Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM
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Alternative Bauformen für eine bessere thermische Ankopplung

© Fraunhofer IPM
In der Aufbauvorrichtung wurden Peltierstreifen mit Wärmeleitkleber auf Kupferfinnen aufgeklebt. Ein Peltierstreifen besteht aus zwei Curamic-Platten mit Kupfer-Pads, auf die die Schenkel mit p- und n-dotiertem Material aufgelötet sind. Die Schenkel sind dadurch thermisch parallel und elektrisch in Reihe geschaltet. Zur Kontaktierung der Streifen wurden Kupferdrähte angelötet.
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Mit dem Aufbau können Wärmestrom-Dichten von > 30.000 W/m² (Heizen) bzw. 12.000 W/m² (Kühlen) erzielt werden. Dies kann genutzt werden, um das Rohr präzise zu temperieren.

Im Hinblick auf die thermische Ankopplung sind mitunter Alternativen zur üblichen planaren Bauform von Peltier-Elementen gefragt. Im Rahmen eines Forschungsprojekts haben wir selbstgefertigte Streifen aus thermoelektrischem Material entwickelt, in Reihe geschaltet und um ein dünnwandiges Rohr angeordnet. Ziel des »Rohr-Pelt«-Konzepts ist es, Rohre aus einem Formgedächtnis-Material sehr präzise zu temperieren, um sie auf sehr kleinem Bauraum als Aktor nutzen zu können. Die Rohre sind aus der thermischen Formgedächtnis-Legierung Nitinol gefertigt. Durch eine Temperaturänderung lässt sich eine Änderung vom Grundzustand des Materials (Martensit) in einen ausgelenkten Zustand (Austenit) herbeiführen, wobei eine Bewegung induziert wird. So lässt sich das Rohr thermisch gezielt steuern und als Aktor nutzen. Entscheidend dabei ist die thermische Ankopplung: Je größer der Druck, desto besser werden Unebenheiten ausgeglichen; gleichzeitig kann zu viel Kraft auf das Material (in unserem Fall Bismut-Tellurid) zum Zerbrechen der TE-Schenkel führen. Auch ein schiefer Zusammenbau oder Scherkräfte zerstören die Schenkel. Der Aufbau des Rohr-Pelts wurde deshalb mit einer eigens dafür entwickelten Aufbau-Vorrichtung realisiert.

Mit diesem Demonstrator-Aufbau wurden Heiz-Wärmestromedichten von > 30.000 W/m² und Kühl-Wärmestromdichten von 12.000 W/m² erzielt.