Therr;aelektrische Anordnung Die Erfindung betrifft eine thernoelektrische
Anordnung, bei der :oec'rp-.=Kel zwischen
zwei Wärmeaustauschern angeordnet
sind, und bei der mittels Federn über ein Druckstück eine eiastische Ara-'t i: Screnkelachsenrichtüng
auf die Kontaktbrücken von wenig-
| stens e:.@eü: --;-#er,oschenkel ausgeübt wird, und das Druckstück
einge- |
| y:a4t st in eiaie Bohrung in einen der Wärmeaustauscher oder
in eine |
| Bohrung in einer Schraube, dir in einem der Wärmeauetauacher |
| eingelassen ist. |
| Thermoelektrische Anordnungen Bind aua, p- und n#leitenden
Tierno- |
| schenkeln aus thermoelektrieeb wirksamem Material dufgebau_ts
die |
| im allgemeinen an ihrer kalten-und warmen Utätelle mittele
Kon- |
| taktbrücken elektrisch so leitend verbunden sind,
daß sie elek- |
| trisch in Reihe und thermisch parallel und jeweils ihre kalten |
| oder warmen hötetellen- in "einer Ebene, nämlich der
Kalt- oder |
| Warmseite der Anordnung liegen.: Sowohl auf die Warm- als auch
auf |
| die Kaltseite der Thermoschenkel- igt im allgemeinen ein Wärme- |
| austauscher aufgesetzt, der durch eine Schicht aus-thermisch
leiten- |
| dem und elektrisch isolierendem Material von den Thermoschenkeln |
| getrennt isto- |
| Der Wärmeleitungskontakt zwischen den Thermoschenkeln und den
Wärme- |
| ,austauschern muß äußerst gut sein# da der Wirkungsgrad: der
Anord- |
| nung unter anderem hiervon abhingt. ' |
| Zwischen Warm- ur.d Kaltseite der Anordnung existiert ein Tempera- |
| turgradient, dessen Betrag in Sohenkelacheenrichtung vor allem |
| in Thermogeneratqren sehr groQ und außerdem noch örtlich verschie- |
| den ist. Hieraue,resultieren thermiechs Ausdehnungen in-Schenkel |
| achsenrichtung, 4ie ebenfalls örtlich verschieden sind und
sehr |
| groß.sein können" Wegen dieser Auedehnungekräft,e muß die örtliche |
| Fixierung der Thermosahenkel zwischen den Wärmeaustauschern
sehr |
| stabil sein, Außerdem muß beim Einbau noch beachtet'werden,
daß |
| sich Fertigungstoleranzen in der ßohenkällänge nit vermeiden |
| lassen |
| :Zur Kompensation der thermischen Äuedehnund
der Fertigunge- |
| tolermnzen und zum stabilen, ö-rtlioh fixierten Iginbau
der.ThermiD- |
| Schenkel ist es bekannt, mit hadern `tiber ein DruoketUak eine
' |
| elastische Kraft in Acheenrfähtung auf die Schenkel
auszuüben. |
| Das Druckstück ist hierbei in eine Einsenkung eineu der
Wärme- |
| austauscher gleitend eingepaßt und der zweit*
Wärmeattetaueoher |
| dient als Widerlager für die elastische Druckkraft.
Xit dieser |
| Anordnung kann die Pertgungstöteranz in der äohenkellänge |
| kompensiert werden und man erhält eine gute Wärmeleitung zwischen |
| den Thermoschenkeln und dem Wärmeaustaueeherübex
das Druckstück. |
| Nachteilig ist es herbei# das sah' das Druoketüek-
wegen der |
| Erwärmung radial ausdehnt und-sieh daher in der $nsenkung fest- |
| klemmen bzwunter Umständen sogar feetfreeeen wird. Wird nach |
| diesem Festklemmen die -Tomperaturdifferenz zwieahbn Warm-
und |
| Kaltseite der Anordnung weitere erhöht, se werden die
thermischen |
| Ausdehnungen nicht mehr komptnsiaxt4und `es besteht 'Bruchgefahr |
| für die Ther®oschenke1s gine ec aufgebaute ithermoelektrische |
| Anordnung ist daher nit `Wortungifrei. |
| Es besteht die Aufgabe! ein Druckettlck-,zu eohaffin# daß sieh
Onk- |
| recht zur Richtung der ausgeübten >gekkraft auneinander- oder |
| zueammendrüeken läßtd- - - |
| Erfindungsgemäß wird dierso Aufgabe dadurch gelötet, daß das
Druck. - |
| stück aüsänig"terrci@re@i ab@oatumpften keUeri Zunammerigefügt
ist, |
| wobei an wenigstens. je eine Flanke eines Keiles die flanke |
| eines anderen Keiles grenzt. _. |
| Das Druckstück kann eine Säule mit kreistürmigem QUV;raohnitt
seinf |
| die aus zwei abgestümpften Zylinderkeilen und zwei @.abgeetumpften
- |
| Mantelkeilen zusammengefügt ist. |
| Das Druckstück kann auch ein Quader ®ein und äue.iiii» Obelisken |
| zusammengefügt sein. ., |
| Mit dem erfindungsgemäßen Druckstück ist der gleitende Sitz
des |
| Druckstuckes in der Einsenkung des Wärmeauetausehere bei jeder |
| Betriebstemperatur gewährleistet. Wenn sich die einzelnen Keile, |
| aus denen das Druckstück zusammengesetzt ist, radial ausdehnen, |
| so wird das Druckstück wegen der abgestumpften
Keiis.hnsiden zu- |
| sammengedrückt und die Querschnitteflä,ahe aees DrueketUok`an
-senk- |
| recht zur Druckkraft vergrößert-eich nicht. Außerdem ist aber
auch |
| ein gleichbleibend guter Wärmeübergangskontakt zwischen ziem
-Druck- |
| stück und der Wand der Einsenkung gewäh;rleintdt, da das Druckstück |
| sich immer gleich eng an die wand der Einsenkung anacämiegt.
Der |
| Wirkungsgrad der thermoelektrschen Anordnung wird sich daher
auch |
| bei den unterschiedlichsten Betriebsbedingungen wegen
des Wärme- |
| l.eitungskontaktes nicht ändern. Schließlich werden die thermischen |
| Ausdehnungskräfte-bei jeder Betriebstemperatur kompensiert. |
| Um den Wärmeleiturigswiderstand._zwis'chen den Thermosohenkeln
und |
| den Wärmeaustausehern möglichst gering zu halten,
iet@-es vorteil- |
haft, wenn die Teilfläche,deö Mantels des Druckstüakeg, in der
der' . 'Wärmeübergang zwischen Druckstück und Einsenkung stattfindet,. wenigstens
gleich der Auf lagefltäohe des Druckstückee auf die Kontaktbrücken des Thermoschehkels
isft-Durch die Federkraft, die in Sohenkelachsenrchtung wirkt, wird zwar der Thermoschenkel
zwischen die bqiden Wärmeauetauscher eingeklemmt und damit örtlich fixi®rt.gehaltsn,
da jedoch besonders Thermogeneratoren großen-mechannischen Belaetungen ausgesetzt
sein können, ist es vorzuziehen, stabilere Möglichkeiten für die Justierung der
Thermoschenkel vorzusehen. Hierzu kann in die Stirnfläche des Druckstückes,die auf
der Kontaktbrücke des Thermoschenkels aufliegt, eine Einsenkung vorgesehen sein.
Es kann auch von der Stirnflache des Druckstückes,die auf der Kontaktbrücke: des
Thermo-Schenkels aufliegt, durch die Achse des Druckstückpb ein zur gegen-' überliegenden
Stirnseite verlaufender Kanal angeordnet sein, der mit einem Durchbruch durch den
Wärmeaustauscher oder die Schraube fluchtet. Wird die Kontaktbrücke des Thermoschenkels
so ausgebildet däß sie wenigstens teilweise in diese Einsenkung oder in den Kanal
hineinragt, so erhält man damit eine äußerst stabile mechanische Fixierung des Thermoschenkels
zwischen beiden Warmeaustauschern, die man extremen Betriebsbedingungen aussetzen
kann. Die Erfindung wird im folgenden anhand mehrerer Auaführungsbeispiele und der
Figuren 1 bis 4 näher erläutert. Figur 1 zeigt ein Druckstück Jt das als Quader
aUgeführt Ist.
| Dieses Druckstück ist aus agbhe Obelisken 2 zusammengesetzt,
die- |
| alle mit ihren Schrägflanken aneinandergrenaen.. @ Man kann
der |
| Zeichnung direkt entnehmen, daß sich das Druckstück seitlich |
| zusammendrücken oder augeinanderdrücken läßt und daß
daher das |
| Druckstück in gleichbleibend gutem Kontakt mit der Einsenkung |
| im Wärmeaustauscher bleibt. Durch das Druckstück ist ein Kanal |
| 3 vorgesehen, der von der-Auflagefläche des Druckstückes auf |
| die Kontaktbrücke des Thermoschenkels aus verläuft und in den |
| zur Fixierung des Thermosähenkels ein Teil der Kontaktbrücken
ein- |
| geführt werden kann. |
Figur 2 zeigt ein Druckstück j;, das als Säule ausgeführt igt. Dieses Druckstück
ist aus zwei Zylinderkeilen 5 und zwei btantelkeilen 6 zusammengesetzt, Die Schneiden@.der
Keile sind a ;bges-tLunpft und auch dieses Druckstück.läßt sich durch einen Druck
auf beide Stirnflächen"auseinanderdrücken. Wird das Drucks t,.ck in eine Bohrung
des Wärmeaustauschers eingefügt, und dehnt es sich in- Folge Erwärmung-aus, so wird
es zusammengedrückt und der Wärmeleitungekontakt mit der Bohrungswand bleibt unverändert.
Figur 3 zeigt eine thermoelekträsche Anordnung, die mit dem erfindungsgemäßen Druckstück
aufgebaut iat, Die Figur zeigt einen Schnitt durch den Wärmeaustauscher 7, der eine
Bohrung 8 besitzt. In-diese Bohrung 8 ist das zylinderförmige Druckstück eingepaßt,
das ebenfalls im Schnitt dargestellt isst. Mit Hilfe des Druckstückes drücken die
Tellerfedern 16 auf die Kontaktbrücken 10 von zwei. p- und n-leitenden Ther!moechenkeln
| 9. Die Thermoschenkel 9 sind durch eine weitere Kontaktbrücke |
| 12 elektrisch leitend verbuhden und diese Kontaktbr,tkke 12
liegt |
| auf einem zweiten Wdrmeaustaueoher "E5 auf= der als Widerlager |
| für die Druckkraft der Tellerfedern 16 dient* Die Köntgktbrük- |
| ken 10 und 12 sind durch eine Schicht aus thermiseh leitendem |
| und elektrisch isolierendem Materialtvan den Wärmeaustausehern |
| bzw. von dem Druckstück getrennt. Das Material
dieeer Schicht |
| 13 kann Aluminiumoxyd oder DErylliumoxyd Bein. Die Kontmktbrük= |
| ken 10,auf denen-das Druckstück aufliegt,, besitzen Anschlußfahnen |
| 11, mit denen die. Thermoschenkel mit benachbarten alektriech |
| leitend verbunden werden können. In dem Zylinderkeil 5, der
auf |
| den Kontaktbrücken 10 aufliegt, ist eine Einsenkung
14 vorgesehen. |
| In diese Einsenkung sind die Kontaktbrücken 10 eingepaßt und
durch |
| sie werden die Thermoschenkel=9 örtlich fixiert. |
| Figur 4 zeigt ein weiteres Augfiüirungebeiapiel einer thermo- |
| elektrischen Anordnung mit dem erfindungsgemäßen Druckettlck. |
| In diesem Falle ist in den'Wä.rmeaustguscher '-eine Schraube
17 ein- |
| geschraubt, die die zylinderförmige Baht;ung 8 aufweist, in
die- |
| düs DruckstUek eingepaßt ist. Dia Druckkraft auf den
Druckstock |
| wird durch eine Spiralfeder 18 ausgeübt: Durch das Druckstück
ist |
| ein Kanal 3 vorgesehen, :der mit einer Bohrung 20 im 6ohrauban- |
| deckel-fluchtet. Durch diese Öffnungen sind slic Ansahlußfahnen
11 |
| der Kontaktbräcken 10 hinaurchgeführt, wodurch die-fhsrmosehenkel |
| 9. wieder sehr stabil örtlich fixiert sind. Von
dem Druckstück und |
| Ion der Schraube sind die Anschlußfahnen 11 der Kontaktbrücken
10 |
| durch ein 'Isolierröhrchen 19 getrennt. Deee Möglichkeit der |
örtlichen Fixierun& besitzt zwäi Vorzüge. Einmal können Thermoschenkel
benachbarter Thermoelemente erst nach dem Einbau der Thermoelemente in die thermoelekträsche
Anordnung eit benachbarten Elementen verdrahtet werden. Weiterhin kann aber jedes
Thermoelement leicht ausgewechselt werden, da hiertu nur die Schraube 1'T entfernt
werden muß.. Hinzuweisen ist noch auf eine--Weitere Verbesserung des erfindungsgemäßen-Druckstückes.
Wird das DruckstUck,in die Bohrung -einer Schraube eingepaßt,
wie es z. B.
in Figur 4 dargestellt . ist, so besteht die Gefahr, daß beim Eindrehen diesqr Schraube
das Druckstück die Isolierschicht
13 verletzt und beide fihermoelementschenkel
kurzgeschloseen werden. Abhilfe bringt eine Verankerung des Druckstückes im Wärmeaustauscher,
z. Bmittelt einer Nase. Diese Verankerung verhindert, daß sich das Druckstück beim
Eindrehen der Schraube mitdreht und die Isolierschicht 13 bleibt-unverletzt.