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Vorrichtung zum Befestigen von Thermoelpmentschenkeln zwischen zwei
Wärmeaustauachern Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Befestigen von Thermo-Schenkeln
zwischen zwei Wärmeaustauschern, durch die ein elastischer Druck in Richtung der
Schenkelachsen ausgeübt wird, mit der die thermische Ausdehnung in Schenkelrichtung
und die Fertigungstoleranzen der Thermoschenkel ausgeglichen werden und die zwischen
einem der Wärmeaustauscher und der Kontaktbrücke von jeweiss wenigstens einem Thermoschenkel
angeordnet ist.
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in thermoelektrischen Anordnungen sind im allgemeinen viele Thermoelemente
so vereinigt, daß jeweils ihre kalten oder warmen
-. w
Lötstellen
in einer Fläche, nämlich der Kalt- oder warmeeite, der
Anordnung
liegen. Jedes Thermoelement besteht aus einem Schenkelpaar mit
je einem p- und n-leitenden Schsnkel aus thermoelektriech
wirksamem Material. Durch Kontaktbrücken aus elektrisch
und ther-
misch leitendem Material werden die Schenkel an
ihrer Warm- und
Kaltseite so elektrisch leitend verbunden, daß alle
Schenkel elek-
trisch in Reihe und thermisch parallel liegen. Sowohl
auf die Warm-
als auch auf die Kaltseite der Thermoelemente
ist im allgemeinen
ein Wärmeaustauacher aufgesetzt, der durch eine
Schicht aus ther-
misch leitendem und elektrisch isolierendem Material
von den Thermoelementen getrennt ist.
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Die Temperaturdifferenz zwischen der Warm- und der Kaltseite der
thermoelektriachen
Anordnung kann beträchtlich sein. Sie beträgt
z. B. in Thermogeneratoren
im allgemeinen einige 1000 C. Mit
dieser Temperaturdifferenz sind
starke thermische Ausdehnungs-
kräfte verbunden, denen vor allem die Thermoechenkel
ausgesetzt
sind. Mit Hilfe der Wärmeaustauscher müssen diese Kräfte
kompen-
siert werden, da sonst die Gefahr besteht,. daß die Thermoschenkel
zerstört werden und die thermoelekt rieche Anordnung nicht wartungsfrei
arbeitet.
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Bekannt ist: es, zwischen einem der Wärmeaustauscher und den-
Kontaktbrücken der Thermoschenkel Druckfedern anzuordnen. Mit der
hierdurch
erzeugten elastischen Kraft können die thermische-: Ausdehnungen der Thermoschenkel
aufgefangen werden und a@°@m wer-
den Fertigungstoleranzen
in der Schenkellänge auagegliehsn. Besonders nachteilig ist es jedoch
bei solchen Druckkon:'z#irkteng ds;xä
durch die Federn zwischen
dem Wärmesustauscher und den Kontakt-
brücken viel Platz beansprucht
wird. Einen sehr flach ausge-
bildeten Thermogenerator
mit solchen Druckkontakten aufzubauen
ist daher unmöglich. Ebenso
schwierig ist es, einen Thermogenerator mit Druckkontakten in kompakter
Form auszuführen, bei dem
mehrere Schichten von Thermoelementen übereinander
angeordnet sind,
wobei zwischen den Schichten Wärmeaustauscher
vorgesehen sind, die
Kanäle für ein flüssigen oder gasförmiges
Wgrmeaustauschmedium be-
sitzen:
Man steht vor der Aufgabe, ein federndes
Zwischenglied zwischen
den Wärmeaustauschern und den Kontaktbrücken
der Thermoschenkel zu schaffen:, das ohne größeren Raumbedarf
eingefügt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch
gelöst, daß sie als eine flache Platte aus elastischem, gut wärmeleitendem
Material
ausgebildet ist, die wenigstens in Richtung senkrecht
zur größten
Fläche durch ihre Formgebung federnd ist;
Als
flache Platte kann ein Blech vorgesehen sein, aus dem Fahnen
herausgedrückt
sind.
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Es kann auch als flache Platte ein gewelltes Blech,vorgeeehen
sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt den Vorteil, sehr
flach
zu sein: Sie lädt sich in der Höhe von ca. 1 mm ausführen
und ihr
Platzbedarf in einer thermoelektrischen Anordnung
ist daher sehr
gering. Wegen des verwendeten federnden Materials
können je-
doch mit der erfindungsgemäßen Platte sowohl die
Herstellungstoleranten als auch die thermischen Ausdehnungen der Schenkel aufgefangen
werden. Da man die Fahnen oder die Blechrippen. des: gewellten Bleches sehr dicht
anordnen kann, ist auch der.Wärmeübergang zwischen den Kontaktbrücken der Thermoschenkel
und dem Wärmeaustausches sehr gut.
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Vorteilhaft ist es, als Material der Platte eine Kupfer-Zink-Legierung
zu verwenden. Mit dem gut wärmeleitenden Kupfer wird die Güte des Wärmeübergangkontaktes
noch weiter gesteigert. Vorteilhaft ist es ebenfalls, das Blech bandförmig auszubilden
und zwischen den Kontaktbrücken einer Reihe von Thermoschenkeln und einem der Wärmetauscher
vorzusehen.. Bei dieser Weiterentwicklung der erfindung gemäßen Vorrichtung kann
eine größere Zahl von Thermoschenkel mittels einer einzigen Platte mit Fahnen
zwischen den beiden Wärmetauschern eingefügt werden. Man erhält damit sehr
große herstellungstechnische Vorteile.
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Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand der Figuren 1
bis 6 nuner erläutert.
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Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der Platte 1, in die Fahnen
2 hineingedrückt sind. Das verwendete Blech aus einer Kupfer-Zink-Legierung, z.
B. Tombak, hat eine Stärke von etwa 0,5 mm. Vorgesehen sind ungefähr eine Fahne
pro mm 2. Damit wird eine genügend. große Auflagefläche 'der Platte auf die Kontakt-Brücke
des Thermoschenkels geschaffen und eine entsprechend gute
Wärmeleitung
erzeugt.. Alle Fahnen werden mit einer entsprechenden Matrize
in einem Herstellungegang in die Platte eingbdrückt. Sie
stehen
ungefähr 0,'5 mm über die Platte hinaus und federn bei thermischen.Ausdehnungen
oder unvermeidlichen geringen Fertigungatoleranzen genügend um diese zu kompensieren.
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Figur 2 zeigt eine .Seitenansicht der Platte mit hineingedrückten
Fahnen 2. Man erkennt deutlich die Form der Fahnen, bei denen nur ein kurzes Stück
abgeschrägt ist, um die Auflagefläche auf die Kontaktbrüske des Thermo.schenkels
möglichst groß zu halten.
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Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf die Platte 1 mit hineingedrückten
Fahnen ,2.
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In Figur 4 ist eine andere Form der Platte mit hineingedrückten Fahnen
@dargestellt. Bei der bisher beschriebenen Platte ist es möglich, daß durch die
zusammengedrückten Fahnen eine seitliche Kraft :auf den Thermoschenkel ausgeübt
wird. In die Platte 1 der Figur 4 sind Fahnen 2a und 2b eingedrückt, bei
denen das freie Ende jeweils zweier Fahnen gegeneinander zeigt. Scherungskräfte,
die beim Zusammendrücken der Fahnen auftreten können, werden dadurch. aufgehoben
Figur 5 zeigt die erfindungegemäße flache Platte, die aus einem gewellten Tombakblech
3 hergestellt ist. Die Stärke des Bleches lie,&,t wieder um 0,5 mm und der Abstand
der Rippen des gewellten Bleches beträgt :ungefähr 1 mmwomit wieder eine
möglichst große Wärmeüberdangsfläche erzeugt wird. Dieses gewellte Blech wird
,zwischen
die Kontaktbrücken von einem, höchstens zwei Thermoschenkeln,und
dem Wärmeaustauscher gelegt, da man mit einem seit-
lichen Ausdehnen
des zusammengedrückten Blechen rechnen muß: Figur 6 zeigt ein Thermoelement,
das aus je einem p- und einem
n-leitenden Thermoschenkel 5 besteht.-Beide
Thermoechenkel sind mittels einer Kontaktbrücke 7 elektrisch leitend verbunden.
Weiter-
hin sind Kontaktbrücken 6 auf jeden Thermoachenkel aufkontaktiert, die
mit Anschlußfahnen 8 versehen sind und über die das Thermoelement mit benachbarten
elektrisch leitend verbunden werden kann. Das Thermoelement ist zwischen
zwei Wärmeau®tauschern g und 10 eingebaut. Eine Materialschicht 4 aus elektrisch
isolierendem und theinisch leitendem Material, wie z. B: Aluminiumoxyd, sorgt für
die elektrische Isolation des Thermoelementes von den Wärmeaustauschern. Zwischen
dem Wärmeaustauscher 9 und den Kontaktbrücken 6 is.t eine Blechplatte 1 mit
herausgedrückten Fahnen 2 vorgesehen. Durch die federnde Wirkung dieser herausgedrückten
Fahnen werden geringe Fertigungstoleranzen in der Schenkellänge und thermische Ausdehnungen
der Schenkel während des Betriebs der thezm oelektriechen Lordnung ausgeglichen.
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Es ist noch auf eine weiters Ausführungsform hinzuweisen, die in den
Figuren nicht berücksichtigt ist und: bei der die: mit FwIcn versehene Blechplatte
als längeres Band ausgebildet ist. Dieses Band kann zwischen: dem Wärmeaustauscher
und einer Reihe von Thermoschenkeln angeordnet sein und bei allen Th®rmoschenkeln
gl.t:ihzeitig für einen gleich guten Wärmeübergang unabhängig von Pertigungstoleranzen
und Ausdehnungskräften Borgen. Diese Aus#i"'Lihrun ge-
form hat
den besonderen Vorteil, daB eine größere Armzahl von -Thermoelementen
gleichzeitig zwischen zwei Wärmeaustauschern. eingebaut werden kann,
was-zu einer beträchtlichen Kürzung der Fertigungszeit der thermoelektrischen
Anordnung führt: