DE1539284C

DE1539284C - Heizeinrichtung fur wenigstens eine, wahrend einer begrenzten Zeitdauer Strom liefernde thermoelektrische Batterie

Info

Publication number: DE1539284C
Authority: DE
Inventors: Rudolf 8501 Ruckersdorf Biele Klaus Panknin Joachim 8560 Lauf Schlosser
Original assignee: Fa Diehl, 8500 Nürnberg
Publication date: 1971-10-14

Description

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Das Hauptpatent betrifft eine Heizeinrichtung für dung wird es somit möglich, ohne sonstige Änderun-

wenigstens eine, während einer begrenzten Zeitdauer gen an der Heizeinrichtung die Klemmenspannung

Strom liefernde thermoelektrische Batterie mit der thermoelektrischen Batterie insgesamt nicht un-

einem schnell abbrennbaren Heizsatz, mit einer beim wesentlich zu erhöhen.

Abbrennen des Heizsatzes schmelzenden Schmelz- 5 Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß der

substanz, die eine Schmelztemperatur - aufweist, die Heizsatz einen Silicatbildner enthält, der sich beim

etwa gleich der Betriebstemperatur degthermoelektri- Abbrennen des Heizsatzes mit dem Metalloxid zu

sehen Batterie ist, und mit einer mecnanischen oder einem nichtleitenden Metallsilicat verbindet, das den

elektrischen Zündeinrichtung für den Heizsatz. verbleibenden restlichen reinen Metallanteil in sich

Derartige thermoelektrische Batterien dienen zur io einschließt.

Verwendung als Energiequellen für Regel- oder Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird

Steuereinrichtungen, in unbemannten Flugkörpern, vorgeschlagen, daß als Metalloxid Blei(-IV)-oxid

bei welchen die Energiequelle nur für eine begrenzte Pb₃O₄, als Reduktionsmittel Silizium und als Silicat-

Zeitdauer wirksam zu sein braucht. Dabei kommt es bildner Siliziumdioxid SiO₂ verwendet wird,

darauf an, daß die Batterie innerhalb einer kurzen 15 Der Heizsatz enthält gemäß einer bevorzugten

Zeitspanne von etwa 0,5 bis 1 Sekunde betriebsbereit Ausführung der Erfindung Blei(-IV)-oxid, Silizium

ist und ihre volle Klemmenspannung erreicht. Diese . und Siliziumdioxid im Verhältnis von 60:30:10 °/o.

Klemmenspannung soll dann für mindestens 1 bis Im folgenden soll die Erfindung an Hand der

2 Minuten zur Verfügung stehen. Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel noch näher

Gemäß der vorveröffentlichten Patentschrift zum 20 erläutert werden. Es zeigt

Hauptpatent ist dabei die Anordnung so getroffen, Fig. 1 in einem Horizontalschnitt eine thermo-

daß in einem Becher mehrere stabförmige Batterien elektrische Batterie gemäß der Erfindung

kreisförmig angeordnet sind und zwischen die Batte- Fi g. 2 einen Vertikalschnitt entlang der Linie II-II ((

rien ein leicht entflammbarer Heizsatz in der Weise in Fig. 1. ^.

eingepreßt ist, daß jede Batterie ringsum von dem 25 In einem zylindrischen Becher 1 sind sechs stab- *.

Heizsatz eingeschlossen ist. Der Heizsatz wiederum förmige thermoelektrische Batterien 2 angeordnet,

ist gegenüber der Becherwand und einer zentrischen Diese sind von einem Heizsatz 3 umgeben. Letzterer

Bohrung in der Mitte durch eine Schmelzsubstanz wiederum wird umschlossen von einer metallischen

und eine Isoliersubstanz getrennt. Um ein Inein- Schicht 4, die den Heizsatz von einer Schmelzsub-

anderfließen von Heizsätz und Schmelzsubstanz nach 3° stanz 5 mit hoher Erstarrungswärme trennt. Die

dem Abbrennen zu verhindern, sind beide durch eine Schmelzsubstanz schließlich ist von der Becherwand

zwischen ihnen liegende metallische Schicht vonein- und einem zylindrischen Körper 6 in der Mitte des

ander getrennt. Der. Heizsatz kann als Metalloxid Bechers durch eine Isolierschicht 7 getrennt. Zur

Pb₃O₄ und Fe₂O₃ und als Reduktionsmittel Si ent- Zündung des Heizsatzes dient eine Zündeinrich-

halten und aus diesem Gemisch von Si, Ti, Pb₃O₄, 35 tung 8. Die einzelnen thermoelektrischen Batterien 2

Fe₂O₃ und BaF₂ bestehen. Durch eine Zündeinrich- sind elektrisch hintereinandergeschaltet, d.h., der

tung wird der Heizsatz zum Bezugszeitpunkt gezün- Pluspol der einen Batterie ist mit dem Minuspol der

det und brennt schnell ab. Die Batterien werden danebenliegenden Batterie mittels eines Drahtes 9

dabei auf eine Temperatur von etwa 650° C auf- verbunden.

geheizt. Gleichzeitig schmilzt die Schmelzsubstanz 40 Nach Zündung des Heizsatzes spielen sich in der und gibt nach dem Abbrennen und Wiedererkalten Heizeinrichtung folgende Vorgänge ab. Der Heizdes Heizsatzes ihre Erstarrungswärme an den Heiz- satz brennt innerhalb von etwa 0,1 bis 0,5 Sekunden satz ab, so daß sich dieser dadurch langsamer ab- ab und heizt die thermoelektrischen Batterien auf kühlt, als er dies ohne Schmelzsubstanz tun würde. eine Temperatur von etwa 650° C auf. Während des Auf diese Weise werden die Batterien auf einer so 45 Abbrennens hat der Heizsatz auf Grund der statthohen Temperatur gehalten, daß ihre Klemmenspan- findenden Ionisierung einen sehr niedrigen spezifinung während einer Zeit von etwa 1 bis 2 Minuten sehen elektrischen Widerstand. Da aber die Batterien praktisch konstant bleibt. Um eine möglichst hohe zu diesem Zeitpunkt noch nicht annähernd ihre BeKlemmenspannung zu erhalten, sind die in dem triebstemperatur erreicht haben, sondern diese Tem-Becher befindlichen Batterien elektrisch hinterein- 50 peratur erst nach etwa 5 Sekunden erreichen, entandergeschaltet, d. h., es ist jeweils der Pluspol der steht an ihren Klemmen praktisch noch keine Spaneinen Batterie mit dem Minuspol der danebenliegen- nung, und der niedrige Widerstand des Heizsatzes den Batterie verbunden. bleibt ohne Bedeutung.

Es tritt nun bei den bekannten Heizsätzen die Während des Abbrennens gehen folgende Reak-Schwierigkeit auf, daß diese während und nach dem 55 tionen in dem Heizsatz vor sich:
Abbrennen auf Grund eines sehr geringen spezifischen elektrischen Widerstandes gut leitend sind, so 1· Phase: 2Pb₃O₄ + Si + SiO₂^ PbO + SiO₂ + Pb
daß die Batterien nicht nur in der Phase des Auf- 2. Phase: PbO + SiO₂ -*■ PbSiO₃
heizens sondern auch nachher, wenn sie ihre volle 3. Phase: 4 PbO + SiO₂-> Pb₄SiO
Klemmenspannung abgeben sollten, durch den Heiz- 60

satz mehr oder weniger stark kurzgeschlossen werden Das in der ersten Reaktionsphase entstehende

und dadurch nicht die volle, theoretisch mögliche Blei(II)-oxid reagiert in der zweiten Reaktionsphase

Klemmenspannung abgeben können. mit dem in der ersten Phase neu entstandenen und

Hier setzt nun die Erfindung ein, die es sich zur mit dem bereits vorhandenen Siliziumdioxid SiO₂

Aufgabe gestellt hat, einen Heizsatz anzügeben, der 65 unter Bildung von Bleisilicaten (z.B. PbSiO₃ bis

nach dem Abbrennen einen hohen spezifischen elek- Pb₄SiO₆). Es entsteht ferner in der ersten Phase

trischen Widerstand aufweist, und dadurch ein Kurz- metallisches Blei, das von dem entstandenen Silicat

schjießen der Batterien vermeidet. Durch die Erfin- eingeschlossen wird.

Bereits etwa 0,1 bis 0,2 Sekunden nach dem Zünden des Heizsatzes beginnt der spezifische elektrische Widerstand des Heizsatzes bzw. seines Rückstandes mit zunehmender Bildung von Bleisilicat PbSiO₃ größer zu werden, um nach vollständiger Verbrennung einen Wert von etwa 10⁸ Ω cm anzunehmen. Dieser hohe Widerstandswert ergfaf sich dadurch, daß das entstehende sehr schlecht leuende Bleisilicat in seinem Gefüge das bei der Reaktion im Überschuß entstehende metallische Blei umschließt oder einlagert, so daß sich keine leitende metallische Brücke mehr zwischen zwei Batterien bilden kann. Wesentlich ist dabei die richtige Menge SiO., im Verhältnis zu Pb₃O₄ und Si. Bei weniger als 10⁰/o SiO₂ entsteht zuviel metallisches Blei im Verhältnis zu Bleisilicat mit der Folge eines geringeren spezifischen Widerstandes, bei mehr als etwa 20% SiO., wird der Reaktionsablauf zu sehr gebremst oder kommt gar nicht erst in Gang. Ferner hat es sich auch als zweckmäßig erwiesen, Silizium mit einem Eisengehalt von weniger als 0,5 % zu verwenden, um eine Legierungsbildung zwischen Blei und Silizium zu verhindern.

Claims

Patentansprüche:

1. Heizeinrichtung für wenigstens eine, während einer begrenzten Zeit Strom liefernde thermoelektrische Batterie nach Patent 1212606 mit einem schnell abbrennbaren Heizsatz, der ein Metalloxid und ein Reduktionsmittel enthält, mit einer beim Abbrennen des Heizsätzes schmelzenden Schmelzsubstanz, die eine Schmelztemperatur aufweist, die etwa gleich der Betriebstemperatur der thermoelektrischen Batterie ist, und mit einer mechanischen oder elektrischen Zündeinrichtung für den Heizsatz, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizsatz einen Silicatbildner enthält, der sich beim Abbrennen des Heizsatzes mit dem Metalloxid zu einem nichtleitenden Metallsilicat verbindet, das den verbleibenden reinen Metallanteil in sich einschließt.

2. Heizsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizsatz als Metalloxid Blei(IV)-oxid Pb₃O₄ enthält.

3. Heizsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel Silizium ist.

4.' Heizsatz nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Silicatbildner Siliziumdioxid SiO, verwendet ist.

5. Heizsatz nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Blei(IV)-oxid, Silizium und Siliziumdioxyd im Heizsatz in den Prozentanteilen (50 bis 80) : (40 bis 10) : (20 bis 10) % vorliegt.

6. Heizsatz nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischungsverhältnis von Blei(IV)-oxid, Silizium und Siliziumdioxid 60 : 30:10 °/o beträgt.

7. Heizsatz nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliziumdioxid, in amorpher Form mit einer Korngröße kleiner als 3 um vorliegt.

8. Heizsatz nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizsatz einen Eisengehalt von weniger als 0,5 °/o aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen