DE102006005596B4 - Thermoelektrisches Element, Anordnung mit mehreren thermoelektrischen Elementen sowie Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Elements - Google Patents

Thermoelektrisches Element, Anordnung mit mehreren thermoelektrischen Elementen sowie Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Elements Download PDF

Info

Publication number
DE102006005596B4
DE102006005596B4 DE200610005596 DE102006005596A DE102006005596B4 DE 102006005596 B4 DE102006005596 B4 DE 102006005596B4 DE 200610005596 DE200610005596 DE 200610005596 DE 102006005596 A DE102006005596 A DE 102006005596A DE 102006005596 B4 DE102006005596 B4 DE 102006005596B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
thermoelectric
conductive materials
conductive
areas
connection point
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE200610005596
Other languages
English (en)
Other versions
DE102006005596A1 (de
Inventor
Michael Bisges
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
OFlexx Technologies GmbH
Original Assignee
OFlexx Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by OFlexx Technologies GmbH filed Critical OFlexx Technologies GmbH
Priority to DE200610005596 priority Critical patent/DE102006005596B4/de
Publication of DE102006005596A1 publication Critical patent/DE102006005596A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102006005596B4 publication Critical patent/DE102006005596B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRA-RED, VISIBLE OR ULTRA-VIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry
    • G01J5/10Radiation pyrometry using electric radiation detectors
    • G01J5/12Radiation pyrometry using electric radiation detectors using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H01L35/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. exhibiting Seebeck or Peltier effect with or without other thermoelectric effects or thermomagnetic effects; Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L35/28Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. exhibiting Seebeck or Peltier effect with or without other thermoelectric effects or thermomagnetic effects; Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof operating with Peltier or Seebeck effect only
    • H01L35/32Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. exhibiting Seebeck or Peltier effect with or without other thermoelectric effects or thermomagnetic effects; Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof operating with Peltier or Seebeck effect only characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device including details about housing, insulation, geometry or module
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H01L35/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. exhibiting Seebeck or Peltier effect with or without other thermoelectric effects or thermomagnetic effects; Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L35/34Processes or apparatus specially adapted for peculiar to the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof

Abstract

Thermoelektrisches Element mit einer Trägerstruktur auf der zwei unterschiedliche leitfähige Materialien aufgebracht sind, wobei die in aneinandergrenzenden Bereichen (5, 6) angeordneten unterschiedlichen leitfähigen Materialien (3, 4) sich entlang einer Verbindungsstelle (8) berühren, in den Bereichen (5, 6) aus leitfähigen Materialien (3, 4) eine ununterbrochene Leiterbahn (11) ausgebildet ist, die durch eine die Leiterbahn allseitig umgebende nicht leitfähige Unterbrechung (14) der leitfähigen Materialien begrenzt ist und die Leiterbahn (11) die Verbindungsstelle (8) aneinandergrenzender Bereiche (5, 6) in einem ersten und einem zweiten Übergangsbereich (15, 16) kreuzt, wobei der erste und zweite Übergangsbereich im Abstand zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (3, 4) aus leitfähigen Materialien mit einer Folie (18) abgedeckt sind und dass die Folie (18) sich durch die nicht leitfähigen Unterbrechungen (14) hindurch erstreckende Schneiden (17) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein thermoelektrisches Element mit einer Trägerstruktur auf der zwei unterschiedliche leitfähige Materialien aufgebracht sind, wobei die in aneinandergrenzenden Bereichen angeordneten unterschiedlichen leitfähigen Materialien sich entlang einer Verbindungsstelle berühren, in den Bereichen aus leitfähigen Materialien eine ununterbrochene Leiterbahn ausgebildet ist, die durch eine die Leiterbahn allseitig umgebende nicht leitfähige Unterbrechung der leitfähigen Materialien begrenzt ist und die Leiterbahn die Verbindungsstelle aneinandergrenzender Bereiche in einem ersten und einem zweiten Übergangsbereich kreuzt, wobei der erste und zweite Übergangsbereich im Abstand zueinander angeordnet sind. Außerdem betrifft die Erfindung eine Anordnung aus derartigen Elementen sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
  • Ein thermoelektrisches Element ist ein Bauteil aus zwei verschiedenen miteinander verbundenen Metallen, das die thermoelektrischen Effekte ausnutzt.
  • Technisch von Interesse ist insbesondere der Seebeck-Effekt und der Peltier-Effekt:
    Hält man die beiden Verbindungsstellen zweier zu einem Kreis geschlossenen Stücke aus verschiedenen Metallen (oder Halbleitern) auf unterschiedlicher Temperatur, so fließt infolge der unterschiedlichen Thermospannung ein Thermostrom. Der Seebeck-Effekt wird zur Temperaturmessung mit Thermoelementen sowie zur thermoelektrischen Energiewandlung in Thermogeneratoren genutzt.
  • Der Peltier-Effekt ist die Umkehrung des Seebeck-Effektes. Bringt man die beiden Enden eines Metalls (oder Halbleiters) in Kontakt mit einem anderen Metall (oder Halbleiter) und leitet einen elektrischen Gleichstrom hindurch, so erwärmt sich nach dem Peltier-Effekt die eine Kontaktstelle, während sich die andere abkühlt. Kehrt man die Stromrichtung um, so vertauschen sich auch die Warm- und Kaltstellen.
  • Ein Thermoelement ist ein aus zwei oder mehreren verschiedenen Leitern bestehender Leiterkreis, der nach dem Seebeck-Effekt bei Temperaturdifferenz der Verbindungsstellen elektrische Spannung liefert. Meist wird eine größere Anzahl von Thermoelementen zusammengeschaltet. Die in den Thermoelementen genutzte Thermospannung ist temperaturabhängig und bewegt sich in einem Bereich von wenigen Mikrovolt.
  • Mit Thermoelementen lässt sich keine absolute Temperatur messen, sondern nur eine Differenz der Temperaturen zwischen einer Mess- und Vergleichsstelle. In der technischen Anwendung sind daher die Leiter des Thermoelementes nur an der Messstelle direkt miteinander verbunden, während die Enden der gekoppelten Leiter an der sogenannten Vergleichsstelle angeschlossen sind. An der Vergleichsstelle kann ein Messgerät über Messleitungen angeschlossen werden. Die Thermoempfindlichkeit zwischen den beiden Materialien der verschiedenen Leiter eines Thermoelementes ergibt sich aus der thermoelektrischen Spannungsreihe, die in Millivolt mV/100 K angegeben wird. Mit Hilfe der sogenannten thermoelektrischen Spannungsreihe (vgl. DIN EN 60584) kann aufgrund der erzeugten Spannung und der Thermoempfindlichkeit für die jeweilige Materialpaarung eine Aussage über die Temperatur an der Messstelle gemacht werden. Für die unterschiedlichen Typen von Thermoelementen variieren die Thermospannungen zwischen 0,03 bis 6,5 mV/100 K.
  • Darüber hinaus ist mit Hilfe von Thermoelementen die Wandlung von Wärme in elektrische Energie möglich (Thermogeneratoren).
  • Heute verfügbare Thermoelemente haben jedoch nur einen verhältnismäßig geringen Wirkungsgrad; hinsichtlich Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Umweltneutralität sind sie jedoch anderen Technologien überlegen.
  • Im Laufe der Jahrzehnte haben sich einige Legierungen durch ihre Eigenschaften bei bestimmten Temperaturen durchgesetzt und sich somit eine Palette von Thermomaterialkombinationen über einen Temperaturbereich von –270°C bis 2600°C gebildet. Diese Palette wurde in Normen erfasst und definiert. Die derzeit gültige internationale Norm für Thermoelemente ist die IEC 584-1, das Pendant im deutschsprachigen Raum die DIN EN 60584 Teil 1. Diese Norm definiert 10 verschiedene Thermomaterialkombination in ihren Eigenschaften.
    Typ/Kennbuchstabe Legierung
    K Nickel-Chrom/Nickel-Aluminium
    T Kupfer/Kupfer-Nickel
    J Eisen/Kupfer-Nickel
    N Nickel-Chrom-Silizium/Nickel-Silizium
    E Nickel-Chrom/Kupfer-Nickel
    R Platin-13%Rhodium/Platin
    S Platin-10%Rhodium/Platin
    B Platin-30%Rhodium/Platin
  • Eine weitere in Deutschland noch angewendete Norm ist die DIN 43710, welche die Thermotypen U und L definiert. Diese Norm ist aber nicht mehr gültig.
    U Kupfer/Kupfer-Nickel
    L Eisen/Kupfer-Nickel
  • Neben den genormten Thermopaaren gibt es noch andere Kombination mit speziellen Eigenschaften. Ein Beispiel sind hier die Wolfram/Wolfram-Rhenium Kombination mit möglichen Temperaturbereichen bis 2600°C.
  • Ein übliches Peltier-Element besteht regelmäßig aus zwei dünnen, insbesondere keramischen Platten zwischen denen abwechselnd kleine Quader aus unterschiedlich leitendem Material, insbesondere Halbleitermaterial, eingelötet sind. Jeweils zwei unterschiedliche Quader sind so miteinander verbunden, dass sie eine Reihenschaltung ergeben. Der zugeführte elektrische Strom durchfließt alle Quader nacheinander. Abhängig von der Stromstärke und -richtung kühlt sich eine der beiden Platten ab, während sich die andere erwärmt. Peltier-Elemente werden derzeit beispielsweise in kleinen, mobilen Kühlgeräten eingesetzt, bei denen sich der Einsatz einer Kältemaschine aus Platzgründen verbietet oder nicht wirtschaftlich wäre, weil die benötigte Kühlleistung gering ist.
  • Darüber hinaus sind aus dem Stand der Technik sogenannte Dünnschicht-Thermoelemente bekannt, bei denen die das Thermopaar bildenden elektrischen Materialien auf einem flexiblen, dünnen Trägermaterial aufgebracht werden. Derartige Dünnschicht-Thermoelemente können beim Spritzgießen von Kunststoffformteilen direkt mit deren Oberfläche verbunden werden, auf Rohre aufgeklebt oder in vielfältigen Anwendungen im Automobilbau verwendet werden.
  • Aufgrund der geringen Dicke der auf die Trägermaterialien aufgebrachten leitfähigen Materialien und der geringen Strukturabmessung ergibt sich allerdings ein sehr kleines Messsignal, das durch elektrische Störeinflüsse schlecht auswertbar ist. Um Abhilfe zu schaffen, weisen derartige Dünnschicht-Thermoelemente mehrere Dünnschicht-Thermopaare auf, die mehrere Messstellen bilden. Die einzelnen Messstellen bilden zusammen den Messpunkt des Thermoelementes. Da der Messpunkt nur eine geringe räumliche Ausdehnung aufweisen sollte, müssen die einzelnen Messstellen der Thermopaare möglichst klein und auf einen räumlich eng begrenzten Bereich konzentriert werden. Bei der Herstellung derartiger Dünnschicht-Thermoelemente mit den bekannten Verfahren zum Aufbringen der leitfähigen Materialien im Wege der Drucktechnik ergeben sich sogenannte Registerprobleme beim Ausrichten der nacheinander gedruckten leitfähigen Strukturen für die Thermopaare.
  • Typische Thermopaar-Strukturen werden so hergestellt, dass zunächst streifenförmige, etwa 20–30 mm lange Elemente aus dem ersten leitfähigen Material parallel zueinander auf das Trägermaterial gedruckt werden. Der Abstand zwischen den streifenförmigen Elementen beträgt etwa 50 nm. In einem anschließenden Druckschritt wird das zweite leitfähige Material schräg über die parallelen streifenförmigen Elemente gedruckt. Aufgrund der Genauigkeit heutiger Druckmaschinen können die für das Thermoelement wichtigen Mess- und Vergleichsstellen zwischen den streifenförmigen Elementen und dem zweiten leitfähigen Material nicht prozesssicher hergestellt werden:
    Figure 00060001
  • Aus der DE 101 22 679 A1 ist ein Dünnschicht-Thermoelement bekannt, das ein flexibles Substratmaterial aufweist, auf dem Dünnschicht-Thermopaare aufgebracht sind. Die Dünnschicht-Thermopaare werden aus einer Materialkombination von zwei Materialien gebildet, wobei das erste und das zweite Material derart eingerichtet und derart miteinander thermisch gekoppelt sind, dass sie zusammen ein Thermopaar bilden. Die beiden Materialien werden auf die flexible Folie aufgedruckt oder mittels üblicher Abscheideverfahren abgeschieden. Es werden nebeneinander angeordnete Streifen beispielsweise aus Nickel als erstem Material und Streifen aus Chrom als zweitem Material gebildet, wobei die Stege und Streifen an ihren Enden jeweils paarweise über eine Kopplungsstruktur aus dem zweiten Material miteinander verbunden sind. Durch die gekoppelten Stege und Streifen wird eine Serienschaltung von mehreren Thermopaaren auf einer kleinen Fläche gebildet. Die hohe Anzahl der Dünnschicht-Thermopaare führt zu einer hohen Ausgangsspannung des Thermoelementes. Auch bei diesem Thermoelement stellt sich das Problem, die winzigen Kopplungsstrukturen exakt zwischen den Stegen und Streifen zu positionieren.
  • Aus der US 2 445 874 A ist ein thermoelektrisches Element bekannt, das eine Trägerstruktur aus isolierendem Werkstoff aufweist, auf der zwei unterschiedliche leitfähige Materialien aufgebracht sind. Das erste leitfähige Material ist in Form einer dünnen Metallschicht vollflächig auf der kreiszylindrischen Trägerstruktur aufgebracht. Das zweite leitfähige Material wird von zwei radial nach außen weisenden Metallstreifen gebildet, die auf der Metallschicht aufliegen. Insoweit berühren sich die unterschiedlichen leitfähigen Materialien in aneinandergrenzenden Bereichen entlang einer Verbindungsstelle. In den Bereichen aus leitfähigen Materialien ist eine ununterbrochene Leiterbahn ausgebildet, die durch eine die Leiterbahn allseitig umgebende nicht leitfähige Unterbrechung der leitfähigen Materialien begrenzt ist. Die Leiterbahn hat eine spiralige Struktur, die vorzugsweise vom Zentrum der Scheibe zu deren äußeren Rand durch die beiden Metallschichten aus unterschiedlich leitfähigem Material geschnitten wird. Die derart gebildete Leiterbahn kreuzt die aneinandergrenzenden Bereiche, der unterschiedlich leitfähigen Materialien in einem ersten kalten und einem zweiten warmen Übergangsbereich, die im Abstand zueinander angeordnet sind.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein thermoelektrisches Element, insbesondere ein Dünnschicht-Thermoelement, anzugeben, das einfach und prozesssicher sowie massenhaft und preiswert herstellbar ist. Insbesondere sollen mehrere hintereinander geschaltete Thermopaare auf engstem Raum zuverlässig und dauerhaft angeordnet werden können. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem sich derartige thermoelektrische Elemente massenhaft und preiswert herstellen lassen, insbesondere in Form einer flexiblen Folie.
  • Diese Aufgabe wird bei einem thermoelektrischen Element der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass die Bereiche aus leitfähigen Materialien mit einer Folie abgedeckt sind und dass die Folie sich durch die nicht leitfähigen Unterbrechungen hindurch erstreckende Schneiden aufweist.
  • Zum Schutz der thermoelektrischen Elemente sind die leitfähigen Materialien mit einer Folie abgedeckt. Die Folie weist sich durch die nicht leitfähigen Unterbrechungen hindurch erstreckende Schneidenstrukturen auf, wodurch eine dauerhafte Isolation der einzelnen Leiterbahnen voneinander gewährleistet wird.
  • Die Abdeckfolie mit der den Leiterbahnen entsprechenden Schneidenkontur wird beispielsweise dadurch hergestellt, dass auf einem Trägermaterial eine plastisch verformbare Schicht angeordnet ist. In einem Prägeschritt wird die Schneidenstruktur erzeugt. Zur Erzeugung der erhabenen Schneidenstruktur kommt insbesondere ein Prägewerkzeug zum Einsatz, das eine der erhabenen Schneidenstruktur entsprechende Ausnehmung aufweist. Um die Formstabilität der Schneidenstruktur in der plastisch verformbaren Schicht zu gewährleisten, wird die Schneidenstruktur nach dem Prägeschritt gehärtet. Die Härtung erfolgt beispielsweise durch Bestrahlung mittels elektromagnetischer Strahlung, insbesondere UV-Strahlung. Bei der Auswahl des Materials für die Schneidenstruktur ist zu berücksichtigen, dass die Härte der Schneidenstruktur nach deren Aushärtung größer als die Härte der unterschiedlichen leitfähigen Materialien ist, sofern die nicht leitfähigen Unterbrechungen mittels der Folie erzeugt werden sollen. Andernfalls ist ein sicheres Zerteilen der leitfähigen Materialien ohne Zerstörung der Schneidenstruktur nicht gewährleistet. Vorzugsweise dringen bei einer derartigen Herstellung die Schneiden der Abdeckfolie geringfügig in die Trägerstruktur für die unterschiedlichen leitfähigen Materialien ein. In diesem Fall ist darauf zu achten, dass die Härte der ausgehärteten Schneidenstruktur auch größer als die Härte der Trägerstruktur ist. Das die Abdeckfolie und die Schneiden bildende Material besteht vorzugsweise aus elektrisch isolierendem Material mit geringer Wärmeleitung. Für die Abdeckfolie mit Schneidenstruktur kommen folgende Materialien in Betracht: PET, PC, PS, PP, PA, PI oder Materialkombinationen aus einem thermoplastischen Trägermaterial und einem so genannten Hardcoating aus einem Duroplasten oder einer anorganischen Beschichtung.
  • Grundsätzlich sind hochvernetzte Duroplaste aufgrund der höheren Härte besser geeignet als Thermoplastische Materialien. Schließlich sind auch Trägermaterialien aus Keramik oder Glas einsetzbar.
  • Eine derartige Abdeckfolie mit Schneidenstrukturen eignet sich zur preiswerten und massenhaften Herstellung thermoelektrischer Elemente gemäß der Erfindung. Hierzu werden die auf der Trägerstruktur aufgebrachten leitfähigen Materialien gegen die die Schneidenstruktur aufweisende Folie gedrückt, wobei jede Schneidenstruktur die die Leiterbahn allseitig umgebende linienförmige Unterbrechung der leitfähigen Materialien erzeugt. Der Herstellungsprozess wird vorzugsweise als von Rolle zu Rolle geführter Prozess geführt, wobei die in einer Richtung bewegte bahnförmige Trägerstruktur gegen die in übereinstimmender Richtung bewegte bahnförmige, Schneidenstrukturen aufweisende Folie gedrückt wird. Das Ineinanderdrücken der beiden bahnförmigen Folien kann beispielsweise in einem Walzenspalt erfolgen.
  • Die unterschiedlichen Materialien in aneinandergrenzenden Bereichen zur Ausbildung der Thermopaare berühren sich vorzugsweise entlang einer geradlinigen Verbindungsstelle, die die leitfähigen Materialien auf einer vorzugsweise bahnförmige Trägerstruktur insbesondere in zwei parallel zueinander angeordnete Streifen übereinstimmender Breite unterteilt.
  • Zur Herstellung eines thermoelektrischen Elementes nach einem der Ansprüche 1 bis 7, werden auf einer Trägerstruktur in aneinandergrenzenden Bereichen aufgebrachte leitfähige Materialien bereit gestellt und eine Leiterbahn wird in den Bereichen aus leitfähigen Materialien derart ausgebildet, dass die Leiterbahn durch eine sie allseitig umgebende, nicht leitfähige und linienförmige Unterbrechung der leitfähigen Materialien begrenzt ist, wobei die auf der Trägerstruktur aufgebrachten leitfähigen Materialien gegen eine mindestens eine Schneide aufweisende Folie gedrückt werden, wobei jede Schneide die die Leiterbahn allseitig umgebende linienförmige Unterbrechung der leitfähigen Materialien erzeugt.
  • Die linienförmige Unterbrechung entspricht der Kontur der Leiterbahn. Die derart erzeugte Leiterbahn kreuzt die Verbindungsstelle aneinander grenzender Bereiche in einem ersten und einem zweiten Übergangsbereich. Die beiden Übergangsbereiche sind räumlich voneinander getrennt.
  • Im Falle eines Thermoelementes bildet einer der Übergangsbereiche die Messstelle während der andere Übergangsbereich die Vergleichsstelle bildet. Im Falle eines Peltier-Elementes werden die Enden der derart gebildeten Leiterbahn mit einer Gleichstromquelle verbunden. Infolgedessen wird der eine Übergangsbereich erwärmt, während der andere Übergangsbereich abgekühlt wird.
  • Die beiden Übergangsbereiche können für einen verbesserten Wärmeaustausch mit Wärmeüberträgern verbunden sein. Die Übergangsbereiche sind in einem ausreichenden Abstand zueinander anzuordnen, um die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Übergangsbereichen aufrechtzuerhalten. Aus diesem Grund besteht die Trägerstruktur auch vorzugsweise aus einem Material mit einer möglichst geringen Wärmeleitfähigkeit.
  • Die Trägerstruktur ist vorzugsweise ein insbesondere flexibles Folienmaterial aus Kunststoff, Papier oder aus einem Verbundmaterial.
  • Als leitfähige Materialien kommen insbesondere Metalle und Halbleiter in Betracht. Für Thermoelemente wird auf die internationale Norm DIN EN 60584 Teil 1 verwiesen, die verschiedene geeignete Thermomaterialkombinationen und ihre Eigenschaften definiert.
  • Für die Herstellung eines Peltier-Elementes kommen als leitfähige Materialien insbesondere p- und n- dotiertes Halbleitermaterial, meist Wismut-Tellurit, Bi2Te3 in Betracht. Außerdem kommen die in den nachfolgenden Tabellen 1.1. und 1.2 genannten p- und n-dotierten Verbindungen in Betracht:
    T [K] Verbindung p-Typ Z [1/K]
    225 CsBi4Te6:Sbl3(0,05%) 3,5–10–3
    300 (Sb2Te3)72Bi2Te3)25(Sb2Se3)3 3,4–10–3
    500 Tl9BiTe6 2,3–10–3
    700 GeTe1-x(AgSbTe2)x 3,0–10–3
    1200 Si0,85Ge0,15:B 6,7–10–4
    Tabelle 1.1: Die p-Typ Verbindungen mit den besten thermoelektrischen Eigenschaften.
  • T [K] Verbindung n-Typ Z [1/K]
    80 Bi0,85Sb0,15 6,5–10–3
    300 ((Sb2Te3)5Bi2Te3)90(Sb2Se3)5 3,2–10–3
    450 Bi2Te2,7Se0,3 2,8–10–3
    800 Pb0,75Sn0,25Se > 1,25–10–3
    1200 Si0,85Ge0,15:P 8,3–10–4
    Tabelle 1.2: die n-Typ Verbindungen mit den besten thermoelektrischen Eigenschaften.
  • Der vorstehend beschriebene Aufbau des erfindungsgemäßen thermoelektrischen Elementes verdeutlicht, dass ein oder mehrere Thermopaare allein dadurch ausgebildet werden, dass die unterschiedlichen leitfähigen Materialien gezielt unterbrochen werden. Für die Herstellung eines derartigen thermoelektrischen Elementes ist insbesondere kein zweistufiger Druck-Prozess oder gar ein chemisches Abscheideverfahren erforderlich, das bei einer angestrebten Breite der Leiterbahn zwischen 1 μm bis 100 μm Probleme aufwirft.
  • Eine Vielzahl von Thermopaaren lässt sich in einem erfindungsgemäßen thermoelektrischen Element dadurch realisieren, dass die Leiterbahn jede Verbindungsstelle mehrfach abwechselnd an dem ersten und zweiten Übergangsbereich kreuzt. Hieraus resultiert eine spiralige Anordnung der Leiterbahn um einen Punkt zwischen den beiden Übergangsbereichen. Die Hintereinanderschaltung mehrerer Thermopaare innerhalb eines thermoelektrischen Elementes hat eine höhere Ausgangsspannung zur Folge. In einem Peltier-Element kann durch die Vielzahl der Thermopaare eine höhere Kälteleistung erzeugt werden.
  • Die Verbindungsstelle zwischen den unterschiedlichen leitfähigen Materialien kann als Überlappung oder Stoßstelle ausgeführt sein. Zusätzlich können die unterschiedlichen Materialien an der Verbindungsstelle verlötet oder verschweißt sein. Wichtig ist, dass die unterschiedlichen Materialien an der Verbindungsstelle miteinander in Kontakt kommen, da andernfalls die thermoelektrischen Effekte in der Leiterbahn nicht auftreten.
  • Die spiralige Anordnung der Leiterbahn auf der Trägerstruktur ist empfindlich gegen eingekoppelte Störsignale, die beispielsweise von niederfrequenten oder hochfrequenten Elektrogeräten in der Umgebung ausgehen. Um dieser Störungsempfindlichkeit zu begegnen, ist in einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen thermoelektrischen Elementes vorgesehen, dass sich drei aneinandergrenzende Bereiche entlang einer ersten und einer zweiten Verbindungsstelle berühren und die Leiterbahn zunächst die erste Verbindungsstelle und anschließend die zweite Verbindungsstelle mehrfach kreuzt, wobei die Laufrichtung der Leiterbahn an der ersten Verbindungsstelle entgegengesetzt zu der Laufrichtung der Leiterbahn an der zweiten Verbindungsstelle ist. Durch die entgegengesetzte Laufrichtung der Leiterbahn werden zwei nah beieinander liegende Leiterbahnspiralen mit entgegengesetztem Drehsinn erzeugt. Diese spiralig angeordneten Leiterbahnen wirken elektrotechnisch wie Spulen. Die in diese beiden entgegengesetzt gewickelten Spulen eingekoppelten Störungen überlagern sich gegenphasig und werden dadurch kompensiert. Die Anzahl der entgegengesetzten Windungen und deren Abstand sollten für eine optimale Kompensation vorzugsweise übereinstimmen. Zur Herstellung eines derart kompensierten thermoelektrischen Elementes weist die bahnförmige Trägerstruktur vorzugsweise drei parallel zueinander angeordnete Streifen auf, in denen die beiden unterschiedlichen leitfähigen Materialien abwechselnd aufgebracht sind.
  • Das erfindungsgemäße thermoelektrische Element kann als Thermoelement zum Messen von Temperaturen, als Thermogenerator zur Umwandlung von Wärme in elektrischen Strom oder als Peltier-Element arbeiten. Die unterschiedlichen Arbeitsweisen wurden eingangs erläutert.
  • Sowohl bei der Verwendung als Thermogenerator als auch als Peltier-Element werden vorzugsweise die Leiterbahnen mehrerer thermoelektrischer Elemente hintereinander geschaltet, um die Ausgangsspannung zu erhöhen bzw. die Kälteleistung zu verbessern. Eine weitere Verbesserung der Leistung lässt sich dadurch erzielen, dass mehrere Hintereinanderschaltungen von thermoelektrischen Elementen wiederum parallel geschaltet werden. Im Falle eines Thermogenerators wird hierdurch der Innenwiderstand reduziert und dadurch der erzielbare Ausgangsstrom erhöht. Im Falle eines Peltier-Elementes erlaubt die Parallelschaltung einen höheren Leistungseintrag und damit eine höhere Kälteleistung des Peltier-Elementes.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert:
  • 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines thermoelektrischen Elementes in einer Aufsicht mit abgehobener Deckfolie sowie in einer geschnittenen Seitenansicht,
  • 2 a)–c) zeigen verschiedene Verbindungsstellen eines thermoelektrischen Elementes,
  • 3 zeigt eine Deckfolie für ein thermoelektrisches Element nach 1,
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Herstellung thermoelektrischer Elemente in einem von Rolle zu Rolle geführten Prozess,
  • 5 a)–d) zeigen schematisch die Herstellung linienförmiger Unterbrechungen in den leitfähigen Materialien eines thermoelektrischen Elementes anhand unterschiedlich aufgebauter Trägerstrukturen und Deckfolien,
  • 6 zeigt eine schematische Darstellung eines kompensierten thermoelektrischen Elementes und
  • 7 a)–b) zeigen eine Anordnung mit mehreren thermoelektrischen Elementen gemäß der Erfindung.
  • Das thermoelektrische Element 1 wird von einer Trägerstruktur 2 -im gezeigten Ausführungsbeispiel eine flexible Kunststofffolie- gebildet, auf die ein erstes leitfähiges Material 3, beispielsweise Eisen und ein zweites leitfähiges Material 4, beispielsweise Kupfer-Nickel in aneinandergrenzenden Bereichen 5, 6 aufgebracht ist. Das erste und zweite leitfähige Material 3, 4 berühren sich an einer linienförmigen Verbindungsstelle 8, die als Überlappung der Schichten des ersten und des zweiten leitförmigen Materials ausgebildet ist. Die Überlappung ist insbesondere in der Schnittdarstellung entlang der Linie A-A erkennbar.
  • In den Bereichen 5, 6 mit dem ersten und zweiten leitfähigen Material ist eine ununterbrochene Leiterbahn 11 ausgebildet, die an ihren Enden in Anschlussbereiche 12, 13 übergeht. Die Leiterbahn 11 wird von dem übrigen leitfähigen Material 3, 4 des ersten und zweiten Bereichs 5, 6 elektrisch durch eine nicht leitfähige linienförmige Unterbrechung 14 isoliert. Die linienförmige Unterbrechung definiert die Kontur der Leiterbahn 11 und umgibt diese allseitig.
  • Die Unterbrechung 14 des ersten und zweiten leitfähigen Materials 3, 4 wird insbesondere durch Schneiden erzeugt, die das leitfähige Material zerteilen. Die derart gebildete Leiterbahn 11 verläuft ausgehend von dem Anschlussbereich 12 spiralig nach innen zum Anschlussbereich 13. Dabei kreuzt die Leiterbahn 11 die Verbindungsstelle 8 dreimal abwechselnd an einem ersten Übergangsbereich 15 und einem zweiten Übergangsbereich 16. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel verlaufen die Windungen der Leiterbahn 11 unmittelbar aneinander grenzend, lediglich durch die Unterbrechung 14 voneinander getrennt, so dass die Ausdehnung der Übergangsbereiche 15, 16 in Längsrichtung der Verbindungsstelle 8 minimal ist.
  • Zwischen den Übergangsbereichen 15, 16 wird bei Verwendung des thermoelektrischen Elementes 1 als Thermoelement eine Temperaturdifferenz erzeugt. An der Verbindungsstelle 8 bildet sich infolge dessen in der Leiterbahn 11 zwischen den unterschiedlichen Metallen eine Berührungsspannung aus, deren Größe von der Temperaturdifferenz zwischen den Übergangsbereichen 15 sowie dem Übergangsbereich 16 abhängt.
  • Ist die Temperatur an den Übergangsbereichen 15, 16 gleich, fließt kein Thermostrom. Der in dem thermoelektrischen Element 1 aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen den Übergangsbereichen 15, 16 erzeugte Thermostrom wird an den Anschlussbereichen 12, 13 abgegriffen.
  • Soll das thermoelektrische Element 1 zu Messzwecken eingesetzt werden, kann unmittelbar an die Anschlussbereiche das Messgerät oder ein Messsignal-Verstärker angeschlossen werden. Um den Temperaturausgleich zwischen den Übergangsbereichen 15, 16 zu verlangsamen, wird die spiralige Leiterbahn entlang der linienförmigen Verbindungsstelle 8 möglichst langgestreckt ausgeführt, um einen großen Abstand zwischen den Übergangsbereichen 15, 16 zu erreichen. Außerdem wird ein schlecht wärmeleitendes Trägermaterial verwendet.
  • Die Bereiche 5, 6 werden vollständig mit einer Schneiden 17 tragenden Folie 18 abgedeckt, deren Aufbau anhand von 3 näher erläutert wird:
    Auf der den Bereichen 5, 6 mit leitfähigem Material 3, 4 zugewandten Oberfläche ist die keilförmige Schneide 17 entsprechend dem Verlauf der Leiterbahn 11 angeordnet. Dabei verläuft die Schneide 17 von dem Anschlussbereich 12 spiralig nach innen zu dem Anschlussbereich 13. In den Anschlussbereichen 12, 13 der Leiterbahn 11 weist die Folie 18 Durchgänge 19, 21 auf, die der Kontaktierung der Leiterbahn 11 an deren Enden dienen.
  • Das erfindungsgemäße thermoelektrische Element wird auf einfache Art und Weise dadurch hergestellt, dass die die Schneiden 17 tragende Folie 18 als Halbzeug vorbereitet wird. Des Weiteren wird eine flexible Kunststofffolie mit den an der Verbindungsstelle 8 aneinander grenzenden Bereichen 5, 6 aus leitfähigem Material vorbereitet. Die Leiterbahn 11 wird schließlich dadurch erzeugt, dass die auf der flexiblen Kunststofffolie aufgebrachten leitfähigen Materialien gegen die die Schneide 17 aufweisende Folie 18 gedrückt werden. Hierbei dringt die Schneide 17 durch das erste und zweite leitfähige Material 3, 4 hindurch, wie dies in der Schnittdarstellung in 1 erkennbar ist und erzeugt die die Leiterbahn 11 allseitig umgebene linienförmige Unterbrechung 14. Vorzugsweise ist die Schneidenlänge größer als die Dicke der Schicht des ersten und zweiten leitfähigen Materials 3, 4, so dass die Schneidenspitze zumindest teilweise in die flexible Kunststofffolie (Trägerstruktur 2) eindringt. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Schicht aus elektrisch leitfähigen Materialien 3, 4 sicher unterbrochen wird und auch bei späterer Bewegung des derart hergestellten thermoelektrischen Elementes eine wirksame elektrische Trennung durch die Unterbrechung 14 gewährleistet wird.
  • Die in 1 dargestellten thermoelektrischen Elemente werden vorzugsweise in einem in 4 angedeuteten, von Rolle zu Rolle geführten Prozess hergestellt. Zwischen den Rollen 22, 23 wird in Bewegungsrichtung 24 eine bahnförmige flexible Kunststofffolie 25 geführt, auf der die Bereiche 5, 6 mit einem ersten und zweiten leitfähigen Material 3, 4 derart angeordnet sind, dass die linienförmige Verbindungsstelle 8 das bahnförmige Material etwa mittig parallel zur Bewegungsrichtung 24 teilt. Oberhalb der bahnförmigen Kunststofffolie 25 befindet sich eine bahnförmige Folie 26 mit Schneidenstrukturen 17, wie sie in 3 dargestellt sind. Eine Vielzahl derartiger Schneidenstrukturen ist in Längsrichtung hintereinander auf der bahnförmigen Folie 26 angeordnet. Sowohl die mit leitfähigem Material beschichtete bahnförmige Kunststofffolie 25 als auch die bahnförmige Folie 26 mit Schneidenstrukturen werden als Halbzeug angeliefert und von der Rolle 22 bzw. 27 abgezogen und einem Walzenspalt 28 zwischen den Walzen 29 zugeführt. In dem Walzenspalt 28 wird die beschichtete bahnförmige Kunststofffolie 25 gegen die bahnförmige Folie mit den Schneiden 17 gedrückt, so dass die Schneiden 17, die auf der flexiblen Kunststofffolie 25 aufgebrachten leitfähigen Materialien 3, 4 unterbrechen und geringfügig in die Kunststofffolie eindringen. Zusätzlich zu den Adhäsionskräften zwischen den beiden gegeneinander gedrückten Folien 25, 26 können diese miteinander verklebt werden, indem vor dem Passieren des Walzenspaltes 28 auf eine oder beide der Folienoberflächen ein Klebstoff aufgetragen wird.
  • Nach dem Verbinden der beiden Folien 25, 26 ist es möglich, elektrische Verbindungen zwischen den Anschlussbereichen der hintereinander auf den verbundenen Folien 25, 26 angeordneten thermoelektrischen Elemente herzustellen, beispielsweise in Form von Reihen- oder Parallelschaltungen. Einzelne thermoelektrische Elemente oder Gruppen miteinander elektrisch verbundener thermoelektrischer Elemente können abschließend aus den verbundenen Folien herausgelöst werden.
  • Die Verbindungsstelle 8 zwischen den leitfähigen Materialien 3, 4 muss nicht notwendigerweise wie in 1 und 2a dargestellt, ausgeführt sein. An Stelle einer Überlappung kann die Verbindungsstelle 8 auch als Stoßstelle 30 zwischen den unterschiedlichen leitfähigen Materialien 3, 4 ausgeführt sein. Die Stoßstelle 30 ist zusätzlich verlötet, was durch die Lotstelle 31 in 2c angedeutet ist.
  • 6 zeigt ein insgesamt mit 32 bezeichnetes kompensiertes thermoelektrisches Element. Es weist drei aneinander grenzende Bereiche 33, 34, 35 auf, die sich entlang einer ersten Verbindungsstelle 36 und einer zweiten Verbindungsstelle 37 berühren. Die Verbindungsstellen 36, 37 können beispielsweise als Überlappung ausgeführt sein, wie dies in 2b dargestellt ist. In den beiden äußeren Bereichen 33, 35 ist das erste leitfähige Material 3, in dem eingeschlossenen Bereich 34 das zweite leitfähige Material 4 aufgebracht. In das leitfähige Material 3, 4 ist wie bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 eine ununterbrochene Leiterbahn 38 eingebracht, die zwischen den Anschlussbereichen 12 und 13 verläuft. Die Leiterbahn 38 windet sich zunächst spiralig von dem Anschlussbereich 12 im Uhrzeigersinn nach außen und kreuzt dabei mehrfach die erste Verbindungsstelle 36 an deren ersten und zweiten Übergangsbereich 15, 16. An dem in der Zeichnung mit 39 gekennzeichneten Umkehrpunkt ändert sich die Laufrichtung der Leiterbahn. Von dort ab ist sie entgegen dem Uhrzeigersinn spiralig von außen nach innen zu dem Anschlussbereich 13 geführt. Dabei kreuzt die Leiterbahn 38 die zweite Verbindungsstelle 37 mehrfach in deren ersten und zweiten Übergangsbereich 15a, 16b. Wie aus 6 ersichtlich, ist die Anzahl der Windungen mit entgegengesetzter Laufrichtung sowie deren Größe übereinstimmend. Infolgedessen werden in die Leiterbahn 38 eingekoppelte Störsignale von anderen elektrischen Geräten bestmöglich kompensiert. Diese Kompensation ist insbesondere dann wichtig, wenn das thermoelektrische Element als Thermoelement in einer Messanordnung zum Einsatz gelangen soll.
  • 7 zeigt schließlich ein aus den erfindungsgemäßen thermoelektrischen Elementen 1 aufgebauten Thermogenerator 41. In 7a sind drei Reihen von jeweils hintereinander geschalteten thermoelektrischen Elementen 1 erkennbar, die zum besseren Verständnis ohne die abdeckende Folie 18 dargestellt sind. Die Leiterbahnen 11 der einzelnen thermoelektrischen Elemente in einer Reihe werden durch Kabelbrücken 42 hintereinander geschaltet. Die drei Reihen thermoelektrischer Elemente sind wiederum insgesamt parallel geschaltet. Die Reihenschaltungen erhöhen die Thermospannung in jeder Reihe, während die Parallelschaltung der Reihen den dem Thermogenerator 41 entnehmbaren Strom und damit die Leistung erhöht. Die Übergangsbereiche 15, 16 der thermoelektrischen Elemente 1 stehen mit Blechen 43, 44 zur Wärmeübertragung in Verbindung. Da zwischen den Übergangsbereichen 15, 16 eine Temperaturdifferenz aufrechterhalten werden muss, stehen die Bleche 43 ausschließlich mit den Übergangsbereichen 16 und die Bleche 44 ausschließlich mit den Übergangsbereichen 15 der thermoelektrischen Elemente 1 in Kontakt. Die Entkopplung der Bleche 43, 44 erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel durch den in 7b dargestellten Luftspalt 45. Die einzelnen Bleche 43, 44 sind an den Stirnseiten des Thermogenerators 41 über Deckbleche 46, 47 miteinander verbunden, so dass sich eine kompakte Struktur des Thermogenerators 41 ergibt.
  • Die Bleche 44 werden entsprechend dem in 7b dargestellten Temperatur-/Wegdiagramm mit einer Wärmequelle verbunden, die die Übergangsbereiche 15 gleichmäßig auf ein höheres Temperaturniveau bringen als die Übergangsbereiche 16, die mit den darüber angeordneten Blechen 43 zur Wärmeübertragung in Verbindung stehen. Die Bleche 43 können zusätzlich mit einem Gebläse 48 verbunden sein, das im Wege der Luftkühlung die Temperaturdifferenz zwischen den Übergangsbereichen 15, 16 der einzelnen thermoelektrischen Elemente 1 erhöht und damit den Wirkungsgrad verbessert. An den beiden Klemmen 49 liegt die von dem Thermogenerator 41 erzeugte Thermospannung an.
  • Der dargestellte Thermogenerator 41 lässt sich auch als Peltier-Element verwenden. Hierzu muss an die Klemmen 49 eine Gleichspannungsquelle angeschlossen werden. Die Stromrichtung ist so zu wählen, dass sich die Bleche 43 erwärmen, während die Bleche 44 abgekühlt werden. Durch die zusätzliche Kühlung der wärmeren Bleche 43 mittels des Gebläses 48 werden die gekühlten Bleche 44 noch kälter und dadurch die Wirkung des regelmäßig als Kühlaggregat eingesetzten Peltier-Elementes verbessert.
  • Werden die Bleche 43, 44 durch flexible metallische Folien ersetzt, kann bei dem ohnehin flexiblen Aufbau der thermoelektrischen Elemente 1 ein flexibler mattenförmige Thermogenerator oder ein flexibles Peltier-Element geschaffen werden. Ein flexibler Thermogenerator bzw. ein flexibles Peltier-Element erschließt neue Einsatzbereiche. Ein flexibles mattenförmiges Peltier-Element kann beispielsweise in Autositzen zu Kühlzwecken verwendet werden.
  • Nachfolgend wird anhand der 5 der Aufbau verschiedener Trägerstrukturen 2 mit leitfähigem Material 3, 4 und verschiedener Folie 18 näher erläutert. 5 zeigt zur besseren Übersichtlichkeit lediglich Ausschnitte von Querschnitten:
  • 5 a), b) zeigen jeweils eine einlagige, die Schneide 17 tragende Folie 18. Unterschiede ergeben sich hinsichtlich des Aufbaus der Trägerstruktur 2. In 5a ist die Trägerstruktur 2 beispielsweise eine einlagige Kunststofffolie oder Papierbahn, auf der die leitfähigen Materialien 3, 4 aufgebracht sind. In 5b ist die Trägerstruktur ein mehrlagiges Verbundmaterial, auf dem die leitfähigen Materialien 3, 4 aufgebracht sind. Das Verbundmaterial ist beispielsweise eine Metallfolie 52, auf der eine vorzugsweise plastisch verformbare isolierende Lage 53 aufgebracht ist, die die leitfähigen Materialien 3, 4 trägt.
  • 5 c), d) entsprechen hinsichtlich des Aufbaus der Trägerstrukturen 2 denen nach den 5 a) bzw. b), so dass insoweit auf diese Ausführungen verwiesen wird. Die die Schneide tragende Folie unterscheidet sich allerdings dadurch, dass sie mehrlagig aufgebaut ist.
  • Als erste und zweite leitfähige Materialien 3, 4 kommen insbesondere Nickel, Nickel-Chrom, Nickel-Aluminium, Kupfer, Kupfer-Nickel, Eisen, Nickel-Chrom-Silizium, Nickel-Silizium, Magnesium, Platin und Platin-Rhodium in Betracht sowie die in den Tabellen 1.1. und 1.2. genannten p, n dotierten Materialien. Als Material für einlagige Trägerstrukturen kommen insbesondere Kunststofffolien aus Polypropylen, Polyethylen, PTFE und Mylar in Betracht. Für die die Schneide 17 tragende Folie 18 kommen insbesondere plastisch verformbare, lichthärtende Kunststoffe zum Einsatz. Des Weiteren können im Spritzgießverfahren verarbeitbare Thermoplaste wie Polycarbonat, PMMA, PET, Polyamid und Polyamid verwendet werden um die Schneidengeometrie im Spritzgießprozess abzuformen. Um die zum Schneiden notwendige Härte zu erreichen wird mit einem Hardcoating als oberste Lage gearbeitet.
  • Die ersten und zweiten leitfähigen Materialien 3, 4 können auf die Trägerstruktur 2 aufgedruckt, aufgesputtert oder auflaminiert werden. Nach dem Aufsputtern oder Aufdampfen ist es vorteilhaft mit einem thermischen Prozess die Oberflächenstruktur zu sintern bzw. zu kristallisieren um optimale thermoelektrische Eigenschaften zu erhalten. Die Dicke der leitfähigen Schicht beträgt zwischen 10 nm bis 10 μm. Typische Abmessungen eines thermoelektrischen Elementes gemäß der Erfindung belaufen sich auf eine Breite zwischen 5–10 mm und eine Länge von etwa 20 mm. Auf dieser Fläche weist die Leiterbahn 11 bzw. 38 zwischen 1–1000 Windungen zwischen den Anschlussbereichen auf. Die Breite der Leiterbahn beträgt zwischen 1 μm bis 1000 μm.
  • Für ein kompensiertes thermoelektrisches Element nach 6 ergibt sich unter Zugrundelegung folgender Angaben eine Sensitivität von ungefähr 2 mV/K:
    • Thermopaar: Kupfer-Nickel / Eisen
    • Länge des thermoelektrischen Elementes L: 20 mm
    • Breite des thermoelektrischen Elementes B: 5 mm
    • Dicke der ersten und zweiten leitfähigen Schicht D: 10 μm
    • Breite der Leiterbahn BL = 20 μm
    • Anzahl der Windungen (gegenläufig) N = 2 × 25 = 50
    • Widerstand R: ungefähr 2,5 k'Ώ
  • Bezugszeichenliste
    Nr. Bezeichnung
    1. Thermoelektrisches Element
    2. Trägerstruktur
    3. erstes leitfähiges Material
    4. zweites leitfähiges Material
    5. Bereich erstes leitfähiges Material
    6. Bereich zweites leitfähiges Material
    7. -
    8. Verbindungsstelle
    9. Überlappung
    10. -
    11. Leiterbahn
    12. Anschlussbereich
    13. Anschlussbereich
    14. Unterbrechung
    15., 15a Übergangsbereich
    16., 16b Übergangsbereich
    17. Schneide
    18. Folie
    19. Durchgang
    20. -
    21. Durchgang
    22. Rolle
    23. Rolle
    24. Bewegungsrichtung
    25. bahnförmige Kunststofffolie
    26. bahnförmige Folie mit Schneiden
    27. Rolle
    28. Walzenspalt
    29. Walzen
    30. Stoßstelle
    31. Lotstelle
    32. kompensiertes thermoelektrisches Element
    33. Bereich erstes leitfähiges Material
    34. Bereich zweites leitfähiges Material
    35. Bereich erstes leitfähiges Material
    36. erste Verbindungsstelle
    37. zweite Verbindungsstelle
    38. Leiterbahn
    39. Umkehrpunkt
    40. -
    41. Thermogenerator
    42. Kabelbrücken
    43. Bleche Wärmeübertragung
    44. Bleche Wärmeübertragung
    45. Luftspalt
    46. Deckblech
    47. Deckblech
    48. Gebläse
    49. Klemmen
    50. -
    51. -
    52. Metallfolie
    53. isolierende Lage

Claims (14)

  1. Thermoelektrisches Element mit einer Trägerstruktur auf der zwei unterschiedliche leitfähige Materialien aufgebracht sind, wobei die in aneinandergrenzenden Bereichen (5, 6) angeordneten unterschiedlichen leitfähigen Materialien (3, 4) sich entlang einer Verbindungsstelle (8) berühren, in den Bereichen (5, 6) aus leitfähigen Materialien (3, 4) eine ununterbrochene Leiterbahn (11) ausgebildet ist, die durch eine die Leiterbahn allseitig umgebende nicht leitfähige Unterbrechung (14) der leitfähigen Materialien begrenzt ist und die Leiterbahn (11) die Verbindungsstelle (8) aneinandergrenzender Bereiche (5, 6) in einem ersten und einem zweiten Übergangsbereich (15, 16) kreuzt, wobei der erste und zweite Übergangsbereich im Abstand zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (3, 4) aus leitfähigen Materialien mit einer Folie (18) abgedeckt sind und dass die Folie (18) sich durch die nicht leitfähigen Unterbrechungen (14) hindurch erstreckende Schneiden (17) aufweist.
  2. Thermoelektrisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahn (11) jede Verbindungsstelle (8) mehrfach abwechselnd an dem ersten und zweiten Übergangsbereich (15, 16) kreuzt.
  3. Thermoelektrisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstelle (8) als Überlappung oder Stoßstelle (30) zwischen den unterschiedlichen leitfähigen Materialien (3, 4) ausgeführt ist.
  4. Thermoelektrisches Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen leitfähigen Materialien (3, 4) an der Verbindungsstelle (8) verlötet (31) oder verschweißt sind.
  5. Thermoelektrisches Element nach einem der Ansprüche 2–4, dadurch gekennzeichnet, dass sich drei aneinandergrenzende Bereiche (33, 34, 35) entlang einer ersten und einer zweiten Verbindungsstelle (36, 37) berühren und die Leiterbahn (38) zunächst die erste Verbindungsstelle (36) und anschließend die zweite Verbindungsstelle (37) mehrfach kreuzt, wobei die Laufrichtung der Leiterbahn (38) an der ersten Verbindungsstelle entgegengesetzt zu der Laufrichtung der Leiterbahn an der zweiten Verbindungsstelle ist.
  6. Thermoelektrisches Element nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass es als Thermogenerator zur Umwandlung von Wärme in elektrischen Strom ausgestaltet ist.
  7. Thermoelektrisches Element nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass es als Peltier-Element ausgestaltet ist.
  8. Anordnung mit mehreren thermoelektrischen Elementen nach einem der Ansprüche 1–7, bei dem die Leiterbahnen (11) der thermoelektrischen Elemente (1) miteinander gekoppelt sind.
  9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (11) mehrerer thermoelektrische Elemente hintereinander geschaltet sind.
  10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schaltungen von thermoelektrischen Elementen nach Anspruch 9 parallel geschaltet sind.
  11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Übergangsbereiche (15) sämtlicher thermoelektrischer Elemente (1) mit mindestens einem ersten Element (44) zur Wärmeübertragung und die zweiten Übergangsbereiche (16) sämtlicher thermoelektrischer Elemente mit mindestens einem zweiten Element (43) zur Wärmeübertragung gekoppelt sind.
  12. Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Elementes nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem auf einer Trägerstruktur (2) in aneinandergrenzenden Bereichen (5, 6) aufgebrachte leitfähige Materialien (3, 4) bereit gestellt werden und eine Leiterbahn (11) in den Bereichen (5, 6) aus leitfähigen Materialien (3, 4) derart ausgebildet wird, dass die Leiterbahn (11) durch eine sie allseitig umgebende, nicht leitfähige und linienförmige Unterbrechung (14) der leitfähigen Materialien (3, 4) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Trägerstruktur (2) aufgebrachten leitfähigen Materialien (3, 4) gegen eine mindestens eine Schneide (17) aufweisende Folie (18) gedrückt werden, wobei jede Schneide (17) die die Leiterbahn (11) allseitig umgebende linienförmige Unterbrechung (14) der leitfähigen Materialien erzeugt.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine in einer Richtung (24) bewegte bahnförmige Trägerstruktur (25) gegen eine in übereinstimmender Richtung (24) bewegte bahnförmige Folie mit Schneiden (26) gedrückt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die bahnförmige Trägerstruktur (25) und die bahnförmige Folie mit Schneiden (26) in einem Walzenspalt (28) gegeneinander gedrückt werden.
DE200610005596 2006-02-06 2006-02-06 Thermoelektrisches Element, Anordnung mit mehreren thermoelektrischen Elementen sowie Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Elements Expired - Fee Related DE102006005596B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200610005596 DE102006005596B4 (de) 2006-02-06 2006-02-06 Thermoelektrisches Element, Anordnung mit mehreren thermoelektrischen Elementen sowie Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Elements

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200610005596 DE102006005596B4 (de) 2006-02-06 2006-02-06 Thermoelektrisches Element, Anordnung mit mehreren thermoelektrischen Elementen sowie Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Elements

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102006005596A1 DE102006005596A1 (de) 2007-08-09
DE102006005596B4 true DE102006005596B4 (de) 2008-07-03

Family

ID=38282225

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200610005596 Expired - Fee Related DE102006005596B4 (de) 2006-02-06 2006-02-06 Thermoelektrisches Element, Anordnung mit mehreren thermoelektrischen Elementen sowie Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Elements

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102006005596B4 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202009018135U1 (de) 2009-09-01 2011-02-17 Abb Technology Ag Thermometer (I)
DE202009018134U1 (de) 2009-09-01 2011-02-17 Abb Technology Ag Thermometer (II)
DE102011054803A1 (de) * 2011-10-25 2013-04-25 Günther Heisskanaltechnik Gmbh Thermoelement
US8444318B2 (en) 2008-08-13 2013-05-21 Abb Technology Ag Temperature sensor for a process engineering industrial installation

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010007110A2 (de) 2008-07-16 2010-01-21 Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. Thermoelektrisches bauelement und verfahren zu seiner herstellung
DE102013216373A1 (de) 2013-08-19 2015-03-12 Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. Thermoelektrischer Formkörper und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102016217419A1 (de) 2016-09-13 2018-03-15 Leibniz-Institut Für Festkörper-Und Werkstoffforschung Dresden E.V. Elektrolyte für die elektrochemische Abscheidung von thermoelektrischen Materialien

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2445874A (en) * 1944-06-01 1948-07-27 Phillips Petroleum Co Radiation thermopile and method of making the same
FR2064584A5 (de) * 1969-09-30 1971-07-23 Labo Electronique Physique
JPS62249490A (en) * 1986-04-23 1987-10-30 Hitachi Ltd Manufacture of thin film thermoelectric device
DE3916311C2 (de) * 1989-04-24 2002-02-07 Mettler Toledo Gmbh Mehrfach-Thermoelementfühler
DE10122679A1 (de) * 2001-05-10 2002-12-12 Infineon Technologies Ag Thermoelement, Thermoelement-Anordnung, Elektronisches Gerät und Textilelement
EP1274619B1 (de) * 1999-08-06 2005-04-13 Fofitec AG Formular mit heraus- oder abtrennbarer karte sowie vorrichtung und verfahren zum aufspenden von folien und papieren

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2445874A (en) * 1944-06-01 1948-07-27 Phillips Petroleum Co Radiation thermopile and method of making the same
FR2064584A5 (de) * 1969-09-30 1971-07-23 Labo Electronique Physique
JPS62249490A (en) * 1986-04-23 1987-10-30 Hitachi Ltd Manufacture of thin film thermoelectric device
DE3916311C2 (de) * 1989-04-24 2002-02-07 Mettler Toledo Gmbh Mehrfach-Thermoelementfühler
EP1274619B1 (de) * 1999-08-06 2005-04-13 Fofitec AG Formular mit heraus- oder abtrennbarer karte sowie vorrichtung und verfahren zum aufspenden von folien und papieren
DE10122679A1 (de) * 2001-05-10 2002-12-12 Infineon Technologies Ag Thermoelement, Thermoelement-Anordnung, Elektronisches Gerät und Textilelement

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Patent Abstracts of Japan & JP 62249490 A *
Patent Abstracts of Japan JP 62249490A

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8444318B2 (en) 2008-08-13 2013-05-21 Abb Technology Ag Temperature sensor for a process engineering industrial installation
DE202009018135U1 (de) 2009-09-01 2011-02-17 Abb Technology Ag Thermometer (I)
DE202009018134U1 (de) 2009-09-01 2011-02-17 Abb Technology Ag Thermometer (II)
DE102011054803A1 (de) * 2011-10-25 2013-04-25 Günther Heisskanaltechnik Gmbh Thermoelement
DE102011054803B4 (de) * 2011-10-25 2014-07-24 Günther Heisskanaltechnik Gmbh Heißkanaldüse mit einer Heizung und mit einem Thermoelement
US9958338B2 (en) 2011-10-25 2018-05-01 Guenther Heisskanaltechnik Gmbh Thermocouple with a heater on a substrate

Also Published As

Publication number Publication date
DE102006005596A1 (de) 2007-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112014001661T5 (de) Strahlungsheizungsvorrichtung
DE69737410T2 (de) Verteilter betätiger für zweidimensionale formgedächtnislegierungen
EP1864324B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur bestimmung der temperatur eines kühlkörpers
EP2634028B1 (de) Vorrichtung zur thermischen anbindung eines energiespeichers
EP2764572B1 (de) Thermische übergangsvorrichtung, temperierplatte und energiespeichervorrichtung
DE69730822T2 (de) Verfahren zur herstellung eines thermionischen elements
DE112011104686T5 (de) Temperatursensor und struktur, an die ein temperatursensor angebracht ist
EP1435505B1 (de) Wärmesenke in Form einer Heat-Pipe sowie Verfahren zum Herstellen einer solchen Wärmesenke
EP0292738B1 (de) Doppelbandpresse mit erwärm- oder kühlbaren Teilen und Verfahren zu deren Herstellung
DE69535276T2 (de) Herstellungsverfahren für eine thermoelektrische Anordnung
DE102011100495B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Fügen eines Verbundblechteils
DE69434557T2 (de) Schaltungsschutzvorrichtung, elektrische Anordnung und Herstellungsverfahren
DE4339551C1 (de) Widerstand in SMD-Bauweise und Verfahren zu seiner Herstellung sowie Leiterplatte mit solchem Widerstand
DE10238843B4 (de) Halbleiterbauelement
EP2973671B1 (de) Verfahren zum herstellen eines elektronischen bauteils
DE102006055120B4 (de) Thermoelektrische Elemente, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung
EP0143876A1 (de) Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen aus Formmassen
DE4401607C2 (de) Kühleinheit für Leistungshalbleiter
EP3101999A1 (de) Ptc-heizelement und elektrische heizvorrichtung für ein kraftfahrzeug umfassend ein solches ptc-heizelement
DE102009043413B3 (de) Thermo-elektrischer Energiewandler mit dreidimensionaler Mikro-Struktur, Verfahren zum Herstellen des Energiewandlers und Verwendung des Energiewandlers
EP2337425A1 (de) Elektrische Heizvorrichtung und wärmeerzeugendes Element einer elektrischen Heizvorrichtung
EP2839717B1 (de) Elektrische heizvorrichtung, bauelement sowie verfahren zu deren herstellung
EP1841299A2 (de) Verbindungseinrichtung für elektronishche Bauelemente
DE112013004378T5 (de) Stromdetektionswiderstand
DE3639630A1 (de) Datentraeger mit integriertem schaltkreis und verfahren zur herstellung desselben

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: O-FLEXX TECHNOLOGIES GMBH, 47228 DUISBURG, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: KOHLMANN, KAI, DIPL.-ING., DE

R082 Change of representative

Representative=s name: KOHLMANN, KAI, DIPL.-ING., DE

Effective date: 20130409

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: O-FLEXX TECHNOLOGIES GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: O-FLEXX TECHNOLOGIES GMBH, 47228 DUISBURG, DE

Effective date: 20130409

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee