DE1205598B - Verfahren zur Herstellung eines Thermoelements oder einer Thermosaeule - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.

HOIm

Deutsche Kl.: 21 b - 27/01: ;

Nummer: 1205 598

Aktenzeichen: M 38005 VIII c/21 b

Anmeldetag: 21. Juni 1958

Auslegetag: 25. November 1965

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Thermoelements oder einer Thermosäule, deren Thermoelemente von einem Träger so getragen werden, daß die Heiß- und die Kalt-Kontaktstellen der Thermoelemente frei tragend den Träger überragen.
Verfahren dieser Art sind bekannt. Wenn Thermoelemente von einem Strom durchflossen werden, so wird an ihren Kontaktstellen Wärme frei oder Wärme absorbiert, je nachdem, in welcher Richtung der Strom fließt. Das Ausmaß dieser Effekte nimmt mit wachsender Stromstärke zu.

Will man Thermosäulen, die aus einer großen Anzahl von Thermoelementen bestehen, herstellen, so muß man eine große Anzahl von Drähten, die als Elementschenkel dienen, durch Verlöten miteinander verbinden. Der Arbeitsaufwand hierfür ist groß und unrentabel.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist demgegenüber dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel des Thermoelements oder der Thermoelemente zunächst in bei der Herstellung von Thermoelementen anderer Bauart bekannter und zur Herstellung »gedruckter Schaltungen« dienender Weise auf einen provisorisehen Träger aufgedruckt und dann an den Kontaktstellen miteinander verlötet werden und daß die so entstandenen Thermoelemente anschließend von dem provisorischen Träger abgelöst und auf den endgültigen, entsprechend dimensionierten und gestalteten Träger aufgetragen und auf ihm so befestigt werden, daß nur die zwischen den Heiß- und Kaltkontaktstellen liegenden Schenkelteile auf ihm aufliegen.

Die Heiß- bzw. Kalt-Kontaktstellen erfindungsgemäß hergestellter Thermoelemente bzw. Thermosäulen können von einem Heiz- bzw. Kühlmedium unmittelbar umströmt werden, wie dies bekanntermaßen wünschenswert ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist sehr einfach und wirtschaftlich durchzuführen. Ist es beabsichtigt, beträchtliche Wärmemengen umzusetzen, so läßt sich dies dadurch verwirklichen, daß man die Anzahl der Thermoelemente, die sich auf einem Träger befinden, nach Bedarf erhöht und eine entsprechend große Anzahl solcher Träger in einer Anordnung vereinigt.

Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele von Thermoelementen bzw. Thermosäulen, die nach der Erfindung hergestellt sind. Es stellt dar F i g. 1 ein einzelnes Thermoelement, F i g. 2 eine Thermosäule.

Verfahren zur Herstellung eines Thermoelements oder einer Thermosäule

Anmelder:

Jean Michel, Genf (Schweiz)

Vertreter:

Dipl.-Ing. F. Weickmann

und Dr.-Ing. A. Weickmann, Patentanwälte,

München 27, Möhlstr. 22

Als Erfinder benannt:
Jean Michel, Genf (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 21. Juni 1957 (47529)

In Fig. 1 erkennt man ein erfindungsgemäß hergestelltes Thermoelement zur Messung von Oberflächentemperaturen. Das Thermoelement besteht aus einer Isolierschicht 1, auf welche eine Kupferspirale 2 und eine Konstantanspirale 3 aufgedruckt sind. Im Zentrum der Spiralen sind diese durch eine freiliegende Schenkelkontaktstelle 4 miteinander verbunden. Die äußeren frei liegenden Enden der Spiralen sind an Klemmen 5 und 6 angeschlossen; an diese Klemmen 5 und 6 können die Leiter 7 und 8 angeschlossen werden, welche den in dem Thermoelement erzeugten Strom einem Meßgerät zuführen. Die Isolierschicht 1 wird mit ihrer bedruckten Fläche an die Meßfläche angelegt, an der die Temperatur gemessen werden soll. Die Spiralen 2 und 3 können mit einem isolierten Schutzlack überzogen sein.

In der Fig. 2 ist eine erfindungsgemäß hergestellte thermoelektrische Säule dargestellt. Sie besitzt eine isolierende Unterlage 10, auf der sternförmig die Thermoelementschenkel 11 und 12 aus Kupfer und Konstantan aufgedruckt sind. Die inneren Enden der Schenkel 11 und 12 sind durch frei liegende Kontaktstellen 14 und die äußeren Enden durch freiliegende Kontaktstellen 15 so miteinander verbunden, daß eine große Anzahl von in Serie geschalteten Thermoelementen gebildet ist. Die mittig frei liegenden Kontaktstellen 14 werden z. B. erwärmt,

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während die außen frei liegenden Kontaktstellen 15 abgekühlt werden.

Die Herstellung der in Fig. 2 dargestellten Thermoelemente kann etwa folgendermaßen vor sich gehen: Ausgegangen wird von einem dünnen, aus zwei Metallschichten (Konstantan und Kupfer) bestehenden Band; die Metallschichten sind kalt oder warm aufeinandergewalzt; an denjenigen Stellen, an denen die Metallschichten auf der Vorderseite oder auf der Rückseite des Bandes erhalten bleiben sollen, um die in Fig. 2 dargestellte Thermoelementschenkelreihe zu erhalten, bedeckt man das Band nach einem der bekannten Verfahren (Maskenverfahren, Seidenschirmverfahren, fotografisches Verfahren) zur Herstellung gedruckter Schaltungen mit einer Schutzschicht. Die nicht geschützten Stellen der jeweiligen Metallschicht beseitigt man, wie ebenfalls bei Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen bekannt, durch chemische oder elektrochemische Ätzung, durch Elektroerosion, durch Ultraschallbehandlung oder durch ein anderes entsprechend wirkendes Verfahren. Die verbleibenden Bandteile bilden die in F i g. 2 dargestellte Thermoelementschenkelreihe und werden auf die Isolierplatte so aufgetragen, daß ihre Kontaktstellen frei liegen.

Man kann auch die eine Metallschicht auf die andere durch ein Elektroniederschlagsverfahren auftragen oder durch ein chemisches Reduktionsverfahren, durch Vakuumaufdampfung oder durch Sintern. Schließlich können die beiden Metallschichten auch teilweise nach einem ersten, teilweise nach einem anderen der hier erwähnten Verfahren aufgetragen werden. Wenn man die Thermoelementschenkelreihe einmal hergestellt hat, so wird sie auf die isolierende Trägerschicht aufgebracht.

Die Thermoelementschenkel können auch aus Halbleitern hergestellt werden; der thermoelektrische Effekt ist nämlich häufig bei Halbleitern stärker ausgeprägt als bei Metallen.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man dadurch, daß man die Herstellung der Thermoelementschenkel auf die Zeichen- und Fotografiertechnik zurückführt, die Anzahl der Verbindungsstellen zwischen ihnen auf sehr hohe Werte steigern; man kann ferner die einzelnen Thermoelementschenkel in einem einzigen Arbeitsgang mit hoher Genauigkeit an Ort und Stelle anbringen; auch die Herstellung der Kontaktstellen zwischen den Thermoelementschenkeln durch Hartlöten, elekirisches Schweißen, Hochfrequenzschweißen usw. ist dadurch erleichtert. Die Kontaktstellen können in beliebiger räumlicher und flächenhafter Verteilung angeordnet sein: Kurven, Rotationsflächen, in Reihen, Batterien und mosaikförmig. Die Überlappungsstellen der Schenkel können beliebig gewählt werden; die warmen Verbindungsstellen können ohne weiteres von den kalten getrennt angeordnet werden. Auch der Widerstand der zwischen den Kontaktstellen liegenden Schenkel kann genau eingestellt werden. Die Abkühlungsflächen können vergrößert werden, z. B. dadurch, daß man sie flügelförmig ausbildet. Auch können die Thermosäulen auf kleinstem Raum zusammengedrängt werden. Besonders die bandförmigen Schenkel erfindungsgemäß gedruckter Thermoelemente sind hinsichtlich der Wärmeabfuhr sehr vorteilhaft.

Für die Thermoelemente bzw. Thermosäulen nach der Erfindung gibt es zahlreiche Anwendungen. Sie können z. B. als Detektoren bei pyrometrischen Messungen verwendet v/erden. Ein anderes Anwendungsgebiet ist die Herstellung von elektrischen Stromquellen geringer Leistung, wobei man von einer natürlichen oder künstlichen Wärmequelle ausgeht. Man kann z. B. die Sonnenstrahlung oder die durch Verbrennung von Brennstoffen erzeugte Wärme zur Aufheizung der heißen Verbindungsstellen benutzen, Wärmequellen also, die in Automobilen, Flugzeugen und ferngelenkten Geschossen zur Verfügung stehen. Auch kann die Erhitzung, welche durch das Entlangströmen eines Strömungsmittels an einer Fläche hervorgerufen wird, zur Aufheizung der Kontaktstellen benutzt werden. Mosaikartig angeordnete, erfindungsgemäß hergestellte Thermoelemente können für die Klimatisierung verwendet werden, d. h. zur Erhöhung der Temperatur durch den Joule-Effekt und zur Erniedrigung der Temperatur nach dem Peltier-Effekt. Auch zur Kühlung von Luft können die erfindungsgemäßen Thermoelemente angewandt werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung eines Thermoelements oder einer Thermosäule, deren Thermoelemente von einem Träger so getragen werden, daß die Heiß- und die Kaltkontaktstellen der Thermoelemente frei tragend den Träger überragen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel des Thermoelements oder der Thermoelemente zunächst in bei der Herstellung von Thermoelementen anderer Bauart bekannter und zur Herstellung »gedruckter Schaltungen« dienender Weise auf einen provisorischen Träger aufgedruckt und dann an den Kontaktstellen miteinander verlötet werden und daß die so entstandenen Thermoelemente anschließend von dem provisorischen Träger abgelöst und auf den endgültigen, entsprechend dimensionierten und gestalteten Träger aufgetragen und auf ihm so befestigt werden, daß nur die zwischen den Heiß- und Kaltkontaktstellen liegenden Schenkelteile auf ihm aufliegen.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 211424, 243 862,
   443 081;

   deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 638 943;
   USA.-Patentschriften Nr. 2 381 819, 2 519 785.

   Bei der Bekanntmachung der Anmeldung ist ein Prioritätsbeleg ausgelegt worden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   509 739/156 11.65 © Bundesdruckerei Berlin