DE102010031632A1

DE102010031632A1 - Method for manufacturing precursor of thermoelectric module of thermoelectric generator utilized for generating electricity, involves bending guiding element along target bending position so that module is produced by assembling precursors

Info

Publication number: DE102010031632A1
Application number: DE102010031632A
Authority: DE
Inventors: Martin Koehne; Datong Wu; Ulrich Kappenstein; Winfried Ziegler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2012-01-26

Abstract

The method (302) involves providing a flat guiding element (304) i.e. metal sheet, where the guiding element is made of a material that is suitable for thermal and/or electric conduction in a thermoelectric module. A target bending position is inserted (306) into the guiding element, and the guiding element is bent (310) along the target bending position such that the thermoelectric module is produced by assembling two precursors. The guiding element is simultaneously assembled and connected (308) with thermoelectric elements. Independent claims are also included for the following: (1) a method for manufacturing a thermoelectric module (2) a guiding element is made of a material that is suitable for thermal and/or electric conduction in a thermoelectric module.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft thermoelektrische Module sowie Vorprodukte für solche Module. Weiterhin betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung der Vorprodukte bzw. Module.The invention relates to thermoelectric modules and precursors for such modules. Furthermore, the invention relates to processes for the preparation of the precursors or modules.

Thermoelektrische Module ermöglichen – in einem thermoelektrischen Generator integriert – eine Stromerzeugung unter Ausnutzung eines Temperaturgefälles in einem System.Thermoelectric modules - integrated in a thermoelectric generator - enable power generation by utilizing a temperature gradient in a system.

In 1 ist eine erste, klassische Bauart eines thermoelektrischen Moduls schematisch skizziert. Ein thermoelektrisches Modul 100 ist in ein System mit einer heißen Seite 102 und einer kalten Seite 104 integriert. Das Modul 100 wird von zwei Wärmetauschern 106 und 108 eingefasst. Das Modul selbst umfasst eine alternierende Reihung thermoelektrischer Elemente vom n-Typ 110 und p-Typ 112, die über Leiterbahnen 114 abwechselnd elektrisch miteinander verbunden sind. Der Wärmestrom wird ebenfalls über die elektrisch kontaktierten Flächen der Leiterbahnen 114 in die Elemente 110/112 ein- bzw. aus diesen herausgeleitet.In 1 is a first, classical design of a thermoelectric module schematically outlined. A thermoelectric module 100 is in a system with a hot side 102 and a cold side 104 integrated. The module 100 comes from two heat exchangers 106 and 108 edged. The module itself comprises an alternating series of n-type thermoelectric elements 110 and p-type 112 that have circuit traces 114 alternately electrically connected to each other. The heat flow is also across the electrically contacted surfaces of the tracks 114 in the elements 110 / 112 in or out of these.

Die Herstellung eines thermoelektrischen Moduls wie in 1 skizziert ist wegen seiner flächenhaften, geschichteten Bauweise in wenigen Verfahrensschritten möglich. Es können beispielsweise eine Vielzahl thermoelektrischer Elemente gleichzeitig auf einer Trägerplatte platziert und in einem nachfolgenden Arbeitsschritt gleichzeitig, bspw. thermisch mit den Leiterbahnen verbunden werden. Auf diese Weise können große Stückzahlen preisgünstig hergestellt werden.The production of a thermoelectric module as in 1 sketched is possible because of its planar, layered construction in a few steps. For example, a multiplicity of thermoelectric elements can be simultaneously placed on a carrier plate and simultaneously, for example, thermally connected to the conductor tracks in a subsequent work step. In this way, large quantities can be produced inexpensively.

Ein Nachteil dieser klassischen Bauart ergibt sich allerdings daraus, dass im Betrieb die flachen Seiten des Moduls mit den Kontaktflächen der Wärmetauscher für die kalte bzw. heiße Seite durch Anpressen kraftschlüssig verbunden werden müssen. Dies ist nicht nur zur Optimierung des thermischen Kontakts zu den Wärmetauschern erforderlich, sondern auch, um durch das Zusammenpressen des Moduls das Auftreten von Zugspannungen innerhalb des Moduls zu beherrschen. Diese Zugspannungen treten auf, weil der Wärmestrom unmittelbar von der heißen Seite durch die thermoelektrischen Elemente zur kalten Seite des Systems erfolgt. Ohne ausreichendes Zusammenpressen würde die Lebensdauer des Moduls negativ beeinflusst.A disadvantage of this classic design, however, arises from the fact that in operation, the flat sides of the module with the contact surfaces of the heat exchangers for the cold or hot side must be positively connected by pressing. This is necessary not only to optimize the thermal contact with the heat exchangers, but also to control the occurrence of tensile stresses within the module by compressing the module. These tensile stresses occur because the heat flow occurs directly from the hot side through the thermoelectric elements to the cold side of the system. Without sufficient compression, the life of the module would be adversely affected.

Eine andere Bauart für thermoelektrische Module ist in 2 skizziert. Zur Verdeutlichung werden in den 1 und 2 für gleiche bzw. gleich wirkende Aspekte und Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet. Für derartige Aspekte und Elemente wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen. Bei der in 2 skizzierten Bauart besteht keine Notwendigkeit der kraftschlüssigen Verbindung über große Kontaktflächen, weit hier der Wärmeeintrag in die thermoelektrischen Elemente senkrecht zur direkten Richtung des Wärmestroms von der heißen Seite 102 zur kalten Seite 104 erfolgt. Um dieses zu erreichen, werden speziell geformte, wärmeleitende Leitungselemente 202 eingesetzt, die den Wärmestrom von der heißen Seite 102 bzw. dem Wärmetauscher 106 aufnehmen und entsprechend umlenken (bzw. entsprechend an den Wärmetauscher 108 und die kalte Seite 104 weiterleiten und abgeben).Another type of thermoelectric module is in 2 outlined. For clarity, in the 1 and 2 for like or equivalent elements and elements the same reference numerals used. For such aspects and elements, reference is made to the above explanations. At the in 2 sketched type there is no need of non-positive connection over large contact surfaces, far here the heat input into the thermoelectric elements perpendicular to the direct direction of the heat flow from the hot side 102 to the cold side 104 he follows. To achieve this, are specially shaped, thermally conductive conduit elements 202 used that the heat flow from the hot side 102 or the heat exchanger 106 take up and redirect accordingly (or according to the heat exchanger 108 and the cold side 104 forward and submit).

Wie aus 2 ersichtlich, können diese Elemente 202 beispielsweise wie ein T oder ein Y geformt sein. Im weiteren werden derartige Elemente zusammenfassend als „T-Elemente” bezeichnet, wobei neben T-Form und Y-Form auch jede andere Form umfasst sein soll, die den Wärmestrom prinzipiell wie in der 2 skizziert in die Bereiche zwischen die thermoelektrischen Elementen 110/112 leitet und dort an diese Elemente abgibt. Module der in 2 skizzierten Bauart werden auch als „T-Module” (oder „Y-Module”) bezeichnet. Ein elektrischer Strom durch das Modul fließt hier senkrecht zur direkten Wärmestromrichtung, wie dies durch den Pfeil 204 in der 2 angedeutet ist.How out 2 You can see these elements 202 for example, shaped like a T or a Y. In addition, such elements are collectively referred to as "T-elements", wherein in addition to the T-shape and Y-shape and any other form should be included, the heat flow in principle as in 2 outlined in the areas between the thermoelectric elements 110 / 112 directs and gives to these elements. Modules of in 2 sketched type are also referred to as "T-modules" (or "Y-modules"). An electric current through the module flows here perpendicular to the direct heat flow direction, as indicated by the arrow 204 in the 2 is indicated.

Ein Nachteil derartiger T-Module besteht allerdings darin, dass ihr Aufbau kompliziert ist, weil er eine Vielzahl einzelner Verfahrensschritte erfordert. Konkret muss jedes einzelne T-Element mit einem thermoelektrischen Element bestückt und in einem geeigneten Prozess mit diesem stoffschlüssig verbunden werden. Anschließend muss eine Vielzahl einzeln vorgefertigter T-Elemente wiederum miteinander verbunden werden. Dazu werden die T-Elemente jeweils einzeln mit Lot-/Sinterpaste versehen und dann, etwa in einem Spannrahmen, aneinander gesetzt. In einem darauffolgenden thermischen Prozess werden T-Elemente dann mit den thermoelektrischen Elementen stoffschlüssig gefügt.A disadvantage of such T-modules, however, is that their structure is complicated because it requires a large number of individual process steps. Specifically, each individual T-element must be equipped with a thermoelectric element and connected in a suitable process with this cohesively. Subsequently, a plurality of individually prefabricated T-elements must in turn be interconnected. For this purpose, the T-elements are individually provided with solder / sintering paste and then, for example, in a tenter, set together. In a subsequent thermal process T-elements are then joined materially with the thermoelectric elements.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines Vorprodukts für ein thermoelektrisches Modul vorgeschlagen, welches die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines im Wesentlichen flachen Leitungselements, welches mindestens teilweise aus einem für die thermische und/oder elektrische Leitung im späteren Modul geeigneten Material besteht; Einbringen von Sollbiegestellen in das Leitungselement; Biegendes Leitungselements entlang der Sollbiegestellen, so dass ein thermoelektrisches Modul durch Zusammensetzen zweier Vorprodukte hergestellt werden kann.According to the invention, a method for the production of a precursor for a thermoelectric module is proposed, which comprises the following steps: providing a substantially flat conduit element, which at least partially consists of a material suitable for the thermal and / or electrical conduction in the later module; Introducing predetermined bending points into the conduit element; Bending duct element along the predetermined bending points, so that a thermoelectric module can be produced by assembling two precursors.

Ein wesentliches Element der Erfindung besteht darin, dass z. B. zwei Vorprodukte ihre endgültige Form dadurch erhalten, dass sie nach dem Zusammenstecken miteinander verbunden werden. Dies kann etwa durch eine kraftschlüssigen Verbindung oder durch eine stoffschlüssige Verbindung erfolgen. Bei einer kraftschlüssigen Verbindung werden durch einen geeigneten Mechanismus wie etwa eine Feder die beiden Vorprodukte dauerhaft gegeneinander gepresst. Eine stoffschlüssige Verbindung kann z. B. durch Hartlöten erfolgen. An essential element of the invention is that z. B. two precursors get their final shape in that they are connected to each other after mating. This can be done for example by a non-positive connection or by a cohesive connection. In a non-positive connection, the two precursors are permanently pressed against each other by a suitable mechanism such as a spring. A cohesive connection can, for. B. by brazing.

Vor dem Biegen kann ein Bestücken und Verbinden des im wesentlichen flachen Leitungselements mit thermoelektrischen Elementen erfolgen. Hierbei kann beispielsweise das eine Vorprodukt mit thermoelektrischen Elementen vom n- und p-Typ bestückt werden und das andere Vorprodukt unbestückt bleiben. Diese beiden Vorprodukte können ebenfalls zusammengesetzt werden. Bei anderen Ausführungsformen sind alle Thermoelemente eines Vorprodukts vom selben Typ, z. B. kann eines von zwei Vorprodukten nur thermoelektrische Elemente vom n-Typ und das andere der beiden Vorprodukte nur thermoelektrische Elemente vom p-Typ aufweisen. Bei wieder anderen Ausführungsformen werden alle zusammenzusetzenden Vorprodukte sowohl mit Thermoelementen vom n-Typ als auch vom p-Typ bestückt.Before bending, it is possible to equip and connect the essentially flat line element with thermoelectric elements. In this case, for example, the one precursor can be equipped with thermoelectric elements of the n- and p-type and the other precursor remain unpopulated. These two precursors can also be put together. In other embodiments, all thermocouples of a precursor are of the same type, e.g. For example, one of two precursors may have only n-type thermoelectric elements and the other of the two precursors may only have p-type thermoelectric elements. In still other embodiments, all precursors to be assembled are loaded with both n-type and p-type thermocouples.

Ein Bestücken und/oder Verbinden des im Wesentlichen flachen Leitungselements mit den thermoelektrischen Elementen kann für eine Vielzahl der thermoelektrischen Elemente gleichzeitig erfolgen.Equipping and / or connecting the substantially flat line element with the thermoelectric elements can take place simultaneously for a plurality of the thermoelectric elements.

Das Verfahren kann einen auf das Biegen folgenden weiteren Schritt umfassen, nämlich das Herausschneiden mindestens eines streifenförmigen Bereichs mit einer Reihe thermoelektrischer Elemente aus dem Leitungselement.The method may include a further step subsequent to the bending, namely the cutting out of at least one strip-shaped area with a row of thermoelectric elements from the line element.

Bei einer Ausführungsform ist das Vorprodukt für ein thermoelektrisches Modul vorgesehen, bei dem ein elektrischer Stromfluss durch das Modul nicht parallel zu einem Wärmefluss durch das Modul verläuft. Beispiele solcher Module sind die oben beschriebenen T-Module.In one embodiment, the precursor is provided for a thermoelectric module in which electrical current flow through the module is not parallel to heat flow through the module. Examples of such modules are the T-modules described above.

Bei bestimmten Ausführungsformen umfasst das Biegen ein Falten derart, dass ein durch eine Sollbiegestelle unterteilter Bereich des Leitungselements nach dem Biegen entlang der Sollbiegestelle zusammengefaltet ist. Bei einer Ausgestaltung hiervon bildet der zusammengefaltete Bereich den Längsbalken eines T- oder Y-förmigen Abschnitts des gefalteten Leitungselements. Bei einer nochmals weiteren Ausgestaltung erfolgt der Schritt des Bestückens und Verbindens derart, dass sich nach dem Biegen ein thermoelektrisches Element an einer Seite des Längsbalkens befindet.In certain embodiments, the bending includes folding so that a portion of the conduit member divided by a predetermined bending point is collapsed after bending along the predetermined bending point. In one embodiment thereof, the collapsed area forms the longitudinal beam of a T or Y-shaped section of the folded conduit element. In yet another embodiment, the placement and bonding step is such that after bending, a thermoelectric element is located on one side of the longitudinal beam.

Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Moduls vorgeschlagen, welches die folgenden Schritte umfasst: Zusammensetzen zweier Vorprodukte wie oben skizziert; und Verbinden der beiden zusammengesetzten Vorprodukte, bspw. durch einen thermischen Fügeprozess.According to the invention, a method for producing a thermoelectric module is further proposed, which comprises the following steps: composition of two precursors as outlined above; and connecting the two composite precursors, for example by a thermal joining process.

Eine Ausführungsform dieses Verfahrens umfasst den weiteren Schritt des Einbringens von Schlitzen in die Leitungselemente der zusammengesetzten Vorprodukte, so dass ein elektrischer Strom nicht an thermoelektrischen Elementen vorbeifließen kann.An embodiment of this method comprises the further step of inserting slots into the conduit elements of the composite precursors so that an electric current can not flow past thermoelectric elements.

Erfindungsgemäß wird auch ein Vorprodukt für ein thermoelektrisches Modul vorgeschlagen, welches ein Leitungselement umfasst, welches mindestens teilweise aus einem für die thermische und/oder elektrische Leitung im späteren Modul geeigneten Material besteht. Das Leitungselement ist gebogen, so dass ein thermoelektrisches Modul durch Zusammensetzen zweier Vorprodukte hergestellt werden kann. Das Vorprodukt kann weiterhin eine Mehrzahl thermoelektrischer Elemente umfassen, die mit dem Leitungselement verbunden sind. Beispielsweise kann ein Vorprodukt nur thermoelektrische Elemente vom n-Typ, oder nur thermoelektrische Elemente vom p-Typ aufweisen. Eine andere Ausführungsform eines Vorproduktes kann mit allen p- und n-Typ Elementen bestückt sein, die für das spätere thermoelektrische Modul vorgesehen sind, während das andere Vorprodukt nicht bestückt ist. Darüber hinaus sind auch die zwischen diesen beiden Möglichkeiten liegenden Bestückungsarten denkbar. Es könnten zum Beispiel das eine Vorprodukte mit 1/3 n-Typ 2/3 p-Typ und das andere mit 2/3 n-Typ und 1/3 p-Typ bestückt sein.According to the invention, a precursor for a thermoelectric module is also proposed, which comprises a line element which at least partially consists of a material suitable for the thermal and / or electrical conduction in the later module. The conduit element is bent, so that a thermoelectric module can be produced by combining two precursors. The precursor may further comprise a plurality of thermoelectric elements connected to the conduit member. For example, a precursor may only comprise n-type thermoelectric elements, or only p-type thermoelectric elements. Another embodiment of a precursor may be populated with all the p- and n-type elements provided for the later thermoelectric module while the other precursor is not populated. In addition, the placement types lying between these two possibilities are also conceivable. For example, one of the 1/3 n-type 2/3 p-type precursors and the other 2/3 n-type and 1/3 p-type one could be populated.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein thermoelektrisches Modul, welches mindestens zwei zusammengesetzte und miteinander verbundene Vorprodukte wie vorstehend skizziert umfasst.Another aspect of the invention relates to a thermoelectric module comprising at least two composite and interconnected precursors as outlined above.

Die beiden Vorprodukte erhalten ihre endgültige Form bspw. dadurch, dass sie nach einem Zusammenstecken miteinander verbunden werden. Dies kann durch eine kraftschlüssigen Verbindung oder durch eine stoffschlüssig Verbindung erfolgen. Bei einer kraftschlüssigen Verbindung werden die beiden Vorprodukte durch einen geeigneten Mechanismus (etwa eine Feder) dauerhaft gegeneinander gepresst. Eine stoffschlüssige Verbindung kann z. B. durch Hartlöten erfolgen.The two precursors get their final form, for example. By being connected to each other after a mating. This can be done by a non-positive connection or by a cohesive connection. In a non-positive connection, the two precursors are permanently pressed against each other by a suitable mechanism (such as a spring). A cohesive connection can, for. B. by brazing.

Schließlich wird erfindungsgemäß ein Leitungselement vorgeschlagen, welches die folgenden Eigenschaften hat: Im Wesentlichen flach; mindestens teilweise aus einem für die thermische und/oder elektrische Leitung in einem thermoelektrischen Modul geeigneten Material bestehend; und mit Sollbiegestellen. Dabei ist das Leitungselement zum Biegen des Leitungselements entlang der Sollbiegestellen vorgesehen, so dass ein thermoelektrisches Modul durch Zusammensetzen zweier jeweils ein derartiges Leitungselement enthaltender Vorprodukte hergestellt werden kann.Finally, according to the invention, a line element is proposed which has the following properties: essentially flat; at least partially from one for the thermal and / or electrical conduction in a thermoelectric Module consisting of suitable material; and with predetermined bending points. In this case, the line element is provided for bending the line element along the predetermined bending points, so that a thermoelectric module can be produced by assembling two precursors each containing such a line element.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Erfindung ermöglicht eine signifikante Vereinfachung der Herstellung von thermoelektrischen Modulen aus T-Elementen bzw. bei T-Modulen oder allgemein Modulen, bei denen ein elektrischer Stromfluss zwischen den thermoelektrischen Elementen nicht parallel zum Wärmestrom durch das Modul verläuft. Das Leitungselement liegt zu Beginn der (Vor-)produktherstellung als flaches Element vor. Daher können wesentliche Teile der Herstellung in planarer Technik durchgeführt werden, wie dies auch bei der in 1 skizzierten, klassischen Bauart thermoelektrischer Module der Fall ist. So kann ein Leitungselement gleichzeitig mit einer Vielzahl von thermoelektrischen Elementen bestückt werden, und/oder Leitungselement und eine Vielzahl von Thermoelementen können gleichzeitig stoffschlüssig verbunden werden. Die vereinfachte Fertigung von T-Modulen erlaubt eine schnellere Fertigung und damit wiederum die kostengünstige Herstellung großer Stückzahlen.The invention enables a significant simplification of the production of thermoelectric modules from T-elements or T-modules or generally modules in which an electrical current flow between the thermoelectric elements is not parallel to the heat flow through the module. The line element is present as a flat element at the beginning of (pre) product production. Therefore, substantial parts of the production can be carried out in planar technique, as well as in the 1 sketched, classical design thermoelectric modules is the case. Thus, a line element can be equipped simultaneously with a plurality of thermoelectric elements, and / or line element and a plurality of thermocouples can be connected simultaneously cohesively. The simplified production of T-modules allows a faster production and thus in turn the cost-effective production of large quantities.

Darüber hinaus sind bei der erfindungsgemäßen Technik größere Toleranzen in Bezug auf fertigungsbedingte Ungenauigkeiten möglich. Dies ist ein prinzipieller Vorteil erfindungsgemäßer T-Module. Dies erlaubt erheblich größere Fertigungstoleranzen für die Module als es bei der klassischen Modulfertigung der Fall wäre.In addition, larger tolerances with respect to production-related inaccuracies are possible with the technique according to the invention. This is a principal advantage of inventive T-modules. This allows considerably greater manufacturing tolerances for the modules than would be the case with classic module production.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnungen eingehender beschrieben. Hierbei zeigt:Further aspects and advantages of the invention will now be described in more detail with reference to the drawings. Hereby shows:

1 in schematischer Form einen ersten Aufbau eines bekannten thermoelektrischen Moduls; 1 in schematic form, a first structure of a known thermoelectric module;

2 in schematischer Form einen zweiten Aufbau eines bekannten thermoelektrischen Moduls; 2 in schematic form, a second construction of a known thermoelectric module;

3 in Form eines Flussdiagramms ein Ablauf eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Vorprodukts für ein thermoelektrisches Modul; 3 in the form of a flow chart, a sequence of an embodiment of a method according to the invention for producing a precursor for a thermoelectric module;

4A–4D in schematischer Form Zwischenstadien und das fertige Vorprodukt des in 3 skizzierten Verfahrens; 4A - 4D in a schematic way, intermediate stages and the finished precursor of the in 3 sketched procedure;

5 in Form eines Flussdiagramms ein Ablauf eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines thermoelektrischen Moduls; 5 in the form of a flow chart, a sequence of an embodiment of a method according to the invention for producing a thermoelectric module;

6 ein Beispiel für ein thermoelektrisches Modul, zusammengefügt nach dem Verfahren aus 5 aus zwei aus dem Verfahren der 3 und 4 hervorgehenden Vorprodukten; und 6 an example of a thermoelectric module assembled according to the method 5 from two out of the process of 3 and 4 resulting precursors; and

7A, 7B das Modul aus 6 nach einem weiteren Bearbeitungsschritt im Schnitt und in einer Draufsicht. 7A . 7B the module off 6 after a further processing step in section and in a plan view.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Anhand des Flussdiagramms der 3 wird nunmehr ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines Vorprodukts für ein thermoelektrisches Modul (302) genauer beschrieben. In den 4A–4D sind einige Zwischenstadien bzw. -produkte bis hin zum fertigen Vorprodukt schematisch dargestellt.Based on the flowchart of 3 Now, an embodiment of a method for producing a precursor for a thermoelectric module ( 302 ) described in more detail. In the 4A - 4D Some intermediate stages or products up to the finished precursor are shown schematically.

In Schritt 304 wird ein im wesentlichen flaches Leitungselement bereitgestellt. Das Leitungselement besteht mindestens teilweise aus einem für die thermische und/oder elektrische Leitung im späteren Modul geeigneten Material, beispielsweise einem Metall. In dem hier geschilderten konkreten Beispiel wird ein Blech 400 bereitgestellt (4A). Das Blech 400 muss für die weitere Bearbeitung biegbar sein.In step 304 a substantially flat conduit element is provided. The line element consists at least partially of a suitable for the thermal and / or electrical conduction in the later module material, such as a metal. In the concrete example described here is a sheet 400 provided ( 4A ). The sheet 400 must be bendable for further processing.

In Schritt 306 werden Sollbiegestellen 402 in das Blech 400 eingefügt (4B). Die Sollbiegestellen 402 werden gemäß einem vorgegebenen Muster von beiden Seiten in das Blech eingebracht. An den Sollbiegestellen wird die Stärke des Blechs 400 beispielsweise durch Materialabtrag gezielt geschwächt. Eine Sollbiegestelle 402 kann eine durchgehende Nut, eine unterbrochene Nut, eine Perforation, oder eine Kombination aus diesen umfassen. Die Sollbiegestellen 402 können beispielsweise durch Schneiden, Fräsen, Pressen, Stanzen, Walzen oder Bohren eingebracht werden.In step 306 become predetermined bends 402 in the tin 400 inserted ( 4B ). The predetermined bending points 402 are introduced from both sides into the sheet according to a predetermined pattern. At the predetermined bending points, the thickness of the sheet 400 For example, selectively weakened by material removal. A predetermined bending point 402 may include a continuous groove, a broken groove, a perforation, or a combination of these. The predetermined bending points 402 can be introduced, for example, by cutting, milling, pressing, punching, rolling or drilling.

In Schritt 308 wird das Blech 400 mit thermoelektrischen Elementen 404 bestückt und mit diesen verbunden (4C). Hierbei werden die Elemente 404 auf dafür vorgesehenen Stellen auf dem Blech 400 platziert und dann dort in geeigneter Weise, beispielsweise thermisch, mit dem Blech 400, etwa stoffschlüssig, verbunden. In dem in den 4 gezeigten Beispiel sind die Elemente 404 alle von einem bestimmten Typ, beispielsweise vom n-Typ. Es ist denkbar, dass in anderen Ausführungsbeispielen auf ein Leitungselement sowohl Thermoelemente vom n-Typ als auch Thermoelemente vom p-Typ aufgebracht werden können.In step 308 becomes the sheet metal 400 with thermoelectric elements 404 equipped and connected to them ( 4C ). Here are the elements 404 in designated places on the sheet 400 placed and then there in a suitable manner, for example thermally, with the sheet 400 , about cohesively, connected. In the in the 4 example shown are the elements 404 all of a specific type, such as the n-type. It is conceivable that in other embodiments both n-type thermocouples and p-type thermocouples may be applied to a line element.

In Schritt 310 wird das Blech 400 entlang der Sollbiegestellen 402 gebogen, so dass die in 4D gezeigte Struktur entsteht. Insbesondere umfasst das Biegen ein Falten derart, dass ein bspw. durch eine Sollbiegestelle 406 unterteilter Bereich 408 des Bleches 400 nach dem Biegen entlang dieser Sollbiegestelle zusammengefaltet ist. Da die thermoelektrischen Elemente 404 im vorhergehenden Schritt entsprechend platziert wurden, befindet sich nach dem Falten auf einer Seite des zusammengefalteten Bereichs 408 ein thermoelektrisches Element 404.In step 310 becomes the sheet metal 400 along the predetermined bending points 402 bent, so that in 4D shown structure arises. In particular, the bending comprises a folding such that, for example, by a predetermined bending point 406 subdivided area 408 of the sheet 400 folded after bending along this predetermined bending point. Because the thermoelectric elements 404 placed in the previous step, is located on one side of the collapsed area after folding 408 a thermoelectric element 404 ,

In Schritt 312 wird ein streifenförmiger Bereich des Blechs 400 mit einer Reihung thermoelektrischer Elemente aus dem Blech 400 herausgeschnitten (nicht in den 4 gezeigt). Damit steht das fertige Vorprodukt 410 bereit (314).In step 312 becomes a strip-shaped area of the sheet 400 with a series of thermoelectric elements from the sheet 400 cut out (not in the 4 shown). This is the finished precursor 410 ready ( 314 ).

Anhand des Flussdiagramms in 5 wird nunmehr ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Moduls beschrieben (502). In den 6 und 7 sind Zwischenstadien bei der Fertigung des Modul schematisch dargestellt.Based on the flowchart in 5 An embodiment of a method for producing a thermoelectric module will now be described ( 502 ). In the 6 and 7 Intermediate stages are shown schematically in the production of the module.

In Schritt 504 werden zwei Vorprodukte zusammengesetzt, wobei sich die in 6 skizzierte Struktur ergibt. Eines der Vorprodukte sei das in 4D gezeigte Vorprodukt 410, das andere Vorprodukt 602 hat eine vergleichbare Struktur. In dem hier diskutierten Beispiel werden zwei Vorprodukte 410 und 602 zusammengesetzt, die jeweils nur entweder thermoelektrische Elemente vom Typ 404, also bspw. n-Typ (Vorprodukt 410), bzw. nur thermoelektrische Elemente von einem anderen Typ 604, bspw. p-Typ, aufweisen (Vorprodukt 602). Somit ergibt sich eine alternierende Reihenfolge von Elementen 404 vom bspw. n-Typ und Elementen 604 vom bspw. p-Typ, die durch zusammengefaltete Bereiche 408 bzw. 606 miteinander kontaktiert werden, wobei die zusammengefalteten Bereiche 408 bzw. 606 jeweils so entstehen wie das anhand der 4 geschildert wurde. In Schritt 506 werden die beiden Vorprodukte 410 und 602 verbunden, z. B. stoffschlüssig und/oder auf eine andere geeignete Fügeart.In step 504 two precursors are assembled, with the in 6 sketched structure yields. One of the precursors is the in 4D shown precursor 410 , the other precursor 602 has a comparable structure. In the example discussed here are two precursors 410 and 602 each composed only either thermoelectric elements of the type 404 , ie, for example, n-type (precursor 410 ), or only thermoelectric elements of another type 604 , For example, p-type, have (precursor 602 ). This results in an alternating sequence of elements 404 from, for example, n-type and elements 604 from, for example, p-type, which by folded areas 408 respectively. 606 be contacted with each other, the collapsed areas 408 respectively. 606 each arise as the basis of the 4 was described. In step 506 become the two precursors 410 and 602 connected, z. B. cohesively and / or other suitable joining manner.

In den 7A und 76 ist das aus den Vorprodukten 410 und 602 hergestellte thermoelektrische Modul 700 dargestellt. In einem Schritt 508 werden, wie insbesondere aus 7A ersichtlich, Unterbrechungen bzw. Schlitze 702 in das Blech 400 des Vorprodukt 410 bzw. Blech 600 des Vorprodukts 602 eingebracht. Das Einbringen der Längsschlitze 702 stellt sicher, dass kein Strom außerhalb der Elemente 404 bzw. 604 fließen kann, d. h. der Strom muss vollständig durch die thermoelektrischen Elemente 404 und 604 hindurchfließen. Durch das Einbringen der Längsschlitze 702 ergeben sich die in 7A mit der Bezugsziffer 704 bezeichneten T-Elemente, deren Längsbalken den oben diskutierten zusammengefalteten Bereichen 408 bzw. 606 entspricht.In the 7A and 76 is that from the precursors 410 and 602 manufactured thermoelectric module 700 shown. In one step 508 become, in particular from 7A apparent, interruptions or slots 702 in the tin 400 of the precursor 410 or sheet metal 600 of the precursor 602 brought in. The insertion of the longitudinal slots 702 Make sure there is no power outside of the elements 404 respectively. 604 can flow, ie the electricity must be completely through the thermoelectric elements 404 and 604 flow through. By introducing the longitudinal slots 702 arise in the 7A with the reference number 704 designated T-elements whose longitudinal beams the above-discussed folded areas 408 respectively. 606 equivalent.

7B ist eine Aufsicht auf das T-Modul 700. Durch die Schlitze 702 ist der jeweils gegenüberliegende Längsbalken eines T-Elementes erkennbar. Alternierend mit den Schlitzen 702 befinden sich die zusammengefalteten Bereiche 406. In Schritt 510 endet das Verfahren. 7B is a view of the T-module 700 , Through the slots 702 is the opposite longitudinal beam of a T-element recognizable. Alternating with the slots 702 are the collapsed areas 406 , In step 510 the procedure ends.

Zur Verwendung als thermoelektrischer Generator kann ein Mehrzahl von Modulen 700 etwa in einen Rahmen gespannt, miteinander in Reihe geschaltet, und dann in ein thermisches System integriert werden, in dem bspw. es auf den Seiten 706 und 708 mit einer heißen bzw. kalten Seite des Systems verbunden wird.For use as a thermoelectric generator, a plurality of modules 700 stretched around in a frame, connected in series, and then integrated into a thermal system, in which, for example, it on the sides 706 and 708 is connected to a hot or cold side of the system.

Die Erfindung ermöglicht das parallele Bestücken und/oder Verbinden eines im Wesentlichen flachen Leitungselements wie des Bleches 400 mit einer Vielzahl thermoelektrischer Elemente 404 gleichzeitig. Ein Grund hierfür ist, dass ein Bestücken bzw. Verbinden auf dem anfangs im wesentlichen flachen Leitungselement erfolgen kann, da die T-Elemente erst im Nachhinein durch den geeigneten Biege- bzw. Faltungsprozess entstehen. Dies führt dazu, dass die Herstellung der Vorprodukte sowie der Aufbau des Moduls aus solchen Vorprodukten eine deutlich effizientere Herstellung von T-Modulen ermöglicht als bei bekannten Herstellungsverfahren.The invention enables the parallel loading and / or connecting a substantially flat conduit element such as the sheet 400 with a variety of thermoelectric elements 404 simultaneously. One reason for this is that fitting or joining can take place on the initially substantially flat line element, since the T elements only arise in retrospect through the suitable bending or folding process. This leads to the fact that the production of the precursors and the structure of the module from such precursors allows a much more efficient production of T-modules than in known manufacturing processes.

Während in den obigen Ausführungsbeispielen die Herstellung von Vorprodukten sowie die Herstellung der Module aus den Vorprodukten als getrennte Prozesse beschrieben wurden, kann auch ein einziger Herstellungsprozess erfolgen, bei dem Strukturen wie die in 4D gezeigte Struktur 410 unmittelbar zu thermoelektrischen Modulen weiterverarbeitet werden.While in the above embodiments the preparation of precursors as well as the production of the modules from the precursors have been described as separate processes, a single manufacturing process can be carried out in which structures such as those described in US Pat 4D shown structure 410 be further processed directly to thermoelectric modules.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt; vielmehr sind innerhalb des durch die anhängenden Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen des fachmännischen Handelns liegen.The invention is not limited to the described embodiments and the aspects highlighted therein; Rather, within the scope of the appended claims a variety of modifications are possible, which are within the scope of professional practice.

Claims

A method of making a precursor for a thermoelectric module, comprising the steps of: - providing ( 304 ) of a substantially flat conduit element ( 400 ), which at least partially from one for the thermal and / or electrical conduction in the later module ( 708 ) suitable material; - introduction ( 306 ) of predetermined bending points ( 402 ) in the conduit element ( 400 ); and - bending ( 310 ) of the conduit element ( 400 ) along the predetermined bending points ( 402 ) so that a thermoelectric module ( 708 ) by combining two precursors ( 410 . 602 ) can be produced.

Method according to claim 1, with the following further step, preceding the step of bending: - assembling and connecting ( 308 ) of the substantially flat conduit element ( 400 ) with thermoelectric elements ( 404 ).

A method according to claim 2, wherein a loading and / or joining of the substantially flat conduit element ( 400 ) with the thermoelectric elements ( 404 ) for a plurality of thermoelectric elements ( 404 ) takes place simultaneously.

Method according to one of the preceding claims, wherein the precursor ( 410 ) for a thermoelectric module ( 708 ) is provided, wherein an electrical current flow through the module is not parallel to a heat flow through the module.

Method according to one of the preceding claims, wherein the bending comprises a folding such that a through a predetermined bending point ( 406 ) subdivided area ( 408 ) of the conduit element ( 400 ) after bending along the predetermined bending point ( 406 ) is folded up.

Method according to claim 5, wherein the collapsed area ( 408 ) the longitudinal beam of a T- or Y-shaped portion of the folded conduit element ( 400 ).

The method of claim 6, wherein the step of loading and connecting is such that after bending a thermoelectric element ( 404 ) is located on one side of the longitudinal beam.

Method for producing a thermoelectric module, comprising the following steps: - assembling ( 504 ) of two precursors ( 410 . 602 ) according to claim 1; and - connect ( 506 ) of the two composite precursors ( 410 . 602 ).

Method according to claim 8, with the following further step: - introducing ( 508 ) of slots ( 702 ) in the line elements ( 400 . 600 ) of composite precursors ( 410 . 602 ), so that an electric current is not applied to thermoelectric elements ( 404 . 604 ) can flow by.

Pre-product for a thermoelectric module, comprising: a conduit element ( 400 ), which at least partially from one for the thermal and / or electrical conduction in the later module ( 708 ) suitable material; wherein the conduit element is bent so that a thermoelectric module by assembling two precursors ( 410 . 602 ) can be produced.

Thermoelectric module comprising at least two composite and interconnected precursors ( 410 . 602 ) according to claim 10.

Conduit element ( 400 ), with the following characteristics: - essentially flat; At least partly from one for the thermal and / or electrical conduction in a thermoelectric module ( 708 ) consisting of suitable material; and - with predetermined bending points ( 402 ); wherein the conduit element ( 400 ) is provided for bending the conduit element along the predetermined bending points, so that a thermoelectric module can be produced by assembling two precursors each containing such a conduit element.