DE2205361C3 - Verfahren zur Herstellung einer Thermobatterie aus Folienblättern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Thermobatterien können beispielsweise zum Bau von Fühlelementen bei Strahlungspyrometern. Mikrokalorimetern, Höchstfrequenzleistungsmessern, elektrischen Meßgeräten von Wärmeanlagen. Meßgeräten für den Wärmestrom verschiedener meteorologischer Vorrichtungen, insbesondere Pyranometer, usw. verwendet werden.

Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung einer Thermobatterie bekannt (vgl. M.A.Margolin, I. P. Rumiancev »Grundlagen der Infrarottechnik«, SU-Verlag Voenizdat. 1957), bei dem zwei Stäbe aus verschiedenen thermoelektrischen Materialien auf Stoß zusammengelötet und längs der Lötstelle ausgewalzt werden; dann werden aus der erhaltenen, aus zwei Folienblättern bestehenden Platte einzelne Thei'moeie^ mente ausgeschnitten, auf einem Tragkörper in der erforderlichen Reihenfolge: befestigt und in Reihe zu einer Thermobatterie verbunden.

Bei einem ähnlichen bekannten Verfahren zur Herstellung von Thermobatterien (vgl, AT-PS 86 126) werden die zum Aufbau der Thermoelemente erforderlichen verschiedenen Metalle durch Löten oder Schweißen in Form von Streifen, Platten oder Blöcken fest miteinander verbunden, worauf die so entstandenen Metallkörper durch Walzen oder mittels eines Preßverfahrens in die Form dünner Flachbänder oder dünner Blätter übergeführt werden, die dann in schmale Streifen oder in Fäden zerlegt werden, die die Thermoelemente bilden.

Diese bekannten Verfahren haben als wesentliche Nachteile:

einen großen Arbeitsaufwand und eine hohe Ausschußquote beim Auswalzen der zusammengelöteten Stäbe bzw. Streifen zu einer Folie;

is eine die Herstellung von mineaturisierten Thermobatterien erschwerende unscharfe Lötstellenlinie;
Schwierigkeiten beim Auswalzen zu einer Folie wegen unterschiedlicher mechanischer Eigenschaften der Materialien der beiden Stäbe bzw. Streifen, denn die Walz- und Wärmebehandlungsverhältnisse sind für die beiden Materialien verschieden, so daß sich bei gleichzeitiger Bearbeitung beider Materialien meist ein wellenförmiger Verlauf ergibt;
einen großen Arbeitsaufwand bei der Herstellung von miniaturisierten Thermobatterien, z. B. für Strahlungsempfänger, wo die einzelnen Thermoelemente eine Breite von ca. OJ 5-0,20 mm haben und die lichten Abstände zwischen ihnen ca. 0,1 mm betragen; das Ausschneiden dünner Thermoelemente, die Anordnung und Befestigung jedes Thermoelements auf dem Tragkörper in einem Abstand von 0,1 mm zum benachbarten Thermoelement und das Zusammenschalten der Thermoelemente stellen einen sehr zeitaufwendigen und mühsamen Arbeitsvorgang dar.

Daher können diese bekannten Verfahren nur zur Einzelherstellung von Thermobatterien angewendet werden, also nicht für eine Massenherstellung.

Bei einem bekannten Verfahren der eingangs genannten Art (vgl. US-PS 30 18 311) werden in der Platte, die an einer Seite fast vollständig mit einer Lage aus dünnem Papier oder sonstigem wärme- und elektrisch isolierendem Material beschichtet ist. seitliche offene Einschnitte vorgesehen, die die Verbindungslinie der beiden Folien abwechselnd von der einen und der anderen Seite der Platte schneiden, so daß ein mäanderartiges Gebilde entsteht, das aus in Reihe verbundenen Thermoelementen besteht. Das geschnittene Halbzeug wird dann so oft gefaltet, daß benachbarte Thermoelemente, die durch die Papierod. dgl. Lage voneinander getrennt sind, aneinandersto ßen. Benachbarte Thermoelemente werden Wärmeströmen von entgegengesetzten Seiten ausgesetzt.

Auch dieses Verfahren ist in verschiedener Hinsicht nachteilig. Es kann nur für hinreichend feste und steife Folienblätter aus thermoelektrischen Materialien benutzt werden, die formstabil sind und nicht nach dem Einschneiden der seitlichen Ausschnitte sich verdrehen. Die Abmessungen und die Steifheit müssen groß genug sein, damit die ein/einen U-förmigen Elemente zweimal gefaltet werden können und trotzdem ihre vorgegebene Form beibehalten. Daher sind die kleinstmöglichen Werte der Abmessungen der Thermoelemente, insbesondere der Folienblattstärke, begrenzt. Zum Beispiel wird bei der Miniaturisierung eine Folienblattslärke von

<i5 ca. 50 μιτί und eine Breite der einzelnen Thermoelement te von 4,75 mm vorgesehen. Infolge der erforderlichen großen Abmessungen und der damit vorhandenen Trägheit, die durch die Masse der Thermoelemente und

der Papier- od. dgl. Lage bedingt ist, können derartige Thermobalterien z. B. nicht für Strahlungsmessungen verwendet werden, wo Thermoelemente mit einer Breite von 0,1 -0,2 mm und einer Stärke von 2—4 μιη erforderlich sind.

Soweit bei diesen bekannten Thermobalterien die Verbindungslinien benachbarter Thermoelemente nicht versetzt sind, sondern aneinanderliegen und nur durch die Papier- od. dgl. Lage getrennt sind, sind die Thermostati£^!erung der Gruppen von Lötstellen und die sichere Einwirkung der Wärmeströme nur auf zusammengefaltete Lötstellen sehr schwierig auszuführen.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, unter Vermeidung der genannten Nachteile ein Verfahren zur Herstellung einer Thermobatterie der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei gleichzeitiger Vergrößerung der Anzahl von Thermoelementen in einer Thermobatterie wesentlich einfacher ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der Patentanspruch 2 gibt eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung an.

Das erfindungsgemäße Verfahren vereinfacht nicht nur die Herstellung von Thermobatterien aas Folienblättern wesentlich, sondern die einzelnen Thermoelemente sind von vornherein gegeneinander orientiert sowie in der erforderlichen Reihenfolge und Anzahl verbunden.

Die Verwendung eines fertigen Folienblatts für jedes thermoelektrische Material gewährleistet eine gute Reproduzierbarkeit der Eigenschaften und eine hohe Leistungsfähigkeit sowie die Erhaltung deutlicher Lötstellen bei den Thermoelementen.

Da in jeder Platte die einzelnen Thermoelemente im voraus gegeneinander orientiert sind, werden beim r> Aufeinanderlegen zweier Platten und dem Zusammenfallen der Schlitze eine Orientierung und Unterbringung mit erforderlichen lichten Abständen bei allen Thermoelementen der Thermobatterie sichergestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es, die besonders aufwendigen Arbeitsgänge bei der Herstellung von Thermobatterien einzusparen. Die Verbindung der einzelnen Thermoelemente zu einer Thermobatterie wird ebenfalls wesentlich erleichtert, weil sie durch Nahtschweißen gleichzeitig für eine große Zahl kalter Thermoelementlötstellen vorgenommen werden kann.

Da sämtliche Thermoelemente aus einer Platte hergestellt und mit dieser bis zur Befestigung am Tragkörper verbunden smd. werden deren Verformung und Verdrehung ausgeschlossen, die die Arbeit mit Miniatur-Streifen sehr dünner Folienblätter außerordentlich erschweren. Infolge ausreichender Festigkeit der Platten gegenüber einem einzelnen Thermoelement besteht die Möglichkeit, dünnste Materialien (mit einer Dicke von etwa I μπι und darunter) zu verwenden, was ■>·> es ermöglicht, die Empfindlichkeit und die Ansprechgeschwindigkeit der als Strahlungsempfänger in Frage kommenden Thermobatterien zu erhöhen.

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Thermobatterien weisen noch den Vorteil auf. w daß ihre kalten Thermoelementlötstellen eine viel größere Masse und Oberfläche als die heißen besitzen und so gestatten, die Wärmeableitung von den kalten Thermoelementlötstellen an das Gehäuse zu verbessern was für einen Ausgleich der Einflüsse der ηί Umgebungstemperatur äußerst wichtig ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung Werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine einzelne aus Folienblättern erhaltene Platte mit Fenstern,

F i g. 2 zwei übereinandergelegte Planen,

Fig.3 ein Halbzeug einer aus Platten mit Fenstern und Schlitzen zusammengesetzten Thermobatterie und F i g. 4 eine Thermobatterie.

Das Herstellungsverfahren für Thermobatterien aus Folienblättern wird gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung folgendermaßen durchgeführt:

Zwei Folienblätter 1 und 2 (F i g. 1) aus verschiedenen thermoelektrischen Materialien werden zu einer Platte verbunden, in der die Folienblätter 1 und 2 beiderseits deren Verbindungslinie 3 liegen. Eine derartige Verbindung der Folienblätter 1 und 2 kann durch Nahtschweißen mit einem Stumpf- bzw. Überlappstoß zustande kommen.

In der auf diese Weise hergestellten Platte wird eine Reihe von Fenstern 4 derart ausgeschnitten, daß die Zwischenwände der Fenster 4 die Verbindungslinie 3 der Foüpnblätter 1 und 2 schneiden undThermoelemen te 5 darstellen, da sie eine Lotste¹': zweier thermoelektrischcr Materialien enthalten. O:·: Fenster 4 können verschiedenförmig sein: rechteckig, oval, kreisförmig, ihre Breite muß größer als die der Zwischenwand sein Die Fenster 4 liegen derart, daß sich die Verbi.idungslinie Z der Folienblätter 1 und 2 im Mittelteil der Zwischenwand der Fenster befindet oder zum Ende der Zwischenwand verlagert ist; die Verbindungslinie 3 kann die Zwischenwände unter einem rechten oder einem anderen Winkel in Abhängigkeit von der erforderlichen Lage von Lötstellen in einer Thermobatterie schneiden.

Die auf diese Weise erhaltenen Platten mit Thermoelementen 5 werden derart aufeinandergelegt, daß das Folienblatt 1 des einen Materials der einen Platte am Folienblatt 2 des anderen Materials der anderen Platte anliegt und die Thermoelemente 5 der einen Platte in den Fenstern der anderen Platte angeordnet sind, wie dies in F 1 g. 2 mit ovalen Fenstern 4 gezeigt ist.

Die Platten werden an den den Enden der Thermoelemente 5, beispielsweise längs der Linie I. r.dhen Stellen verbunden, wodurch ein Halbzeug mit zwei Lötstellen gebildet wird. Es ist sinnvoll, derartige Halbzeuge mit einer größeren Anzahl von Thermoelementen 5 herzustellen, wie dies für eine Thermobatterie gefordert wird. In diesem Fall wird vom Halbzeug ein die erforderliche Zahl von Thermoelementen 5 enthaltender Teil abgeschnitten, und an die zwei ungleichnamigen Enden der äußeren Thermoelemente 5 werden Anschlußdrähte angeschaltet, die die Thermobatterie mit einer (nicht dargestellten) Meßschaltung verbinden.

Dann wird dieses Halbzeug für eine Thermobatterie mit den Anschlußdrähten befestigt, beispielsweise an eir.n (in F i g. 2 nicht gezeigten) Tragkörper mit elektrisch isolierender Fläche z. B. in Form eines flachen Rahmens angek! ibt. Das Halbzeug wird an Tragkörper derart angeordnet, daß sich die heißen Thermoelementlötstellen an den Zwischenwänden der Fenster im Mittelteil des Halbzeugs befinden und mit d'om Tragkörper nicnt kontaktieren und die Enden der Thermoelemente 5 am Rahmen des Tragkörpers anstoßen. Darauf werden die benachbarten Thermoelemente 5 in der Weise getrennt, daß sie lediglich eine Reihenschaltung zu bilden vermögen. Dies kann zum Beispiel durch Entfernen des Materials nach den Linien II erreicht werden,

Die genannte Verfahrensschrittfolge kann für die Platten mit einer beliebigen Fensterform verwendet

werden. In den Fällen, wo an die Thermobatterie Anforderungen in bezug auf die Miniaturisierung, maximale Bestrahlung von deren Empfangsfläche und Verringerung des Abstandes zwischen den Thermoelementen 5 gestellt werden, ist es am zweckmäßigsten, die Fenster in Form von gestreckten Rechteeken 6 (Fi g. 3) auszuführen, die bei den diagonal gegenüberliegenden Winkeln in schmale Schlitze 7 übergehen. Der Abstand zwischen den Fenstern 6 ist in diesem Fall der Breite eines einzelnen Thermoelements 5 und die Breite des Fensters 6 der Breite eines Thermoelements 5 und zweier Abstände zwischen den Thermoelementen 5 in der Therrnobatlerie gleich.

in der Platte, in der die genannten rechteckigen Fenster 6 mit Schlitzen 7 angebracht, sind, wird eine Reihe von Thermoelementen 5 mit rechteckigen Erweiterungen an den Enden gebildet, wobei im mittleren Teil die Thermoelemente 5 durch die rechteckigen Fenster 6 und an den Enden durch die Schlitze 7 getrennt sind.

Die Platten mit derartigen Fenstern 6 werden in der Weise aufeinandergelegt, daß die Thermoelemente 5 der einen Platte in den Fenstern der anderen Platte liegen und die Schlitze 7 der beiden Platten zusammenfallen, miteinander verbunden und am Tragkörper 8 (F i g. 4), wie oben beschrieben, befestigt. Die Trennung der Thermoelemente 5 des am Tragkörper 8 befestigten Halbzeugs wird in diesem Fall wesentlich vereinfacht. Zu diesem Zweck muß man lediglich die Ränder des

Halbzeugs nach der die Schlitze schneidenden Linie III (F ig. 3) abtrennen.

Das erfindungsgemäße Verfahren gibt die Möglichkeit, die Anordnung der heißen Thermoeiementlölstel-Ien zu variieren, was für die Herstellung spezieller Strahlungspyrometer wichtig ist. Für fadenförmige Objekte ist es z. B. erwünscht, die Lötstellen auf einer Geraden anzuordnen, bei anderen Anwendungen ist es notwendig, eine gleichmäßige Verteilung der Empfindlichkeit derThermobatlerie über deren Empfangsfläche u. ä. zu gewährleisten.

Dies wird durch die Wahl der Ebene und der Neigung für die Kreuzung von Lötstellenlinien durch die Fenster 4 bzw. 6 erreicht.

Wenn sich die Lötstellen und die Zwischenwände unter einem rechten Winkel schneiden, Hegen die Lötstellen der Thermobatterie auf einer durch die Mitte der Empiangsfiäcne der T'rierrnoBäiiene ninüürt-iige· henden Geraden. Wenn die Lötstellenlinie unter einem rechten Winkel zu den Zwischenwänden der Fenster 4 verläuft, jedoch bezüglich der Mitte der Länge des Thermoelements 5 verschoben ist, so liegen die Lötstellen der Thermobatterie in zwei parallelen Reihen.

Falls die Zwischenwände der Fenster 4 die Lötstellenlinie nicht unter einem rechten Winkel schneiden, liegen die Li^Kstellen in der Batterie längs zweier geneigter Linien liegen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Thermobatterie mit in Reihe verbundenen Thermoelementen, deren Thermoschenkel aus Folienblättern zweier verschiedener thermoelektrischer Materialien hergestellt und an einem Tragkörper befestigt sind, bei dem ein Folienblatt des ersten thermoelektrischen Materials mit einem Folienblau des zweiten thermoelektrischen Materials längs ihrer Seitenkanten derart verbunden werden, daß eine Platte gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in zwei solcher Platten längliche Fenster (4,6) so ausgeschnitten werden, daß sie die Verbindungslinie (3) der beiden Folienblätter (1, 2) schneiden und die die Fenster (4, 6) trennenden Zwischenwände (5) Thermoelemente bilden, daß die auf diese Weise erhaltenen zwei Platten derart aufeinandergelegt werden, d.iß das Folienblatt (1) des ersten thermoelektrischtii Materials der einen Platte auf dem Folienblatt (2) des zweiten thermoelektrischen Materials der anderen Platte liegt und die Thermoelemente (5) der einen Platte in den Fenstern (4) der anderen Platte angeordnet sind, daß die beiden Platten an den Enden der Thermoelemente (5) miteinander verbunden weroen und daß nach der Befestigung am Tragkörper (8) benachbarte Thermoelemente (5) derart getrennt werden, daß alle Thermoelemente (5) in Reihe hintereinandergeschaltet sind

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lä.igliche . Fenster (6) an zwei diagonal gegenüberliegenden Ecken in Schlitze (7) übergehen, daß die beiden Pia! ;n so aufeinandergelegt werden, daß die Schlitze (7) der beiden Platten zusammenfallen, daß die beiden Platten in der Zone der Schlitze (7) verbunden werden und daß nach der Befestigung am Tragkörper (8) die auf ihre Verbindungsstellen folgenden Enden der beiden Platten längs einer die Schlitze (7) schneidenden Linie(III)abgeschnitten werden(Fig. 3und4).