DE1268242B - Verfahren zum Herstellen einer Thermosaeule - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIv

Deutsche KL: 21b-27/02

Nummer: 1268 242

Aktenzeichen: P 12 68 242.7-33

Anmeldetag: 8. November 1963

Auslegetag: 16. Mai 1968

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Thermosäule, bei dem auf verschiedene Stellen der Oberfläche eines mit Nuten versehenen isolierenden Trägers zwei verschiedene thermoelektrisch aktive Stoffe unter Verwendung von Abdekkungen aufgebracht und anschließend alle nicht in den Nuten befindlichen aktiven Stoffe von der Trägeroberfläche entfernt werden.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art werden die aktiven Stoffe, d. h. die beiden verschiedenen thermoelektrischen Materialien, nacheinander auf die einander gegenüberliegenden Flächen des plattenförmigen Isolierkörpers aufgesprüht. Bei einem ähnlichen Verfahren dieser Art werden auf eine Seite eines Isolierkörpers nacheinander die beiden aktiven Stoffe in den für die Schenkel gewünschten linienartigen Verläufen aufgetragen, wobei der Isolierkörper jeweils durch Masken, welche dem Schenkelverlauf entsprechende Teile der Oberfläche des Isolierkörpers frei lassen, abgedeckt wird.

Aufgabe der Erfindung ist eine Verbesserung und Vereinfachung dieses Herstellungsverfahrens, wobei die Thermosäule in an sich bekannter Weise als Spirale auf einem scheibenförmigen Träger ausgebildet werden soll.

Das erfindungsgemäße Verfahren der eingangs angegebenen Art zum Herstellen einer Thermosäule ist dadurch gekennzeichnet, daß in einen scheibenförmigen Träger eine durchgehende spiralförmige Nut eingearbeitet wird und daß zum Aufbringen der thermoelektrisch aktiven Stoffe eine Maske mit sektorförmigen Armen, deren Breite kleiner ist als die Breite ihrer Zwischenräume, nacheinander in zwei verschiedene Stellungen auf die Scheibe derart aufgelegt wird, daß in der zweiten Stellung die sektorförmigen Arme in Bereichen liegen, in denen in der ersten Stellung sich die Zwischenräume befanden, und daß in jeder der beiden Stellungen der Maske je einer der thermoelektrisch aktiven Stoffe aufgebracht wird.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Thermosäule besteht aus in einem durchgehenden Zuge hintereinander angeordneten thermoelektrischen Schenkeln, wobei der Verlauf des Zuges spiralförmig ist. Die kalten und die warmen Kontaktstellen liegen jeweils auf gleichen Radien der Trägerscheibe.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ist einfach, billig und zuverlässig.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben. Hierin ist

Verfahren zum Herstellen einer Thermosäule

Anmelder:

Catalyst Research Corporation,

Baltimore, Md. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. G. Weinhausen, Patentanwalt,

8000 München 22, Widenmayerstr. 46

Als Erfinder benannt:
Davis Temple Breckenridge,
Lutherville, Md. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 9. November 1962
(236 512)

as Fig. 1 die Draufsicht eines erfindungsgemäß verwendeten scheibenförmigen Trägers mit Spiralnut,

F i g. 2 die Ansicht des Trägers nach F i g. 1 mit aufgelegter Maske und
F i g. 3 eine Ansicht der fertigen, gemäß der Erfindung hergestellten Thermosäule.

Die F i g. 1 zeigt einen Träger 10 aus einem elektrischen Isolator mit schlechter Wärmeleitfähigkeit, z. B. aus einem organischen Glas. Auf seiner Oberseite 11 erstreckt sich von der Mittelöffnung 12 zum Umfang eine spiralförmige Nut 14. Zur Herstellung der Thermosäule wird der Träger zunächst mit einer Maske 16 gemäß F i g. 2 bedeckt. Die Maske 16 besteht aus einzelnen radialen Sektoren 18, die an einem inneren Ring 20 sitzen. Letzterer hat eine Mittelöffnung 22 von etwa gleicher Größe wie das Mittelloch 12 des Trägers. Die Sektoren der Maske sind schmaler als die Zwischenräume zwischen ihnen, um eine Überlappung der aufgebrachten Überzüge zu erreichen. Die Maske 16 wird mit Schraube und Mutter fest am Träger 10 befestigt. Dann wird ein erstes Metall auf die Oberfläche der Maske und des Trägers aufgebracht und füllt die frei liegenden Teile der Nut, die erhabenen Oberflächenteile des Trägers und die frei liegenden Flächen der Sektoren 18 aus.

Hierauf wird die Maske 16 so verdreht, daß die Sektoren 18 sich in der Mitte der vorher niedergeschlagenen Sektoren des ersten Metalls befinden.

809 549/163

Claims (1)

1. 3 4

   Es liegen also nun unbedeckte Stellen des Trägers geschätzt. Die zugeführte Wärmemenge wurde jeweils und schmale Sektoren des ersten Niederschlags frei. so eingestellt, daß eine ausreichende Verdampfung Nach dem Aufbringen des zweiten Materials bilden bzw. Kondensation zu beobachten war.
   diese schmalen Sektoren die Verbindungsstellen 23 Anschließend wurde die Anordnung aus dem Ver-(F i g. 3) zwischen den Thermoelementpaaren. Nun 5 dampfungsgerät entnommen und nach Abnahme der wird die Maske abgenommen. Die Anzahl der gebil- Maske in eine Drehbank eingespannt. Bei langsamer deten Verbindungsstellen hängt von der Anzahl der Drehung wurden dann die Überzüge von den Trägerverwendeten Sektoren und der Länge der Nut ab. oberflächen durch Abschleifen von Hand mittels eines Dann wird die Oberfläche 11 des Trägers 10 gesandet sehr feinen Sandpapiers (Siliziumcarbid, Korngröße oder geschliffen, bis alles Metall auf den erhabenen io 0,037 mm) entfernt. Das Abschleifen wurde fortge-Stellen entfernt ist und die Anordnung gemäß F i g. 3 setzt, bis bei einer Betrachtung keine leitenden Übererscheint. Schließlich können am äußeren Ende 24 gänge zwischen aufeinanderfolgenden Windungen der und am inneren Ende 25 der Nut Anschlußdrähte an- Spiralen mehr zu entdecken waren,
   gelötet werden. Damit ist die erfindungsgemäß herge- Nach Abnahme von der Drehbank wurden die Anstellte Thermosäule fertig. 15 schlußdrähte angebracht. Hierzu wurde Silberbronze

   Nachstehend wird ein ausgeführtes Beispiel be- von den Enden der Nut bis zur Rückseite der Scheibe schrieben. In einer Scheibe aus Acrylkunststoff von aufgepinselt, wobei eine kurze Strecke zwischen den etwa 100 mm Durchmesser und 3 mm Dicke wurde beiden Silberteilen frei blieb. Dann wurde die Obereine Spiralnut angebracht, indem eine Drahtspirale fläche mit der Nut mit einer farblosen Acrylharzmittels einer geheizten Presse in die Oberfläche der 20 mischung bestrichen, um die elektrischen Leitungen Scheibe eingedrückt wurde. Die Drahtspirale bestand luftdicht abzuschließen. Anschließend wurde eine aus einem 0,35 mm dicken Kupferdraht und hatte Maske ähnlich wie die früher verwendete aufgebracht, 20 Windungen. Die entstandene Nut ergab sich bei die aus 12 Sektoren von 15° Breite und 15° Abstand Prüfung als glatt, ziemlich regelmäßig und spiralig bestand. Diese gingen von einer Mittelscheibe vom durchlaufend vom Umfang der Scheibe bis zu einer 25 Durchmesser 25 mm aus. Die Maske war so ange-Mittelfläche, die etwa einen Durchmesser von 25 mm bracht, daß jede zweite radiale Verbindungsreihe frei hatte. Der überschüssige Kunststoff um die äußere lag. Auf die frei liegenden Verbindungen wurde Alu-Begrenzung der Spiralnut wurde entfernt und ein minium aufgedampft. Nach der Entnahme aus dem Mittelloch vom Durchmesser von 12,7 mm gebohrt. Verdampfungsgerät wurde in den Sektoren zwischen Dann wurde eine Maske aus 3 mm dickem Alumini- 30 den Aluminiumteilen schwarzer Lack an der Vorderumblech angefertigt. Sie bestand aus 12 Sektoren mit seite des Trägers aufgemalt. Diese Überzüge bewirken einer Breite von 11° und einem gegenseitigen Ab- eine Reflexion von den kalten Verbindungsstellen und stand von 19°, die von einer Mittelscheibe ausgingen. eine erhöhte Absorption der heißen Verbindungs-Diese hatte einen Durchmesser von etwa 25 mm und stellen, wodurch eine Erhöhung der Temperaturdiffewies ein Mittelloch von ebenfalls 12,7 mm Durch- 35 reoz erzielt wird.

   messer auf. Nach Reinigung des Kunststoffträgers Wurde auf eine so hergestellte Thermosäule eine wurde die Aluminiummaske an der mit Nut versehe- Infrarotlampe gerichtet, so ergab sich nach 30 Sekunnen Fläche mit Schraube und Mutter befestigt, so den Belichtung beispielsweise eine Ausgangsspannung daß die beiden Teile sich nicht gegeneinander bewe- von 0,2 Volt. Wurde die Lampe näher an die Obergen konnten. Aus Festigkeitsgründen wurde eine 40 fläche gebracht, so stieg die Ausgangsspannung auf Aluminiumscheibe von 100 mm Durchmesser, die etwa 1,5 Volt an. Temperaturmessungen zeigten, daß gleichzeitig zur Wärmeabführung diente, untergelegt. bei der Ausgangsspannung von 0,2 Volt die mittlere Die ganze Anordnung wurde dann in einem Auf- Temperaturdifferenz zwischen den warmen und den dampfapparat aufgehängt, wobei die frei liegende kalten Verbindungsstellen 12,8° C betrug, während Nutenfläche etwa 30 cm von der Verdampfungsquelle 45 bei 1,5 Volt Ausgangsspannung diese Temperaturentfernt war. differenz den Wert 96,15° C hatte.

   Wismut wurde in einen Aluminiumoxydtiegel ein- Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wurde eine

   gebracht. Dieser Tiegel wurde in einen Induktions- Trägerscheibe von gleichen Abmessungen wie oben

   ofen im Aufdampfgerät eingeführt. Das Gerät wurde verwendet. Die Nut wurde hierbei mit einem dünne-

   dann auf einen Druck von 1,8 · 10~⁵ Torr evakuiert. 50 ren Draht als vorher erzeugt und hatte etwa 27 Win-

   Das Wismut war vorher unter Hochvakuum vorge- düngen. Bei Aufbringung von 8,5 g Wismut und

   schmolzen worden, um es zu entgasen. Dann wurde 17,6 g Antimon ergaben sich 328 Verbindungsstel-

   die Induktionsspule eingeschaltet, und das Wismut len. Bei einem Lampenabstand von 40 cm von der

   verdampfte aus dem Tiegel und kondensierte sich Thermosäule erhielt man eine Ausgangsspannung von

   auf der kühlen Fläche des Trägers und der Maske. 55 0,25 Volt.

   Nachdem etwa 11,9 g Wismut verdampft waren, Es zeigt sich also, daß auf diese Weise in sehr einwurde die Anordnung dem Aufdampfgerät entnom- fächer und zuverlässiger Weise eine große Anzahl men. Die Maske wurde so verdreht, daß ihre Sektoren von Verbindungsstellen auf geringer Fläche untergenun die Mitte der vorher bedampften Stellen ein- bracht und gleichzeitig mechanisch geschützt werden nahmen. Nun wurde die Anordnung wieder in das 60 kann.

   Aufdampfgerät eingeführt und der Wismuttiegel Patentanspruch·
   durch zwei Glühspiralen aus Wolfram ersetzt. Von

   diesen Glühspiralen wurden in zwei Arbeitsgängen in Verfahren zum Herstellen einer Thermosäule,

   bekannter Weise insgesamt 2 m eines Nickelchrom- bei dem auf verschiedene Stellen der Oberfläche

   drahtes von 0,7 mm Durchmesser verdampft. In 65 eines mit Nuten versehenen isolierenden Trägers

   beiden Arbeitsgängen wurde der Druck zwischen zwei verschiedene thermoelektrisch aktive Stoffe

   2,0 ■ 10~⁵ und 8,0 · 10~⁵ Torr gehalten. Die Ver- unter Verwendung von Abdeckungen aufgebracht

   dampfungstemperaturen wurden nicht gemessen oder und anschließend alle nicht in den Nuten befind-

   lichen aktiven Stoffe von der Trägeroberfläche entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in einen scheibenförmigen Träger (10) eine durchgehende spiralförmige Nut (14) eingearbeitet wird, und daß zum Aufbringen der thermoelektrisch aktiven Stoffe eine Maske (16) mit sektorförmigen Armen (18), deren Breite kleiner ist als die Breite ihrer Zwischenräume, nacheinander in zwei verschiedenen Stellungen auf die Scheibe (10) derart aufgelegt wird, daß in der zweiten Stellung die sektorförmigen Arme (18) in Bereichen liegen, in denen in der ersten Stellung sich die Zwischenräume befanden, und daß in jeder der beiden Stellungen der Maske (16) je einer der thermoelektrisch aktiven Stoffe aufgebracht wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschriften Nr. 249 318, 587360; französische Patentschrift Nr. 1030 337; schweizerische Patentschrift Nr. 337 888; USA.-Patentschrift Nr. 2 674 641.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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