DE1205598B - Method of manufacturing a thermocouple or a thermopile - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.Int. Cl.

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Deutsche Kl.: 21 b - 27/01: ;German class: 21 b - 27/01:;

Nummer: 1205 598Number: 1205 598

Aktenzeichen: M 38005 VIII c/21 bFile number: M 38005 VIII c / 21 b

Anmeldetag: 21. Juni 1958 Filing date: June 21, 1958

Auslegetag: 25. November 1965Opening day: November 25, 1965

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Thermoelements oder einer Thermosäule, deren Thermoelemente von einem Träger so getragen werden, daß die Heiß- und die Kalt-Kontaktstellen der Thermoelemente frei tragend den Träger überragen.
Verfahren dieser Art sind bekannt. Wenn Thermoelemente von einem Strom durchflossen werden, so wird an ihren Kontaktstellen Wärme frei oder Wärme absorbiert, je nachdem, in welcher Richtung der Strom fließt. Das Ausmaß dieser Effekte nimmt mit wachsender Stromstärke zu.The invention relates to a method for producing a thermocouple or a thermopile, the thermocouples of which are carried by a carrier in such a way that the hot and cold contact points of the thermocouples project beyond the carrier in a self-supporting manner.
Processes of this type are known. When a current flows through thermocouples, heat is released or heat is absorbed at their contact points, depending on the direction in which the current flows. The extent of these effects increases with increasing current strength.

Will man Thermosäulen, die aus einer großen Anzahl von Thermoelementen bestehen, herstellen, so muß man eine große Anzahl von Drähten, die als Elementschenkel dienen, durch Verlöten miteinander verbinden. Der Arbeitsaufwand hierfür ist groß und unrentabel.If you want to manufacture thermopiles, which consist of a large number of thermocouples, so one must have a large number of wires, which serve as element legs, by soldering them together associate. The work involved for this is great and unprofitable.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist demgegenüber dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel des Thermoelements oder der Thermoelemente zunächst in bei der Herstellung von Thermoelementen anderer Bauart bekannter und zur Herstellung »gedruckter Schaltungen« dienender Weise auf einen provisorisehen Träger aufgedruckt und dann an den Kontaktstellen miteinander verlötet werden und daß die so entstandenen Thermoelemente anschließend von dem provisorischen Träger abgelöst und auf den endgültigen, entsprechend dimensionierten und gestalteten Träger aufgetragen und auf ihm so befestigt werden, daß nur die zwischen den Heiß- und Kaltkontaktstellen liegenden Schenkelteile auf ihm aufliegen. The inventive method is characterized in that the legs of the Thermocouple or the thermocouples first used in the manufacture of thermocouples of others Design known and used for the production of "printed circuits" on a provisional basis The carrier is printed and then soldered together at the contact points and that the The resulting thermocouples are then detached from the temporary carrier and placed on the final, appropriately dimensioned and designed carrier applied and attached to it that only the leg parts lying between the hot and cold contact points rest on it.

Die Heiß- bzw. Kalt-Kontaktstellen erfindungsgemäß hergestellter Thermoelemente bzw. Thermosäulen können von einem Heiz- bzw. Kühlmedium unmittelbar umströmt werden, wie dies bekanntermaßen wünschenswert ist.The hot or cold contact points of thermocouples or thermopiles produced according to the invention can be flowed around directly by a heating or cooling medium, as is known is desirable.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist sehr einfach und wirtschaftlich durchzuführen. Ist es beabsichtigt, beträchtliche Wärmemengen umzusetzen, so läßt sich dies dadurch verwirklichen, daß man die Anzahl der Thermoelemente, die sich auf einem Träger befinden, nach Bedarf erhöht und eine entsprechend große Anzahl solcher Träger in einer Anordnung vereinigt.The process according to the invention can be carried out very simply and economically. Is it intended to implement considerable amounts of heat, this can be achieved by the fact that the number of thermocouples, which are located on a carrier, increased as required and one correspondingly large number of such carriers combined in one arrangement.

Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele von Thermoelementen bzw. Thermosäulen, die nach der Erfindung hergestellt sind. Es stellt dar F i g. 1 ein einzelnes Thermoelement, F i g. 2 eine Thermosäule.The figures show exemplary embodiments of thermocouples or thermopiles, which according to the Invention are made. It represents F i g. 1 a single thermocouple, F i g. 2 a thermopile.

Verfahren zur Herstellung eines Thermoelements oder einer ThermosäuleMethod of manufacturing a thermocouple or a thermopile

Anmelder:Applicant:

Jean Michel, Genf (Schweiz)Jean Michel, Geneva (Switzerland)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. F. WeickmannDipl.-Ing. F. Weickmann

und Dr.-Ing. A. Weickmann, Patentanwälte,and Dr.-Ing. A. Weickmann, patent attorneys,

München 27, Möhlstr. 22Munich 27, Möhlstr. 22nd

Als Erfinder benannt:
Jean Michel, Genf (Schweiz)Named as inventor:
Jean Michel, Geneva (Switzerland)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Schweiz vom 21. Juni 1957 (47529)Switzerland of June 21, 1957 (47529)

In Fig. 1 erkennt man ein erfindungsgemäß hergestelltes Thermoelement zur Messung von Oberflächentemperaturen. Das Thermoelement besteht aus einer Isolierschicht 1, auf welche eine Kupferspirale 2 und eine Konstantanspirale 3 aufgedruckt sind. Im Zentrum der Spiralen sind diese durch eine freiliegende Schenkelkontaktstelle 4 miteinander verbunden. Die äußeren frei liegenden Enden der Spiralen sind an Klemmen 5 und 6 angeschlossen; an diese Klemmen 5 und 6 können die Leiter 7 und 8 angeschlossen werden, welche den in dem Thermoelement erzeugten Strom einem Meßgerät zuführen. Die Isolierschicht 1 wird mit ihrer bedruckten Fläche an die Meßfläche angelegt, an der die Temperatur gemessen werden soll. Die Spiralen 2 und 3 können mit einem isolierten Schutzlack überzogen sein.1 shows a thermocouple manufactured according to the invention for measuring surface temperatures. The thermocouple consists of an insulating layer 1 on which a copper spiral 2 and a constantan spiral 3 are printed. In the center of the spirals these are through a exposed leg contact point 4 connected to one another. The outer exposed ends of the spirals are connected to terminals 5 and 6; The conductors 7 and 8 can be connected to these terminals 5 and 6 be connected, which feed the current generated in the thermocouple to a measuring device. The insulating layer 1 is applied with its printed surface on the measuring surface on which the temperature should be measured. The spirals 2 and 3 can be covered with an isolated protective varnish be.

In der Fig. 2 ist eine erfindungsgemäß hergestellte thermoelektrische Säule dargestellt. Sie besitzt eine isolierende Unterlage 10, auf der sternförmig die Thermoelementschenkel 11 und 12 aus Kupfer und Konstantan aufgedruckt sind. Die inneren Enden der Schenkel 11 und 12 sind durch frei liegende Kontaktstellen 14 und die äußeren Enden durch freiliegende Kontaktstellen 15 so miteinander verbunden, daß eine große Anzahl von in Serie geschalteten Thermoelementen gebildet ist. Die mittig frei liegenden Kontaktstellen 14 werden z. B. erwärmt,In Fig. 2, a thermoelectric column produced according to the invention is shown. she owns an insulating base 10, on which the thermocouple legs 11 and 12 made of copper in a star shape and constantan are printed on it. The inner ends of the legs 11 and 12 are exposed by contact points 14 and the outer ends connected to one another by exposed contact points 15 so that that a large number of series-connected thermocouples are formed. The center free lying contact points 14 are z. B. heated,

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während die außen frei liegenden Kontaktstellen 15 abgekühlt werden.while the externally exposed contact points 15 are cooled.

Die Herstellung der in Fig. 2 dargestellten Thermoelemente kann etwa folgendermaßen vor sich gehen: Ausgegangen wird von einem dünnen, aus zwei Metallschichten (Konstantan und Kupfer) bestehenden Band; die Metallschichten sind kalt oder warm aufeinandergewalzt; an denjenigen Stellen, an denen die Metallschichten auf der Vorderseite oder auf der Rückseite des Bandes erhalten bleiben sollen, um die in Fig. 2 dargestellte Thermoelementschenkelreihe zu erhalten, bedeckt man das Band nach einem der bekannten Verfahren (Maskenverfahren, Seidenschirmverfahren, fotografisches Verfahren) zur Herstellung gedruckter Schaltungen mit einer Schutzschicht. Die nicht geschützten Stellen der jeweiligen Metallschicht beseitigt man, wie ebenfalls bei Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen bekannt, durch chemische oder elektrochemische Ätzung, durch Elektroerosion, durch Ultraschallbehandlung oder durch ein anderes entsprechend wirkendes Verfahren. Die verbleibenden Bandteile bilden die in F i g. 2 dargestellte Thermoelementschenkelreihe und werden auf die Isolierplatte so aufgetragen, daß ihre Kontaktstellen frei liegen.The manufacture of the thermocouples shown in FIG. 2 can be approximately as follows go: It is assumed that it is thin and consists of two layers of metal (constantan and copper) Tape; the metal layers are cold or hot rolled on top of one another; in those places which the metal layers on the front or on the back of the tape should be retained, in order to obtain the row of thermocouple legs shown in FIG. 2, the tape is covered according to one of the known processes (mask process, silk screen process, photographic process) for the production of printed circuits with a protective layer. The unprotected places the respective metal layer is removed, as is also the case with processes for the production of printed circuits known, by chemical or electrochemical etching, by electrical discharge machining Ultrasound treatment or another corresponding process. The remaining Band parts form the in F i g. 2 shown thermocouple leg row and are on the insulating plate applied so that their contact points are exposed.

Man kann auch die eine Metallschicht auf die andere durch ein Elektroniederschlagsverfahren auftragen oder durch ein chemisches Reduktionsverfahren, durch Vakuumaufdampfung oder durch Sintern. Schließlich können die beiden Metallschichten auch teilweise nach einem ersten, teilweise nach einem anderen der hier erwähnten Verfahren aufgetragen werden. Wenn man die Thermoelementschenkelreihe einmal hergestellt hat, so wird sie auf die isolierende Trägerschicht aufgebracht.One can also put one metal layer on top of the other by an electronic deposition process apply or by a chemical reduction process, by vacuum evaporation or by sintering. Finally, the two metal layers can also partly after a first, partly after another of the methods mentioned here. If you have the thermocouple leg row once produced, it is applied to the insulating carrier layer.

Die Thermoelementschenkel können auch aus Halbleitern hergestellt werden; der thermoelektrische Effekt ist nämlich häufig bei Halbleitern stärker ausgeprägt als bei Metallen.The thermocouple legs can also be made from semiconductors; the thermoelectric The effect is often more pronounced with semiconductors than with metals.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man dadurch, daß man die Herstellung der Thermoelementschenkel auf die Zeichen- und Fotografiertechnik zurückführt, die Anzahl der Verbindungsstellen zwischen ihnen auf sehr hohe Werte steigern; man kann ferner die einzelnen Thermoelementschenkel in einem einzigen Arbeitsgang mit hoher Genauigkeit an Ort und Stelle anbringen; auch die Herstellung der Kontaktstellen zwischen den Thermoelementschenkeln durch Hartlöten, elekirisches Schweißen, Hochfrequenzschweißen usw. ist dadurch erleichtert. Die Kontaktstellen können in beliebiger räumlicher und flächenhafter Verteilung angeordnet sein: Kurven, Rotationsflächen, in Reihen, Batterien und mosaikförmig. Die Überlappungsstellen der Schenkel können beliebig gewählt werden; die warmen Verbindungsstellen können ohne weiteres von den kalten getrennt angeordnet werden. Auch der Widerstand der zwischen den Kontaktstellen liegenden Schenkel kann genau eingestellt werden. Die Abkühlungsflächen können vergrößert werden, z. B. dadurch, daß man sie flügelförmig ausbildet. Auch können die Thermosäulen auf kleinstem Raum zusammengedrängt werden. Besonders die bandförmigen Schenkel erfindungsgemäß gedruckter Thermoelemente sind hinsichtlich der Wärmeabfuhr sehr vorteilhaft.With the aid of the method according to the invention, one can by the fact that the manufacture of the thermocouple legs traces back to the drawing and photography technique, the number of connection points increase between them to very high values; you can also use the individual thermocouple legs Install in place with high accuracy in a single operation; also the Manufacture of the contact points between the thermocouple legs by brazing, electrical Welding, high-frequency welding, etc. is thereby facilitated. The contact points can be in any spatial and areal distribution: curves, surfaces of revolution, in rows, Batteries and mosaic shaped. The overlap points of the legs can be chosen arbitrarily; the warm connection points can easily be arranged separately from the cold ones. Also the Resistance of the legs lying between the contact points can be precisely adjusted. The cooling surfaces can be enlarged, e.g. B. by making them wing-shaped. Also can the thermopiles are squeezed together in the smallest of spaces. Especially the band-shaped ones Legs of thermocouples printed in accordance with the invention are great in terms of heat dissipation advantageous.

Für die Thermoelemente bzw. Thermosäulen nach der Erfindung gibt es zahlreiche Anwendungen. Sie können z. B. als Detektoren bei pyrometrischen Messungen verwendet v/erden. Ein anderes Anwendungsgebiet ist die Herstellung von elektrischen Stromquellen geringer Leistung, wobei man von einer natürlichen oder künstlichen Wärmequelle ausgeht. Man kann z. B. die Sonnenstrahlung oder die durch Verbrennung von Brennstoffen erzeugte Wärme zur Aufheizung der heißen Verbindungsstellen benutzen, Wärmequellen also, die in Automobilen, Flugzeugen und ferngelenkten Geschossen zur Verfügung stehen. Auch kann die Erhitzung, welche durch das Entlangströmen eines Strömungsmittels an einer Fläche hervorgerufen wird, zur Aufheizung der Kontaktstellen benutzt werden. Mosaikartig angeordnete, erfindungsgemäß hergestellte Thermoelemente können für die Klimatisierung verwendet werden, d. h. zur Erhöhung der Temperatur durch den Joule-Effekt und zur Erniedrigung der Temperatur nach dem Peltier-Effekt. Auch zur Kühlung von Luft können die erfindungsgemäßen Thermoelemente angewandt werden.There are numerous applications for the thermocouples or thermopiles according to the invention. she can e.g. B. used as detectors in pyrometric measurements v / ground. Another area of application is the manufacture of low power sources of electrical power, one being one natural or artificial heat source. You can z. B. the solar radiation or the through Use the heat generated by combustion of fuels to heat the hot joints, In other words, heat sources that are available in automobiles, airplanes and remote-controlled projectiles. The heating, which is caused by the flowing of a fluid along a surface, can also occur will be used to heat the contact points. Arranged like a mosaic, according to the invention manufactured thermocouples can be used for air conditioning, i.e. H. to increase the temperature by the Joule effect and to lower the temperature according to the Peltier effect. The thermocouples according to the invention can also be used for cooling air.

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Verfahren zur Herstellung eines Thermoelements oder einer Thermosäule, deren Thermoelemente von einem Träger so getragen werden, daß die Heiß- und die Kaltkontaktstellen der Thermoelemente frei tragend den Träger überragen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel des Thermoelements oder der Thermoelemente zunächst in bei der Herstellung von Thermoelementen anderer Bauart bekannter und zur Herstellung »gedruckter Schaltungen« dienender Weise auf einen provisorischen Träger aufgedruckt und dann an den Kontaktstellen miteinander verlötet werden und daß die so entstandenen Thermoelemente anschließend von dem provisorischen Träger abgelöst und auf den endgültigen, entsprechend dimensionierten und gestalteten Träger aufgetragen und auf ihm so befestigt werden, daß nur die zwischen den Heiß- und Kaltkontaktstellen liegenden Schenkelteile auf ihm aufliegen.Process for the production of a thermocouple or a thermopile, its thermocouples are carried by a carrier so that the hot and cold contact points of the Thermocouples protrude cantilevered over the carrier, characterized in that the legs of the thermocouple or the Thermocouples initially in the production of thermocouples of other types known and for the production of "printed circuits" on a temporary carrier are printed and then soldered together at the contact points and that the resulting Thermocouples then detached from the temporary carrier and placed on the final, appropriately dimensioned and designed carrier applied and attached to it that only the leg parts lying between the hot and cold contact points rest on him. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 211424, 243 862,
443 081;Considered publications:
German patent specifications No. 211424, 243 862,
443 081; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 638 943;
USA.-Patentschriften Nr. 2 381 819, 2 519 785.German utility model No. 1 638 943;
U.S. Patent Nos. 2,381,819, 2,519,785. Bei der Bekanntmachung der Anmeldung ist ein Prioritätsbeleg ausgelegt worden.A priority document was displayed when the registration was announced. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 509 739/156 11.65 © Bundesdruckerei Berlin509 739/156 11.65 © Bundesdruckerei Berlin