DE19825437A1 - Heizelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizelement mit einem fla­ chen Glaselement, das eine transparente elektrisch leitende Hartglasbeschichtung aufweist.

Im Stand der Technik sind Fensterscheiben bzw. Fassa­ denelemente aus Glas bekannt, die eine Hartglasbe­ schichtung aufweist, wobei die Hartglasbeschichtung mittels eines Metalloxids zum Beispiel Zinnoxid her­ gestellt wird, das in das noch heiße Glas eingebracht wird und beim Erstarren des Glases mit diesem einen Verbund eingeht. Eine solche Fenster- bzw. Fassaden­ scheibe dient zur Erhöhung des K-Wertes oder als Wär­ meschutzglas zur Reflexion und/oder Absorption von Sonnenstrahlung.

Weiterhin sind im Stand der Technik Widerstandshei­ zungen bekannt, bei denen auf ein Substrat eine Wi­ derstandsbahn bzw. eine leitende Schicht aufgebracht ist, an die Spannung gelegt wird, worauf durch den in der Widerstandsbahn fließenden Strom Wärme erzeugt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heiz­ element mit gutem Wirkungsgrad zu schaffen, das transparent ist. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines transparenten Heizelementes zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs und des nebengeordneten Anspruchs gelöst.

Es wurde überraschend festgestellt, daß ein mit einer transparenten elektrisch leitenden Hartglasbeschich­ tung versehenes flaches Glaselement als Heizelement dienen kann. Dabei weist die Hartglasbeschichtung ein mit dem Glas eine feste Verbindung eingehendes Me­ talloxid mit einer Dotierung auf. Die Hartglasbe­ schichtung wird mit Kontaktierungen bzw. Kontaktflä­ chen zum Anlegen einer Spannung versehen. Es hat sich gezeigt, daß aufgrund der Menge und der Dotierung des Metalloxids die optischen und elektrischen Eigen­ schaften, zum Beispiel bei letzterem der Widerstands­ wert so gesteuert werden kann, daß durch Anlegen der Spannung in der Hartglasbeschichtung Wärme mit einem guten Wirkungsgrad erzeugt werden kann.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnah­ men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse­ rungen möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß die Kontaktierungen als Keramik-Silberpaste auf die Hart­ glasbeschichtung aufgebracht werden kann und bei ho­ hen Temperaturen eingebrannt wird. Dadurch können Kontaktierungen an und über die Randkanten der Hart­ glasbeschichtung realisiert werden. Auch können un­ terschiedliche Geometerien und Größen der Kontaktie­ rungen vorgesehen werden, wodurch ein gewünschter Widerstandswert und/oder eine gewünschte Heizleistung des Heizelements erreicht werden kann.

Durch Bearbeiten der Hartglasbeschichtung, wie Schleifen, Polieren und/oder Ätzen, kann der Wider­ stand der Hartglasbeschichtung aufgrund der Dicke der Beschichtung und/oder der Form der zur Heizleistung beitragenden Beschichtung auf den Anwendungsfall an­ gepaßt werden.

Besonders vorteilhaft ist, daß das gesamte Heiz­ element bzw. das flache Glaselement mit der elek­ trisch leitenden transparenten Hartglasbeschichtung vorgespannt und gebogen werden kann. Dadurch öffnet sich einen Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten.

Das Heizelement ist vielfältig anzuwenden, beispiels­ weise kann es zum Beheizen von Scheiben in Kraftfahr­ zeugen wie Front-, Heck- und Seitenscheiben sowie zum Beheizen von Scheinwerferabdeckungen oder von Außen­ spiegeln verwendet werden. Gleichzeitig kann es in der Gebäudetechnik, das heißt in Räumen, als Heizkör­ per verwendet werden, wobei es als Fensterflächen, Türen, Wandheizkörper, Tischplattenheizkörper, Glas­ vitrinen und dergleichen realisiert werden kann. Auch kann es gleichzeitig als Widerstandssensor, zum Bei­ spiel als Feuchtigkeitssensor dienen.

Eine schematische Darstellung des Heizelementes ist in der einzigen Figur gezeigt.

Das Heizelement 1 besteht aus einer flachen Glas­ scheibe 2, die mit einer Hartglasbeschichtung verse­ hen ist. Die Hartglasbeschichtung 3 besteht aus einem Verbund von Glas und einem Metalloxid vorzugsweise einem Zinnoxid, das mit einer Dotierung versehen ist. Als Dotierung wird beispielsweise Fluor, Chlor oder Brom verwendet.

Für die Herstellung von Heizelementen wird das Me­ talloxid auf zähflüssiges Glas in Form eines Pulvers direkt aufgestreut bzw. aufgebracht oder in einer Flüssigkeit gelöst und dann aufgesprüht.

Die Menge des aufgebrachten Metalloxids sowie seine Dotierung beeinflußt sowohl die optischen als auch die elektrischen Eigenschaften der Hartglasbeschich­ tung, so daß durch ihre Steuerung eine Optimierung entsprechend dem Anwendungsfall vorgenommen werden kann. Das Glas erstarrt zusammen mit dem aufgebrach­ ten Metalloxid, vorzugsweise Zinnoxid, auf einer Me­ tallschmelze, auf der es schwimmt. Das Metalloxidpul­ ver geht mit dem heißen Glas einen Verbund ein, wo­ durch sich die mechanischen Eigenschaften der Be­ schichtung herleiten lassen.

Das erstarrte Glaselement kann in die gewünschten Formen geschnitten werden, wobei auch ein anschlie­ ßendes Vorspannen durch erneute Erwärmung möglich ist. Gleichzeitig kann das Glas bzw. das Heizelement in die gewünschte gekrümmte Form, beispielsweise die einer Frontscheibe eines Kraftfahrzeugs, gebogen wer­ den.

Die elektrisch leitende Hartglasbeschichtung ist mit Kontaktflächen 4 versehen, die zur Einleitung von elektrischem Strom dienen. Dazu werden die Kontakt­ flächen 4 mit einer Spannungsquelle verbunden, wobei je nach Anwendungsfall bzw. Größe des Heizelementes eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung ange­ legt werden kann. Auch ist die Höhe der Spannung ab­ hängig vom Widerstand der transparenten Hartglasbe­ schichtung 3 und von der Größe des Heizelementes und dergleichen zu wählen.

Die Kontaktflächen werden beispielsweise als Paste aufgebracht und eingebrannt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Keramik-Silberpaste verwendet, die zum Beispiel in einem herkömmlichen Druckverfahren (zum Beispiel einem Siebdruck) aufge­ bracht wird und bei einer Temperatur von ca. 650° C eingebrannt wird. Dabei liegt die Einbrenndauer in der Größenordnung von wenigen Minuten. Nach dem Ein­ brennen bildet sich ein Keramik-Silberpastenverbund, wobei die Oberschicht im wesentlichen aus Keramik besteht, die die eingebrannte Silberschicht vor Kor­ rosion schützt. Durch Abschleifen der Keramikschicht wird die eingebrannte Silberschicht freigelegt, die mit den entsprechenden Anschlüssen verlötet werden kann.

Bei dem Aufbringen der Kontaktierungen bzw. Kontakt­ flächen 4 kann unter Berücksichtigung der Geometrie der Kontaktflächen und ihrer Größe die Heizleistung der Schicht 3 eingestellt werden, da in entsprechen­ der Weise der Strom über die Kontaktflächen eingekop­ pelt wird.

Die Kontaktierungen bzw. die Kontaktflächen können über den Rand der transparenten Hartglasbeschichtung und zumindest teilweise über den nicht leitenden Be­ reich des Glassubstrats 2 herumgezogen werden.

Der Widerstandswert der transparenten elektrisch lei­ tenden Hartglasschicht 3 kann durch Nachbearbeitung auf gewünschte Werte eingestellt bzw. an entsprechen­ de Anwendungsfälle angepaßt werden. Sie kann bei­ spielsweise durch Anschleifen, Polieren oder Ätzen bearbeitet werden, so daß die Hartglasbeschichtung 3 in ihrer für die Heizung wirksamen Form verändert werden kann. Beispielsweise kann die Beschichtung 3 so geätzt werden, daß sich eine mäanderförmige Lei­ terfläche ergibt.

Selbstverständlich kann die Heizleistung des Heiz­ elementes 1 auch durch die Art, die Höhe und die Fre­ quenz der angelegten Spannung, das heißt elektrisch gesteuert werden. Dabei können auch bestimmte bekann­ te Ansteuerarten verwendet werden.

Bei Anlegen einer höheren Spannung muß die elektrisch leitende transparente Hartglasbeschichtung 3 gegen die Gefahr des Berührens geschützt werden. Dazu kann auf die Hartglasbeschichtung eine transparente Iso­ lierschicht aufgebracht werden. Es ist jedoch auch denkbar, daß zwei Heizelemente entsprechend der Figur mit der Hartglasbeschichtung 3 aneinandergelegt und miteinander verbunden werden. Dadurch wird eine Ver­ bundglasscheibe gebildet, die beispielsweise über die Kante an die benötigte Spannung angelegt werden kann.

Neben den schon angegebenen Verwendungszwecken als Heizelement bzw. als Heizung in Kraftfahrzeugen und in der Gebäudetechnik kann das Heizelement gleich­ falls als Wärmeschutzverglasung in Kraftfahrzeugen und an Gebäuden vorgesehen werden, wobei das Anlegen einer Spannung dann nicht unbedingt notwendig ist.

Claims (17)

1. Heizelement mit mindestens einem flachen Glas­ element mit einer transparenten elektrisch lei­ tenden Hartglasbeschichtung, die ein mit dem Glas eine feste Verbindung eingehendes Metall­ oxid mit einer Dotierung aufweist, wobei an der elektrisch leitenden, als Heizschicht dienenden Hartglasbeschichtung Kontaktierungen zum Anlegen einer Spannung vorgesehen sind.

2. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Metalloxid ein Zinnoxid ist und als Dotierung Elemente wie Fluor, Chlor, Brom vorgesehen sind.

3. Heizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kontaktierungen als einge­ brannter Keramik-Silberpastenverbund ausgebildet sind.

4. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierungen an und/oder über die Randkanten der Hartglasbe­ schichtung angeordnet sind.

5. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Geometrie und Größe der Kontaktierungen an einen vorgegebenen Widerstandswert und/oder eine gewünschte Heiz­ leistung und/oder die Art und Höhe der angeleg­ ten ,Spannung anpaßbar sind.

6. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert der Hartglasbeschichtung durch Anschleifen, Po­ lieren und/oder Ätzen einstellbar ist.

7. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es vorgespannt und gebogen ist.

8. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartglasbe­ schichtung von einer transparenten Schicht abge­ deckt ist oder daß zwei Glaselemente mit zuein­ ander gerichteten Hartglasbeschichtungen mitein­ ander verbunden sind.

9. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierungen mit einer Gleich- oder Wechselspannung angesteu­ ert werden.

10. Verfahren zur Herstellung eines Heizelementes, dadurch gekennzeichnet, daß auf ein flach ausge­ richtetes heißes Glas ein mit einer Dotierung versehenes Metalloxidpulver auf das Glas ge­ streut oder, in einer Flüssigkeit gelöst, auf­ sprüht wird und mit dem Glas während dessen Ab­ kühlens und Erstarrens einen Verbund eingeht, wobei eine transparente leitfähige Hartglasbe­ schichtung gebildet wird, auf die anschließend Kontaktierungen zum Anlegen einer Spannung auf­ gebracht werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß Zinnoxidpulver mit einer Fluor-, Chlor- oder Bromdotierung auf das Glas aufgebracht wird.

12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die elektrischen und optischen Eigenschaften des mit der Hartglasbeschichtung zu versehenden Glases abhängig von der Menge und der Dotierung des Metalloxids gesteuert werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß für die Kontaktie­ rungen eine Keramik-Silberpaste auf die trans­ parente Hartglasbeschichtung, vorzugsweise im Siebdruck, aufgebracht und bei Temperaturen über 500°C eingebrannt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß die Hartglasbeschichtung zur Erzielung eines gewünschten Widerstandswertes angeschlif­ fen, poliert oder geätzt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Glaselement mit der Hartglasbeschichtung erneut aufgeheizt und dabei vorgespannt und in eine gewünschte Form gebogen wird.

16. Verwendung eines Heizelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in der Kraftfahrzeugtechnik zum Beheizen von Scheiben, Spiegeln, Scheinwer­ ferabdeckungen und dergleichen.

17. Verwendung eines Heizelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Raumheizkörper in der Ge­ bäudetechnik.