DE102021200597B3

DE102021200597B3 - PELTIER ELEMENT, PELTIER DEVICE AND METHOD OF MAKING A PELTIER ELEMENT

Info

Publication number: DE102021200597B3
Application number: DE102021200597.7A
Authority: DE
Inventors: Daniel Pretzl
Original assignee: Daniel Pretzl Hanns Eike Asen GbR Vertretungsberechtigter Ges Daniel Pretzl 94157 Perlesreut; Daniel Pretzl Hanns Eike Asen GbR Vertretungsberechtigter Gesellschafter Daniel Pretzl 94157 Perlesreut
Current assignee: Daniel Pretzl Hanns Eike Asen GbR Vertretungsberechtigter Ges Daniel Pretzl 94157 Perlesreut; Daniel Pretzl Hanns Eike Asen GbR Vertretungsberechtigter Gesellschafter Daniel Pretzl 94157 Perlesreut
Priority date: 2021-01-22
Filing date: 2021-01-22
Publication date: 2022-06-15
Anticipated expiration: 2041-01-23

Abstract

Die Erfindung betriff ein Peltierelement (1) aufweisend eine rohrförmige Innenschale (10) und eine rohrförmige Außenschale (30) und zwischen der Innenschale (10) und der Außenschale (30) angeordnete Halbleiterelemente (20). Die Halbleiterelemente (20) sind in Vertiefungen (12, 32) in der Innen- und Außenschale (10, 30) angeordnet und elektrisch miteinander verbunden, wobei die Halbleiterelemente (20) als Helix (16, 36) angeordnet sind. Ferner betrifft die Erfindung eine Peltiervorrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Peltierelements (1).The invention relates to a Peltier element (1) having a tubular inner shell (10) and a tubular outer shell (30) and semiconductor elements (20) arranged between the inner shell (10) and the outer shell (30). The semiconductor elements (20) are arranged in depressions (12, 32) in the inner and outer shell (10, 30) and are electrically connected to one another, the semiconductor elements (20) being arranged as a helix (16, 36). The invention also relates to a Peltier device and a method for producing a Peltier element (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Peltierelement aufweisend eine rohrförmige Innenschale und eine rohrförmige Außenschale sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Peltierelements.The invention relates to a Peltier element having a tubular inner shell and a tubular outer shell and a method for producing a Peltier element.

Peltierelemente sind aus dem Stand der Technik sowohl als Kühl- bzw. Heizelemente als auch als Stromerzeuger bekannt. Üblicherweise werden Peltierelemente in einer plattenförmigen Bauweise hergestellt, bei welcher die p- und n-dotierten Halbleiter zwischen den beiden Platten angeordnet sind und abwechselnd oben und unten mit Metallbrücken miteinander in Reihe verbunden sind. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung wird basierend auf dem Peltier-Effekt eine Temperaturdifferenz zwischen den beiden Platten erzeugt. Bei der Umkehrung, dem Seebeck-Effekt, wird durch eine Temperaturdifferenz an beiden Seiten des Peltierelements eine elektrische Spannung erzeugt.Peltier elements are known from the prior art both as cooling and heating elements and as power generators. Peltier elements are usually manufactured in a plate-shaped design, in which the p- and n-doped semiconductors are arranged between the two plates and are alternately connected in series at the top and bottom with metal bridges. By applying an electrical voltage, a temperature difference is generated between the two plates based on the Peltier effect. In the reverse, the Seebeck effect, an electrical voltage is generated by a temperature difference on both sides of the Peltier element.

Neben plattenförmigen Peltierelemente sind auch Peltierelemente mit einer zylindrischen Grundform bekannt. Aus US 2004 / 0 101 003 A1 ist ein zylinderförmiger Peltier-Kühler bekannt, der aus mehreren Segmenten besteht, die zu einem rohrförmigen Peltier-Kühler zusammengesetzt werden.In addition to plate-shaped Peltier elements, Peltier elements with a basic cylindrical shape are also known. A cylindrical Peltier cooler is known from US 2004/0 101 003 A1, which consists of several segments that are assembled to form a tubular Peltier cooler.

Ferner ist aus DE 10 2013 223 344 B3 ein Peltierelement mit einer zylinderförmigen, fluiddichten Innenwandung und einer zylinderförmigen Außenwandung bekannt. Dazwischen sind entlang des Umfangs abwechselnd n- und p-dotierte Halbleiterelemente angeordnet und abwechselnd innen und außen über elektrische Verbindungselemente miteinander verbunden. Zur Herstellung einer Reihenschaltung werden die p- und n-dotierten Halbleiterelemente sowie die elektrischen Verbindungselemente mittels eines helixförmigen Schnittes in Längsrichtung voneinander getrennt.Furthermore is off DE 10 2013 223 344 B3 a Peltier element with a cylindrical, fluid-tight inner wall and a cylindrical outer wall is known. In between, n- and p-doped semiconductor elements are arranged alternately along the circumference and are alternately connected to one another inside and outside via electrical connecting elements. To produce a series circuit, the p- and n-doped semiconductor elements and the electrical connecting elements are separated from one another in the longitudinal direction by means of a helical cut.

Aus DE 10 2016 208 070 A1 ist ein thermoelektrisches Modul bekannt, umfassend mehrere thermoelektrische Elemente, die beabstandet voneinander zwischen einem Substrat einer Heißseite des Moduls und einem Substrat einer Kaltseite des Moduls angeordnet sind. Eine zusammenhängende Einheit aus einer Halterung, den thermoelektrischen Elementen und den Leiterbrücken ist als Ganzes relativ zum jeweiligen Substrat schwimmend gelagert.Out of DE 10 2016 208 070 A1 a thermoelectric module is known, comprising a plurality of thermoelectric elements which are arranged at a distance from one another between a substrate on a hot side of the module and a substrate on a cold side of the module. A coherent unit consisting of a holder, the thermoelectric elements and the conductor bridges is mounted in a floating manner relative to the respective substrate as a whole.

US 2012 / 0 266 930 A1 offenbart die Herstellung von zylinderförmigen thermoelektrischen Konversationsmodulen verschiedener Durchmesser und Längen. Hierzu werden die thermoelektrischen Elemente mit elektrischen Verbindungselementen unterschiedlicher Länge verschweißt oder verlötet, sodass man eine Wendel aus thermoelektrischen Elementen erhält.US 2012/0 266 930 A1 discloses the manufacture of cylindrical thermoelectric conversion modules of various diameters and lengths. For this purpose, the thermoelectric elements are welded or soldered to electrical connecting elements of different lengths, so that a coil of thermoelectric elements is obtained.

Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik besteht die Aufgabe darin, ein Peltierelement bereitzustellen, dessen Form und elektrische Schaltung in einfacher Art und Weise hergestellt und variiert werden kann.Based on the known state of the art, the object is to provide a Peltier element whose shape and electrical circuit can be manufactured and varied in a simple manner.

Die Aufgabe wird durch ein Peltierelement gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Perltierelements gemäß Anspruch 14 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung und des Verfahrens ergeben sich jeweiligen Unteransprüchen.The object is achieved by a Peltier element according to claim 1 and a method for producing a Peltier element according to claim 14. Preferred embodiments of the device and the method result from the respective dependent claims.

Erfindungsgemäß weist das Peltierelement eine rohrförmige Innenschale und eine rohrförmige Außenschale auf. Zwischen der Innenschale und der Außenschale sind Halbleiterelemente angeordnet, welche in Vertiefung in der Innen- und in der Außenschale angeordnet und elektrisch miteinander verbunden sind. Die Halbleiterelemente sind als Helix angeordnet.According to the invention, the Peltier element has a tubular inner shell and a tubular outer shell. Semiconductor elements are arranged between the inner shell and the outer shell, which are arranged in depressions in the inner and outer shell and are electrically connected to one another. The semiconductor elements are arranged in a helix.

Wie bei Peltierelementen üblich, sind abwechselnd n-dotierte und p-dotierte Halbleiterelemente helixförmig angeordnet und zu einer Reihenschaltung miteinander verbunden. Vorzugsweise sind somit helixförmig abwechselnd n-dotierte und p-dotierte Halbleiterelemente angeordnet, welche wechselseitig an der Innenseite und der Außenseite zu einer Reihenschaltung verbunden sind.As is usual with Peltier elements, n-doped and p-doped semiconductor elements are arranged alternately in a helical pattern and connected to form a series circuit. Preferably, n-doped and p-doped semiconductor elements are alternately arranged in a helix, which are connected alternately on the inside and on the outside to form a series circuit.

Die Innen- und/oder Außenschale sind vorzugsweise in einem 3D-Druckverfahren oder mittels Spritzgießen hergestellt. Weiter vorzugsweise sind die Innen- und/oder die Außenschale aus Kunststoff, insbesondere einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff, in einem dieser Verfahren hergestellt. Durch ein 3D-Druck oder ein Spritzgießen lassen sich in einfacher Art und Weise rohrförmige Innen- und Außenschalen herstellen, welche an ihrer Außenfläche bzw. Innenfläche Vertiefungen zur Aufnahme der Halbleiterelemente aufweisen. Als rohrförmig wird in diesem Zusammenhang jeder längliche Hohlkörper verstanden, unabhängig von dessen Querschnitt. Vorzugsweise ist das Rohr zylinderförmig ausgebildet; jedoch sind auch polygonale Querschnitte möglich. Alternativ sind auch in einem bekannten Verfahren, beispielsweise dem Extrusionsverfahren, hergestellte Rohre verwendbar, welche anschließend umgeformt werden, sodass die Innen- bzw. Außenfläche Vertiefungen aufweist. In einer weiteren Alternative sind die Innen- und/oder die Außenschale aus einem Keramikmaterial hergestellt, bei welchem die Vertiefungen üblicherweise spanabhebend, insbesondere durch Schleifen hergestellt sind.The inner and/or outer shell are preferably produced in a 3D printing process or by means of injection molding. More preferably, the inner and/or the outer shell is made of plastic, in particular a thermoplastic or duroplastic plastic, in one of these methods. 3D printing or injection molding can be used in a simple manner to produce tubular inner and outer shells which have depressions on their outer surface or inner surface for receiving the semiconductor elements. In this context, any elongate hollow body is understood to be tubular, regardless of its cross section. Preferably, the tube is cylindrical; however, polygonal cross sections are also possible. Alternatively, tubes produced in a known process, for example the extrusion process, can also be used, which are then shaped so that the inner or outer surface has indentations. In a further alternative, the inner and/or the outer shell are made of a ceramic material, in which the indentations are usually made by machining, in particular by grinding.

Als Halbleitermaterial ist beispielsweise n- und p-dotiertes Bismuttellurid verwendbar. Die Halbleiterelemente sind vorzugsweise als Quader, Zylinder oder Kugel ausgebildet oder weisen eine polygonale Grundfläche auf. Üblicherweise werden die Halbleiterelemente derart angeordnet, dass die runde oder polygonale, insbesondere viereckige Grundfläche auf der Innenschale aufliegt und die Halbleiterelemente sich radial von dieser nach außen erstrecken.N- and p-doped bismuth telluride, for example, can be used as the semiconductor material. The semiconductor elements are preferably in the form of cuboids, cylinders or spheres or have a polygonal base area. The semiconductor elements are usually arranged in such a way that the round or polygonal, in particular square, base area rests on the inner shell and the semiconductor elements extend radially outwards from this.

Vorzugsweise sind die Halbleiterelemente in den Vertiefungen gehalten. Hierzu können die Vertiefungen Halterungen für die Halbleiterelemente aufweisen. Derartige Halterungen können über eine entsprechende Auslegung der Dimensionen von den Halbleiterelementen und den Vertiefungen bereitgestellt werden. Eine Variante einer Halterung ist über einen Reibschluss ausbildbar. Bei einer Klemmung der Halbleiterelemente in den Vertiefungen ist jedoch auch darauf zu achten, dass die Dimensionierung sowie die Gestaltung der Oberflächen einen Sprödbruch im Betrieb des Peltierelements aufgrund der Hitze- und Kälteeinwirkung unterbinden. Alternativ ist eine Halterung über eine Rastzunge oder ähnliche formschlüssige Verbindungen herstellbar. Rastzungen oder andere Oberflächengestaltungen sind insbesondere mittels 3D-Druck in einfacher Art und Weise herstellbar.The semiconductor elements are preferably held in the depressions. For this purpose, the depressions can have holders for the semiconductor elements. Such holders can be provided by appropriately dimensioning the semiconductor elements and the recesses. A variant of a holder can be formed via a frictional connection. When the semiconductor elements are clamped in the depressions, however, care must also be taken to ensure that the dimensioning and the design of the surfaces prevent brittle fracture during operation of the Peltier element due to the effects of heat and cold. Alternatively, a holder can be produced via a latching tongue or similar form-fitting connections. Snap-in tongues or other surface designs can be produced in a simple manner, in particular by means of 3D printing.

Benachbarte Halbleiterelemente sind üblicherweise abwechselnd außen und innen miteinander elektrisch verbunden, sodass im Wesentlichen ein mäanderförmiges Rechteckprofil durch die Reihenschaltung der Halbleiterelemente entsteht. Vorzugsweise sind die Vertiefungen als Doppelvertiefung ausgebildet. Eine Doppelvertiefung ist für die Aufnahme von zwei Halbleiterelementen ausgebildet. Zudem sind die beiden Halbleiterelemente in der Doppelvertiefung elektrisch miteinander verbunden. Die beiden Halbleiterelement werden üblicherweise beabstandet voneinander in der Doppelvertiefung gehalten. Hierzu weist die Doppelvertiefung beispielsweise in der Mitte eine Verengung oder einen Steg auf. Die Doppelvertiefungen sind vorzugsweise wohl in der Innenschale als auch in der Außenschale ausgebildet und aufeinander abgestimmt, sodass zwei benachbarte Halbleiterelemente aus unterschiedlichen Doppelvertiefungen auf einer Helix in der Innenschale elektrisch in einer Doppelvertiefung in der Außenschale miteinander verbunden sind.Neighboring semiconductor elements are usually electrically connected to one another alternately on the outside and inside, so that a meandering rectangular profile essentially results from the series connection of the semiconductor elements. The indentations are preferably designed as a double indentation. A double cavity is designed to accommodate two semiconductor elements. In addition, the two semiconductor elements in the double recess are electrically connected to one another. The two semiconductor elements are usually held at a distance from one another in the double cavity. For this purpose, the double depression has a constriction or a ridge in the middle, for example. The dimples are preferably formed in both the inner shell and the outer shell and are matched to each other such that two adjacent semiconductor elements from different dimples on a helix in the inner shell are electrically connected together in a dimple in the outer shell.

Die Helix, auf welcher die Halbleiterelemente angeordnet sind, weist vorzugsweise einen Steigungswinkel von 30° bis 50°, vorzugsweise 40° bis 45° auf. Zudem weist ein erfindungsgemäßes Peltierelemente vorzugsweise zwei oder mehr Helices mit Halbleiterelementen auf. The helix on which the semiconductor elements are arranged preferably has a pitch angle of 30° to 50°, preferably 40° to 45°. In addition, a Peltier element according to the invention preferably has two or more helices with semiconductor elements.

Die Helices verlaufen dabei vorzugsweise parallel zueinander und sind um den gleichen Winkelbetrag in Umfangsrichtung des rohrförmigen Peltierelements voneinander beabstandet. Die Halbleiterelemente auf einer Helix sind üblicherweise in Reihe geschaltet, vorzugsweise über eine elektrische Verbindung in einer Doppelvertiefung. Zudem sind bei mehreren Helices die einzelnen Helices üblicherweise in Reihe geschalten. Vorzugsweise sind zwei benachbarte Helices über eine Doppelvertiefung an einem der Enden der Helices elektrisch verbunden, sodass eine mäanderförmige Reihenschaltung der einzelnen Helices ausgebildet ist.The helices preferably run parallel to one another and are spaced apart from one another by the same angular amount in the circumferential direction of the tubular Peltier element. The semiconductor elements on a helix are usually connected in series, preferably via an electrical connection in a double cavity. In addition, when there are several helices, the individual helices are usually connected in series. Preferably, two adjacent helices are electrically connected via a double recess at one of the ends of the helices, so that a meandering series connection of the individual helices is formed.

Die elektrischen Verbindungen bzw. die elektrischen Leiter zwischen den Halbleiterelementen werden vorzugsweise über Leiterbahnen auf der Außenseite der Innenschale und der Innenseite der Außenschale bereitgestellt. Vorzugsweise sind die Außenseiten der Innenschale bzw. die Innenseite der Außenschale mit Leiterbahnen beschichtet. Eine Beschichtung der Oberfläche kann beispielsweise über ein chemisches bzw. elektrochemisches Beschichtungsverfahren, ein Plasmabeschichtungsverfahren oder ein thermisches Beschichtungsverfahren erfolgen. Vorzugsweise wird zur Herstellung der Leiterbahnen zunächst die gesamte Oberfläche beschichtet und anschließend die Oberfläche abgeschliffen und teilweise von der Beschichtung befreit. Lediglich die Beschichtung in den Vertiefungen bleibt erhalten und bildet die Leiterbahn bzw. die elektrische Verbindung zwischen zwei benachbarten Halbleiterelementen. Alternativ sind die Leiterbahnen durch ein Drucken der Leiterbahnen aus einem leitfähigen Kunststoff, vorzugsweise während des 3D-Druckvorgangs der Innen- bzw. der Außenschale, herstellbar.The electrical connections or the electrical conductors between the semiconductor elements are preferably provided via conductor tracks on the outside of the inner shell and the inside of the outer shell. The outsides of the inner shell and the inside of the outer shell are preferably coated with conductor tracks. The surface can be coated, for example, using a chemical or electrochemical coating process, a plasma coating process or a thermal coating process. To produce the conductor tracks, the entire surface is preferably first coated and then the surface is ground off and partially freed from the coating. Only the coating in the depressions remains and forms the conductor track or the electrical connection between two adjacent semiconductor elements. Alternatively, the conductor tracks can be produced by printing the conductor tracks from a conductive plastic, preferably during the 3D printing process of the inner or outer shell.

Die Leiterbahnen weisen vorzugsweise Kupfer, Aluminium, Graphen oder Graphit auf oder bestehen maßgeblich aus einem dieser Materialien. Dabei sind auch Legierungen oder Kombinationen von verschiedenen Materialien, insbesondere auch der vorstehenden Materialien, mit umfasst.The conductor tracks preferably have copper, aluminium, graphene or graphite or consist primarily of one of these materials. This also includes alloys or combinations of different materials, in particular including the above materials.

Bevorzugt ist die Außenschale von einer weiteren rohrförmigen Außenschale umgeben, wobei zwischen der Außenschale und der weiteren Außenschale ebenfalls Halbleiterelemente angeordnet sind. Somit wird insbesondere ein zumindest doppelstöckiges Peltierelement bereitgestellt, welches zwei konzentrisch zueinander angeordnete Peltierelemente umfasst. Demzufolge bildet die Außenschale des inneren Peltierelements die Innenschale des äußeren Peltierelements. Beide Peltierelemente sind dabei separat nutzbar, das heißt weisen eine eigene elektrische Schaltung auf oder sind zusammengeschaltet, insbesondere in Reihe geschaltet.The outer shell is preferably surrounded by a further tubular outer shell, with semiconductor elements also being arranged between the outer shell and the further outer shell. Thus, in particular, an at least two-storey Peltier element is provided, which comprises two Peltier elements arranged concentrically to one another. Accordingly, the outer shell of the inner Peltier element forms the inner shell of the outer Peltier element. Both Peltier elements can be used separately, ie they have their own electrical circuit or are connected together, in particular connected in series.

Die Außenschale bzw. die weitere Außenschale ist vorzugsweise aus mehreren Segmenten gebildet. Dadurch lässt sich die Innenschale segmentweise mit Halbleiterelemente bestücken und anschließend das entsprechende Segment der Außenschale aufsetzen. Das Segment kann sich dabei einen vordefinierten Winkelbereich in Längsrichtung der Außenschale erstrecken oder alternativ helixförmig ausgebildet sein. Vorzugsweise weisen alle Segmente die gleiche Breite auf.The outer shell or the further outer shell is preferably formed from several segments. As a result, the inner shell can be fitted with semiconductor elements in segments and the corresponding segment of the outer shell can then be attached. The segment can extend a predefined angular range in the longitudinal direction of the outer shell or alternatively be embodied in a helical shape. All segments preferably have the same width.

Die Innenschale ist als fluiddichtes Rohr ausgebildet, sodass durch das Innere der Innenschale ein Fluid geleitet werden kann. Somit lässt sich die Temperatur des durchströmenden Fluides bzw. die Temperaturdifferenz zur Umgebung zur Gewinnung von elektrischer Energie mittels des Peltierelements nutzen. Hierzu ist das Peltierelement vorzugsweise Teil einer Peltiervorrichtung. In einer Peltiervorrichtung ist neben dem Peltierelement ein elektrischer Verbraucher untergebracht. Der elektrische Verbraucher ist vorzugsweise als SMD in das Peltierelement zwischen der Innen- und der Außenschale integriert. Als elektrische Verbraucher werden insbesondere Chips, Sensoren und/oder Funktechnologievorrichtungen angesehen. Eine solche Peltiervorrichtung bildet ein autarkes elektrisches System. Die Peltiervorrichtung bzw. das Peltierelement ist vorzugsweise hermetisch abgeschlossen, das heißt die Innenschale und die Außenschale sind an ihren Stirnseiten verschlossen bzw. miteinander verbunden und die einzelnen Segmente der Außenschale sind ebenfalls derart miteinander verbunden, dass eine geschlossene Außenhülle gebildet ist. Dies schützt zum einen den oder die elektrischen Verbraucher vor Einflüssen aus der Umgebung und darüber hinaus wird die Oxidation der im Peltierelement verwendeten Materialen unterbunden.The inner shell is designed as a fluid-tight tube, so that a fluid can be conducted through the interior of the inner shell. Thus, the temperature of the fluid flowing through or the temperature difference to the environment can be used to generate electrical energy by means of the Peltier element. For this purpose, the Peltier element is preferably part of a Peltier device. In addition to the Peltier element, an electrical consumer is accommodated in a Peltier device. The electrical load is preferably integrated as an SMD in the Peltier element between the inner and outer shell. In particular, chips, sensors and/or radio technology devices are regarded as electrical loads. Such a Peltier device forms a self-sufficient electrical system. The Peltier device or the Peltier element is preferably hermetically sealed, ie the inner shell and the outer shell are closed or connected to one another at their end faces and the individual segments of the outer shell are also connected to one another in such a way that a closed outer shell is formed. On the one hand, this protects the electrical consumer or consumers from environmental influences and, on the other hand, the oxidation of the materials used in the Peltier element is prevented.

Ferner umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Peltierelements mit folgenden Schritten: Herstellen einer Innenschale mit Vertiefungen in einer Außenfläche zur Aufnahme von Halbleiterelementen und Herstellen einer Außenschale bestehend aus mehreren Segmenten mit Vertiefungen in einer Innenfläche zur Aufnahme von Halbleiterelementen sowie Herstellen von elektrischen Leitern als elektrische Verbindung für die Halbleiterelemente. Ferner umfasst ist ein segmentweises Einsetzen von Halbleiterelementen in die Innenschale und Aufsetzen der Segmente der Außenschale auf die eingesetzten Halbleiterelemente.The invention also includes a method for producing a Peltier element with the following steps: producing an inner shell with indentations in an outer surface for accommodating semiconductor elements and producing an outer shell consisting of several segments with indentations in an inner surface for accommodating semiconductor elements and producing electrical conductors as electrical Connection for the semiconductor elements. Also included is a segment-by-segment insertion of semiconductor elements into the inner shell and placement of the segments of the outer shell onto the semiconductor elements used.

Die Innenschale und/oder die Außenschale werden vorzugsweise durch ein 3D-Druckverfahren oder Spritzgießen hergestellt. Bei diesen Herstellungsprozessen lassen sich die Vertiefungen, in welchen die Halbleiterelemente gehalten sind, mit ausbilden. Durch das Herstellungsverfahren des 3D-Drucks kann die Form der Innenschale und der Außenschale, das heißt beispielsweise die Länge, der Durchmesser oder auch die Anordnung der Vertiefungen zur Aufnahme der Halbleiterelemente in einfacher Art und Weise variiert werden. Alternativ wird die Innen- bzw. Außenschale aus einem Rohrstück hergestellt. Bei der Innenschale werden hierzu in die Außenfläche Vertiefungen insbesondere durch einen materialabtragendes oder ein umformendes Bearbeitungsverfahrens eingearbeitet, beispielsweise durch Fräsen, Schleifen, Stanzen oder mittels eines Stempels. Bei der Außenschale werden die Vertiefungen in die Innenfläche durch eines der vorstehend beschriebenen Verfahren eingearbeitet. Das Einbringen der Vertiefungen in die Außenschale erfolgt dabei vor oder nach dem Segmentieren des Rohrs in der Herstellung der Außenschale. Grundsätzlich ist die Außenschale als Rohr herstellbar, welches anschließend in Segmente geteilt wird oder es werden einzelne Segmente hergestellt, welche die Außenschale bilden.The inner shell and/or the outer shell are preferably produced using a 3D printing process or injection molding. The depressions in which the semiconductor elements are held can also be formed in these production processes. The shape of the inner shell and the outer shell, that is, for example, the length, the diameter or the arrangement of the depressions for accommodating the semiconductor elements, can be easily varied using the 3D printing manufacturing process. Alternatively, the inner or outer shell is made from a piece of pipe. For this purpose, indentations are worked into the outer surface of the inner shell, in particular by means of a material-removing or shaping machining process, for example by milling, grinding, stamping or by means of a stamp. For the outer shell, the indentations are machined into the inner surface by any of the methods described above. The indentations are made in the outer shell before or after the tube is segmented during production of the outer shell. In principle, the outer shell can be produced as a tube, which is then divided into segments, or individual segments are produced which form the outer shell.

Vorzugsweise werden die Leiter in Form von Leiterbahnen durch Beschichten der Innen- und/oder Außenschale hergestellt. Als Beschichtungsverfahren können dabei chemische Beschichtungsverfahren insbesondere auch elektro-chemische Beschichtungsverfahren, thermische Beschichtungsverfahren oder Plasmabeschichtungsverfahren verwendet werden. In einer Alternative der Herstellung der Leiterbahnen werden lediglich die Oberflächenbereiche, welche mit einer Leiterbahn versehen werden sollen, beschichtet. Alternativ wird zunächst die gesamte Innenfläche bzw. Außenfläche der Außen- bzw. Innenschale mit einer Beschichtung versehen. Anschließend wird die Beschichtung an denjenigen Stellen wieder entfernt, welche nicht mit einer Leiterbahn versehen werden soll, das heißt, nicht elektrisch leitend sein sollen. Ein Entfernen der Beschichtung kann beispielsweise durch Ätzen oder Schleifen erfolgen. Ein effektives Schleifen der Oberfläche kann dadurch erfolgen, dass die Leiterbahnen lediglich in Vertiefungen der Oberfläche angeordnet sind. Somit ist die Oberfläche der Leiterbahnen zurückgesetzt und die Leiterbahnen werden beim Schleifen der Oberfläche nicht bearbeitet. Alternativ können die Leiterbahnen auch als Stanzteile hergestellt werden und anschließend auf die Oberfläche bzw. in die Vertiefungen der Oberfläche eingesetzt werden. Die Leiterbahnen können auch über Einlegteile in der Spritzgussform in die Schalen eingebracht werden. In einer weiteren alternativen Ausführungsform werden die Leiterbahnen auf die Oberfläche gedruckt insbesondere aus einem leitfähigen Kunststoff. Wird ein 3D-Druckverfahren zur Herstellung der Innenschale bzw. Außenschale verwendet, so werden die Leiterbahnen vorzugsweise in einem Druckvorgang zusammen mit der Innen- bzw. Außenschale hergestellt, indem der Drucker verschiedene Materialen, insbesondere leitfähigen Materialen für die Leiter bzw. Leiterbahnen und Dielektrika für die Innen- bzw. Außenschale verarbeitet.The conductors are preferably produced in the form of conductor tracks by coating the inner and/or outer shell. Chemical coating processes, in particular also electrochemical coating processes, thermal coating processes or plasma coating processes can be used as coating processes. In an alternative way of producing the conductor tracks, only the surface areas that are to be provided with a conductor track are coated. Alternatively, the entire inner surface or outer surface of the outer or inner shell is first provided with a coating. The coating is then removed again at those points that should not be provided with a conductor track, that is, should not be electrically conductive. The coating can be removed, for example, by etching or grinding. The surface can be effectively ground by simply arranging the conductor tracks in depressions in the surface. Thus, the surface of the traces is set back and the traces are not processed when grinding the surface. Alternatively, the conductor tracks can also be produced as stamped parts and then inserted onto the surface or into the recesses of the surface. The conductor tracks can also be introduced into the shells via inserts in the injection mold. In a further alternative embodiment, the conductor tracks are printed onto the surface, in particular from a conductive plastic. If a 3D printing process is used to produce the inner shell or outer shell, the conductor tracks are preferably produced in one printing process together with the inner or outer shell, in that the printer uses different materials, in particular conductive materials, for the conductors or printed conductors and dielectrics for the inner and outer shell.

Vorzugsweise umfasst das Herstellverfahren das Einbringen eines Lötpulvers in die Vertiefungen und Erhitzen des Lötpulvers zum Verbinden der Halbleiterelemente mit den Leiterbahnen. Das Erhitzen erfolgt vorzugsweise induktiv. In einem bevorzugten Verfahren wird das Lötpulver durch die Schwerkraft in den Vertiefungen gehalten. In einem solchen Fall erfolgt das Löten segmentweise. Alternativ oder zusätzlich enthält das Lötpulver magnetische Bestandteile und wird von einem magnetischen Feld in den Vertiefungen gehalten. Das Lötpulver wird in der Regel vor dem Einsetzen der Halbleiterelemente in die Vertiefung eingebracht. Das Lötpulver weist dabei Bestandteile zur Bereitstellung der elektrischen Leitfähigkeit und gegebenenfalls auch ferromagnetische Bestandteile für ein induktives Erhitzen auf. Die elektrische Leitfähigkeit des Pulvers wird in der Regel durch das Aufschmelzen des Pulvers beim Löten erhöht. Lötpulver elektrisch leitende - werden durch Lötvorgang/Aufschmelzen erhöht und magnetische Eigenschaften. Nach dem Einsetzen der Halbleiterelemente wird das Lötpulver induktiv erhitzt. Zum induktiven Erhitzen umfasst das Lötpulver insbesondere Eisen, Nickel oder Zinn. Zinn als Lötpulver hat darüber hinaus den Vorteil, dass die Wärme von den Leiterbahnen abgezogen wird, sodass ein Erwärmen der Innen- bzw. Außenschale reduziert wird.Preferably, the manufacturing method includes introducing a soldering powder into the recesses and heating the soldering powder to connect the semiconductor elements to the conductor tracks. The heating preferably takes place inductively. In a preferred method, the solder powder is held in the cavities by gravity. In such a case, the soldering is done segment by segment. Alternatively or additionally, the solder powder contains magnetic components and is held in the recesses by a magnetic field. The soldering powder is usually introduced into the depression before the semiconductor elements are inserted. In this case, the soldering powder has components for providing the electrical conductivity and optionally also ferromagnetic components for inductive heating. The electrical conductivity of the powder is usually increased by melting the powder during soldering. Solder powder electrically conductive - are increased by the soldering process/reflow and magnetic properties. After inserting the semiconductor elements, the soldering powder is inductively heated. For inductive heating, the soldering powder includes, in particular, iron, nickel or tin. Tin as a soldering powder also has the advantage that the heat is drawn away from the conductor tracks, so that the inner and outer shells do not heat up.

Das Einsetzen der Halbleiterelemente erfolgt vorzugsweise segmentweise, weiter vorzugsweise segmentweise in der Gestalt, dass die bestückten Bereiche den Segmenten der Außenschale entsprechen. Das induktive Erhitzen des Lötpulvers erfolgt ebenfalls vorzugsweise segmentweise, das heißt es werden jeweils die Segmente, welche bestückt werden, anschließend auch gelötet. Die Segmente der Außenschale werden, nachdem ein Segmentbereich mit Halbleiterelemente bestückt ist und gegebenenfalls gelötet ist, aufgesetzt oder alternative, nachdem die Innenschale komplett mit Halbleiterelementen bestückt ist. Auch das Verlöten der Halbleiterelemente mit den Leiterbahnen der Außenschale, insbesondere durch induktives Erhitzen eines Lötpulvers, erfolgt vorzugsweise segmentweise, bevor das nächste Segment der Außenschale aufgesetzt wird. Mit dem Herstellverfahren wird vorzugsweise ein erfindungsgemäßes Peltierelement, wie vorstehend beschrieben, hergestellt.The semiconductor elements are preferably inserted segment by segment, more preferably segment by segment in such a way that the populated areas correspond to the segments of the outer shell. The inductive heating of the soldering powder is also preferably carried out segment by segment, that is to say the segments that are populated are then also soldered. The segments of the outer shell are put on after a segment area has been equipped with semiconductor elements and possibly soldered, or alternatively after the inner shell has been completely equipped with semiconductor elements. The soldering of the semiconductor elements to the conductor tracks of the outer shell, in particular by inductive heating of a soldering powder, is preferably carried out in segments before the next segment of the outer shell is placed on. A Peltier element according to the invention, as described above, is preferably produced with the production method.

Bevorzugte Ausführungsformen und Details der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigt:

1: Eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Peltierelement,
2: eine Innenschale eines erfindungsgemäßen Peltierelements,
3: eine Innenschale bestückt mit Halbleiterelementen eines erfindungsgemäßen Peltierelements,
4: ein Segment einer Außenschale des erfindungsgemäßen Peltierelements,
5: eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Peltierelements, und
6: eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Peltierelements.

Preferred embodiments and details of the present invention are described below with reference to the figures. It shows:

1 : A first embodiment of a Peltier element according to the invention,
2 : an inner shell of a Peltier element according to the invention,
3 : an inner shell equipped with semiconductor elements of a Peltier element according to the invention,
4 : a segment of an outer shell of the Peltier element according to the invention,
5 : a second embodiment of a Peltier element according to the invention, and
6 : a third embodiment of a Peltier element according to the invention.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Peltierelement 1. Das Peltierelement 1 umfasst eine rohrförmige Innenschale 10 und eine ebenfalls rohrförmige Außenschale 30. Die Innen- wie auch die Außenschale 10, 30 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel als zylindrisches Rohr ausgebildet und konzentrisch zueinander angeordnet. Die Außenschale 30 wird aus sechs Segmenten 30a-f gebildet. Die sechs Segmente 30a-f sind als gleichgroße Rohrsegmente ausgebildet und überspannen jeweils einen Winkel von 60°. Sowohl die Innenschale 10 als auch die Segmente 30a-f, welche die Außenschale 30 bilden, sind mittels 3D-Druckverfahren hergestellt. 1 shows a Peltier element 1 according to the invention. The Peltier element 1 comprises a tubular inner shell 10 and a likewise tubular outer shell 30. In the present exemplary embodiment, the inner and outer shells 10, 30 are designed as a cylindrical tube and are arranged concentrically to one another. The outer shell 30 is formed from six segments 30a-f. The six segments 30a-f are designed as pipe segments of the same size and each span an angle of 60°. Both the inner shell 10 and the segments 30a-f, which form the outer shell 30, are produced using 3D printing processes.

In 2 ist eine Innenschale 10 des Peltierelements 1 abgebildet. Die Innenschale 10 ist einstückig als zylindrisches Rohr ausgebildet. Somit kann durch das Innere der Innenschale 10 ein Fluid geleitet werden. Die Innenschale 10 weist an ihrer Außenfläche 11 eine Vielzahl von Vertiefungen 12 auf. Die Vertiefungen 12 sind als Doppelvertiefungen 13 ausgebildet, sodass jede Doppelvertiefung 13 zwei Halbleiterelemente 20 beabstandet voneinander aufnehmen kann. Die Doppelvertiefung 13 weist hierzu einen Steg 15 auf, welcher die beiden Vertiefungen 12 zueinander begrenzt. Der Steg 15 ist in Bezug auf die äußere Oberfläche zurückgesetzt, sodass eine Doppelvertiefung 13 gebildet ist, die zurückgesetzt ist. Die Doppelvertiefungen 13 sind auf einer Helix 16 auf der Außenfläche 11 der Innenschale 10 angeordnet. Die Helix 16 weist einen Steigungswinkel α von 42,5° auf. Die vorliegende Ausführungsform umfasst neun Helices 16, welche parallel zueinander verlaufen und gleichmäßig beabstandet zueinander sind.In 2 an inner shell 10 of the Peltier element 1 is shown. The inner shell 10 is designed in one piece as a cylindrical tube. A fluid can thus be conducted through the interior of the inner shell 10 . The inner shell 10 has a multiplicity of indentations 12 on its outer surface 11 . The depressions 12 are designed as double depressions 13, so that each double depression 13 can accommodate two semiconductor elements 20 at a distance from one another. For this purpose, the double depression 13 has a web 15 which delimits the two depressions 12 relative to one another. The ridge 15 is recessed with respect to the outer surface to form a double cavity 13 which is recessed. The double depressions 13 are arranged on a helix 16 on the outer surface 11 of the inner shell 10 . The helix 16 has a pitch angle α of 42.5°. The present embodiment comprises nine helices 16 which run parallel to one another and are evenly spaced from one another.

Die Doppelvertiefungen 13 sind mit einer leitenden Beschichtung 14, im vorliegenden Fall einer Kupferbeschichtung, versehen. Die Beschichtung 14 einer Doppelvertiefung 13 bildet eine Leiterbahn. Bei der Herstellung wird die gesamte Außenfläche 11 der Innenschale 10 mit Kupfer beschichtet. Anschließend wird die Beschichtung 14 auf den nicht zu den Doppelvertiefungen 13 gehörigen Oberfläche, insbesondere der Flächen zwischen der Doppelvertiefungen 13, durch Schleifen entfernt. Somit verbleibt lediglich die Beschichtung 14 auf der Oberfläche der Doppelvertiefungen 13, das heißt in den Vertiefungen 12 samt Steg 15, zurück. Durch die elektrisch leitfähige Beschichtung der Doppelvertiefungen 13 werden die beiden Halbleiterelement 20, welche von je einer Doppelvertiefung 13 aufgenommen werden, elektrisch leitend miteinander verbunden.The double depressions 13 are provided with a conductive coating 14, in the present case a copper coating. The coating 14 of a double depression 13 forms a conductor track. During manufacture, the entire outer surface 11 of the inner shell 10 is coated with copper. The coating 14 is then applied to the surface that does not belong to the double depressions 13, in particular the surfaces between the double depressions gen 13, removed by grinding. Thus, only the coating 14 remains on the surface of the double depressions 13, ie in the depressions 12 together with the web 15. Due to the electrically conductive coating of the double depressions 13, the two semiconductor elements 20, which are each accommodated by a double depression 13, are connected to one another in an electrically conductive manner.

3 zeigt eine Innenschale 10, welche mit einer Vielzahl von Halbleiterelementen 20 bestückt ist. Die Halbleiterelemente 20 sind als Quader ausgebildet. In jeder der Doppelvertiefungen 13 sind zwei Halbleiterelemente 20 aufgenommen, wobei eines der Halbleiterelemente 20 ein n-Halbleiter und der jeweils andere Halbleiter ein p-Halbleiter darstellt. Jede Helix 16 ist abwechselnd mit n- und p-Halbleitern bestückt. 3 shows an inner shell 10 which is equipped with a multiplicity of semiconductor elements 20 . The semiconductor elements 20 are in the form of cuboids. Two semiconductor elements 20 are accommodated in each of the double recesses 13, one of the semiconductor elements 20 being an n-type semiconductor and the other semiconductor being a p-type semiconductor. Each helix 16 is equipped alternately with n and p semiconductors.

In der hier gezeigten Abbildung sind alle Vertiefungen 12 mit Halbleiterelementen 20 bestückt, ohne dass die Außenschale 30 aufgesetzt ist. Je nach Herstellverfahren werden die Halbleiterelemente 20 jedoch bei der Herstellung segmentweise entsprechend den Segmenten 30a-f der Außenschale 30 bestückt und anschließend wird das entsprechende Segment 30a-f der Außenschale 30 aufgesetzt. Die Halbleiterelemente 20 werden in den Vertiefungen 12 durch eine Halterung gehalten. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Halterung durch eine entsprechende Dimensionierung von Vertiefung 12 und Halbleiterelement 20 ausgebildet. Alternativ kann die Halterung auch als Clip oder Haltenase ausgebildet sein.In the figure shown here, all depressions 12 are equipped with semiconductor elements 20 without the outer shell 30 being placed on. Depending on the manufacturing method, however, the semiconductor elements 20 are fitted in segments during manufacture corresponding to the segments 30a-f of the outer shell 30 and then the corresponding segment 30a-f of the outer shell 30 is placed on. The semiconductor elements 20 are held in the depressions 12 by a holder. In the present exemplary embodiment, the mount is formed by appropriately dimensioning the depression 12 and the semiconductor element 20 . Alternatively, the holder can also be designed as a clip or retaining lug.

In 4 ist eines der Segmente 30a-f der Außenschalte 30 gezeigt. Die Darstellung zeigt die Innenfläche 31 des Segments 30a-f. Die Innenfläche 31 weist ebenfalls Vertiefungen 32 auf, welche als Doppelvertiefungen 33 ausgebildet sind. Die Doppelvertiefungen 33 sind analog zur Innenschalte 10 ausgebildet. Die Vertiefungen 32 einer Doppelvertiefung 33 sind ebenfalls durch einen Steg 35 getrennt, welcher Steg 35 im Vergleich zur inneren Oberfläche zurückgesetzt ist. Die gesamte Oberfläche der Doppelvertiefung 33 ist mit einer Beschichtung 34 versehen, welche elektrisch leitfähig ist und eine Leiterbahn bildet. Im vorliegenden Fall besteht die Beschichtung aus Kupfer. Die Doppelvertiefungen 33 in der Außenschale 30 sind entlang einer Helix 36 angeordnet. Die Helixform 36 in der Außenschale 30 ist auf die Helix 16 der Innenschale 10 abgestimmt, sodass die Halbleiterelemente 20, mit welchen die Innenschale 10 bestückt ist, in Vertiefungen 32 der Außenschale 30 aufgenommen werden. Somit weist die Außenschale 30 die gleiche Anzahl von parallelen Helices 36 wie die Innenschale 10 auf.In 4 one of the segments 30a-f of the outer switch 30 is shown. The illustration shows the inner surface 31 of the segment 30a-f. The inner surface 31 also has indentations 32 which are designed as double indentations 33 . The double depressions 33 are designed analogously to the inner switch 10 . The depressions 32 of a double depression 33 are also separated by a ridge 35, which ridge 35 is recessed compared to the inner surface. The entire surface of the double depression 33 is provided with a coating 34 which is electrically conductive and forms a conductor track. In the present case, the coating consists of copper. The double depressions 33 in the outer shell 30 are arranged along a helix 36 . The helix shape 36 in the outer shell 30 is matched to the helix 16 of the inner shell 10 so that the semiconductor elements 20 with which the inner shell 10 is equipped are received in depressions 32 in the outer shell 30 . Thus, outer shell 30 has the same number of parallel helices 36 as inner shell 10 .

Die Doppelvertiefungen der Außenschale 30 sind derart angeordnet, dass jeweils zwei Halbleiterelement 20 von benachbarten Doppelvertiefungen 13 auf der Innenschale 10 in einer Doppelvertiefung 33 der Außenschale 30 aufgenommen werden. Dadurch entsteht eine Reihenschaltung von Halbleiterelementen 20 entlang einer Helix 16, 33, welche abwechselnd aus n-Halbleitern und p-Halbleitern bestehen. Die einzelnen Helices 13, 33, im hier vorliegenden Ausführungsbeispiel neun an der Zahl, sind wiederum in Reihe zusammengeschaltet. Vorzugsweise sind hier zwei benachbarte Helices 13, 33 an einem ihrer Enden miteinander verbunden.The double depressions of the outer shell 30 are arranged in such a way that two semiconductor elements 20 from adjacent double depressions 13 on the inner shell 10 are accommodated in a double depression 33 of the outer shell 30 . This creates a series connection of semiconductor elements 20 along a helix 16, 33, which alternately consist of n-semiconductors and p-semiconductors. The individual helices 13, 33, nine in number in the present exemplary embodiment, are in turn connected in series. Two adjacent helices 13, 33 are preferably connected to one another at one of their ends.

Die einzelnen Halbleiterelemente 20 sind darüber hinaus mit einem Lot mit der Beschichtung 14 verbunden. Hierzu wird ein Lötpulver in die Vertiefungen 12 eingebracht, bevor die Halbleiterelemente 20 eingesetzt werden. Nach dem Einsetzen der Halbleiterelemente 20, was segmentweise erfolgen kann, um das Lötpulver schwerkraftgetrieben in den Vertiefungen 12 zu halten, wird das Lötpulver induktiv erhitzt. Dadurch werden die Halbleiterelemente 20 stoffschlüssig mit der Beschichtung 30, welche die elektrische Verbindung zwischen zwei benachbarten Halbleiterelementen 20 darstellt, verbunden. Zudem wird hierdurch die elektrische Leitfähigkeit erhöht, indem die Übergangswiderstände reduziert werden.The individual semiconductor elements 20 are also connected to the coating 14 with a solder. For this purpose, a soldering powder is introduced into the depressions 12 before the semiconductor elements 20 are inserted. After the semiconductor elements 20 have been inserted, which can be done in segments in order to keep the solder powder in the depressions 12 under the influence of gravity, the solder powder is inductively heated. As a result, the semiconductor elements 20 are cohesively connected to the coating 30, which represents the electrical connection between two adjacent semiconductor elements 20. In addition, this increases the electrical conductivity by reducing the contact resistance.

In 5 ist eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Peltierelements 1 gezeigt. Abweichend von der ersten Ausführungsform weist die Innenschale 10 an beiden Enden in Längsrichtung der Rohrform Verlängerungen 17 auf, welche über die Länge der Außenschale 30 hinausragen. Die Verlängerungen 17 weisen ein Außengewinde auf. Hierdurch ist das Peltierelement 1 einfacher Art und Weise in eine Verrohrung einzubringen, um beispielsweise aus dem hindurchfließenden Fluid Energie für eine Sensorik zu entziehen. Zudem weist die Innenschale 10 einen umlaufenden Kragen 18 auf, welche den Spalt zwischen Innenschale 10 und Außenschale 30 an den Stirnseiten verschließt. Dadurch ist das Peltierelement gekapselt. Eine gekapselte Ausbildung ist bevorzugt als Peltiervorrichtung ausgebildet, welche zwischen Innen- und Außenschale 10, 30 einen SMD aufweist, welche vom Peltierelement mit elektrischem Strom versorgt wird.In 5 a second embodiment of a Peltier element 1 according to the invention is shown. Deviating from the first embodiment, the inner shell 10 has extensions 17 at both ends in the longitudinal direction of the tubular shape, which protrude beyond the length of the outer shell 30 . The extensions 17 have an external thread. In this way, the Peltier element 1 can be introduced into a tubing in a simple manner in order, for example, to extract energy for a sensor system from the fluid flowing through. In addition, the inner shell 10 has a peripheral collar 18 which closes the gap between the inner shell 10 and the outer shell 30 at the end faces. As a result, the Peltier element is encapsulated. An encapsulated design is preferably designed as a Peltier device, which has an SMD between the inner and outer shell 10, 30, which is supplied with electrical current by the Peltier element.

6 zeigt eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Peltierelements 1. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform darin, dass die Außenschale 30 Kühlrippen 37 aufweist. Die Kühlrippen 37 sind an der Außenseite der Außenschale 30 angeordnet und stehen strahlenförmig von dieser nach außen ab. Dadurch wird die Wärme von der Außenschale 30 schneller und besser abgeleitet. Hierdurch wird die Temperaturdifferenz zwischen Innenschale 10 und Außenschale 30 verringert, wodurch die Effizienz des Peltierelements 1 verbessert wird. 6 shows a third embodiment of a Peltier element 1 according to the invention. The third embodiment differs from the second embodiment in that the outer shell 30 has cooling ribs 37 . The cooling fins 37 are arranged on the outside of the outer shell 30 and radiate outwards from it. As a result, the heat is dissipated from the outer shell 30 faster and better. This reduces the temperature difference between the inner shell 10 and the outer shell 30, whereby the efficiency of the Peltier element 1 is improved.

BezugszeichenlisteReference List

11: PeltierelementPeltier element
1010: Innenschaleinner shell
1111: Außenflächeouter surface
1212: Vertiefung der Innenschaledeepening of the inner shell
1313: Doppelvertiefung der InnenschaleDouble indentation of the inner shell
1414: Beschichtung der InnenschaleCoating of the inner shell
1515: Steg der Innenschaleweb of the inner shell
1616: Helix der InnenschaleHelix of the inner shell
1717: Verlängerungrenewal
1818: Kragencollar
2020: Halbleiterelementsemiconductor element
3030: Außenschaleouter shell
30a-f30a-f: Segmente der Außenschalesegments of the outer shell
3131: Innenfläche der Außenschaleinner surface of the outer shell
3232: Vertiefung der Außenschaledeepening of the outer shell
3333: Doppelvertiefung der AußenschaleDouble indentation of the outer shell
3434: Beschichtung der AußenschaleCoating of the outer shell
3535: Steg der Außenschaleweb of the outer shell
3636: Helix der Außenschalehelix of the outer shell
3737: Kühlrippecooling fin

Claims

Peltier element (1) having a tubular inner shell (10) and a tubular outer shell (30) and between the inner shell (10) and the outer shell (30) arranged semiconductor elements (20), which semiconductor elements (20) in depressions (12, 32) in of the inner and outer shell (10, 30) and are electrically connected to one another, the semiconductor elements (20) being arranged as a helix (16, 36) and the inner shell (10) being formed in one piece.

Peltier element (1) after claim 1 , characterized in that the inner and / or outer shell (10, 30) are produced by 3D printing or injection molding.

Peltier element (1) after claim 1 or 2 , characterized in that the inner and / or outer shell (10, 30) consist of a thermoplastic or duroplastic material.

Peltier element (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the semiconductor elements (20) are designed as cuboids, cylinders or spheres or have a polygonal base area.

Peltier element (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the depressions (12, 32) have holders for the semiconductor elements (20).

Peltier element (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the depressions (12, 32) are designed as double depressions (13, 33) for receiving two semiconductor elements (20), in which double depression (13, 33) the two semiconductor elements (20) are electrically connected to each other.

Peltier element (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the helix (16, 36) has a pitch angle (a) in a range between 30° and 50°, in particular between 40° and 45°.

Peltier element (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the semiconductor elements (20) are arranged in at least two parallel helices (16, 36), which helices (16, 36) are preferably electrically connected in series.

Peltier element (1) according to one of the preceding claims, characterized in that conductor tracks (14, 34) for electrically connecting the semiconductor elements (20 ) are arranged, preferably the inner and outer shell (10, 30) are coated with the conductor tracks (14, 34).

Peltier element (1) after claim 9 , characterized in that the conductor tracks (14, 34) have copper, aluminum, graphene or graphite.

Peltier element (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the outer shell (30) is surrounded by a further tubular outer shell, semiconductor elements (20) also being arranged between the outer shell (30) and the further outer shell.

Peltier element (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the outer shell (30) and/or the further outer shell is formed from a number of segments (30a-f).

Peltier device comprising a Peltier element (1) according to any one of the preceding claims and an electrical consumer, wherein the electrical cal consumer is integrated as an SMD in the Peltier element (30) between the inner and outer shell (10, 30).

Method for producing a Peltier element (1) with the following steps: a. Manufacture of a one-piece inner shell (10) with indentations (12) in an outer surface (11) for accommodating semiconductor elements (20) and an outer shell (30) consisting of a plurality of segments (30a-f) with indentations (32) in an inner surface (31 ) for receiving the semiconductor elements (20) and conductors as electrical connections for the semiconductor elements (20), b. Insertion of the semiconductor elements (20) in segments into the inner shell (10), and c. Placing the segments (30a-f) of the outer shell (30) on the semiconductor elements (20) used.

Method for producing a Peltier element (1). Claim 14 , comprising the production of the inner and / or the outer shell (10, 30) by 3D printing or injection molding.

Method for producing a Peltier element (1). Claim 14 or 15 , comprising producing the conductors as conductor tracks (14, 34) by coating the inner and/or outer shells (10, 30) and preferably grinding the surface or by printing the conductor tracks from a conductive plastic.

Method for producing a Peltier element (1) according to one of Claims 14 until 16 , comprising introducing a soldering powder into the recesses (12, 32) and inductively heating the soldering powder to connect the semiconductor elements (20) to the conductor tracks (14, 34).

Method for producing a Peltier element (1) according to one of Claims 14 until 17 , In which a Peltier element (1) according to one of Claims 1 until 12 will be produced.