EP2641452B1

EP2641452B1 - Flächenheizkörper mit temperaturüberwachung

Info

Publication number: EP2641452B1
Application number: EP11805429.5A
Authority: EP
Inventors: Christoph Degen; Dang Cuong Phan; Mitja Rateiczak; Andreas Schlarb; Stefan Droste; Robert Drese; Gunther Vortmeier; Patrick Weber; Olaf Eckelt; Walter Schreiber; Giordano Soma
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: 2010-11-18
Filing date: 2011-11-18
Publication date: 2016-06-01
Anticipated expiration: 2031-11-18
Also published as: ES2591136T3; JP5808419B2; WO2012066112A1; PL2641452T3; CN103202095B; US9900932B2; PT2641452T; US20130277352A1; EA030260B1; KR20130112907A; EP2641452A1; KR101520201B1; CN103202095A; JP2014502408A; EA201390728A1

Description

Die Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Flächenheizkörper und betrifft einen Flächenheizkörper mit Temperaturüberwachung.

Stand der Technik

Flächenheizkörper mit einer elektrischen Heizschicht werden in mannigfacher Weise eingesetzt. Sie sind als solche wohlbekannt und bereits vielfach in der Patentliteratur beschrieben worden. Lediglich beispielhaft sei in diesem Zusammenhang auf die Druckschriften DE 102008018147 A1 , DE 102008029986 A1 , DE 10259110 B3 und DE 102004018109 B3 verwiesen. So werden beispielsweise transparente Flächenheizkörper in Kraftfahrzeugen als Windschutzscheiben eingesetzt, da das Sichtfeld von Windschutzscheiben aufgrund gesetzlicher Vorgaben keine Sichteinschränkungen aufweisen darf. Durch die von der Heizschicht erzeugte Wärme können binnen kurzer Zeit kondensierte Feuchtigkeit, Eis und Schnee entfernt werden. In Wohnräumen können sie anstelle herkömmlicher Heizkörper zur Wohnraumheizung dienen, zu welchem Zweck sie beispielsweise an Wänden oder frei stehend montiert werden. Flächenheizkörper können gleichermaßen als heizbare Spiegel oder transparente Dekorteile eingesetzt werden.
Nun kann bei Flächenheizkörpern in der Praxis das Problem auftreten, dass durch auf der Heizschicht befindliche Gegenstände die produzierte Wärme nicht mehr in ausreichender Weise an die Umgebung abgeleitet wird. In der Folge kann eine lokale Überhitzung ("Hot Spot") auftreten. Dies kann beispielsweise bei zur Raumheizung eingesetzten Flächenheizkörpern durch versehentlich übergelegte Kleidungsstücke passieren. Durch die lokale Überhitzung kann die Heizschicht beeinträchtigt und gegebenenfalls sogar geschädigt werden.
Die US-Patentanmeldung Nr. 2010/0163675 A1 zeigt eine Scheibe und ein Verfahren gemäß der Oberbegriffe von Patentanspruch 1 und 12.

Aufgabenstellung

Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, herkömmliche Flächenheizkörper in einer Weise weiterzubilden, dass für insbesondere transparente Flächenheizkörper eine Temperaturüberwachung in einfacher und zuverlässiger Weise ermöglicht ist. Diese und weitere Aufgaben werden nach dem Vorschlag der Erfindung durch einen Flächenheizkörper und eine Anordnung mit einem solchen Flächenheizkörper mit den Merkmalen der nebengeordneten Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.
Erfindungsgemäß ist ein Flächenheizkörper mit mindestens einem flächigen Substrat und einer elektrisch leitfähigen, heizbaren, vorzugsweise transparenten Beschichtung gezeigt. Die heizbare Beschichtung ist so ausgebildet, dass sich deren elektrischer Widerstand mit einer Variation der Temperatur ändert. Die heizbare Beschichtung erstreckt sich zumindest über einen Teil einer Substratfläche des flächigen Substrats. Der Flächenheizkörper ist weiterhin mit mindestens zwei zum elektrischen Verbinden mit den beiden Polen einer Spannungsquelle vorgesehenen Anschlusselektroden versehen, die mit der leitfähigen Beschichtung elektrisch so verbunden sind, dass durch Anlegen einer Speisespannung ein Heizstrom in einem von der leitfähigen Beschichtung gebildeten Heizfeld fließt. Das Heizfeld weist zu diesem Zweck einen oder mehrere Heizstrompfade zur Leitung des über die beiden Anschlusselektroden eingeleiteten Heizstroms auf, welche in die leitfähige Beschichtung mittels von der leitfähigen Beschichtung freier, d.h. beschichtungsfreier (elektrisch isolierter) Trennbereiche, beispielsweise linienförmige Trennbereiche (Trennlinien) eingeformt sind. Die Heizstrompfade werden somit von der leitfähigen Beschichtung gebildet. Bei einer transparenten Beschichtung sind die Heizstrompfade dementsprechend transparent.
Der erfindungsgemäße Flächenheizkörper kann in vielfacher Weise ausgebildet sein und beispielsweise als flächiger Heizkörper zur Wohnraumheizung, als heizbarer Spiegel, heizbares Dekorteil oder heizbare Scheibe, insbesondere Windschutz- oder Heckscheibe eines Kraftfahrzeugs dienen, wobei diese Aufzählung lediglich beispielhaft ist und die Erfindung keinesfalls einschränken soll.
Nach dem Vorschlag der Erfindung umfasst der Flächenheizkörper einen oder mehrere in die leitfähige Beschichtung als Leiterbahnen eingeformte Messstrompfade, die zumindest abschnittsweise von den Heizstrompfaden verschieden sind. Die Messstrompfade sind in die leitfähige Beschichtung mittels von der leitfähigen Beschichtung freier, das heißt beschichtungsfreier (elektrisch isolierter) Trennbereiche, beispielsweise linienförmige Trennbereiche (Trennlinien), eingeformt. Die Messstrompfade werden somit von der leitfähigen Beschichtung gebildet. Bei einer transparenten Beschichtung sind die Messstrompfade transparent. Dabei ist jeder Messstrompfad zumindest mit einem Teilbereich des Heizfelds thermisch gekoppelt und verfügt über wenigstens zwei Anschlussabschnitte zum Anschluss einer Messeinrichtung zum Bestimmen seines elektrischen Widerstands. Im Unterschied zu den Heizstrompfaden, welche zum Leiten des über die Anschlusselektroden eingeleiteten Heizstroms dienen, sind die Messstrompfade zum Leiten eines über die Anschlussabschnitte eingeleiteten Messstroms zum Messen des elektrischen Widerstands vorgesehen. Dabei können die Messstrompfade einen größeren elektrischen Widerstand pro Länge als die Heizstrompfade haben, der sich beispielsweise durch eine geringere Breite der Messstrompfade quer zur Erstreckungsrichtung ergibt.
Der erfindungsgemäße Flächenheizkörper ermöglicht somit in vorteilhafter Weise eine Bestimmung der Temperatur der jeweils mit zumindest einem Teilbereich des Heizfelds thermisch gekoppelten Messstrompfade, indem der elektrische Widerstand der Messstrompfade bestimmt wird. Auf diese Weise können insbesondere lokale Überhitzungen im Bereich des Heizfelds zuverlässig und sicher erfasst werden.
In dem erfindungsgemäßen Flächenheizkörper können die Messstrompfade in einfacher Weise durch Strukturieren der leitfähigen Beschichtung hergestellt werden, wobei die Messstrompfade bei einer transparenten leitfähigen Beschichtung transparent sind, so dass in besonders vorteilhafter Weise auch in transparenten Flächenheizkörpern die Temperatur des Heizfelds überwacht werden kann.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Flächenheizkörpers sind die Messstrompfade zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, in einem vom Heizfeld elektrisch getrennten, das Heizfeld umgebenden Randstreifen ausgebildet. Diese Maßnahme ermöglicht eine besonders einfache Kontaktierung der Anschlussabschnitte der Messstrompfade im Randstreifen. Zudem können die Messstrompfade für die Erfassung randnaher Hot Spots einen entlang des Substratrands sich erstreckenden Verlauf haben. Dabei können die Messstrompfade insbesondere zumindest abschnittsweise in voneinander verschiedenen Teilbereichen des Randstreifens ausgebildet sein, wodurch eine ortsaufgelöste Erfassung von Hot Spots im Heizfeld möglich ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Flächenheizkörpers sind ein oder mehrere Messstrompfade jeweils so ausgebildet, dass sie in einer räumlich begrenzten Zone des Randstreifens, im Weiteren als "Messzone" bezeichnet, mehrfach ihre Pfadrichtung ändern. Die Messstrompfade können in den Messzonen beispielsweise einen mäandrisch geschwungenen Verlauf haben, wobei gleichermaßen jeder andere Verlauf mit einer wechselseitigen bzw. gegensinnigen Änderung der Pfadrichtung vorgesehen sein kann. Anders ausgedrückt, umfasst jeder Messstrompfad eine Mehrzahl gegensinnig gekrümmter Strompfadabschnitte. In den Messzonen ist jeweils ein relativ großer Anteil der Leiterbahn eines Messstrompfads enthalten, was mit einem entsprechend großen Spannungsabfall einer an die Anschlussabschnitte angelegten Messspannung einhergeht. Die Messzonen ermöglichen somit eine Erfassung von Hot Spots mit hoher Sensitivität und besonders guter Ortsauflösung. Dabei kann es weiterhin von Vorteil sein, wenn die Messzonen zumindest über einen Teilbereich des Randstreifens räumlich verteilt, insbesondere räumlich gleichmäßig verteilt, angeordnet sind, wodurch eine besonders gute Ortsauflösung bei der Erfassung von Hot Spots des Heizfelds ermöglicht ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Flächenheizkörpers sind die Messstrompfade vom Heizfeld elektrisch getrennt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Messstrompfade vollständig innerhalb des vom Heizfeld elektrisch isolierten Randstreifens enthalten sind. Durch diese Maßnahme sind Heiz- und Messstrom elektrisch getrennt, so dass sich die Bestimmung des elektrischen Widerstands der Messstrompfade besonders einfach gestaltet.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Flächenheizkörpers verfügen ein oder mehrere Messstrompfade jeweils über einen Messstrompfadabschnitt, der Teil eines Heizstrompfads ist oder von einem vollständigen Heizstrompfad gebildet wird. In diesem Fall kann eine mit dem Heizstrompfad verbundene Anschlusselektrode insbesondere als Anschlussabschnitt eines Messstrompfads dienen. Der elektrische Widerstand des nicht vom Heizstrompfad gebildeten Pfadabschnitts eines Messstrompfads kann insbesondere größer sein als jener im übrigen Messstrompfad, was durch eine entsprechend kleinere Breite der Leiterbahn in einfacher Weise realisierbar ist. Durch diese Maßnahme kann in vorteilhafter Weise eine vereinfachte Herstellung der Messstrompfade erreicht werden. Zudem ist beispielsweise bei teilweise im Randstreifen verlaufenden Messstrompfaden der Platzbedarf im Randstreifen verringert, so dass mehr Messstrompfade bei gegebener Dimensionierung des Randstreifens in die leitfähige Beschichtung eingeformt werden können. Andererseits ist die Ausbildung von Messzonen im Randstreifen erleichtert.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Flächenheizkörpers sind die Anschlusselektroden mit zwei zueinander parallelen verschalteten Messstrompfadreihen, in denen jeweils zwei Messstrompfade seriell verschaltet sind, elektrisch verbunden, wobei jede Messstrompfadreihe über einen zwischen den beiden seriell verschalteten Messstrompfaden angeordneten Anschlussabschnitt zum Anschluss der Messeinrichtung zur Bestimmung des elektrischen Widerstands verfügen. Durch diese Maßnahme können die Messstrompfade zu einer dem Fachmann an sich bekannten Wheatstone-Brücke verschaltet werden, welche eine besonders genaue Erfassung von Widerstandsänderungen der Messstrompfade ermöglicht.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Flächenheizkörpers dient zumindest ein Messstrompfad als Referenzstrompfad zur Erfassung eines Referenzwiderstands für andere Messstrompfade. Dies ermöglicht eine besonders zuverlässige Erfassung von Hot Spots im Heizfeld, da temperaturbedingte Widerstandsänderungen von Messstrompfaden aufgrund von Änderungen der Umgebungstemperatur oder bestimmungsgemäßer Wärmeabgabe des Heizfelds erfassbar sind.
Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf eine Anordnung mit einem wie oben beschriebenen Flächenheizkörper, welche zumindest eine an die Anschlussabschnitte der Messstrompfade angeschlossene Messeinrichtung zum Bestimmen elektrischer Widerstände sowie eine mit der Messeinrichtung datentechnisch verbundene Steuer- und Kontrolleinrichtung aufweist. Dabei ist die Steuer- und Kontrolleinrichtung programmtechnisch so eingerichtet, dass die an die Anschlusselektroden angelegte Speisespannung abgeschaltet oder zumindest reduziert wird, falls der elektrische Widerstand eines Messstrompfads einen vorbestimmbaren (wählbaren) Schwellwert übersteigt. Durch diese Maßnahme kann eine lokale Überhitzung des Heizfelds in vorteilhafter Weise automatisch behoben werden. Die Steuer- und Kontrolleinrichtung ist zu diesem Zweck mit einer mit der Spannungsquelle zum Bereitstellen der Speisespannung gekoppelten Einrichtung, durch welche die Speisespannung reduziert oder abgeschaltet werden kann, elektrisch verbunden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung ist die Steuer- und Kontrolleinrichtung mit einer optischen und/oder akustischen Ausgabeeinrichtung zur Ausgabe von optischen und/oder akustischen Signalen datentechnisch verbunden, wobei die Steuer- und Kontrolleinrichtung so eingerichtet ist, dass ein optisches und/oder akustisches Signal ausgegeben wird, falls der elektrische Widerstand eines Messstrompfads den genannten oder einen anderen vorbestimmbaren Schwellwert übersteigt. Durch diese Maßnahme kann in vorteilhafter Weise ein Nutzer alarmiert werden, wenn eine Überhitzung vorliegt, so dass entsprechende Maßnahmen ergriffen werden können. Insbesondere kann ein Nutzer bereits vor einer Abschaltung der Speisespannung alarmiert werden.
Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf ein Verfahren zum Betreiben eines Flächenheizkörpers mit mindestens einem flächigen Substrat und einer elektrisch leitfähigen Beschichtung, die sich zumindest über einen Teil der Substratfläche erstreckt und mit mindestens zwei zum elektrischen Verbinden mit den beiden Polen einer Spannungsquelle vorgesehenen Anschlusselektroden elektrisch so verbunden ist, dass durch Anlegen einer Speisespannung ein Heizstrom in einem Heizfeld fließt. Bei dem Flächenheizkörper kann es sich insbesondere um einen wie oben beschriebenen Flächenheizkörper handeln. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der elektrische Widerstand eines oder mehrerer mit dem Heizfeld thermisch gekoppelter Messstrompfade bestimmt, wobei die Messstrompfade jeweils durch beschichtungsfreie Trennbereiche, beispielsweise Trennlinien, in die leitfähige Beschichtung eingeformt und von der leitfähigen Beschichtung gebildet sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Speisespannung reduziert oder abgeschaltet, falls der elektrische Widerstand eines Messstrompfads einen vorbestimmbaren Schwellwert übersteigt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein optisches und/oder akustisches Signal ausgegeben, falls der elektrische Widerstand eines Messstrompfads den genannten oder einen anderen vorbestimmbaren Schwellwert übersteigt.
Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf die Verwendung eines wie oben beschriebenen Flächenheizkörpers als funktionales und/oder dekoratives Einzelstück und als Einbauteil in Möbeln, Geräten und Gebäuden, insbesondere als Heizkörper in Wohnräumen, beispielsweise als wandmontierbarer oder frei stehender Heizkörper, sowie in Fortbewegungsmitteln zur Fortbewegung auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, insbesondere in Kraftfahrzeugen beispielsweise als Windschutzscheibe, Heckscheibe, Seitenscheibe und/oder Glasdach.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Figuren genommen wird. Es zeigen in vereinfachter, nicht maßstäblicher Darstellung:

Fig. 1: eine schematische Draufsicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Flächenheizkörpers mit einem im Randstreifen verlaufenden Messstrompfad;
Fig. 2-4: jeweils schematische Draufsichten verschiedener Varianten des Flächenheizkörpers von Fig. 1 mit mehreren im Randstreifen verlaufenden Messstrompfaden;
Fig. 5: eine schematische Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Flächenheizkörpers, bei dem die Messstrompfade teilweise im Heizfeld und teilweise im Randstreifen verlaufenden;
Fig. 6: eine schematische Draufsicht einer Variante des Flächenheizkörpers von Fig. 5;
Fig. 7A-7C: eine schematische Draufsicht (Fig. 7A) eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Flächenheizkörpers, mit Messstrompfaden (Fig. 7B) im Heizfeld, die als Wheatstone-Brücke (Fig. 7C) verschaltet sind;
Fig. 8: ein Diagramm zur Veranschaulichung der temperaturabhängigen Änderung des elektrischen Widerstands der Heizbeschichtung eines Flächenheizkörpers.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Im Weiteren gemachte Lage- und Richtungsangaben wie "oben", "unten", links" und "rechts" beziehen sich auf die in den Figuren dargestellten Flächenheizkörper und dienen ausschließlich zum Zwecke einer einfacheren Beschreibung der Erfindung. Es versteht sich, dass die Flächenheizkörper jeweils auch anders orientiert sein können, so dass diese Angaben nicht als einschränkend aufzufassen sind.
Sei zunächst Figur 1 betrachtet, worin als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ein insgesamt mit der Bezugszahl 1 bezeichneter Flächenheizkörper bzw. eine den Flächenheizkörper 1 enthaltende Anordnung 39 veranschaulicht ist. Der Flächenheizkörper 1 dient zur flächigen Wärmeerzeugung und kann beispielsweise anstelle eines herkömmlichen Heizkörpers zur Heizung eines Wohnraums eingesetzt werden. Er kann zu diesem Zweck beispielsweise an einer Wand befestigt oder in diese integriert werden, wobei aber auch eine frei stehende Montage möglich ist. Denkbar ist auch, den Flächenheizkörper 1 als Spiegel oder Dekorteil auszubilden. Eine andere beispielhafte Anwendung des Flächenheizkörpers 1 ist die Nutzung als Fahrzeugscheibe, insbesondere Windschutzscheibe, eines Kraftfahrzeugs.
Der Flächenheizkörper 1 umfasst zumindest ein flächiges Substrat 2 aus einem elektrisch isolierenden Material, wobei der Flächenheizkörper 1 als Einscheibenglas über ein einzelnes Substrat 2 und als Verbundscheibe über zwei durch eine thermoplastische Klebeschicht fest miteinander verbundene Substrate 2 verfügt. Das Substrat 2 kann aus einem gläsernen Material, beispielsweise Floatglas, Gussglas oder Keramikglas oder einem nichtgläsernen Material, beispielsweise Kunststoff, insbesondere Polystyrol (PS), Polyamid (PA), Polyester (PE), Polyvinylchlorid (PVC), Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMA) oder Polyethylenterephtalat (PET) bestehen. Allgemein kann jedes Material mit ausreichender chemischer Beständigkeit, geeigneter Form- und Größenstabilität, sowie, falls erwünscht, hinreichender optischer Transparenz verwendet werden. Als Klebeschicht zur Verbindung der beiden Substrate 2 in einer Verbundscheibe kann beispielsweise Kunststoff, insbesondere auf Basis von Polyvinylbutyral (PVB), Ethylen-Vinyl-Acetat (EVA) und Polyurethan (PU), eingesetzt werden.
In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst der Flächenheizkörper ein rechteckiges Substrat 2 mit einem umlaufenden Substratrand 4, der sich aus zwei kurzen Rändern 5 und zwei langen Rändern 6 zusammensetzt. Es versteht sich, dass die Erfindung hierauf nicht eingeschränkt ist, sondern dass das Substrat 2 auch jede andere für die praktische Anwendung geeignete Form haben kann, beispielsweise eine quadratische, runde oder ovale Form. Abhängig von der Anwendung des Flächenheizkörpers 1 kann das Substrat 2 starr oder flexibel sein. Entsprechendes gilt für dessen Dicke, die breit variieren kann und für ein gläsernes Substrat 2 beispielsweise im Bereich von 1 bis 24 mm liegt.
Für eine flächige Wärmeerzeugung umfasst der Flächenheizkörper 1 eine elektrisch leitfähige, heizbare Beschichtung 3, die hier beispielsweise auf einer (Haupt-)Oberfläche bzw. Substratfläche 42 des Substrats 2 aufgebracht ist. Beispielsweise nimmt die Beschichtung 3 mehr als 50%, bevorzugt mehr als 70%, insbesondere bevorzugt mehr als 80% und noch stärker bevorzugt mehr als 90% der Substratfläche 42 des Substrats 2 ein. Die Beschichtung 3 kann insbesondere vollflächig auf die Substratfläche 42 aufgebracht sein. Die von der Beschichtung 3 bedeckte Fläche kann, je nach Anwendung, beispielsweise von 100 cm² bis 25 m² reichen. Ebenso wäre es möglich, die Beschichtung 3 nicht auf das Substrat 2, sondern anstelle dessen auf einen flächenhaften Träger aufzubringen, der anschließend mit dem Substrat 2 verklebt wird. Bei einem solchen Träger kann es sich insbesondere um eine Kunststofffolie handeln, die beispielsweise aus Polyamid (PA), Polyurethan (PU), Polyvinylchlorid (PVC), Polycarbonat (PC), Polyester (PE) oder Polyvinylbutyral (PVB) besteht. Alternativ kann ein solcher Träger auch mit Klebefolien (z.B. PVB-Folien) verbunden und als dreilagiger Schichtenaufbau mit den beiden Substraten 2 einer Verbundscheibe verklebt werden.
Die Beschichtung 3 enthält oder besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material. Beispiele hierfür sind Metalle mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit wie Silber, Kupfer, Gold, Aluminium oder Molybdän, Metall-Legierungen wie mit Palladium legiertes Silber, sowie transparente, leitfähige Oxide (TCO = Transparent Conductive Oxides). Bei TCO handelt es sich vorzugsweise um Indiumzinnoxid, fluordotiertes Zinndioxid, aluminiumdotierts Zinndioxid, galliumdotiertes Zinndioxid, bordotiertes Zinndioxid, Zinnzinkoxid oder antimondotiertes Zinnoxid. Dabei kann die Beschichtung 3 aus einer leitfähigen Einzelschicht oder einem Schichtenaufbau, der zumindest eine leitfähige Teilschicht enthält, bestehen. Beispielsweise umfasst ein solcher Schichtenaufbau mindestens eine leitfähige Teilschicht, vorzugsweise Silber (Ag), und weitere Teilschichten wie Entspiegelungs- und Blockerschichten. Die Dicke der Beschichtung 3 kann je nach Anwendung breit variieren, wobei die Dicke an jeder Stelle beispielsweise im Bereich von 30 nm bis 100 µm liegen kann. Im Falle von TCO liegt die Dicke beispielsweise im Bereich von 100 nm bis 1,5 µm, bevorzugt im Bereich von 150 nm bis 1 µm und stärker bevorzugt im Bereich von 200 nm bis 500 nm. Vorteilhaft ist die Beschichtung 3 thermisch hoch belastbar, so dass sie die zum Biegen (Vorspannen) einer als Substrat 2 verwendeten Glasscheibe erforderliche Temperaturen von typischer Weise mehr als 600°C ohne Funktionsbeeinträchtigung übersteht. Gleichermaßen kann aber auch eine thermisch gering belastbare Beschichtung 3 vorgesehen sein kann, die nach dem Vorspannen der Glasscheibe aufgebracht wird. Ebenso kann die Beschichtung 3 auf ein Substrat 2 aufgebracht werden, welches nicht vorgespannt wird. Der Flächenwiderstand der Beschichtung 3 ist vorzugsweise geringer als 20 Ohm pro Flächeneinheit und liegt beispielsweise im Bereich von 0,25 bis 20 Ohm pro Flächeneinheit. Im gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Flächenwiderstand der leitfähigen Beschichtung 3 einige Ohm pro Flächeneinheit und beträgt beispielsweise 1 bis 2 Ohm pro Flächeneinheit.
Die Beschichtung 3 wird beispielsweise aus der Gasphase abgeschieden, zu welchem Zweck an sich bekannte Verfahren wie chemische Gasphasenabscheidung (CVD = Chemical Vapor Deposition) oder physikalische Gasphasenabscheidung (PVD = Physical Vapor Deposition) eingesetzt werden können. Vorzugsweise wird die Beschichtung 3 durch Sputtern (Magnetron-Kathodenzerstäubung) auf das Substrat 2 aufgebracht.
Bei dem in Fig. 1 veranschaulichten Flächenheizkörper 1 kann es für seine praktische Anwendung beispielsweise als frei stehender Heizkörper oder Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs von Vorteil sein, wenn er für sichtbares Licht im Wellenlängenbereich von 350 nm bis 800 nm transparent ist, wobei unter dem Begriff "Transparenz" eine Lichtdurchlässigkeit von mehr als 50%, vorzugsweise mehr als 70% und insbesondere bevorzugt mehr als 80% zu verstehen ist. Dies kann beispielsweise durch ein transparentes Substrat 2 aus Glas und eine transparente Beschichtung 3 auf Basis von Silber (Ag) erreicht werden.
Im Flächenheizkörper 1 ist die leitfähige Beschichtung 3 entlang des Substratrands 4 mit einer umlaufenden, elektrisch isolierten, ersten Trennlinie 7 versehen, welche hier beispielsweise einen Abstand von einigen cm, insbesondere 1 bis 2 cm, vom Substratrand 4 hat. Durch die erste Trennlinie 7 wird ein äußerer Randstreifen 8 der leitfähigen Beschichtung 3 von einem innen liegenden Rest der leitfähigen Beschichtung 3, der als Heizfeld 9 dient, elektrisch abgeteilt. Der Randstreifen 8 bewirkt eine elektrische Isolierung des Heizfelds 9 nach außen und schützt es gegen vom Substratrand 4 vordringende Korrosion. Zusätzlich kann die Beschichtung 3 zur Verbesserung der Randisolierung in einem beispielsweise einige Millimeter breiten Teil des Randstreifens 8 umlaufend entfernt sein, was in Fig. 1 nicht näher dargestellt ist.
In dem Flächenheizkörper 1 dient nur das Heizfeld 9 zur flächigen Wärmeerzeugung. Zu diesem Zweck sind zwei mit dem Heizfeld 9 elektrisch-galvanisch verbundene Anschlusselektroden 10, 11 vorgesehen, welche hier beispielsweise am unteren langen Rand 6 nahe des rechten kurzen Rands 5 angeordnet sind. Die Anschlusselektroden 10, 11 dienen zum Anlegen einer von außen zugeführten Speisespannung an das Heizfeld 9, wobei durch den eingeleiteten Heizstrom flächenhaft Wärme vom Heizfeld 9 abgegeben wird. Die beiden Anschlusselektroden 10, 11 können zu diesem Zweck mit den beiden Polen einer Spannungsquelle (nicht gezeigt) verbunden werden. Die hier beispielsweise jeweils in Form von Viertelscheiben ausgeführten Anschlusselektroden 10, 11 sind beispielsweise aus einer metallischen Druckpaste im Druckverfahren, insbesondere Siebdruckverfahren, hergestellt. Alternativ wäre es auch möglich, die beiden Anschlusselektroden 10, 11 beispielsweise aus einer Metallfolie vorzufertigen und anschließend mit dem Heizfeld 9 insbesondere durch Löten elektrisch zu verbinden. Dabei ist es unerheblich, ob zunächst die Beschichtung 3 auf dem Substrat 2 abgeschieden und anschließend die Anschlusselektroden 10, 11 hergestellt werden oder ob zunächst die Anschlusselektroden 10, 11 gefertigt und anschließend die Beschichtung 3 abgeschieden wird. Der spezifische elektrische Widerstand für insbesondere im Druckverfahren hergestellte Anschlusselektroden 10, 11 liegt beispielsweise im Bereich von 2 bis 4 µOhm·cm.
Wie in Fig. 1 dargestellt, ist das Heizfeld 9 durch eine Schar elektrisch isolierter, zweiter Trennlinien 30 in eine Mehrzahl elektrisch parallel geschalteter Heizstrompfade 12 unterteilt. Die Heizstrompfade 12 fangen jeweils an der einen, ersten Anschlusselektrode 10 an und enden an der anderen, zweiten Anschlusselektrode 11, wobei der an die beiden Anschlusselektroden 10, 11 unmittelbar angrenzende Teil des Heizfelds 9 frei von zweiten Trennlinien 30 ist. Somit kann ein definierter Verlauf des durch die beiden Anschlusselektroden 10, 11 eingeleiteten Heizstroms im Heizfeld 9 entlang der durch die zweiten Trennlinien 30 definierten Heizstrompfade 12 erreicht werden. Durch die Breite bzw. Querschnittsfläche und Länge der Heizstrompfade 12 kann der elektrische Widerstand für eine gewünschte Heizleistung gezielt eingestellt werden. Die Unterteilung des Heizfelds 9 durch Trennlinien zum Erzeugen paralleler Heizstrompfade 12 ist an sich bekannt, beispielsweise aus den eingangs genannten Patentschriften, so dass hier nicht näher darauf eingegangen werden muss. Die Trennlinien 7, 30, in denen die leitfähige Beschichtung 3 jeweils komplett entfernt ist, können beispielsweise durch Laserschreiben mittels Laser-Schneidroboter in die leitfähige Beschichtung 3 eingearbeitet werden. Es sei daraufhingewiesen, dass es sich bei dem in Fig. 1 gezeigten Layout der zweiten Trennlinien 30 lediglich um ein Beispiel handelt und dass gleichermaßen anders verlaufende Heizstrompfade 12 im Flächenheizkörper 1 vorgesehen sein können.
Wie in Fig. 1 weiterhin dargestellt, ist innerhalb des Randstreifens 8 ein vom Heizfeld 9 elektrisch isolierter Messstrompfad 13 in Form einer Leiterbahn in die leitfähige Beschichtung 3 eingeformt. Der Messstrompfad 13 wird durch das leitfähige Material der Beschichtung 3 gebildet, wobei zu diesem Zweck in den Randstreifen 8 beispielsweise mittels Laserung eine den Messstrompfad 13 umschreibende Trennlinie eingebracht wird, welche in Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber nicht näher dargestellt ist. Durch diese Trennlinie, in der die leitfähige Beschichtung 3 vollständig entfernt ist, wird der Messstrompfad 13 vom restlichen Randstreifen 8 elektrisch abgeteilt. Ausgehend von einem ersten Anschlussabschnitt 14 auf Höhe der beiden Anschlusselektroden 10, 11 verläuft der Messstrompfad 13 ein Stück entlang des unteren langen Rands 6, des daran angrenzenden rechten kurzen Rands 5 und des daran angrenzenden oberen langen Rands 6 in etwa bis zur Höhe eines linken Heizfeldecks 20 und auf dem umgekehrten Weg wieder zurück bis zu einem zweiten Anschlussabschnitt 15 auf Höhe der beiden Anschlusselektroden 10, 11, wodurch eine Leiterschleife gebildet wird. Die beiden Anschlussabschnitte 14, 15 des Messstrompfads 13 sind mit Anschlussleitungen 34 einer elektrischen Messeinrichtung 16 elektrisch verbunden. Sie können zu diesem Zweck mit elektrisch-galvanisch gekoppelten Elektroden versehen sein, was in Fig. 1 nicht näher dargestellt ist. Durch die beiden Anschlussleitungen 14, 15 wird der Messstrompfad 13 mit der zwischengeschalteten Messeinrichtung 16 zu einem Messkreis zum Messen einer elektrischen Spannung oder eines elektrischen Stroms zum Bestimmen des elektrischen Widerstands des Messstrompfads 13 kurzgeschlossen. Die Anordnung der beiden Anschlussabschnitte 14, 15 am Substratrand 4 ermöglicht eine besonders einfache Kontaktierung. Es versteht sich, dass der genaue Verlauf des Messstrompfads 13 innerhalb des Randstreifens 8 wahlfrei gestaltet werden kann, so dass die Erfindung nicht auf den in Fig. 1 gezeigten Verlauf eingeschränkt ist.
Der Messstrompfad 13 hat hier beispielsweise eine homogene Querschnittsfläche, die sich aus einer gleich bleibenden Dicke (entsprechend einer mit konstanter Dicke auf das Substrat 2 aufgebrachten Beschichtung 3) und Breite der Leiterbahn quer zu ihrer Erstreckung ergibt. Demnach hat der Messstrompfad 13 einen im Wesentlichen gleichen elektrischen Widerstand, so dass eine an die beiden Anschlussabschnitte 14, 15 angelegte Messspannung zumindest annähernd gleichmäßig über dem Messstrompfad 13 abfällt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt die senkrecht zum Substrat 2 bzw. Substratfläche 42 und quer zur Erstreckungsrichtung des Messstrompfads 13 sich bemessende Dicke der Leiterbahn beispielsweise im Bereich von 50 bis 100 Nanometer (nm). Die parallel zum Substrat 2 bzw. Substratfläche 42 und quer zur Erstreckung des Messstrompfads 13 sich bemessende Breite der Leiterbahn liegt beispielsweise in einem Bereich von oberhalb von 100 Mikrometer (µm) und kleiner als 5 Millimeter (mm). Aufgrund der relativ geringen Breite des Messstrompfads 13 ist sein elektrischer Widerstand wesentlich größer als der elektrische Widerstand eines jeden Heizstrompfads 12 im Heizfeld 9. Die Breite der Heizstrompfade 12 beträgt beispielsweise mehr als 10 mm und beträgt insbesondere 30 mm.
Es sei nun ergänzend Fig. 8 betrachtet, worin für einen Flächenheizkörper 1 mit einem gläsernen Substrat 2 und einer transparenten Beschichtung 3 auf Basis des leitfähigen Materials Silber (Ag) die mit einer Temperaturänderung einher gehende Widerstandsänderung der Beschichtung 3 beispielhaft veranschaulicht ist. In dem dargestellten Diagramm ist der elektrische Widerstand R (Ohm) der Beschichtung 3 über deren Temperatur T (°C) aufgetragen. Erkennbar besteht zwischen dem elektrischen Widerstand Rund der Temperatur T ein zumindest annähernd linearer Zusammenhang, so dass eine Temperaturerhöhung der Beschichtung 3 stets mit einer Zunahme des elektrischen Widerstands einhergeht. Eine Temperaturzunahme um 50°C erhöht den elektrischen Widerstand hier beispielsweise um ca. 10 Ohm, so dass lokale oder globale Temperaturerhöhungen zuverlässig und sicher erfasst werden können.
Mit fortgesetzter Bezugnahme auf Fig. 1 sei nun angenommen, dass eine lokale Überhitzung ("Hot Spot") im Heizfeld 9 nahe des oberen langen Rands 6 auftritt. Dies kann beispielsweise dadurch passieren, dass ein Handtuch oder Kleidungsstück über den oberen langen Rand 6 gehängt wird, wodurch das Ableiten der im Heizfeld 9 erzeugten Wärme an die Umgebung behindert wird. Die lokale Temperaturerhöhung im Heizfeld 9 führt zu einer Temperaturerhöhung in einem dem Hot Spot benachbarten Abschnitt des Messstrompfads 13. Grund hierfür ist die thermische Kopplung zwischen dem Heizfeld 9 und dem Messstrompfad 13, die überwiegend auf Wärmeleitung des Substrats 2, sowie in einem geringen Anteil auch Strahlungswärme beruht. Hierdurch wird der Messstrompfad 13 erwärmt, so dass sein elektrischer Widerstand zunimmt. Diese Widerstandsänderung kann durch die Messeinrichtung 16 erfasst werden, wobei selbst relativ kleine Widerstandsänderungen im Messstrompfad 13 mit einem guten Signal-Rausch-Verhältnis zuverlässig und sicher gemessen werden können. Da der Messstrompfad 13 vom Heizfeld 9 elektrisch isoliert ist, kann eine Messung des elektrischen Widerstands des Messstrompfads 13 unabhängig vom Heizstrom erfolgen. Zwar handelt es sich bei einem beispielsweise gläsernen Substrat 2 um einen eher schlechten Wärmeleiter, so dass die thermische Kopplung zwischen dem Heizfeld 9 und dem Messstrompfad 13 relativ gering ist, jedoch kann in der Praxis auch in diesem Fall eine signifikante Erhöhung des Widerstands des Messstrompfads 13 zumindest durch ihm benachbarte Hot Spots beobachtet werden. Denkbar wäre es, eine zusätzliche thermische Kopplung zwischen dem Heizfeld 9 und dem Messstrompfad 13 im Randstreifen 8 vorzusehen. Beispielsweise könnten das Heizfeld 9 und der Randstreifen 8 durch eine Lage aus elektrisch isolierendem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit verbunden werden, welche auf das Substrat 2 aufgebracht und beim Ausbilden der ersten Trennlinie 7 nicht entfernt wird.
Allgemein kann dem Messstrompfad 13 eine von der speziellen Gestaltung des Flächenheizkörpers 1 abhängige Zone 19, im Weiteren als "Detektionszone" bezeichnet, des Heizfelds 9 zugeordnet werden, die mit dem Messstrompfad 13 thermisch so gekoppelt ist, dass eine Temperaturänderung eine (signifikante) Widerstandsänderung im Messstrompfad 13 bewirkt. Die jeweilige Größe der Detektionszone 19 hängt von der thermischen Kopplung zwischen dem Heizfeld 9 und dem Messstrompfad 13 ab, wobei eine bessere thermische Kopplung eine größere Detektionszone 19 bewirkt und umgekehrt. Typischer Weise, jedoch nicht zwingend, erstreckt sich die Detektionszone 19 über einen an den Messstrompfad 13 angrenzenden Teilbereich des Heizfelds 9, wobei sich die Detektionszone 19 bei entsprechend guter thermischer Kopplung auch über das komplette Heizfeld 19 erstrecken kann.
Beispielsweise ist der in Fig. 1 gezeigte Flächenheizkörper 1 durch den speziellen Verlauf des Messstrompfads 13 und eine Detektionszone 19, die nur einen Teilbereich des Heizfelds 9 abdeckt, dafür ausgelegt, eine lokale Temperaturzunahme im Heizfeld 9 vorwiegend in der näheren Umgebung des oberen langen Rands 6 und des rechten kurzen Rands 5 des Heizfelds 9 zu erfassen. In der praktischen Anwendung können dies beispielsweise jene Bereiche des Heizfelds 9 sein, in denen aller Voraussicht nach durch Fehlbedienung Hot Spots auftreten.
In der Anordnung 39 kann die Messeinrichtung 16 mit einer Steuer- und Kontrolleinrichtung 40 des Flächenheizkörpers 1 so gekoppelt sein, dass die an die Anschlusselektroden 10, 11 angelegte Speisespannung abgeschaltet oder zumindest so weit reduziert wird, dass eine weitere Überhitzung vermieden wird. Die Steuer- und Kontrolleinrichtung 40 kann zu diesem Zweck programmtechnisch so eingerichtet sein, dass die Speisespannung abgeschaltet oder zumindest um einen vorbestimmten bzw. vorbestimmbaren Betrag reduziert wird, sobald die Widerstandszunahme im Messstrompfad 13 einen wahlfrei vorbestimmten bzw. vorbestimmbaren Schwellwert übersteigt. Ebenso kann eine stufenweise Reduzierung der Speisespannung auf Basis erfasster Widerstandswerte vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuer- und Kontrolleinrichtung 40 mit einer optischen und/oder akustischen Ausgabeeinrichtung 41 so gekoppelt sein, dass eine lokale Überhitzung des Heizfelds 9 optisch und/oder akustisch angezeigt wird. Der Nutzer kann dann entsprechende Maßnahmen wie eine manuelle Abschaltung oder Reduzierung der Speisespannung des Flächenheizkörpers 1 ergreifen.
Es wird nun Bezug auf Fig. 2 genommen, worin ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Flächenheizkörpers 1 veranschaulicht ist. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, werden lediglich die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel von Fig. 1 erläutert und ansonsten wird auf die dort gemachten Ausführungen Bezug genommen.
Demnach umfasst der Flächenheizkörper 1 drei in Form von Leiterbahnen innerhalb des Randstreifens 8 in die leitfähige Beschichtung 3 eingearbeitete Messstrompfade 13, 13', 13", die jeweils vom Heizfeld 9 elektrisch isoliert sind. Die drei Leiterschleifen unterscheiden sich nur durch deren jeweiligen Verlauf. So erstreckt sich ein erster Messstrompfad 13, ausgehend von einem ersten Anschlussabschnitt 14 auf Höhe der beiden Anschlusselektroden 10, 11 in etwa bis zur Höhe des linken Heizfeldecks 20 und auf umgekehrtem Weg wieder zurück bis zu einem zweiten Anschlussabschnitt 15 auf Höhe der beiden Anschlusselektroden 10, 11. Ein zweiter Messstrompfad 13' erstreckt sich, ausgehend von einem ersten Anschlussabschnitt 14' auf Höhe der beiden Anschlusselektroden 10, 11, nur ein kleines Stück entlang des oberen langen Rands 6 und auf umgekehrtem Weg wieder zurück. Dabei nutzt der zweite Messstrompfad 13' einen Teil der Leiterbahn der ersten Messstrompfads 13, so dass sich der erste und zweite Messstrompfad 13, 13' insbesondere einen gemeinsamen zweiten Anschlussabschnitt 15 teilen. Ein dritter Messstrompfad 13" erstreckt sich, ausgehend von einem ersten Anschlussabschnitt 14" auf Höhe der beiden Anschlusselektroden 10, 11, entlang des unteren langen Rands 6 und auf umgehrtem Weg wieder zurück zu einem zweiten Anschlussabschnitt 15".
Die Messstrompfade 13, 13', 13" sind jeweils durch die Anschlussleitungen 34 einer separaten Messeinrichtung 16 zu einem Messkreis kurzgeschlossen, die hier in dieser Reihenfolge als Messkreise A, B und C bezeichnet sind. Während die beiden Messkreise A, B zum Erfassen einer temperaturabhängigen Widerstandsänderung zum Detektieren von Hot Spots im Heizfeld 9 dienen, wird der Messkreis C lediglich als Referenzkreis eingesetzt. Falls die Detektionszonen 19 der Messstrompfade 13, 13',13" jeweils nur einen Teilbereich des Heizfelds 9 abdecken, kann durch die beiden Messkreise A und B eine ortsaufgelöste Erfassung von Hot Spots erfolgen, wobei die räumliche Nähe eines Hot Spots zum Messkreis A oder B detektierbar ist. Andererseits ist dem Messkreis C eine Detektionszone 19 zugeordnet, in der zumindest bei bestimmten Anwendungen in der Praxis (z.B. Raumheizung) keine Hot Spots auftreten sollten. Somit kann durch den Messkreis C ein von der momentanen Temperatur des Heizfelds 9 abhängiges Referenzsignal erzeugt werden, das eine zuverlässige und sichere Bestimmung von Hot Spots auf Basis einer Widerstandsänderung der Messkreise A und B ermöglicht. Der Flächenheizkörper 1 von Fig. 2 erlaubt somit eine besonders zuverlässige, ortsaufgelöste Erfassung von Hot Spots. Es versteht sich, dass die in Fig. 2 dargestellten Messeinrichtungen 16 gleichermaßen durch eine einzige Messeinrichtung 16 realisiert sein können.
Es wird nun Bezug auf Fig. 3 genommen, worin ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Flächenheizkörpers 1 veranschaulicht ist. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, werden lediglich die Unterschiede zu dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel erläutert und ansonsten wird auf die dort gemachten Ausführungen Bezug genommen.
Demnach umfasst der Flächenheizkörper 1 drei als Leiterbahnen in die leitfähige Beschichtung 3 eingeformte Messstrompfade 13, 13', 13" innerhalb des Randstreifens 8, die jeweils vom Heizfeld 9 elektrisch isoliert sind. Die drei Messstrompfade 13, 13', 13" haben einen anderen Verlauf als in Fig. 2 und werden ohne Referenzkreis ausschließlich zum Detektieren von Hot Spots 17 eingesetzt, von denen einer beispielhaft eingezeichnet ist. Der erste Messstrompfad 13, welcher zu Messkreis A gehört, erstreckt sich analog zu Fig. 2, ausgehend von einem ersten Anschlussabschnitt 14 auf Höhe der beiden Anschlusselektroden 10, 11, in etwa bis zur Höhe des linken Heizfeldecks 20 und auf umgekehrtem Weg wieder zurück bis zu einem zweiten Anschlussabschnitt 15 auf Höhe der beiden Anschlusselektroden 10, 11. Der zweite Messstrompfad 13', welcher zu Messkreis B gehört, erstreckt sich, ausgehend von einem ersten Anschlussabschnitt 14' auf Höhe der beiden Anschlusselektroden 10, 11, in etwa bis zur Mitte des oberen langen Rands 6 und auf umgekehrtem Weg wieder zurück. Dabei nutzt der zweite Messstrompfad 13' einen Teil der Leiterbahn des ersten Messstrompfads 13, so dass sich der erste und zweite Messstrompfad 13, 13' insbesondere einen gemeinsamen zweiten Anschlussabschnitt 15 teilen. Der dritte Messstrompfad 13" erstreckt sich, ausgehend von einem ersten Anschlussabschnitt 14" auf Höhe der beiden Anschlusselektroden 10, 11, entlang des rechten kurzen Rands 5 und auf umgekehrtem Weg wieder zurück. Dabei nutzt der dritte Messstrompfad 13" einen Teil der gemeinsamen Leiterbahn der ersten und zweiten Messstrompfade 13, 13', so dass sich der erste, zweite und dritte Messstrompfad 13, 13', 13" insbesondere einen gemeinsamen zweiten Anschlussabschnitt 15. Falls die den drei Messstrompfaden 13, 13', 13" zugeordneten Detektionszonen 19 jeweils nur einen Teilbereich des Heizfelds 9 abdecken, ermöglichen die Messkreise A, B, C eine ortsaufgelöste Erfassung von Hot Spots 17, wobei die räumliche Nähe eines Hot Spots 17 zum Messkreis A, B oder C detektierbar ist. Der in Fig. 3 beispielhaft im Bereich des oberen langen Rands 6 dargestellte Hot Spot 17 hat die größte räumliche Nähe zum ersten Messstrompfad 13 bzw. Messkreis A und verursacht deshalb dort einen stärksten Temperaturanstieg und damit eine größte Änderung des elektrischen Widerstands. Da der Hot Spot 17 in den Messkreisen B und C keine entsprechend große Widerstandsänderung verursacht, kann die räumliche Lage des Hot Spots 17 eindeutig der Detektionszone 19 des Messkreises A zugeordnet werden.
Es wird nun Bezug auf Fig. 4 genommen, worin ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Flächenheizkörpers 1 veranschaulicht ist. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, werden wiederum lediglich die Unterschiede zu dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel erläutert und ansonsten wird auf die dort gemachten Ausführungen Bezug genommen.
Demnach umfasst der Flächenheizkörper 1 eine Mehrzahl nicht näher bezeichneter Messstrompfade innerhalb des Randstreifens 8, die jeweils vom Heizfeld 9 elektrisch isoliert sind und die Messkreise A, B, C usw. ergeben. Im Unterschied zu Fig. 3 umfasst jeder Messstrompfad eine räumlich begrenzte Zone 18, im Weiteren als "Messzone" bezeichnet, in der die Leiterbahn mehrmals ihre Verlaufsrichtung ändert (d.h. eine Mehrzahl gegensinnig gekrümmter Leiterbahnabschnitte aufweist), wobei die Leiterbahnabschnitte innerhalb der Messzone 18 mit geringem Zwischenabstand dicht nebeneinander liegen. Die Messstrompfade haben in den schematisch dargestellten Messzonen 18 beispielsweise einen mäandrisch geschwungenen Verlauf. Wie in Fig. 4 dargestellt, verfügen einander benachbarte Messstrompfade über gemeinsame Wegstücke, wobei jeder Messstrompfad mit einem benachbarten Messstrompfad (Messkreis) verbunden ist. Die Messzonen 18 der verschiedenen Messkreise A, B, C usw. sind räumlich voneinander getrennt und mit in etwa gleichen Zwischenabständen entlang des oberen langen Rands 6 und rechten kurzen Rands 5 verteilt angeordnet. Da die Messspannung überwiegend im Bereich der Messzonen 18 abfällt, können die Detektionszonen 19 der Messkreise A, B, C usw. jeweils den Messzonen 18 zugeordnet werden, so dass eine ortsaufgelöste Erfassung von Hot Spots möglich ist, wobei die räumliche Nähe eines Hot Spots zur Messzone 18 eines Messkreis A, B, C usw. detektierbar ist. In Fig. 4 ist beispielhaft ein Hot Spot 17 eingezeichnet, der sich in der Nähe der beiden Messzonen 18 der Messkreise A und B befindet. Somit wird der Hot Spot 17 einen stärksten Temperaturanstieg bzw. Widerstandszunahme in der Messzone 18 des Messkreises A und nachrangig in der Messzone 18 des Messkreises B bewirken. Der Flächenheizkörper 1 von Fig. 4 ermöglicht somit eine hochsensitive und besonders genaue ortsaufgelöste Erfassung von Hot Spots 17 durch die verteilt angeordneten Messzonen 18 der verschiedenen Messkreise.
Es wird nun Bezug auf Fig. 5 genommen, worin ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Flächenheizkörpers 1 veranschaulicht ist. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, werden wiederum lediglich die Unterschiede zu den in den Figuren 1 bis 4 veranschaulichten Ausführungsbeispielen erläutert und ansonsten wird auf die dort gemachten Ausführungen Bezug genommen.
Der Flächenheizkörper 1 von Fig. 5 unterscheidet sich von den vorherigen Ausführungsbeispielen durch den teilweisen Verlauf von Messstrompfaden 13 innerhalb des Heizfelds 9, sowie durch deren Kontaktierung. Dabei sind analog zu Fig. 2 zwei Messkreise A und B, sowie ein Referenzkreis C vorgesehen. So nutzt ein erster Messstrompfad 13 einen Pfadabschnitt eines Heizstrompfads 12, bei dem es sich hier beispielsweise um einen an die erste Trennlinie 7 angrenzenden Heizstrompfad 12 handelt. Dabei erstreckt sich der erste Messstrompfad 13 innerhalb des Heizfelds 9 von der ersten Anschlusselektrode 10 (in Fig. 5 linke Anschlusselektrode), die hier als erster Anschlussabschnitt 14 dient, entlang des unteren kurzen Rands 5 und des daran angrenzenden linken langen Rands 6. Anschließend wechselt der Heizstrompfad 12 bei seinem Verlauf entlang des linken langen Rands 6 mehrmals gegensinnig seine Verlaufsrichtung. Im Bereich des oberen linken Heizfeldecks 20 verlässt der erste Messstrompfad 13 das Heizfeld 9, geht in den Randstreifen 8 über und verläuft fortan vollständig innerhalb des Randstreifens 8. Die erste Trennlinie 7, durch welche der Randstreifen 8 vom Heizfeld 9 elektrisch abgeteilt wird, ist zu diesem Zweck dort nicht ausgebildet. Im Randstreifen 8 erstreckt sich der erste Messstrompfad 13 als in die Beschichtung 3 eingearbeitete Leiterbahn entlang des oberen langen Rands 6 und des daran angrenzenden kurzen Rands 5, sowie ein kurzes Stück entlang des unteren langen Rands 6, wo er auf Höhe der zweiten Anschlusselektrode 11 (in Fig. 5 rechte Anschlusselektrode) in einem zweiten Anschlussabschnitt 15 endet. Die beiden Anschlussleitungen 34 mit der zwischengeschalteten Messeinrichtung 16 kontaktieren die erste Anschlusselektrode 10 und den zweiten Anschlussabschnitt 15 des ersten Messstrompfads 13 zur Formung des Messkreises A. Der erste Messstrompfad 13 umfasst somit einen im Heizfeld 9 befindlichen Heizfeldabschnitt 22 und einem im Randstreifen 8 befindlichen Randstreifenabschnitt 23.
Ein zweiter Messstrompfad 13' verläuft gleichermaßen teilweise im Heizfeld 9 und nutzt dabei einen anderen Abschnitt desselben Heizstrompfads 12 wie der erste Messstrompfad 13. Dabei erstreckt sich der zweite Messstrompfad 13' von der zweiten Anschlusselektrode 11 (in Fig. 5 rechte Anschlusselektrode) im Heizstrompfad 12 ein kurzes Stück entlang des unteren langen Rands 6 und des daran angrenzenden rechten kurzen Rands 5. Im Bereich des oberen rechten Heizfeldecks 21 verlässt der zweite Messstrompfad 13' das Heizfeld 9, geht in den Randstreifen 8 über und verläuft fortan vollständig innerhalb des Randstreifens 8. Die zweite Trennlinie 7, durch welche der Randstreifen 8 vom Heizfeld 9 elektrisch abgeteilt wird, ist zu diesem Zweck dort nicht ausgebildet. Im Randstreifen 8 erstreckt sich der zweite Messstrompfad 13' als in die Beschichtung 3 eingeformte Leiterbahn entlang des rechten kurzen Rands 5, sowie ein kurzes Stück entlang des unteren langen Rands 6, wo er auf Höhe der zweiten Anschlusselektrode 11 in einem zweiten Anschlussabschnitt 15' endet. Die beiden Anschlussleitungen 34 mit der zwischengeschalteten Messeinrichtung 16 kontaktieren die zweite Anschlusselektrode 11 und den zweiten Anschlussabschnitt 15' des zweiten Messstrompfad 13' zur Formung des Messkreises B. Der zweite Messstrompfad 13' umfasst somit gleichermaßen einen im Heizfeld 9 befindlichen Heizfeldabschnitt 22 und einem im Randstreifen 8 befindlichen Randstreifenabschnitt 23.
Da die Breite bzw. Querschnittsfläche des Heizfeldabschnitts 22 der beiden Messstrompfade 13, 13' jeweils wesentlich größer ist als jene im Randstreifenabschnitt 23, ist der elektrische Widerstand innerhalb des Heizfelds 9 wesentlich kleiner als im Randstreifen 8. Im gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die Breite bzw. Querschnittsfläche des ersten bzw. zweiten Messstrompfads 13, 13' innerhalb des Heizfelds 9 jeweils beispielsweise das 2- bis 100-fache, insbesondere 85-fache, der Breite bzw. Querschnittsfläche im Randstreifen 8. Es versteht sich, dass die Breite innerhalb des Heizfelds 9 vom Layout der Heizstrompfade 12 abhängt und breit variieren kann. Somit fällt die Messspannung zur Messung einer Widerstandsänderung im Wesentlichen über den Randstreifenabschnitten 23 ab. Die Detektionszonen 19 der beiden Messstrompfade 13, 13' können somit den Randstreifenabschnitten 23 zugeordnet werden. Für den Fall, dass die Detektionszonen 19 jeweils nur einen Teil des Heizfelds 9 überdecken, ist eine ortsaufgelöste Erfassung von Hot Spots im Heizfeld 9 durch die Randstreifenabschnitte 23 der beiden Messstrompfade 13, 13' möglich. Ein besonderer Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass die Leiterbahnen der Messkreise A und B jeweils nur relativ wenig Platz im Randstreifen 8 benötigen, so dass die Messkreise A, B auch bei schmalen Randstreifen 8 ausgebildet werden können. Eine Messung des elektrischen Widerstands in den Messkreisen A, B kann simultan zum Einspeisen von Heizstrom durch einen Potenzialunterschied zwischen Mess- und Speisespannung erfolgen.
Analog zu Fig. 2 dient ein dritter Messstrompfad 13" zur Formung eines Messkreises C. So erstreckt sich der dritte Messstrompfad 13", ausgehend von einem ersten Anschlussabschnitt 14" auf Höhe der beiden Anschlusselektroden 10, 11 in Form einer in die Beschichtung 3 eingearbeiteten Leiterbahn entlang des unteren langen Rands 6 und des daran angrenzenden oberen langen Rands 6 und verläuft auf umgekehrtem Weg wieder zurück, zu welchem Zweck die in die Beschichtung 3 eingearbeitete Leiterbahn im Bereich des linken Heizfeldecks 20 in den Randstreifenabschnitt 23 des ersten Messstrompfads 13 übergeht. Eine Anschlussleitung 34 der Messeinrichtung 16 kontaktiert den ersten Anschlussabschnitt 14" des dritten Messstrompfads 13", die andere Anschlussleitung 34 die mit der ersten Anschlusselektrode 10 verbundene Anschlussleitung 34 des Messkreises A. Der Messkreis C wird lediglich als Referenzkreis eingesetzt und ermöglicht eine Bestimmung von Hot Spots auf Basis eines von der momentanen Temperatur des Heizfelds 9 abhängigen Referenzsignals, so dass eine besonders zuverlässige und sichere Erfassung von Hot Spots möglich ist.
Es wird nun Bezug auf Fig. 6 genommen, worin ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Flächenheizkörpers 1 veranschaulicht ist. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, werden wiederum lediglich die Unterschiede zu dem anhand Fig. 5 veranschaulichten Ausführungsbeispiel erläutert und ansonsten wird auf die dort gemachten Ausführungen Bezug genommen.
Der Flächenheizkörper 1 von Fig. 6 unterscheidet sich von dem Flächenheizkörper von Fig. 5 lediglich darin, dass der Randstreifenabschnitt 23 des ersten Messstrompfads 13 im Bereich des oberen langen Rands 6 mehrmals seine Verlaufsrichtung gegensinnig (gegensinnig gekrümmte Messstrompfadabschnitte) ändert und hier beispielsweise einen mäandrisch geschwungenen Verlauf hat. Durch diese Maßnahme kann erreicht werden, dass die Messspannung im Wesentlichen in dem an den oberen langen Rand 6 angrenzenden Randstreifenabschnitt 23 abfällt, so dass die Empfindlichkeit und Ortsauflösung zur Erfassung von Hot Spots in diesem Bereich erhöht ist.
Es wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 7A-7C ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Flächenheizkörpers 1 erläutert. Der Flächenheizkörper 1 unterscheidet sich von den in den Figuren 1 bis 6 veranschaulichten Flächenheizkörpern 1 durch den praktisch vollständigen Verlauf von Messstrompfaden innerhalb des Heizfelds 9, sowie durch die Kontaktierung der Messstrompfade. Dabei werden vier Messkreise A, B, C und D gebildet, wie im Weiteren näher erläutert wird.
Sei zunächst Fig. 7A betrachtet, worin das Layout des Flächenheizkörpers 1 dargestellt ist. Demnach hat der Flächenheizkörper 1 hier beispielsweise einen spiegelsymmetrischen Aufbau bezüglich einer Symmetrieachse 27, welche sich mittig der beiden kurzen Ränder 5 erstreckt. Zudem sind die beiden Anschlusselektroden 10, 11 jeweils in drei voneinander elektrisch isolierte erste bis dritte Elektrodenabschnitte 24-26 geteilt, wobei die drei Elektrodenabschnitte 24-26 einer selben Anschlusselektrode 10, 11 in einer von der Beschichtung 3 verschiedenen Ebene elektrisch miteinander verbunden sind (was nicht näher dargestellt ist). Die beiden Anschlusselektroden 10, 11 sind in Fig. 7A auch in einer vergrößerten Darstellung gezeigt.
Es sind vier Messstrompfade 13, 13', 13", 13"' ausgebildet, die sich jeweils aus einem Pfadabschnitt eines Heizstrompfads 12, 12' und einer wesentlich schmäleren, in die leitfähige Beschichtung 3 des Heizfelds 9 eingearbeiteten Leiterbahn, im Weiteren als "Messstrombahn" bezeichnet, zusammensetzen. Wie in Fig. 7A dargestellt, umfasst der Flächenheizkörper 1 zu diesem Zweck auf jeder Seite der Symmetrieachse 27 jeweils zwei Messstrombahnen, nämlich eine erste Messstrombahn 28 und eine zweite Messstrombahn 29, sowie eine dritte Messstrombahn 35 und eine vierte Messstrombahn 36, die jeweils durch dritte Trennlinien 37 in die leitfähige Beschichtung 3 beispielsweise mittels Laserung eingeformt sind. Die Messstrombahnen 28, 29, 35, 36 haben gegenüber den Heizstrompfaden 12 eine (z. B. wesentlich) geringere Breite bzw. Querschnittsfläche, was mit einem entsprechend größeren elektrischen Widerstand einhergeht, so dass in den Messstrompfaden 13, 13', 13", 13"' die Messspannung im Wesentlichen über den Messstrombahnen 28, 29, 35, 36 abfällt. Dabei erstrecken sich die erste Messstrombahn 28 und die dritte Messstrombahn 35 jeweils im Heizfeld 9 zwischen einem ersten Heizstrompfad 12, welcher an die erste Trennlinie 7 angrenzt, und einem daran angrenzenden, innen liegenden zweiten Heizstrompfad 12' bis zu einem (gemeinsamen) ersten Messstrombahnende 38 in etwa auf mittiger Höhe des linken kurzen Substratrands 5. Die erste Messstrombahn 28 verläuft im Bereich der zweiten Anschlusselektrode 11 in einem zweiten Elektrodenzwischenraum 32 zwischen dem ersten Elektrodenabschnitt 24 und dem zweiten Elektrodenabschnitt 25 der zweiten Anschlusselektrode 11 und geht dann in einen ersten Elektrodenzwischenraum 31 zwischen den beiden Anschlusselektroden 10, 11 über, bis sie in einem separaten ersten Anschlussfleck 44 ausläuft. Am ersten Messstrombahnende 38 ist die erste Messstrombahn 28 in den unterhalb der Symmetrieachse 27 befindlichen Teil des ersten Heizstrompfads 12 elektrisch angeschlossen. Die dritte Messstrombahn 35 erstreckt sich im Bereich der ersten Anschlusselektrode 10 in einem zweiten Elektrodenzwischenraum 32 zwischen dem ersten Elektrodenabschnitt 24 und dem zweiten Elektrodenabschnitt 25 der ersten Anschlusselektrode 10 und geht dann in den ersten Elektrodenzwischenraum 31 zwischen den beiden Anschlusselektroden 10, 11 über, wo sie in einem dritten Anschlussfleck 46 ausläuft. Am ersten Messstrombahnende 38 ist die dritte Messstrombahn 35 an den oberhalb der Symmetrieachse 27 befindlichen Teil des ersten Heizstrompfads 12 elektrisch angeschlossen. Im Übrigen sind die erste Messstrombahn 28 und die dritte Messstrombahn 35 vom ersten und zweiten Heizstrompfad 12, 12' elektrisch abgeteilt.
Die zweite Messstrombahn 29 und die vierte Messstrombahn 36, welche jeweils weiter innen liegen, erstrecken sich im Heizfeld 9 zwischen dem zweiten Heizstrompfad 12' und einem angrenzenden dritten Heizstrompfad 12" bis zu einem jeweiligen zweiten Messstrombahnende 43. Die zweite Messstrombahn 29 erstreckt sich im Bereich der zweiten Anschlusselektrode 11 in einem dritten Elektrodenzwischenraum 33 zwischen dem zweiten Elektrodenabschnitt 25 und dem dritten Elektrodenabschnitt 26 der zweiten Anschlusselektrode 11 und geht dann in den ersten Elektrodenzwischenraum 31 zwischen den beiden Anschlusselektroden 10, 11 über, wo sie in einem zweiten Anschlussfleck 45 ausläuft. Am zugehörigen zweiten Messstrombahnende 43 ist die zweite Messstrombahn 29 an den zweiten Heizstrompfad 12' elektrisch angeschlossen. Die vierte Messstrombahn 36 erstreckt sich im Bereich der ersten Anschlusselektrode 10 in einem dritten Elektrodenzwischenraum 33 zwischen dem zweiten Elektrodenabschnitt 25 und dem dritten Elektrodenabschnitt 26 der ersten Anschlusselektrode 10 und geht dann in den ersten Elektrodenzwischenraum 31 zwischen den beiden Anschlusselektroden 10, 11 über, wo sie in einem vierten Anschlussfleck 47 ausläuft. Am zugehörigen zweiten Messstrombahnende 43 ist die vierte Messstrombahn 36 an den zweiten Heizstrompfad 12' elektrisch angeschlossen. Im Übrigen sind die zweite Messstrombahn 29 und die vierte Messstrombahn 36 vom ersten und zweiten Heizstrompfad 12, 12' elektrisch abgeteilt.
Sei nun Fig. 7B betrachtet, worin die verschiedenen Messkreise schematisch dargestellt sind. Dabei ist der erste Messstrompfad 13, entsprechend dem Messkreis A, mit einem zweiten Messstrompfad 13', entsprechend dem Messkreis B, in Serie verschaltet. Der erste Messstrompfad 13 erstreckt sich, ausgehend vom ersten Elektrodenabschnitt 24 der zweiten Anschlusselektrode 11 im ersten Heizstrompfad 12, bis zum ersten Messstrombahnende 38, wo er in die dritte Messstrombahn 35 übergeht. Die dritte Messstrombahn 35 ist mit der zweiten Messstrombahn 29 kurzgeschlossen, welche Teil des zweiten Messstrompfads 13' ist. Zu diesem Zweck sind der dritte Anschlussfleck 46 und der zweite Anschlussfleck 45 elektrisch miteinander verbunden (was nicht näher dargestellt ist). Diese beiden Anschlussflecke 45, 46 bilden gemeinsam einen ersten Anschlussabschnitt 14. Der zweite Messstrompfad 13' geht am zugehörigen zweiten Messstrombahnende 43 in den zweiten Heizstrompfad 12' über, der mit dem zweiten Elektrodenabschnitt 25 der ersten Anschlusselektrode 10 elektrisch verbunden ist. Andererseits ist der dritte Messstrompfad 13", entsprechend dem Messkreis C, mit einem vierten Messstrompfad 13"', entsprechend dem Messkreis D, in Serie verschaltet. Der dritte Messstrompfad 13" erstreckt sich, ausgehend vom zweiten Elektrodenabschnitt 25 der zweiten Anschlusselektrode 11 im zweiten Heizstrompfad 12' bis zum zugehörigen zweiten Messstrombahnende 43, wo er in die vierte Messstrombahn 36 übergeht. Die vierte Messstrombahn 36 ist mit der ersten Messstrombahn 28 kurzgeschlossen, welche Teil des vierten Messstrompfads 13"' ist. Zu diesem Zweck sind der vierte Anschlussfleck 47 und der erste Anschlussfleck 44 elektrisch verbunden. Diese beiden Anschlussflecke 44, 47 bilden gemeinsam einen zweiten Anschlussabschnitt 15. Der vierte Messstrompfad 13"' geht in den ersten Heizstrompfad 12 über, der mit dem ersten Elektrodenabschnitt 24 der ersten Anschlusselektrode 10 elektrisch verbunden ist. Somit sind einerseits die Messkreise A und B und andererseits die Messkreise C und D seriell verschaltet.
In Fig. 7C ist das Ersatzschaltbild des Flächenheizkörpers 1 gezeigt. Dabei entspricht Widerstand R1 dem Messkreis A, Widerstand R2 dem Messkreis B, Widerstand R3 dem Messkreis C und Widerstand R4 dem Messkreis D. Die erste Elektrode 10 wird beispielsweise mit dem Minuspol einer Spannungsquelle und die zweite Elektrode 11 mit dem Pluspol der Spannungsquelle verbunden. Eine Messeinrichtung 16 zur Bestimmung elektrischer Spannungsänderungen ist mit einem Knoten zwischen den beiden Widerständen R1 und R2 und einem weiteren Knoten zwischen den beiden Widerständen R3 und R4 elektrisch verbunden, so dass sich eine Wheatstone'sche Brückenschaltung ergibt. Diese beiden Knoten entsprechen den beiden Anschlussabschnitten 14, 15, die sich aus einer elektrischen Verbindung des zweiten und dritten Anschlussflecks 45, 46 bzw. des ersten und vierten Anschlussflecks 44, 47 ergeben.
Die dabei erzielte Wheatstone'sche Brückenschaltung ermöglicht eine besonders einfache und hoch-sensitive Erfassung einer Änderung der Widerstände R1-R4. Dies kann durch die folgende Formel erfolgen: $U / U_{0} = 1 / 4 (ΔR 2 / R - ΔR 1 / R - ΔR 4 / R + ΔR 3 / R)$
worin U₀ die an die beiden Anschlusselektroden 10, 11 angelegte Versorgungsspannung der Messbrücke und U die Brückenspannung darstellen. Mit ΔR1 bis ΔR4 sind die jeweiligen Widerstandsänderungen an den Widerständen R1 bis R4 bezeichnet.

Bezugszeichenliste

1: Flächenheizkörper
2: Substrat
3: Beschichtung
4: Sub stratrand
5: kurzer Rand
6: langer Rand
7: erste Trennlinie
8: Randstreifen
9: Heizfeld
10: erste Anschlusselektrode
11: zweite Anschlusselektrode
12, 12', 12": Heizstrompfad
13, 13', 13", 13"': Messstrompfad
14: erster Anschlussabschnitt
15: zweiter Anschlussabschnitt
16: Messeinrichtung
17: Hot Spot
18: Messzone
19: Detektionszone
20: linkes Heizfeldeck
21: rechtes Heizfeldeck
22: Heizfeldabschnitt
23: Randstreifenabschnitt
24: erster Elektrodenabschnitt
25: zweiter Elektrodenabschnitt
26: dritter Elektrodenabschnitt
27: Symmetrieachse
28: erste Messstrombahn
29: zweite Messstrombahn
30: zweite Trennlinie
31: erster Elektrodenzwischenraum
32: zweiter Elektrodenzwischenraum
33: dritter Elektrodenzwischenraum
34: Anschlussleitung
35: dritte Messstrombahn
36: vierte Messstrombahn
37: dritte Trennlinie
38: erstes Messstrombahnende
39: Anordnung
40: Steuer- und Kontrolleinrichtung
41: Ausgabeeinrichtung
42: Substratfläche
43: zweites Messstrombahnende
44: erster Anschlussfleck
45: zweiter Anschlussfleck
46: dritter Anschlussfleck
47: vierter Anschlussfleck

Claims

Flächenheizkörper (1) mit mindestens einem flächigen Substrat (2) und einer elektrisch leitfähigen Beschichtung (3), die sich zumindest über einen Teil einer Substratfläche (42) erstreckt und mit mindestens zwei zum elektrischen Verbinden mit den beiden Polen einer Spannungsquelle vorgesehenen Anschlusselektroden (10, 11) elektrisch so verbunden ist, dass durch Anlegen einer Speisespannung ein Heizstrom in einem Heizfeld (9) fließt, wobei der Flächenheizkörper (1) mit einem oder mehreren Heizstrompfaden (12) und einem oder mehreren Messstrompfaden (13) versehen ist, wobei die Messstrompfade (12) zumindest abschnittsweise von den Heizstrompfaden (12) verschieden sind, und wobei die Messstrompfade (13) jeweils zumindest mit einem Teilbereich des Heizfelds (9) thermisch gekoppelt sind und über wenigstens zwei Anschlussabschnitte (14, 15) zum Anschluss einer Messeinrichtung (16) zum Bestimmen seines elektrischen Widerstands verfügen, dadurch gekennzeichnet,
dass die Messstrompfade (12) jeweils durch beschichtungsfreie Trennbereiche (30), in die leitfähige Beschichtung (3) eingeformt und von der leitfähigen Beschichtung (3) gebildet sind.
Flächenheizkörper (1) nach Anspruch 1, bei welchem die Messstrompfade (13) zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, in einem vom Heizfeld (9) elektrisch getrennten, das Heizfeld (9) umgebenden Randstreifen (8) in die leitfähige Beschichtung (3) eingeformt sind.
Flächenheizkörper (1) nach Anspruch 2, bei welchem die Messstrompfade (13) zumindest abschnittsweise in voneinander verschiedenen Teilbereichen des Randstreifens (8) ausgebildet sind.
Flächenheizkörper (1) nach Anspruch 2 oder 3, bei welchem ein oder mehrere Messstrompfade (13) jeweils so ausgebildet sind, dass sie in einer räumlich begrenzten Messzone (18) des Randstreifens (8) mehrfach ihre Pfadrichtung ändern.
Flächenheizkörper (1) nach Anspruch 4, bei welchem die Messzonen (18) zumindest über einen Teilbereich des Randstreifens (8) räumlich verteilt angeordnet sind.
Flächenheizkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem die Messstrompfade (13) vom Heizfeld (9) elektrisch getrennt sind.
Flächenheizkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem ein oder mehrere Messstrompfade (13) jeweils über einen Messstrompfadabschnitt verfügen, der Teil eines Heizstrompfads (12) ist oder von einem Heizstrompfad (12) gebildet wird.
Flächenheizkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem die Anschlusselektroden (10, 11) mit zwei parallel verschalteten Messstrompfadreihen (A-B, C-D), in denen jeweils zwei Messstrompfade (13, 13'; 13'', 13''') seriell miteinander verschaltet sind, elektrisch verbunden sind, wobei jede Messstrompfadreihe (A-B, C-D) über einen zwischen den beiden seriell verschalteten Messstrompfaden angeordneten Anschlussabschnitt (14, 15) zum Anschluss der Messeinrichtung (16) verfügt.
Flächenheizkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem zumindest ein Messstrompfad (13) als Referenzstrompfad zur Bestimmung eines Referenzwiderstands für andere Messstrompfade (13) dient.
Anordnung (39) mit einem Flächenheizkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, welche zumindest eine an die Anschlussabschnitte (14, 15) der Messstrompfade (13) angeschlossene Messeinrichtung (16) zum Bestimmen elektrischer Widerstände sowie eine mit der Messeinrichtung (16) datentechnisch verbundene Steuer- und Kontrolleinrichtung (40) aufweist, wobei die Steuer- und Kontrolleinrichtung (40) so eingerichtet ist, dass die Speisespannung reduziert oder abgeschaltet wird, falls der elektrische Widerstand eines Messstrompfads (13) einen vorbestimmbaren Schwellwert übersteigt.
Anordnung (39) nach Anspruch 10, bei welchem die Steuer- und Kontrolleinrichtung (40) mit einer optischen und/oder akustischen Ausgabeeinrichtung (41) zur Ausgabe von optischen und/oder akustischen Signalen datentechnisch verbunden ist, wobei die Steuer- und Kontrolleinrichtung so eingerichtet ist, dass ein optisches und/oder akustisches Signal ausgegeben wird, falls der elektrische Widerstand eines Messstrompfads den vorbestimmbaren Schwellwert übersteigt.
Verfahren zum Betreiben eines Flächenheizkörpers (1) mit mindestens einem flächigen Substrat und einer elektrisch leitfähigen Beschichtung (3), die sich zumindest über einen Teil der Substratfläche erstreckt und mit mindestens zwei zum elektrischen Verbinden mit den beiden Polen einer Spannungsquelle vorgesehenen Anschlusselektroden (10, 11) elektrisch so verbunden ist, dass durch Anlegen einer Speisespannung ein Heizstrom in einem Heizfeld (9) fließt, bei welchem der elektrische Widerstand eines oder mehrerer mit dem Heizfeld (9) thermisch gekoppelter Messstrompfade (13) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet,
dass die Messstrompfade jeweils durch beschichtungsfreie Trennbereiche (30), in die leitfähige Beschichtung eingeformt und von der leitfähigen Beschichtung gebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem die Speisespannung reduziert oder abgeschaltet wird, falls der elektrische Widerstand eines Messstrompfads (13) einen vorbestimmbaren Schwellwert übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei welchem ein optisches und/oder akustisches Signal ausgegeben wird, falls der elektrische Widerstand eines Messstrompfads (13) einen vorbestimmbaren Schwellwert übersteigt.
Verwendung eines Flächenheizkörpers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als funktionales und/oder dekoratives Einzelstück und als Einbauteil in Möbeln, Geräten und Gebäuden, insbesondere als Heizkörper in Wohnräumen, beispielsweise als wandmontierbarer oder frei stehender Heizkörper, sowie in Fortbewegungsmitteln zur Fortbewegung auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, insbesondere in Kraftfahrzeugen beispielsweise als Windschutzscheibe, Heckscheibe, Seitenscheibe und/oder Glasdach.