DE3505296A1

DE3505296A1 - Elektrische heizvorrichtung

Info

Publication number: DE3505296A1
Application number: DE19853505296
Authority: DE
Inventors: Frederick G.J. Osterville Mass. Grise
Original assignee: Flexwatt Corp
Current assignee: Flexwatt Corp
Priority date: 1984-02-15
Filing date: 1985-02-15
Publication date: 1985-08-22
Also published as: AU584318B2; KR850700297A; JPH0445952B2; GB2157137A; WO1985003832A1; DE3590491T1; GB8503899D0; CH677828A5; AU3851385A; US4633068A; SE8500700D0; CA1232934A; SE8500700L; KR920005457B1; JPS60193285A; GB2157137B; GB8503066D0

Description

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DIPL. ING. PETER SCHÜTZ DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER

MARlA-TMfRtSlA-STRASSt SU ·*Ν POSTrACH 0602 GO -f· . D-BOOO MUENCHEN 66

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EUROrBAN ΡΑΤεΝΤ ATTORNEYS MANDATAIRES EN BREVETS EUROPCENS

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11733 RZ

USSN 580,472

AT: 15. Februar 1984

FLEXWATT CORPORATION

FLEXWATT CORPORATION Canton Massachusetts V. St. A.

Elektrische Heizvorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine flächige elektrische Heizvorrichtung, die beheizte Flächen beliebiger nicht notwendigerweise rechteckiger Form oder Teile unterschiedlicher Flächenbeheizung aufweist.

An anderer Stelle sind flexible flächige Heizvorrichtungen beschrieben, die ein Paar meist kupferne Leiter und ein Halbleiteroder Widerstandsmusters mit einer Vielzahl in Querrichtung verlaufender Stäbe umfassen, die voneinander beabstandet sind und sich zwischen den Leitern, mit denen sie elektrisch verbunden sind, erstrecken. Diese bekannten Heizvorrichtungen zeigen ein hervorragendes Leistungsverhalten und eine im wesentlichen gleichmäßige Wärmeverteilung und sind für einen breiten Anwendungsbereich geeignet.

BAD

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In manchen Fällen ist eine konstante Wärmeverteilung über eine beheizte Rechteck- oder Parallelogrammflache aber nicht erwünscht. Beispielsweise sollten Zielobjekte (Targets) zur Erzeugung von Wärmebilder für die Infrarotbeobachtung ein unregelmäßiges Wärme- oder Temperaturmuster erzeugen, das dem Wärmebild eines Menschen, eines Panzers oder eines anderen Targets ähnelt.

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Heizvorvorrichtung zur Erzeugung eines disparaten oder ungleichmäßig geformten Wärrnemusters geschaffen, die in Bezug auf Kosten und Lebensdauer besonders geeignet zur Verwendung als Infrarotbild-Target ist.

Gemäß der Erfindung wird eine beheizte Fläche im wesentlichen jeder beliebigen Form und Gestaltung allgemein dadurch geschaffen, daß bei einer Heizvorrichtung mit einem Papier- oder Kunststoff substrat, mit zwei voneinander beabstandeten Leitern und mit einem Widerstandsmuster (meist Kolloidgraphit) sich der Flächenwiderstand (Ohm/Quadrat) aufgrund des Aufbaus und der Anordnung des Widerstandsmusters in der Fläche zwischen den Leitern, anstatt gleichförmig zu sein, ändert, d. h. der Teil des Widerstandsmusters innerhalb der beheizten Fläche ist von den Teilen des Widerstandsmusters außerhalb der Fläche verschieden.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figuren 1 und 2 schematische Ansichten eines Infrarotbild-Targets, das ein Wärmebild ähnlich dem eines Panzers erzeugt;

Figur 3 einen vergrößerten Ausschnitt des Targets aus den Figuren 1 und 2;

Figur 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 in Figur 3;

Figur 5 eine Aufsicht auf einen Teil des Targets aus den Figuren 1 und 2;

Figur 6 eine der Veranschaulichung dienende Ansicht von Teilen der Figur 5;

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Figur 7 eine zum Teil schematische Aufsicht auf ein Infrarotbild-Target, das ein Wärmebild ähnlich dem eines Menschen erzeugt; und

Figur 8 eine Aufsicht auf einen Teil eines Widerstandsmusters für ein zweites Target, das ein kreisförmiges Wärmebild erzeugt.

In den Figuren 1 bis 6 ist ein Infrarotbild-Zielobjekt oder -Target gezeigt, das durch seine Konstruktion ein Wärmebild ähnlich dem eines wirklichen Panzers zu erzeugen erlaubt. Wie gezeigt umfaßt das Target (allgemein mit der Bezugsziffer 2 bezeichnet) elf Wärme produzierende Targetteile, die in Größe, Form und Aufbau variieren und auf einer Sperrholzplatte montiert sind. Targetteile 4 und 5 sind allgemein rechtwinklig und so gestaltet, daß sie, wie dargestellt, Bilder erzeugen, die dem Panzergeschütz bzw. dem Panzermotor entsprechen. Targetteil 6 ist im allgemeinen unregelmäßig viereckig und stellt den Panzerturm dar. In der praktischen Anwendung sind die gestrichelt gezeigten Abschnitte des Targetteils 6 gefaltet, um einen genaueren Gesamteindruck zu vermitteln. Ein Targetteil 8 in der Form eines Kreissegmentes ist oben auf dem Targetteil 6 angeordnet und bildet ein der Luke auf dem Panzerturm entsprechendes Bild. Schließlich werden den einzelnen Panzerrädern entsprechende Bilder von Targetteilen 10a bis 10g erzeugt.

Einzelheiten des Targetteils 4 sind in Fig. 3 , Einzelheiten eines der Targetteile 10 in Fig. 5 gezeigt.

Die Figuren 3, 4 und 5 zeigen deutlich, daß jedes der Targetteile 4, 6, 8 ein Kunststoffsubstrat 12 umfaßt, auf dem ein halbleitendes Muster oder Widerstandsmuster 16 aus Kolloidgraphit gedruckt ist. Das Substrat 12 ist aus 0,0762 mm (0.003 Zoll) dicken Polyester ("Mylar"), das auf der mit dem Halbleiter (Widerstand) bedruckten Seite einer Behandlung mit Koronaentladung unterworfen wurde. Das Widerstandsmuster umfaßt zwei parallele Längsstreifen 18, die jeweils 3,97 mm (5/32 Zoll) breit und 60,96 cm (24 Zoll) voneinander beabstandet sind. Die Fläche zwischen don Streif on, mit Aus-

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:■* Hill!

nähme eines 9.53 mm (3/8 Zoll) breiten Streifens entlang der Innenkante jedes Streifens, ist mit einem dielektrischen, wärmeleitenden, blendfreien Solvent-Trägerpolyestermaterial (erhätlich von Amicon Corp., Lexington, Massachusetts, V. St. A.) beschichtet. Es sei betont, daß die dielektrische Beschichtung den Flächenwiderstand (Ohm oder Ohm/Quadrat) des Widerstandsmusters beeinflußt, d.h. ihn gewöhnlich um 42% erhöht. Daher zeigt sich, daß der Flächenwiderstand des beschichteten Teils des Widerstandsmusters (z.B. 200 Ohm/ Quadrat) bedeutend höher als der leitfähigere unbeschichtete Teil (z.B. ca. 140 Ohm/Quadrat) ist.

Ein Elektrode 20 mit zwei verzinnten Kupferstreifen, von denen jede 6.35 mm (1/4 Zoll) breit und 0,0762 mm (0,003 Zoll) dick ist und die übereinander angeordnet sind, ist oben auf jedem Längsstreifen 18 angeordnet, wobei die Grundfläche der Elektrode mit dem darunterliegenden Streifen verbunden ist. Ein schmaler (ca. 2.54 cm breiter) Streifen 22 eines Polyesterbandes mit einer Acryl-Haftbeschichtung (gewöhnlich ein "Mylar"-Band erhätlich von 3M Corp., St. Paul, Minn, oder von Ideal Tape, Inc. von Lowell, Mass.) überdeckt jeden Leiter 20 und hält ihn, Fläche an Fläche, in festem Verbindung mit dem darunterliegenden Streifen 18. Der Bandstreifen 22 ist entlang der gegenüberliegenden Längsränder des jeweiligen Leiters dicht mit dem Substrat verbunden. Wie gezeigt wird, ist der Bandstreifen 22 sowohl mit der unbeschichteten (d.h. halbleiterfreien) Fläche außerhalb des Streifens 18 als auch mit den regulär beabstandeten unbeschichteten Flächen entlang der inneren Ränder der Streifen und Leiter 20 verbunden.

Wie Figur 2 zeigt, sind beide Enden 32 des Leiters 20 entlang einer Seite jeden Targetteils mit dem positiven Anschluß einer 120-Volt-Stromquelle 36 verbunden; beide Enden 34 des Leiters entlang der anderen Seite des Targetteils sind mit dem negativen Anschluß der Stromquelle verbunden. Die Stromquelle umfaßt eine einzelne 12-Volt-Batterie, die mit einem Anschluß zur Erzeugung der gewünschten 120 Volt verbunden ist.

Insbesondere Figur 3 zeigt, daß das Widerstandsmuster des Targetteils 4 (und die der Targetteile 5 und 6 sind im wesentlichen identisch) eine niederohmige leitfähige Graphitschicht (Widerstand ca. 200 Ohm/Quadrat) umfaßt, die im wesentlichen über die gesamte Fläche zwischen den Streifen 18 gedruckt ist. Die einzigen nicht in dieser Weise bedeckten Flächen sind eine Reihe schmaler Quadrate 40, die ca. 3,18 mm (1/8 Zoll) hoch sind (gemessen parallel zu den Streifen 18), 4,76 mm (3/16 Zoll) breit sind (gemessen senkrecht zu den Streifen 18) und von den Innenrändern jedes Streifens 18 einen Abstand aufweisen. Der Abstand zwischen benachbarten Quadraten 40 beträgt 6,35 mm (1/4 Zoll). Die Bandstreifen 22, die das Leitungspaar 20 an seinem Platz halten, sind mit den halbleiterfreien Quadraten 40 verbunden. Es ist zu beachten, daß, da die Quadrate 40 sich innerhalb der nicht mit der den größten Teil der Flächen zwischen den Streifen 18 bedeckenden dielektrischen Beschichtung beschichteten Fläche des Targets befinden, das die Quadrate 40 umgebende ( und die Streifen 18 bildende) Halbleitermaterial erheblich leitfähiger ist als das im größten Teil der Fläche zwischen den Streifen 18, und damit die andernfalls von den Quadraten erzeugten heißen Stellen vermieden werden.

Die Widerstandsmuster 12 der Targetteile 4, 5 und 6 erzeugen über der praktisch gesamten halbleiterbeschichteten Fläche zwischen den metallischen Längsleitern 20 eine im wesentlichen gleichförmige Wärme. Eine derartige Wärmeverteilung ist natürlich gewöhnlich bei elektrischen Heizern erwünscht und ist auch bei Targetteilen (wie 4,5 und 6) nützlich, bei denen das gewünschte Wärmebild im wesentlichen rechteckig oder trapezoidförmig ist.

Manchmal ist jedoch die Erzeugung eines nicht viereckigen oder trapezförmigen Wärmebildes, beispielsweise eines runden oder unregelmäßig geformten Wärmebildes, erwünscht. Unter anderem wegen der möglichst einfachen Herstellung ist es wünschenswert, derartige Formen in Heizvorrichtungen erzeugen zu können, die - wie alle hier beschriebenen Ausführungsformen - im wesentlichen parallele entlang der entgegengesetzten Seiten der beheizten Fläche angeordnete Metalleiter

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umfassen.

Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, erzeugt jedes Targetteil 10 ein kreisförmiges ein Rad darstellendes Wärme- oder Infrarotbild. Ähnlich wie die anderen Targetteile des Targets 2 umfaßt jedes Targetteil 10 zwei beabstandete parallele Metallleiter 20, die sich über die Länge des Substrats 12, auf dem das das Radtarget 10 darstellende Widerstandsmuster gedruckt ist, erstrecken. Die sieben Radtargets 10a bis 10g sind identisch. Jede ihrer Halbleiterschichten umfaßt eine Wiederholung des in Figur 5 gezeigten Musters und , wie die Figuren 5 und 6 zeigen, 63 in Querrichtung beabstandete Stäbe, die sich senkrecht zu und zwischen den beabstandeten parallelen Streifen 18 erstrecken und zwischen denen sich ein unbeschichteter (d.h. halbleiterfreier) Bereich befindet.

Da die Streifen 18 und Leiter 20 parallel sind, weisen alle querlaufenden Stäbe die gleiche Gesamtlänge auf (61 cm (24 Zoll) in der gezeigten Radtarget-Ausführungsform). Mit Ausnahme der mittleren Stäbe (Nummer 30 - 34) umfaßt jeder Stab des Widerstandsmusters zwei relativ breite (gemessen in Richtung der Streifen 18) Endteile A, C gleicher Länge, die durch ein relativ schmaleres Mittelteil B verbunden sind. Die Längen der Mittelteile B der Stäbe sind so bemessen, daß die Verbindungsstellen zwischen den Mittelteilen B und den Endteilen A, C näherungsweise einen das gewünschte Rad darstellenden Kreis bilden, d.h. die Mittelteile B liegen innerhalb und die Endteile A, C außerhalb der Umfangslinie des Rades.

Wie weiter unten näher erläutert wird, ist der Widerstand der Mittelteile B der Stäbe (also der Teile innerhalb des Kreises) effektiv größer als der von den Stabendteilen (also den Teilen außerhalb der Kreisbegrenzung) erzeugte Widerstand. Wenn den Leitern des Targetteils 10 Strom zugführt wird, ist die Watt-Dichte der Flächen innerhalb der Umfangslinie des Kreises jedes Radtargets wesentlich größer als die außerhalb der Kreisumfangslinien, so daß die Flächen innerhalb der Kreisumfangslinien auf eine höhere Temperatur erhitzt werden als die Flächen außerhalb. Werden in der gezeigten Ausfüh-

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rungsform 120 Volt an die Leiter 20 des Targetteils 8 qelegt, beträgt die Watt- oder Leistungsdichte innerhalb de;-; Kreises jedes Radtargets 10 ungefähr 129 Watt/qm (12 Watt/Quadratfuß) und die Temperatur der Fläche wird auf ungefähr 6 C über Umgebungstemperatur angehoben. Die Leistungsdichte der Fläche außerhalb des Kreises (d.i. die Fläche zwischen den Streifen 18 und der Kreisumfangslinie) ist kleiner, die Temperaturänderung wird daher wesentlich geringer sein. Gewöhnlich wird die Leistung dem gesamten Target 2 nur für eine relativ kurze Zeit zugeführt, es sind jedesmal 30 bis 40 Sekunden, so daß nur eine sehr geringe Wärmemenge von den geheizten Kreisflächen zu den kalten Flächen außerhalb gelangen kann.

Offensichtlich wird die notwendige Variation der Leistungsdichte bezüglich der Flächen inner- und außerhalb des Kreises durch den konstruktionsgemäß größeren Widerstand des Stabteiles B innerhalb des zu heizenden Kreises verglichen mit dem der Stabteile A, C außerhalb des Kreises erreicht. Da die Stäbe eine im wesentlichen konstante Dicke (gewöhnlich ca. 0,0127 mm (0,0005 Zoll) gemessen senkrecht zum Substrat 12) und einen Flächenwiderstand (typisch 200 Ohm/Quadrat) aufweisen wird der größere Flächenwiderstand durch die Verschmälerung der mittleren Stabteile B gegenüber den Stabteilen A und C erreicht.

Die Gesamtlängen der Stäbe und Längen der mittleren Stabteile B sind im wesentlichen durch die Größe und Form der Targetfläche zur Erzeugung des Wärmebildes bestimmt. Da jedes Radtarget 10 zur Erzeugung einer kreisförmigen 61 cm (24 Zoll) im Durchmesser messenden beheizten Fläche dient, weist jeder Stab eine Gesamtlänge (zwischen den Streifen 18) von 61 cm (24 Zoll) auf und jeder mittlere Stabteil bildet, und seine Länge ist dieser gleich, eine Bogensehne dieses 61-cm-Kreises.

Die Breiten der Stabteile A, C außerhalb der kreisförmigen Wärmebildfläche und die Breiten der unboschichteton (d.h. halbleiterfreien) Bereiche zwischen den Stabt^ilen A, C benachbarter Stäbe sind in einem gewissen Maße frei wählbar,

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Um einen guten Kontakt zwischen den Leitern 20 und den darunterliegenden Streifen sicherzustellen, sollten die Breiten der Stabteile A, C im allgemeinen nicht über 1.27 cm (1/2 Zoll) liegen. Die unbeschichteten Bereiche sollten hinreichend breit sein , um eine gute Bindewirkung des Bandstreifens 20 zu gewährleisten, ist aber die Breite der Bereiche zu groß, kann das erzeugte Wärmemuster innerhalb des Kreises ungleichförmig werden.

Für die vorliegende Erfindung ist der wichtigste Faktor der relative Flächenwiderstand (folglich die Breite) der verschiedenen Stabteile. Um die Erzeugung eines kreisförmigen Wärmebildes (d.h. Infrarotbildes) durch die mittleren Stabteile B sicherzustellen, muß ein signifikanter Unterschied in dem Flächenwiderstand (und folglich Breite) zwischen dem mittleren Stabteil und den Endteilen A, C jedes Stabes bestehen. Soweit vernünftig, hat sich herausgestellt, daß die Breite eines mittleren Stabteiles ungefähr 60 % der Breite der Stabendteile nicht überschreiten soll. In gewissen Fällen (insbesondere, wenn die mittleren Stabteile die volle Breite des Targets annähernd überdecken) brachten Breiten der mittleren Stabteile bis zu 80% der Breiten der Stabenden gute Resultate.

In der Ausführungsform nach Figur 5 ist die Breite aller Stäbe (ausgenommen der Stäbe Nummer 1 und 6 3 an den äußersten Enden des Widerstandsmusters) ungefähr 6,35 mm (1/4 Zoll) groß (zwischen 6,35 mm und 7,62 mm (0,3 Zoll)); die A- und C- Teile der Stäbe 1 und 63 sind 10,2 mm (0,4 Zoll) breit. Für alle Stäbe beträgt der Stabzwischenabstand (d.h. der Abstand zwischen den Teilen A und C benachbarter Stäbe) ungefähr 3,18 mm (1/8 Zoll) (das sind 9,53 mm (0,375 Zoll) weniger als die Breite der A- und C- Teile).

Die genauen Breiten der mittleren Stabteile B der verschiedenen Stäbe hängen von dem oben Gesagten ab, und auch von der gewünschten Leistungsdichte der geheizten Kreisflächen (129

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Watt/qm in der bevorzugten Ausführungsform), der Spannung der Stromquelle (die Quelle 36 liefert 120 Volt) und dem Flächenwiderstand des Widerstandsmusters. Der Flächenwiderstand hängt von der speziellen Kolloidgraphit-Tinte und der dielektrischen Beschichtung (wenn eine vorhanden ist) sowie der gedruckten Musterdicke ab; die bevorzugte Tinte erzeugt ein 0,013 mm (0,0005 Zoll) dickes Muster (gemessen senkrecht zur Substratebene) und weist nach Beschichtung mit dem dielektrischen Material einen Flächenwiderstand von 200 Ohm/ Quadrat auf.

Die gewünschte Breite (Wg) des mittleren Stabteiles kann nach folgender Gleichung berechnet werden:

wobei (wie Figur 5 schematisch zeigt) bedeutet Wg die Breite eines bestimmten mittleren Stabteiles, Lg die Länge des mittleren Stabteiles, L» und Lq (die gleich sind, da die Kreisfläche zwischen den Streifen zentriert angeordnet ist) die jeweiligen

Längen der Stabendteile A, C,
W die Breite der Stabendteile A,C, S der unbeschichtete (halbleiterfreie) Bereich zwischen den A-, C-Stabteilen und den benachbarten A--, C-Stabteilen,

R den Flächenwiderstand des gedruckten Widerstandsmusters, V die von der Stromquelle 34 an die Leiter 20 gelieferte

Spannung, und
D die gewünschte Watt- oder Leistungsdichte, die in der beheizten Kreisfläche erzeugt wird.

Bei jedem Radtarget 10 der beschriebenen Ausführungsform sind die berechneten bzw. gewünschten Längen (Lg) und Breiten (Wg) der mittleren Stabteile sowie die Breiten (W) der Stabendteile A, C in der folgenden Tabelle I gezeigt. Die Länge jedes Stabendteiles (A, C) ist (24-L ) 12. In der Praxis werden die tatsächlichen Längen und Breiten wegen

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der unvermeidlichen Ungenauigkeiten und Unvollkomrnenheiten sowohl der Schirmherstellung als auch des Druckverfahrens hiervon etwas verschieden sein.

TABELLE I

Stab-Nr.	63	W	^WB	L	B
1.	62	.40	. 3 67	5.	949
2.	61	.25	.071	0.	35
3.	60	.25	. 13 3	10	. 144
4.	59	.25	. 220	11	.618
5.	58	.26	.197	12	.881
6.	57	.26	.215	13	.991
7.	56	.26	.226	14	.98
8.	55	.27	.219	15	.874
9.	54	.27	.225	16	.685
10.	53	.27	.230	17	.428
11.	52	.27	.233	10	. 108
12.	51	.28	.231	18	.733
13.	50	.28	.234	19	.31
14.	49	.28	.236	19	.843
15.	48	.28	.230	20	.332
16.	47	.28	.240	20	.784
17.	46	.29	.240	21	. 199
10.	45	.29	.241	21	.501
19,	44	.29	.243	21	.929
20,	43	.29	. 244	22	. 240
21.	42	.30	.244	22	.5 37
22.	41	.30	.245	22	.798
23,	40	.30	.246	23	.031
24.	39	.30	.247	23	.237
25,	38	.30	.247	23	.417
26.	37	.30	.248	23	.574
27.	36	.30	.240	23	.704
28.	35	.30	.249	23	.81
29.	34	.30	.249	23	.894
30.	33	.30	.249	23	.953
31.		.30	.249	23	.987
32	.25	.249	24

Aus Tabelle I sieht man, daß sich der Stab Nr. 32 (und praktisch auch die Stäbe Nr. 30, 31, 33 und 34) über den vollen Abstand zwischen den Streifen 20 erstreckt. Insbesondere haben diese Stäbe keine Stabendteile A,C und, wegen der Breite der mittleren Stabteile B von weniger als 6,4 mm (1/4 Zoll), sind die den gegenüberliegenden Stabseiten angrenzenden

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Bereiche (oder Bereich) etwas breiter als 3,2 min (1/8 Zoll).

Figuren 1 und 2 zeigen, daß das Targetteil 8, dass der Erzeugung eines Wärmebildes in der Form eines Kreissegmentes dient, einen Teil eines radförmigen Targetteils 10 umfaßt, der durch einen Schnitt durch ein vollständiges Radtarget 10 senkrecht entlang einer durch den unbeschichteten Bereich zwischen zwei benachbarten Stäben führenden Linie hergestellt ist.

Figur 7 zeigt ein Target 100 zur Erzeugung eines Wärmebildes eines Menschen. Viele Teile des Targets 100 sind im wesentlichen identisch mit entsprechenden Teilen des Radtargets 10, diese tragen das gleiche Bezugszeichen mit einer vorangestellten "1".

Wie dargestellt umfaßt das Target 100 ein auf ein Kunststoffsubstrat 112 gedrucktes Widerstandsmuster (Widerstand nach Beschichtung 200 Ohm/Quadrat). Das Widerstandsmuster umfaßt zwei parallele und ungefähr 61 cm (24 Zoll) beabstandete Längsstreifen 118, ferner 113 parallele in Längsrichtung beabstandete und sich senkrecht zu und zwischen den Streifen erstreckende Stäbe. Wie bei dem Target 10 ist oben auf jedem Streifen 118 ein Kupferstreifen (nicht gezeigt) angeordnet und mittels eines darüberliegenden Kunststoffstreifens (nicht gezeigt) festgehalten, der mit unbeschichteten Substratflächen auf entgegengesetzten Seiten des jeweiligen Streifens 118 und mit dem Leiter verbunden oder verklebt ist.

Jeder der Querstäbe umfaßt zwei relativ breite Endteile A, C (die sich von eienm entsprechenden Streifen nach Innen erstrekken) und einen relativ dünnen Mittelteil B. Ähnlich wie bei dem Radtarget 10 erzeugen die Mittelteile B das gewünschte Wärmebild (in Figur 7: eines Menschen) und der Umriß der das Bild erzeugenden Fläche ist durch die Verbindungsstellen zwischen den Enden der Mittelteile B und den angrenzenden Endteilen A, C bestimmt.

Wie gezeigt wird, unterscheiden sich in verschiedenen Teilen des Targets 100 die Stabbreite und der Stabzwischenabstand.

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Die ersten 46 Stäbe, d.h. die im oberen Target (Kopf und Schulter), weisen ungefähr 6.4 mm (1/4 Zoll) breite Stabendteile aut (5,6 mm bis 6,4 mm; 0,22 Zoll bis 0,25 Zoll) und der unbeschichtete Bereich zwischen den Endteilen A, C benachbarter Stäbe ist 3,18 mm (1/8 Zoll) breit. Die Stäbe Nr. 47-83 in dem Mittelteil (Rumpf) weisen Endteile A, C und Zwjschenbereiche auf, die 11,4 mm (0,45 Zoll) bzw. 1,59 mm (1/16 Zoll) breit sind. Die unteren Stäbe (Nr. 84-113) sind alle identisch; ihre Endteile sind ungefähr 6,35 mm (1/4 Zoll) breit und die benachbarten Stäbe haben einen Abstand von ungefähr 3,18 mm (1/8 Zoll).

Die verschiedenen Breiten (W-g) der Stabmittelteile B des Targets 100 lassen sich mit der für das Radtarget 10 angegebenen Formel berechnen. Die berechneten bzw. gewünschten Längen (Lg) und Breiten der Mittelteile (B) und die Breiten (W) der Endteile (A,C) einiger der Stäbe sind in der folgenden Tabelle für das Target 100 angegeben. Die Lage der betreffenden Stäbe ist in Figur 6 bezeichnet. Ähnlich wie bei dem Target 10 werden die zentralen Längen und Breiten etwas verschieden sein.

TABELLE II

Stab-Nr.	^WB	^LB	W
1	.181	3.797	.22
6	.071	8.35	.25
11	.12	9.044	.25
16	. 118	9.795	.25
21	.081	8.725	.25
26	.07	7.442	.22
31	.191	6.16	.23
36	. 192	6	.23
41	.096	9.203	.25
46	.226	16.075	.27
47	.272	17.605	.45
52	.281	18.204	.45
57	.296	19.341	.45
6 2	. 309	20.479	.45
67	.32	21.616	.45
7 2	.33	2 2.755	.45
77	.309	20.461	.45
8 3	.242	15.913	.45
04-113	.229	15.5	.26
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Ähnlich wie bei dem Targetteil 10 ergeben die Breiten (Wg) der Stabmittelteile B des "Mann-Targets" 100, wenn eine 120-Volt-Quelle einen Strom liefert, eine Watt- oder Leistungsdichte der den Menschen darstellenden Fläche von 129 Watt/qm (12 Watt /Quadratfuß), während die Leistungsdichte der Flächen außerhalb des Bildes, d.h. der von den Stabendteilen Λ, C belegten Flächen, wesentlich geringer ist.

Soweit wie möglich werden zur Vereinfachung der Berechnung, insbesondere wenn hierzu ein Computer verwendet wird, zur Konstruktion des Gesamtbildes einer komplizierten Form, wie beispielsweise das "Mann-Bild" des Targets 100, regelmäßige geometrische Formen, beispielsweise Teile von Kreisen, Trapezen, Dreiecken oder Rechtecken verwendet.

Es wird nun auf die Figuren 8 und 9 Bezug genommen, die Teile des modifizierten Widerstandsmusters eines Radtarget:; mit dem Durchmesser 47.6 cm (18 3/4 Zoll) zeigen.

Figur 8 zeigt einen Quadranten 300 (d.i. die rechte Hallte der oberen Hälfte) des vollständigen Musters. Das gesamte Widerstandsmuster umfaßt zwei parallele Streifen 318 (jeweils mit einer Breite von 4,0 mm (5/32 Zoll) und einem Abstand der inneren Kanten von 50.8 cm (20 Zoll)) zwischen denen sich 28 beabstandete Stäbe 302 erstrecken. Wie bei den Targets 10, 100, ist das Widerstandsmuster auf ein nicht gezeigtes Kunststoff substrat gedruckt und ein Kunststoffband (nicht gezeigt) hält einen Kupferleiter (nicht gezeigt) eng anliegend auf seinem Platz oben auf jedem Streifen 318 fest.

Figur 8 zeigt die rechte Hälfte der Stäbe Nr. 1 bis 14. Die linken Hälften der Stäbe sind Spiegelbilder der gezeigten Teile, jeder Stab in der unteren Hälfte des Targets ist im wesentlichen mit dem entsprechenden Stab in der oberen Hälfte identisch (beispielsweise sind die Stäbe 1 bis 28 miteinander identisch und die Lage des einen ist ein Spiegelbild der des anderen, es sei denn, daß zur Vereinfachung der Herstellung alle Stäbe so gedruckt werden, daß ihre unteren Kanten gerade Linien bilden und Änderungen der Breite durch

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ISntf ornunq iunos oberen Teils des Stabes erreicht werden).

Jeder Stab umfaß zwei identische Endteile A (nicht gezeigt) und C (in Figur 8 gezeigt) und einen relativ schmalen Mittelteil B (seine eine Hälfte ist in Figur 8 gezeigt). Die Längen und Breiten der Stabendteile (A,C) und Stabmittelteile (B) in der folgenden Tabelle III angegeben.

TABELLE III

Stab-Nr.	28	lb	w_B	^LA'^LC	Wq ,Vi
r-l	27	7. 12	0.06	6.44	0.58
2.	26	8. 84	0.06	5.58	0.28
3.	25	10. 12	0.077	4. 94	0.25
4,	24	11.20	0.093	4.40	0.25
5.	23	12.14	0. 107	3. 93	0.25
6,	22	12.98	0. 119	3.51	0.25
7,	21	13 .74	0. 134	3. 13	0.27
O,	20	14.50	0. 155	2.75	0.31
9,	19	15. 18	0. 109	2.36	0.38
10.	18	16.10	0.248	1.95	0.50
11.	17	17.02	0.375	1.45	0.25
12.	16	17.82	0.481	1.09	0. 85
13,	15	18.42	0.557	0.79	1.00
14,	18.70	0.585	0.65	1.00

Aus den Figuren 8 und 9 sowie der Tabelle III ist zu erkennen, daß die Endteile A, C der Stäbe 11 bis 18 breiter als 1.3 cm (1/2 Zoll) sind. Um einen ausreichenden Kontakt zwischen den Teilen der Streifen 318 an den Stabenden und den über den Streifen liegenden Leitern zu gewährleisten, ist innerhalb und in der Mitte der Breite jeder der Stabendteile A, C ein kleines unbeschichtetes (d.h. halbleiterfreies) Rechteck 310 vorgesehen. Jedes der Rechtecke 310 ist 2.1 mm (1/12 Zoll) breit (gemessen entlang des Streifens 318) und ein Ende jedes Rechtecks stößt auf den Innenrand des Streifens 318. Die Länge der Rechtecke in den Stäben 11, 12, 13, 16, 17 und 18 beträgt 6.4 mm (1/4 Zoll; gemessen senkrecht zum Streifen 318), die in den Stäben 14 und 15 beträgt 4.8 mm (3/16 Zoll). Wie zu erkennen ist, sind die Flächen der Stabendteile A, C

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einschließlich der Rechtecke um 1,6 mm (1/16 Zoll) breiter als die Flächen der an die Stabmittelteile B anstoßenden Flächen der Endteile, um einen gleichförmigen Stromfluß zu erreichen.

Ferner ist zu erkennen, daß mit Ausnahme zwischen den Stäben 10 bis 11 und 18 bis 19, wo der Stabzwischenabstand 1.6 mm (1/16 Zoll) beträgt, zwischen jeweils zwei benachbarten Stäben sich eine unbeschichtete Aussparung mit einer Mindestbreite von 3.2 mm (1/8 Zoll) befindet.

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Claims

Patentansprüche

1. Elektrische Heizvorrichtung mit einem elektrisch isolierenden Substrat, mit zwei beabstandeten Leitern und mit einem Widerstandsmuster, das von dem Substrat getragen ist, elektrisch mit den Leitern verbunden ist und sich zwischen den Leitern erstreckt, dadurch gekennzeichnet , daß ein Teil des Widerstandsmusters (16) innerhalb einer ersten Fläche der Heizvorrichtung (10) durch seine Anordnung bei Anlegen einer vorgegebenen Spannung an die Leiter (20) eine erste Watt- oder Leistungsdichte erzeugt und ein Teil des Widerstandsmusters (16) innerhalb einer zweiten Fläche der Heizvorrichtung (10) durch seine Anordnung bei Anlegen der Spannung an die Leiter (20) eine zweite verschiedene Leistungsdichte erzeugt.

_

2. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Leiter (20) länglich sind und sich in Längsrichtung des Substrats (12) parallel zueinander erstrecken, und daß das Widerstandsmuster (16) eine Vielzahl von im allgemeinen parallelen beabstandeten mit den Leitern (20) elektrisch verbundenen und sich zwischen diesen erstreckenden Stäben umfaßt, von denen jeder einen ersten Teil mit einem ersten Widerstand pro Einheitslänge und einen zweiten Teil mit einem zweiten verschiedenen Widerstand pro Einheitslänge umfaßt, wobei die ersten Teile jedes Stabes innerhalb der ersten Fläche und die zweiten Teile der Stäbe innerhalb der zweiten Fläche liegen.

3. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß alle Stäbe im wesentlichen die gleiche Dicke, gemessen senkrecht zu dem Substrat (12), aufweisen.

4. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Widerstandsmuster (16) zwei parallele Längsstreifen (18) umfaßt, von denen jeder unter einem der Leiter (20) liegt und aus einem Material mit einem Widerstand nicht größer als der irgendeiner der Stäbe besteht.

5. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet , daß die entgegengesetzten Enden der Stäbe (stumpf) an den Streifen anstoßen.

6. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet , daß die Breite eines Stabteiles innerhalb der ersten Fläche ungefähr gleich

DftLglW+S)

ist, wobei in der Gleichung bedeuten

W-n die Breite des Stabteiles innerhalb der ersten Fläche, Lm die Länge des Stabteiles innerhalb der ersten Fläche, L-+L_G die Gesamtlänge des Stabteiles außerhalb der ersten

Fläche und zwischen den Leitern (20), W die Breite des Stabteiles außerhalb der ersten Fläche

und zwischen den Leitern (20)
S die Breite des Bereichs zwischen den Stabteilen außerhalb

der ersten Fläche und des benachbarten Stabes, R den Flächenwiderstand des Widerstandsrauster, V die Spannung, und
D die erste Leistungsdichte.

7. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet , daß die Breite des Stabteiles innerhalb der ersten Fläche kleiner als die Breite irgendeines außerhalb der ersten Fläche angeordneten Stabteiles ist.

8. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet , daß

beide Enden (32) einer der Leiter (20) mit einem positiven Anschluß einer Stromquelle (36) und beide Enden (34) des anderen Leiters (20) mit einem negativen Anschluß der Stromquelle (36) verbunden ist.

9. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet , daß

der Abstand zwischen benachbarten Stäben nicht mehr als 12,7 mm (1/2 Zoll) betragt.

10. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet , daß

sich die erste Fläche im wesentlichen in der Mitte zwischen den Leitern (20) und die zweite Fläche zwischen der ersten Fläche und einem Leiter (20) befinden.

11. Elektrische Heizvorrichtung zur Erzeugung eines Wärmebildes vorgegebener Anordnung und unterschiedlicher Breite

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mit einem elektrisch isolierten Substrat (12), zwei beabstandeten Leitern (20) und einem von dem Substrat (12) getragenen, zwischen den Leitern (20) angeordneten und mit diesen verbundenen Widerstandsrnuster (16), dadurch gekennzeichnet , daß die Fläche des Widerstandsmusters (16) so angeordnet ist, daß ein Wärmebild mit einem ersten eine erste Breite aufweisenden Teil und mit einem zweiten eine zweite verschiedene Breite aufweisenden Teil erzeugt wird, und daß der Widerstand des Widerstandsmusters (16) von Leiter zu Leiter in dem ersten Teil verschieden von dem Widerstand des Widerstandsmusters (16) von Leiter zu Leiter in dem zweiten Teil ist.

12. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet , daß

das Widerstandsmuster (16) mehrere im allgemeinen parallele beabstandete und sich in Querrichtung zwischen Leitern (20) erstreckende Stäbe umfaßt, deren Teil innerhalb des ersten Teils einen ersten Widerstand pro Einheitslänge und deren Teil innnerhalb des zweiten Teils einen zweiten verschiedenen Widerstand pro Einheitslänge aufweisen.

13. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet , daß

alle Stäbe im wesentlichen die gleiche Dicke aufweisen, wobei die Dicke senkrecht zum Substrat (12) gemessen ist.

14. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet , daß

der Stabteil innerhalb des ersten Teils breiter als der Stabteil innnerhalb des zweiten Teils ist.

15. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet , daß das Anlegen einer vorgegebenen Spannung an die Leiter (20) die in der ersten Fläche erzeugte Watt- oder Leistungsdichte im wesentlichen gleich der in der

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zweiten Fläche erzeugten Leistungsdichte ist. ·

16. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet , daß die Leiter (20) im wesentlichen parallel zueinander sind, daß der das Wärmebild erzeugende Teil des Widerstandsmusters (16) im allgemeinen in der Mitte zwischen den Leitern (20) angeordnet ist, und daß die Teile des Halbleitermusters (16), die zwischen dem Wärmebild und den Leitern (20) angeordnet sind, eine von den in der ersten und zweiten Fläche erzeugten Leistungsdichte verschiedene Leistungsdichte erzeugen.

17. Elektrische Heizvorrichtung mit einem elektrisch isolierenden Substrat, zwei beabstandeten Leitern und einem von dem Substrat getragenen und mit den Leitern elektrisch verbundenen Widerstandsmuster, das einen ersten unter jedem der Leiter liegenden Widerstandsteil umfaßt und einen halbleiterfreien an jedem Rand der ersten Widerstandsteile anstoßenden Substratteil definiert, dadurch gekennzeichnet , daß die ersten Widerstandsteile einen kleineren Flächenwiderstand haben als die verbleibenden Teile des Widerstandsmusters.

18. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet , daß die verbleibenden Teile mit einem dielektrischen Polyester-Material beschichtet und die ersten Widerstandsteile nicht mit diesem Material beschichtet sind.

19. Elektrische Heizvorrichtung zur Erzeugung eines Wärmebildes vorgegebener Form und Anordnung mit zwei beabstandeten Leitern und mit einem Widerstandsmuster, das von einem Substrat getragen ist und mehrere beabstandete sich zwischen den Leitern erstreckende und mit

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diesen elektrisch verbundene Stäbe umfaßt, dadurch gekennzeichnet ,daß jeder der Stäbe einen ersten in der zu der Erzeugung des Wärmebildes vorgesehenen Fläche der Vorrichtung angeordneten Stabteil und einen zweiten außerhalb des zu der Erzeugung des Wärmebildes vorgesehenen Teils der Vorrichtung zwischen dem ersten Stabteil und den jeweiligen Leitern angeordneten Teil umfaßt, daß die Stäbe eine im wesentlichen gleichmäßige Dicke (gemessen senkrecht zum Substrat) aufweisen, und daß die Breite des ersten Stabteils kleiner als die Breite des zweiten Stabteils ist.

20. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet , daß jeder der Stabe einen zweiten Stabteil an jedem Ende des ersten Stabteils umfaßt.

21. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 20 dadurch gekennzeichnet , daß die zur Erzeugung des Wärmebildes vorgesehene Fläche der Vorrichtung für eine vorgegebene bei Anlegen einer vorgegebenen Spannung an die Leiter erzeugte Leistungsdichte ausgelegt ist, und daß die Breite des ersten Stabteils ungefähr gleich

ν² Ί²

D»La( V,TS) - - \ "vT" ^T 'V - \l- V W ~ " '"

ist, wobei in der Gleichung bedeuten Wg die Breite des ersten Stabteils, Lg die Länge des ersten Stabteils, L^ und Lq die jeweiligen Längen der zweiten Stabteile, W die Breite der zweiten Stabteile, S die Breite des Raumes zwischen den zweiten Stabteilen

und den nächsten zweiten Stabteilen, R der Flächenwiderstand des Widerstandsmusters, V die Spannung und
D die Watt- oder Leistungsdichte.

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