbahn (10) aufgebrachten Zink- und/oder Zinnschicht (59) bestehen.
8. Heizelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (12, 13) unterschiedlich große Kontaktflächen (40, 41, 42) aufweisen, wobei in Substratbereichen mit erhöhtem Wär­ mebedarf die Kontaktflächen (40, 41) größer sind als Kontaktflächen (42) in Substratbereichen mit geringerem Wärmebedarf.
9. Heizelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn (10) in einem Außenbereich des Substrats (5) eine größere Schichtdicke (25) und/oder eine größere Bahnbreite (26) aufweist als in einem Innenbereich des Flächenelementes.
10. Heizelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß auf einer Oberfläche (6; 7) des Substrats (5) und/oder einer Reflexionsschicht (9) zur elektrischen Isolation benachbarter Bereiche der Leiterbahn (10) nicht leitende Trennlagen (17) angeordnet sind, zwischen denen das Material der Leiterbahn (10) angeordnet ist.
11. Heizelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn (10) einen Gesamtwiderstand von 2 W bis 20 W, vorzugsweise 8 W aufweist.
12. Heizelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die mit Strom beaufschlagte Leiterbahn (10) eine Temperatur von maximal 200°C aufweist.
13. Heizelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn (10) zwischen dem Substrat (5) und einer Deckschicht (21) angeordnet ist.
14. Heizelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (21) aus elektrisch nicht leitendem Material besteht.
15. Heizelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (21) aus einem thermisch behandelten, keramischen Überzug besteht.
16. Heizelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die auf der Leiterbahn (10) aufgebrachten Kontaktelemente (12, 13) die Deckschicht (21) durchragen bzw. die Deckschicht (21) im Bereich der Kontaktelemente (12, 13) Durchbrüche aufweist.
17. Elektrisch beheizbares Spiegelelement, insbesondere für Außenspiegel von Kraftfahrzeugen, bestehend aus einem transparenten Flächenelement, welches ein Substrat und eine auf dieser angeordnete Reflexionsschicht aufweist, mit einer auf ei­ ner Oberfläche des Substrats und/oder der Reflexionsschicht angeordneten Leiterbahn und mit einer Versorgungs- und/oder Steuervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn (10) durch ein Heizelement (2) nach einem oder mehreren der vorherge­ henden Ansprüche gebildet ist.
18. Spiegelelement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche (7) oder einer der Leiterbahn (10) entgegengesetzten Oberfläche (6) des Flächenelementes ein mit der Versorgungs- und/oder Steuervorrichtung (34) leitungs­ verbundener Sensor, beispielsweise ein Feuchtigkeitssensor (29) und/oder ein Temperatursensor (28) angeordnet ist.
19. Spiegelelement nach Anspruch 17 und/oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor durch einen von der Leiterbahn (10), insbesondere der Heizschicht isoliert angeordneten Teilbereich des elektrisch leitenden Materials gebildet ist.
20. Spiegelelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 19, da­ durch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitssensor (29), wie an sich bekannt, durch zwei voneinander isolierte, elektrisch leitende Kontaktflächen (30, 31), insbesondere aus einer hochtransparenten Beschichtung, z. B. Chrombeschichtung, auf der Oberflä­ che (6; 7) des Spiegelelementes (1) gebildet ist.
21. Spiegelelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 20, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen den Kontaktflächen (30, 31) eine elektrisch nicht leitende Trennlage (17) angeordnet ist.
22. Spiegelelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 21, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen (30, 31) im Bereich einer Längsstirnkante (II) des Substrats (5) angeordnet sind.
23. Spiegelelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 17 bis 22, da­ durch gekennzeichnet, daß die Versorgungs- und/oder Steuervorrichtung (34) mit einem Sensor, beispielsweise einem Temperatursensor (28) und/oder einem Feuchtig­ keitssensor (29) leitungsverbunden ist.
24. Elektrisch beheizbarer Behälter aus Keramik, Glas, etc. zur Aufnahme von Speisen oder Getränken mit einer auf zumindest einer äußeren Oberfläche angeordne­ ten Heizanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizanordnung durch ein Heizelement (2) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16 gebildet ist.
25. Behälter nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (2) in einer Vertiefung (48) einer Aufstandsfläche (47) angeordnet und von einem Randwulst (51) umfaßt ist.
26. Behälter nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (2) von einem Überzug, insbesondere einer Beschichtung (58), z. B. einer Glasur, überdeckt ist.
27. Verfahren zur Herstellung bzw. Anordnung eines Heizelementes auf einem eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden, anorganischen Material, z. B. Glas, Ke­ ramik, etc., dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Oberfläche eines Substrats oder einer Oberfläche einer Schicht, insbesondere einer Reflexionsschicht, eine mäander­ förmige Trennlage haftend aufgebracht wird, die die Oberfläche wulstförmig überragt und im Anschluß daran ein Material aus elektrisch leitenden Partikeln aufgebracht wird, das eine homogene und auf der Oberfläche anhaftende Leiterbahn bildet, und die Aufbringung mittels Lichtbogen- oder Plasmabeschichtung erfolgt, wobei auf die Trennlage auftreffende Partikel abgestoßen werden und nur Bereiche zwischen den Trennlagen die Leiterbahn bilden und durch Variieren der Beschichtungsgeschwindig­ keit und/oder Zufuhr der Partikel eine unterschiedliche Schichtdicke und/oder Bahnbreite über den Verlauf der Leiterbahn erreicht wird.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Trennlage und das Material der Leiterbahn die gleiche Polarität besitzt.
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