DE1198882B - Schenkel fuer ein thermoelektrisches Element - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

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DEUTSCHES ^W^S PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

HOIm

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche KL: 21b-27/01

1198 882 ,
L35903VIHc/21b
13. April 1960
19. August 1965

Thermoelemente bestehen beispielsweise — wie in der F i g. 1 dargestellt ist — aus drei Wärmeleitkörpern 1 bis 3, z. B. aus Kupfer, und zwei dazwischen befindlichen Schenkeln 4 und 5 aus einem halbleitenden Material. Dabei ist der eine Schenkel p-leitend und der andere η-leitend. An die den Schenkeln abgewandten Enden der Wärmeleitkörper können je nach dem Verwendungszweck entsprechende Wärmeaustauscher angebracht oder angeformt werden, die den Wärmeübergang erleichtern. Die Wärmeleitkörper 1 und 3 dienen gewöhnlich außerdem auch noch der Zuführung des zum Betrieb erforderlichen Gleichstromes. Je nach der Richtung dieses Gleichstromes kühlen sich entweder die dem Wärmeleitkörper 2 benachbarten Kontaktstellen mit den Schenkeln ab und die den Wärmeleitkörpern 1 und 3 benachbarten Kontaktstellen erwärmen sich, oder umgekehrt.

Neben der Auswahl der Schenkelwerkstoffe hinsichtlich ihrer elektrischen und thermischen Daten bestehen bei der Herstellung solcher Elemente die wesentlichen Schwierigkeiten darin, daß die gut geeigneten Schenkelwerkstoffe sehr spröde sind und vor mechanischer Belastung möglichst geschützt werden müssen und daß weiterhin der Kontaktwiderstand zwischen den Schenkeln und den Wärmeleitkörpem möglichst klein gehalten werden muß. Da nun die Kälte- oder Wärmeleistung eines solchen Elementes um so größer ist, je kürzer bei gleichem Querschnitt die Schenkel sind, wird man zu verhältnismäßig hohen Strömen kommen und dem Kontaktwiderstand erhöhte Aufmerksamkeit widmen müssen. Das bedeutet, daß der meist durch Löten hergestellte Kontakt besonders sorgfältig ausgeführt werden muß, weil der Kontaktwiderstand möglichst klein gegen den Schenkelwiderstand sein soll. Dabei ist besonders bei kurzen Schenkeln darauf zu achten, daß sich keine Lotbrücken zwischen den Kontakten ausbilden oder auch nur anbahnen.

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft einen Schenkel aus halbleitendem Material für ein thermoelektrisches Element zur Ausnutzung des Peltier- oder Seebeckeffektes, dessen freie, nicht der elektrischen und/oder thermischen Kontaktierung dienende Oberfläche mit einem Überzug aus einem thermisch und elektrisch isolierenden Material bedeckt ist und besteht darin, daß die Wandstärke dieses hüllenartigen Überzuges so bemessen ist, daß seine mechanische Festigkeit mindestens ebenso groß, vorzugsweise aber größer als die des Schenkels ist, und daß der Wärmeleitwert dieses Überzuges kleiner als 3O°/o, vorzugsweise kleiner als 10% als der des Schenkels ist.

Schenkel für ein thermoelektrisches Element

Anmelder:

Licentia Patent- Verwaltungs-G. m. b. H.,
Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

Als Erfinder benannt:

Dr: rer. nat. Siegfried Poganski, Warstein

In der F i g. 2 ist ein herkömmlicher Schenkel dar-

¹S gestellt, der z. B. die Form eines Kreiszylinders hat und dessen Stirnflächen 6 und 7 der Kontaktierung dienen.

In der F i g. 3 ist ein Schenkel nach der Erfindung dargestellt. Die Stirnflächen 8 und 9 des ebenfalls

ao kreiszylindrischen Schenkels dienen der Kontaktierung. In den durch die Kontaktierung bestimmten Ebenen liegen zugleich Begrenzungsflächen des Überzuges 10. Der Überzug bedeckt die gesamte Mantelfläche des Zylinders, hat seinerseits die Form eines Hohlzylinders und die gleiche Höhe h wie der Zylinder.

Eine andere Ausführungsfonü des Schenkels nach der Erfindung ist in der F i g. 4 dargestellt. Auch hier hat der Schenkel im wesentlichen die Form eines durch zwei parallele Stirnflächen begrenzten Zylinders. Jedoch befindet sich zwischen den Stirnflächen 11 und 12 und dem Zylindermantel 13 je eine konische Übergangsfläche, deren eine Zone 15 durch das Schenkelmaterial und deren andere Zone 14 durch das isolierende Material gebildet ist.

Als Werkstoff für den Überzug eignet sich ein bis zu 200° C wärmebeständiges thermisch gut isolierendes Material, beispielsweise ein Gießharz, vorzugsweise ein Epoxydharz. Wesentlich ist, daß das Material des Überzuges der später beim Verlöten auftretenden Temperatur mindestens kurzzeitig, der im Betrieb auftretenden Temperatur aber dauernd standhalten kann.

Die besonderen Vorteile eines Schenkels nach der Erfindung sind darin zu sehen, daß die mechanische Festigkeit des ganzen Schenkels durch den Überzug wesentlich erhöht ist und daß weiterhin während des später erfolgenden Verlötens mit den Wärmeleitkörpem das flüssige Lot nicht an dem Schenkel entlang in Richtung auf die andere Lötstelle vorkriechen kann. Die zum Verlöten zur Verfügung stehende Zeit braucht deshalb nicht mehr begrenzt zu werden und

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die Lötung kann um so sorgfältiger ausgeführt werden, wodurch der Kontaktwiderstand vermindert wird. Die in der F i g. 4 dargestellte Ausführungsform hat zudem den Vorteil, daß das Lot etwa entlang der punktierten Linien in genügender Menge aufgebracht werden kann und zwischen der konischen Übergangsfläche und dem Wärmeleitkörper eine genügend große Fuge zur Aufnahme des überschüssigen Lotes verbleibt. Zudem sind dadurch sowohl an dem Schenkel als auch an dem Wärmeleitkörper größere Berührungsflächen für das Lot gegeben.

Die Schenkel nach der Erfindung lassen sich mit Vorteil auf zwei Wegen herstellen. Entweder gibt man dem Schenkel zunächst seine endgültige Form und überzieht ihn sodann, z. B. mit Hilfe einer Gießform, mit dem Überzug, oder aber man geht davon aus, daß die Schenkel in ihrer vorgesehenen Länge durch Parallelschnitte aus einem Körper mit dem auch für die Schenkel vorgesehenen Querschnitt gewonnen werden und versieht den ganzen Körper vor dem Schneiden mit dem Überzug.

Weiterhin empfiehlt es sich, den Schenkel mit dem Überzug, vorzugsweise unmittelbar vor dem Aufbringen einer als Lot zwischen dem Schenkel und einem weiteren Bauelement dienenden Substanz, an den durch die Kontaktierungsflächen bestimmten Ebenen durch chemische und/oder mechanische Mittel vorzubehandeln.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Schenkel aus halbleitendem Material für ein thermoelektrisches Element zur Ausnutzung des Peltier- oder Seebeckeffektes, dessen freie, nicht der elektrischen und/oder thermischen Kontaktierung dienende Oberfläche mit einem Überzug aus einem thermisch und elektrisch isolierenden Material bedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke dieses hüllen-.

. artigen Überzuges so bemessen ist, daß seine mechanische Festigkeit mindestens ebenso groß, vorzugsweise aber größer als die des Schenkels ist, und daß der Wärmeleitwert dieses Überzuges kleiner als 30%, vorzugsweise kleiner als 10% als der des Schenkels ist.

2. Kreiszylindrischer Schenkel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen des Kreiszylinders als Kontaktierungsflächen dienen und daß die Mantelfläche einen Überzug in Form eines Hohlzylinders aufweist, dessen Höhe gleich der Höhe des Kreiszylinders ist.

3. Schenkel nach Anspruch 1, der im wesentlichen die Form eines durch zwei parallele Stirn-, flächen begrenzten Zylinders hat, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Stirnflächen und dem Zylindermantel eine konische Ubergangsfläche vorhanden ist, deren eine Zone durch das Schenkelmaterial und deren andere Zone durch das isolierende Material gebildet ist.

4. Schenkel nach Anspruch 1, oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus einem bis zu 200° C wärmebeständigen thermisch gut isolierenden Material, beispielsweise aus Gießharz, vorzugsweise aus Epoxydharz, besteht.

5. Verfahren zum Herstellen eines Schenkels gemäß Anspruch 1, oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schenkel nach der letzten seine Form bestimmenden Bearbeitung mit dem Überzug, z. B. mit Hilfe einer Gießform, versehen wird.

6. Verfahren zum Herstellen eines Schenkels gemäß Anspruch 1 bis 4 oder einem derselben, bei dem die Schenkel in ihrer vorgesehenen Länge durch Parallelschnitte aus einem Körper mit dem auch für die Schenkel vorgesehenen Querschnitt ge-. wonnen werden, dadurch gekennzeichnet, daß der ganze Körper vor dem Schneiden mit dem Überzug versehen wird.

7. Verfahren zum Herstellen eines Schenkels nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schenkel mit dem Überzug, vorzugsweise unmittelbar vor dem Aufbringen einer als Lot zwischen dem Schenkel und einem weiteren Bauelement dienenden Substanz, an den durch die Kontaktierungsfläche bestimmten Ebenen durch chemische und/oder mechanische Mittel vorbehandelt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift G158391 a/17 a (bekanntgemacht am 9. 8. 1956);

österreichische Patentschrift Nr. 66 437;
USA.-Patentschriften Nr. 2 289 152, 2 665 322,
844 638.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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