DE133903C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Den Gegenstand vorliegender Erfindung bildet ein Verfahren zur Herstellung thermoelektrischer Säulen aus Schwefelkupfer, bei denen durch Hitze unzerstörbare Contacte zwischen dem Schwefelkupfer und dem anderen thermoelektrischen Körper unter Beseitigung jedes schädlichen oder unnöthigen Widerstandes beim Durchgang des elektrischen Stromes gebildet werden.

Obgleich, wie bekannt, die Herstellung guter Contacte bei allen Anwendungen der Elektricität schwierig ist, wird sie bei den thermoelektrischen Säulen noch aus folgenden Gründen complicirt. In erster Linie hat man zu berücksichtigen, dafs man infolge der geringen elektromotorischen Kraft jedes einzelnen Elementes zwecks Erzeugung gröfserer elektromotorischer Kräfte eine grofse Zahl von Elementen hinter einander schalten mufs, also zur Vervielfältigung der Zahl der Contacte und demgemäfs zur Häufung der Widerstände gezwungen ist. Da ferner eine der Löthstellen eines jeden Elementes auf eine sehr hohe Temperatur gebracht werden mufs, so entstehen bei jedem Temperaturwechsel an dieser Stelle Ausdehnungen und Zusammenziehungen des Materials, welche die Contacte zu lockern bestrebt sind. Die hohe Temperatur hat aufserdem noch den Nachtheil, dafs sie die Oxydation der thermoelektrischen Körper an den Contactstellen begünstigt. Gerade auf diesen Umständen beruht nach Ansicht der Erfinder eine der Hauptursachen für die bisherigen Mifserfolge bei Anwendung von thermoelektrischen Säulen:

Bei Schwefelkupfer sind diese Schwierigkeiten noch gröfser infolge der Zerbrechlichkeit dieses Materials und infolge seines verhältnifsmäfsig grofsen elektrischen Widerstandes.

Durch das nachstehend beschriebene Verfahren des sogen, selbstthätigen Löthens können diese Schwierigkeiten beseitigt werden.

Unter »selbsttätiger Verlöthung« soll hierbei verstanden sein die innige Vereinigung der den Contact bildenden Metalle bezw. Metalllegirungen durch das sich bildende Schwefelkupfer selbst, also eine innige Vereinigung ohne Anwendung fremder Verbindungs- oder Lölhmittel.

Die Erfinder fanden, dafs die industriell am vortheilhaftesten verwendbaren Metalle bei der Construction thermoelektrischer Elemente mittels Schwefelkupfers Kupfer und seine hauptsächlichsten käuflichen Legirungen, die verschiedenen Neusilbersorten, Eisen und Stahl, Silicium oder Chromeisen, reines oder mit Iridium versetztes Platin, besonders aber käufliches Messing sind.

Messing oxydirt sich viel weniger als Kupfer in der Hitze, und eine von den Erfindern beobachtete Thatsache besteht darin, dafs es sich bei Rothglut nicht mit Schwefel verbindet, so dafs beim Aufwickeln eines Rothkupferdrahtes auf eine Messingstange bezw. einen Messingdraht und bei der Einwirkung von Schwefeldämpfen bei Rothglut nur das Kupfer sich in Schwefelkupfer umsetzt, das Messing dagegen unverändert bleibt, so dafs man mithin einen um einen Messingdraht gewickelten und in

dichter Berührung mit diesem befindlichen Schwefelkupferdraht erhält.

Es wurde durch Versuche festgestellt, dafs das gleiche Ergebnifs mit Eisen, Platin und Neusilber zu erreichen ist. Jedoch sind die beiden letztgenannten Metalle viel theurer als Messing und bieten diesem gegenüber keinerlei Vortheile dar. Das Eisen hingegen nimmt gleichzeitig mit dem Kupfer eine geringe Menge Schwefel auf und übt unter dem Einflufs der Hitze eine geringe chemische Einwirkung auf das Schwefelkupfer aus, auch hat es einen viel gröfseren elektrischen Widerstand als das Messing.

Im Folgenden soll an der Hand der Zeichnung ein Verfahren zur Erzeugung der Contacte auf Schwefelkupferbarren oder Röhren beschrieben werden.

Fig. ι und 2 dienen zum Verständnifs der zur Herstellung der Contacte vor dem selbstthätigen Löthprocefs nothwendigen Operationen. Die Fig. 3 bis 7 stellen Schnitt und Seitenansichten eines nach vorliegendem Verfahren hergestellten thermoelektrischen Elementes dar.

Zur Ausführung des Verfahrens arbeitet man vortheilhaft nach einer der vier folgenden Methoden.

a) Man wickelt um einen Messingdraht bezw. eine Messingstange h (Fig. 1) von einem Querschnitt, welcher dem zu erzeugenden elektrischen Strom entspricht, einen Draht g von Rothkupfer von passendem Querschnitt, wobei man, je nach dem besonderen Fall, die Windungen mehr oder weniger dicht wickelt. Den so hergestellten Doppeldraht wickelt man leicht um die beiden Enden einer Rothkupferstange d (Fig. 2), indem man, je nach dem besonderen Fall, die Windungen mehr.oder weniger dicht ausführt, ohne dafs man einen guten Contact herzustellen sucht. Darauf hängt man die so umwickelte Kupferstange in einem Tiegel bezw. Ofen behufs Schwefelung auf.

Der Schwefel verbindet sich mit dem auf der Messingstange aufgewickelten Kupferdraht g und zu gleicher Zeit mit der Kupferstange d, das Ganze schwillt an, und die beiden in Bildung begriffenen Schwefelkupferkörper verbinden sich innig in weichem Zustande und umhüllen die in der Masse unberührt gebliebene Messingstange bezw. Messingdraht. Es entsteht so eine thatsächlich selbsttätige Verlöthung des Schwefelkupfers mit dem Messing unter Bildung eines vollständigen und dauerhaften Contactes.

Man kann eine solche Verlöthung beliebig oft auf Rothglut erhitzen und wieder abkühlen lassen, ohne dafs eine Lockerung des Contactes entsteht. Durch diese Art der Verlöthung wird der elektrische Widerstand des Schwefelkupferbarrens nicht geändert. Ebensowenig haben Temperaturwechsel auf den Widerstand irgend welchen Einflufs.

Die Fig. 3 bis 6 zeigen ein in dieser Weise zusammengesetztes thermoelektrisches Element aus Schwefelkupfer und Messing.

b) Man windet eine mit einem Rothkupferdraht umwickelte Messingstange, wie im vorbeschriebenen Falle, um eine vorher bereits dargestellte Röhre bezw. Barren von Schwefelkupfer, setzt das Ganze in einen auf Rothglut erhitzten Tiegel bezw. Ofen ein und verwandelt das die Messingstange umgebende Kupfer in Schwefelkupfer, wobei die Schwefelkupferstange gleichzeitig weich wird, die beiden Schwefelkupfermassen sich verbinden und die Stange in ihrer Masse einschliefsen.

Dieses Verfahren gestattet mithin neue Contacte zu beliebigen Zeitpunkten auf Röhren bezw. Barren von Schwefelkupfer zu erzeugen und somit auch Reparaturen auszuführen.

c) Man wickelt einfach einen Draht bezw. eine Stange aus Messing um den in Schwefelkupfer zu verwandelnden Kupferbarren. Während der Schwefelung wird das Messing vollständig vom Schwefelkupfer umschlossen und bildet mit diesem einen vollständigen Contact, der jedoch weniger dauerhaft ist als der vorhergehend beschriebene. Auch kann man das centrale Kupfer aus dem Schwefelkupferbarren nicht herausziehen, sondern ist genöthigt, den Barren bis auf den Kern zu schwefeln.

Dieses Verfahren eignet sich in dem Falle, wo man viele Schwefelkupferbarren erzielen will.

Man mufs Sorge tragen, dafs man den Messingdraht nicht zu dicht wickelt, damit der Schwefeldampf zum Kupfer gelangen kann.

d) Man wickelt um den zu schwefelnden Kupferbarren (Fig. 7) auf eine je nach dem besonderen Falle mehr oder weniger beträchtliche Länge hin ein weitmaschiges Messingnetz i bezw. ein aus Messing und Kupferdraht hergestelltes Gewebe. Auf diese Kappe wickelt man einen Kupferdraht j ohne anzuziehen auf, das Ende der Kappe bewickelt man jedoch nicht mit dem Draht j, sondern mit einigen Windungen von Messingdraht h, der in der früher beschriebenen Weise von einem Kupferdraht g umwickelt ist. Mitunter wickelt man den mit dem Kupferdraht versehenen Messingdraht auch auf die ganze Kappe aus Messingdrahtnetz auf. Das Ganze wird der Schwefelung unterworfen, nach deren Beendigung die Kappe aus Messingdrahtnetz vollkommen von Schwefelkupfer umgeben ist und eine Masse mit dem Schwefelkupferbarren bildet.

Die vorbeschriebenen Beispiele dürften das vorliegende Verfahren der Contacterzeugung mit der für das Verständnifs genügenden Deutlichkeit darlegen, obgleich sie eben nur Bei-

spiele bilden sollen und die Erfinder sich nicht auf die Einzelheiten derselben beschränken, sondern sich ebensowohl Aenderungen in der Art der Ausführung des Verfahrens, wie in der Auswahl der Anwendung anderer für den vorliegenden Zweck geeigneter Metalle vorbehalten, welche in Berührung mit Schwefelkupfer eine genügend grofse elektromotorische Kraft entwickeln, zugleich aber der Einwirkung des Schwefels widerstehen.

In allen Fällen müssen die Stücke nach Ausführung der Verlöthung in der beschriebenen Weise unter Luftabschlufs mehrere Stunden lang auf helle Rothglut erhitzt werden.

Durch dieses Glühen wird der Widerstand vermindert und die elektromotorische^v Kraft vermehrt und geregelt. Stets ist in dem Ofen noch Kupfer eingebracht, welches die Aufgabe hat, den aus den Elementen entweichenden Schwefeldampf zu binden.

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche:

   ι . Verfahren zur Herstellung thermoelektrischer Säulen aus Schwefelkupfer, dadurch gekennzeichnet, dafs die Contacte des Schwefelkupfers mit dem gegenpoligen, nicht schwefelbaren Metall bezw. Metalllegirung, wie Platin, Eisen oder vorzugsweise Messing, ohne Anwendung von Löthmitteln durch den Schwefelungsprocefs, dem der Kupferkörper zusammen mit dem gegenpoligen Metallkörper unterzogen wird, hergestellt werden.

   Eine Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, dafs das zu schwefelnde Gebilde durch Umwickelung eines Kupferdrahtes um einen Messingdraht (Fig. i) und weiter durch Aufwickelung dieser beiden Drähte auf einen Barren aus Kupfer oder aus Schwefelkupfer (Fig. 2) hergestellt wird.
   Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1, bei welcher das zu schwefelnde Gebilde durch Ueberziehen einer Kupferstange mit einem Gewebe aus Messing oder aus Messing und Kupfer hergestellt wird, um welches theils ein Kupferdraht, theils (am Ende) ein mit Kupfer umwickelter Messingdraht gewunden ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.