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Thermoelektrische Einrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung Thermoelektrische
Kühleinrichtungen mit einer Anzahl von Peltierelementen, deren Schenkel über elektrische
Leiter miteinander in Reihe geschaltet sind, sind bekannt. Es ist auch bei derartigen
Einrichtungen bekannt, daß beim Fließen eines Gleichstromes an einigen Leitern eine
Wänneabsorption, an den anderen eine Wärmeabgabe erfolgt. Bei diesen Einrichtungen
ist eine Kühlplatte vorgesehen, die mit wenigstens einigen der wärineaufnehmenden
Leiter verbunden ist und mit diesen eine erste thermische Berührungsfläche bildet,
über die Wärme von der Platte auf die Leiter übertragen wird. Gleichzeitig ist die
Einrichtung mit Rippen ausgestaltet, die mit wenigstens einigen der wähneabgebenden
Leiter ver-C lb bunden sind und mit diesen eine zweite thermische Berührungsfläche
bilden, über die Wärme von diesen Leitern auf die Rippen übertragen wird, und bei
der an jeder der therinischen Berührungsflächen elektrisch isolierende Schichten
vorhanden sind, die einen Kurzschluß des Reihenstromkreises verhindern und von denen
wenigstens eine Schicht aus einem auf eine Aluminiumunterlage gufgebrachten eloxierten
Belag mit unregelmäßiger Oberfläche gebildet ist.
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Bei diesen bekannten Einrichtungen besteht nun die Gefahr der Zerstörung
der eloxierten Sperrschicht, und zwar durch den kontinuierlich fließenden Strom
und die von dem Eiswürfelbehälter herrührende Feuchtigkeit.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe, zugrunde, die eloxierte Oberfläche
so zu gestalten, daß derartige Zerstörungen nicht auftreten können. Diese Aufgabe
wird gemäß der Erfindung, dadurch gelöst, daß zur Verbesserung der dielektrischen
Eigenschaften und der thermischen Leitfähigkeit der Sperrschicht der eloxierte Belag
mit einer Silikonflüssigkeit impräniert ist, so daß eine gleichmäßige Oberfläche
entsteht.
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Durch diese Ausgestaltung wird neben der Vermeidung der Zerstörung
der eloxierten Oberfläche noch der Vorteil einer erheblichen Steigerung des Wirkungsgrades
der Wärmeübertragung erreicht. Diese Vorteile treten auch dann auf, wenn gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Silikonflüssigkeit von hoher Viskosität
ist und an Stelle der Imprägnierung nur schmiermittelartig auf die eloxierte Oberfläche
aufgebracht ist. Es kann aber auch die eloxierte- Oberfläche mit einer Silikonflüssikeit
geringer Viskosität imprägniert und eine Silikonflüssigkeit hoher Viskosität auf
die, imprägnierte eloxierte Oberfläche aufgebracht werden.
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Das Herstellen einer thermoelektrischen Einrichtung der angeführten
Art wird dadurch vorgenommen, daß zum Herstellen der eloxierten Schichten auf einem
elektrisch leitenden und wärineleitenden Metallkörper dieser in eine verdünnte Schwefelsäurelösung
eingetaucht wird, die Säurelösung auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten und
eine Gleichspannung zwischen dem Körper und der Säure angelegt wird und nach der
Oxydation der Körper aus der Säure entfernt und abgespült wird und auf die Oberfläche
des Körpers eine stabile Silikonflüssigkeit aufgebracht wird.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile der Kühleinrichtung nach der Erfindung
gehen aus der Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles
hervor. Es zeigt F i g. 1 eine Vorderansicht einer thermoelektrischen Kältemaschine
bei entfernter Tür, F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der F i
g. 1
bei der Darstellung der relativen Stellungen der Hauptelemente der thermoelektrischen
Kältemaschine, F i g. 3 einen Teilschnitt nach der Linie, 3-3 der
F i g. 2,- welche die thermoelektrische Einheit in ihrer Anordnung in der
Kältemaschine zeigt, F i g. 4 einen Schnitt durch die Peltierbatterie nach
der Linie 4-4 der F i g. 3, welche die neuartigen dielektrischen und wärmeleitenden
Platten in ihrer Stellung veranschaulicht,
F i g. 5 eine
auseinandergezogene, maßgerechte Darstellung der Anordnung der Einzelteile der Peltierbatterie,
und zwar die abhängigen Stellungen der Leiterstreifen und der dazwischen angeordneten
Thermoschenkel, F i g. 6 eine auseinandergezogene maßgerechte Darstellung
der gesamten Peltierbatterie, welche die relativen Stellungen der thermoelektrischen
Schenkel der neuartigen dielektrischen, wärmeleitenden Platten, der Gefrierplatten
und der Wärmeleitblöcke veranschaulicht, F i g. 7 eine schematische Darstellung
des elektrischen Stromkreises für die thermoelektrische Kältemaschine, F i
g. 8 einen vergrößerten Teilquerschnitt der neuartigen Scheiben, welche die
allgemeine Form des Materials derselben veranschaulicht, F i g. 9 einen vergrößerten
Teilschnitt einer eloxierten Endanschlußplatte gemäß einer Abwandlung der Erfindung.
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Die F i g. 1 und 2 zeigen eine thermoelektrische Kältemaschine
10, die aus einem Außengehäuse 11,
einem Kühlmaschinengehäuse 12, einer
Gehäusetür 13, einem Ventilator 14, einer thermoelektrischen Kühleinheit
15 und einer elektrischen Kraftanlage 16
(F i g. 7) besteht.
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Das äußere Gehäuse 11 ist auf einem Tragkörper 20 innerhalb
einer öffnung 21 in einer Wand 22 gelagert und mit einem Flansch 23 versehen,
der die Öffnung 21 umschließt. Das Kühlgehäuse 12 ist in dem äußeren Gehäuse
11 auf oberen und unteren verkleideten Bügeln 24 aufgehängt und bildet einen
U-förmigen Luftkanal 25 auf drei Seiten des Kühlmaschinengehäuses 12. Der
Ventilator 14 besitzt einen Flügel 26, der von einem Motor 27 angetrieben
wird, der auf einem Bügel 28 gelagert ist. Der Bügel 28 ist mittels
Nieten oder ähnlicher Mittel an einem Kältemaschinenhalter 29 befestigt.
Der Halter 29 ist mit einer Öffnung 31 versehen, und der Ventilator
14 kann durch den unteren verkleideten Bügel 24, den Kanal 25 und die öffnung
31 Luft ansaugen und durch den oberen verkleideten Bügel 24 nach außen abgeben,
wie es durch die Pfeile angedeutet ist (F i g. 2).
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Das Kältemaschinengehäuse 12 ist mit einem äußeren Mantel
35, einem inneren Mantel 36 und einer Kühlkammer 37 versehen,
die von dem inneren Mantel 36 begrenzt wird. Der äußere Mantel
35 besitzt einen nach innen verlaufenden Flansch 38,
welcher eine vordere
öffnung 39 der Kühlkammer 37
begrenzt. Die Kühlkammer 37 besitzt
einen nach außen gerichteten Flansch 40, der mit dem Flansch 38 zusammenwirkt,
um den äußeren Mantel 35 und die Kühlkammer 37 abzudichten.
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Der Kühlkammermantel 35 besitzt eine entfernbare Rückwand 41,
und zwischen dem inneren Kammermantel 36 und dem Außenmantel 35 ist
Wärmeisolierungsmaterial 42 vorgesehen. Die Tür 13 ist um ein Scharnier 45
drehbar gelagerte das an dem Außenmantel 35 befestigt ist, und ist mit einer
Dichtung 46 versehen, die die vordere öffnung 39 der Kühlkammer
37 in der angehobenen Stellung abdichtet. Die Tür kann mittels eines Magneten
oder eines anderen Verklinkungsmittels (nicht gezeigt) in der angehobenen Stellung
gehalten werden.
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Die thennoelektrische Kälteeinheit 15 ist in öffnungen 47 und
48 der Innen- und Außenmäntel 35
und 36 durch Schrauben 49 gehalten.
Die thermoelektrische Einheit 15 besteht im allgemeinen aus einer Gefrierplatte
50 mit einem Eiswürfelkörbchen oder einem anderen zu kühlenden Gefäß 50a,
einer Wänneleitplatte 51 mit Rippen 52, einem Wärmeübertragungsblock
53, thermoelektrischen Models 54, dielektrischen Wärmeleitscheiben
55 und einer elektrischen und wärmeleitenden Verschraubung 56.
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Die Gefrierplatte 50 besitzt einen oberen Abschnitt
60, der in der öffnung 47 des inneren Kammermantels 36 angeordnet
ist und einen unteren Oberflächenabschnitt 61, der neben der Öffnung 47 Angel
ordnet ist. Für die Wärmeabdichtung der Kühlkammer 37 und der Gefrierplatte
50 ist eine Dichtung 62 vorgesehen.
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Die Rippen 52 der Wärmeleitplatte sind in den Schlitzen
63 befestigt und in dem Kanal 25 angeordnet. Die Rippen
52 sind somit in der Lage, die Wärine leicht an die Luft abzugeben, welche
in dem Kanal 25 um sie herumströmt. Der Wänneübertragungsblock
53 ist an der Wärmeleitplatte 51 befestigt und stützt die Peltierbatterien
54 zwischen den Scheiben 55, welche jeweils mit einer Bodenfläche 64 der
Gefrierplatte 50 und der Oberseite 53a des Wärmeübertragungsblockes
53 in Eingriff gehalten werden.
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Die Elemente der thennoelektrischen Einheit 15
werden durch
die Schraubstifte 56 gehalten (F i g. 2 und 3). Die Schraubstifte
56 besitzen eine dielektrische mit Gewinde versehene Hülse 65, die
nicht wänneleitend ist, eine Stehbolzenschraube 66, welche in die Gefrierplatte
50 und die Hülse 65 eingeschraubt ist, sowie eine Schraube
67, welche durch einen Kanal 68 in die wänneleitende Platte
51 zwischen die Rippen 52 eingesetzt und in die mit Gewinde versehene
Hülse 65 eingeschraubt ist.
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Die Peltierbatterien 54 (F i g. 4 und 5) bestehen im
allgemeinen aus einem unteren Anschlußleiterstreifen 75, unteren Leiterstreifen
76,. oberen Leiterstreifen 77, ungleichen thennoclektrischen Schenkeln
78 und einem dielektrischen und thennisch nichtleitenden Material
79.
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Die Anschlußstreifen 75, die unteren Leiterstreifen
76 und die oberen Leiterstreifen 77 können gemäß der Darstellung in
der F i g. 5 angeordnet werden, so daß die ungleichen Schenkel
78, die als zylindrisch geformte Elemente dargestellt sind, abwechselnd zwischen
den oberen Leiterstreifen 77 und den unteren Leiter- und Anschlußstreifen
76 bzw. 75 angeordnet sind. Die Schenkel 78 der Peltierelemente
sind jeweils an die oberen Streifen 77 bzw. die unteren Streifen
75 und 76 angelötet, um eine Kaltverbindung mit den oberen Streifen
77 und eine Heißverbindung mit den unteren Streifen 75 und
76 vorzusehen. Diese Lötverbindungen mit den entsprechenden Streifen dienen
auch zur Herstellung einer Reihenverbindung zwischen den therinoelektrischen Schenkeln
78. Die thermoelektrischen Schenkel 78 werden ferner in einer Stellung
zwischen dem oberen Streifen 77 und den unteren Streifen 75 und
76 durch das dielektrische und nicht wärmeleitende Material 79 gehalten.
Das Material 79 kann ein Polyurethan-Kunststoff oder ein ähnliches Material
sein, welches geschäumt oder anderweitig um die Schenkel 78 herum verformt
werden kann, um eine weitere seitliche Halterung der thermoelektrischen Schenkel
78 vorzusehen (F i g. 4).
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Die Anschlußstreifen 75 sind mit einer Gleichstromquelle verbunden,
deren Polung so gewählt ist, daß die oberen Leiterstreifen als wänneabsorbierende
und
die unteren Leiterstreifen 76 als wärmeableitende Streifen wirken.
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Die Scheiben 55 sind oberhalb und unterhalb der Batterie 54
(F i g. 4) angeordnet, um benachbarte Streifen, die oberen Streifen
77 von der Gefrierplatte 50 und die unteren Streifen 75 und
76 von dem Wärmeübertragungsblock 53, elektrisch zu isolieren. Die
Scheiben 55 leiten auch die Wärme zwischen den kalten wärmeabsorbierenden
Streifen 77 und der Gefrierplatte 50 sowie zwischen den Wärmeableitungsstreifen
76 und dem Wärineübertragungsblock 53.
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Die Scheiben 55 umfassen eine Metall- oder Grundplatte
85 (F i g. 8), eine eloxierte Schicht 86,
eine dielektrische
wärineleitende Flüssigkeit 87,
welche eine niedrige Viskosität hat und eine
stark viskose dielektrische und wärmeleitende Flüssigkeit 87 a. Die Grundplatte
85 ist in Form einer Metallplatte aus elektrisch leitendem und wärineleitendem
Material, wie z. B. Aluminium, hergestellt und mit der harten eloxierten Schicht
86 versehen.
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Das Eloxieren der Aluminiumoberfläche kann dadurch erfolgen, daß die
Aluminiumplatte 85 in ein verdünntes Schwefelsäurebad gehalten und zwischen
der Aluminiumplatte und dem Säurebad eine Potentialdifferenz von etwa
50 bis 75 Volt hergestellt wird. Dadurch entsteht eine Aluminiumoxydschicht
76 auf der Oberfläche 88 der Platte 85. Der Strom fließt etwa
15 bis 20 Minuten lang für die Bildung eines Oxydfilms von 0,5 mm
Stärke. Dabei hat die schweflige Säure zweckmäßig eine Temperatur von -21
C.
Nach Beendigung des Eloxiervorganges sollten die Teile mit kaltem Wasser
gespült werden, woran sich eine Spülung mit heißem Wasser anschließt. Durch das
heiße Wasser wird jegliches nicht oxydierte Aluminium an der Grundfläche der Aluminiumoxydschicht
86 noch oxydiert.
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Die oxydierte dielektrische Schicht 86 ist jedoch elektrolytisch
leitend, wenn sie Feuchtigkeit aufnimmt, wie es bei der Verwendung zur Erzeugung
einer Kühlung der Fall ist. Der dann fließende elektrische Strom führt zu einem
Zerfall und zu einer Löcherbildung in der eloxierten Schicht. Um dieses zu vermeiden
und die wärmeleitenden nun isolierenden dielektrischen Eigenschaften der eloxierten
Schicht 86 zu verbessern, wird auf die dielektrische, eloxierte Oberfläche
86 eine dielektrische Flüssigkeit aufgebracht. Die Flüssigkeit kann entweder
durch Imprägnieren der eloxierten Oberfläche 86 mit einer dielektrischen
Flüssigkeit 87 oder durch Aufbringen einer hochgradig viskosen dielektrischen
Flüssigkeit 87a darüber oder durch Imprägnieren und Aufbringen einer Flüssigkeit
87 und 87a aufgetragen werden.
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Die Flüssigkeit 87 dringt beim Imprägnieren in die Zwischenräume
der eloxierten Oberfläche 86 ein und verhindert eine Zerstörung und Durchlöcherung
der Oberflächenschicht 86 durch eine Elektrolyse, welche durch das Zusammenwirken
der Feuchtigkeit mit dem Gleichstrom, welchem die eloxierte Oberfläche
86 ausgesetzt ist, verursacht werden könnte. Die hochgradig viskose Flüssigkeit
87 a wird nur auf die eloxierte Oberflächenschicht 86 aufgetragen.
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Die eloxierten Grundplatten 85 werden mit der dielektrischen
würineleitenden Flüssigkeit 87, z. B. Silikon-Dimethasilikon oder einer ähnlichen
mit Silikon angefüllten Flüssigkeit imprägniert, indem die eloxierten Aluminiumplatten
in einen Behälter mit der Flüssigkeit von geringer Viskosität eingetaucht werden.
Der Behälter wird mit seinem Inhalt in eine Vakuumkammer eingebracht. Der Druck
in der Vakuumkammer wird auf etwa 749,3 mm Quecksilbersäule abgesenkt und
auf diesem Druck gehalten, bis die Luft in der eloxierten Aluminiumschicht
86 und in der Flüssigkeit 87 entfernt ist. Die Luft ist im allgemeinen
vollständig entfernt, wenn die Blasenbildung in der Flüssigkeit aufgehört hat.
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Daraufhin wird das Vakuum aufgehoben, und der somit auf die Oberfläche
der Flüssigkeit ausgeübte Luftdruck drückt die Flüssigkeit in die Zwischenräume
der cloxierten Schicht 86 auf den Grundplatten 85 und schließt somit
die eloxierte Schicht 86
ab. Diese gründliche Abdichtung der eloxierten Schicht
86 verbessert sowohl die dielektrischen Eigenschaften der Oberflächen der
Platten erheblich als auch deren Wärmeleitfähigkeit.
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Obwohl die Imprägnierungsflüssigkeit 87 die Wärmeleitfähigkeit
der eloxierten Oberfläche 88 erlieblich verbessert und auch diese Oberfläche
schützt, kann doch die Wärineleitfähigkeit durch das Auftragen der hochgradigen
viskosen dielektrischen und wänneleitenden Flüssigkeit 87 a auf die imprägnierte
eloxierte Oberfläche 88 weiter verbessert werden. Die hochgradig viskose
dielektrische Flüssigkeit 87a kann Silikon-Dimethasilikon oder ein mit Silikon versetztes
Schmiermittel sein. Die hochgradig viskose Flüssigkeit 87a erhöht in großem Maße
den Oberflächenberührungsbereich der eloxierten Oberflächen 88 und bildet
ein zusammenhängendes wärmeleitendes Material zwischen der imprägnierten eloxierten
Oberflächenschicht 86 und den Platten 50 und 51.
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Eine elektrische Anlage, welche für die Betätigung der thermoelektrischen
Kältemaschine benutzt werden kann, ist in der F i g. 7 schematisch dargestellt.
Eine Wechselstromquelle von 117 Volt liefert Strom über einen Schalter
89 zum Ventilatormotor 27,
welcher den Ventilatorflügel 26 in
dem Kanal 25 antreibt, und zu einer Primärspule 90 des Transformators
91. Eine Sekundärspule 92 des Transformators 91 liefert eine
Wechselspannung von 5 oder 6 Volt, welche auf einer Gleichrichteranlage,
93 zugeführt wird.
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Der Strom aus der Gleichrichterbrücke 93 wird durch eine Drosselspule
94 gefiltert und dann zu den Anschlußschrauben 95 geleitet (F i
g. 3), welche an der - Wärmeleitplatte befestigt sind. Die Anschlußschrauben
95 sind durch geflanschte Ösen 96 von der Platte 51 isoliert.
Daraufhin wird der Gleichstrom durch eineli isolierten Leiter zu den Wärmeleitstreifen
75 (F i g. 4) der ganz rechts angeordneten Peltierbatterie 54 (F i
g. 3) hingeleitet und strömt daraufhin nacheinander durch jede Batterie 54
und zwischen benachbarte Anschlußleiterstreifen 75 jeder Batterie 54 und
wird durch den am weitesten nach links gelegenen Anschlußstreifen 75 und
einen isolierten Leiter 98 zu der Gleichrichterbrücke 93 zurückgeführt.
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Die Scheiben 55 (F i g. 4; 6) sind jeweils oberhalb
und unterhalb der Batterien 54 zwischen der Gefrierplatte 50 und den Batterien
54 bzw. dem Wärmeübertragungsblock 53 angeordnet. Da die Gefrierplatte
50, die obere Scheibe 55, die Batterien 54, die untere, Scheibe
55 und der Wärmeübertragungsblock 53 alle auf Grund der Schraubstifte
56 in unmittelbarem Eingriff miteinander gehalten werden, werden die heißen
und kalten Sammelstreifen 75, 76 und 77
der Batterien 54 in Verbindung
mit der Wärmeleitfähigkeit
der Models selbst auf die Gefrierplatte
50
und den Wärmeübertragungsblock 53 wirksam, um Wärme von der Gefrierplatte
50 auf die Batterien 54 und auf den Wärineleitblock 53 zu übertragen.
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Es wird somit Wärme von dem Eiswürfelkörbehen 50
a oder einem anderen zu kühlenden Körper, der sich mit der Platte
50 in Berührung befindet, abgepumpt und in den Wärmeübertragungsblock
53 hinein abgeleitet. Der Wärmeübertragungsblock 53 überträgt die
Wärme auf den Wärineleitblock 57, welcher die Wärme wieder auf die in dem
Kanal 25 angeordneten Rippen 52 -überträgt. Die durch den Ventilator
14 in dem Kanal 25 umgewälzte Luft kühlt die Rippen, die so auf sie übertragene
Wärme in die in dem Kanal befindliche Luft hinein ableiten. Die erwärmte Luft wird
daraufhin durch die oberen mit Jalousien versehenen Bügel 24 aus dem Kanal
25
entfernt.
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In der F i g. 9 ist zu beachten, daß die Anschlußstreifen
75, 76 und 77 an den Außenseiten 77 a in der beschriebenen
Weise eloxiert werden könnten, um unmittelbar auf den Anschlußstreifen einen eloxierten
überzug 86a vorzusehen, und daß die Flüssigkeit87 mit geringer Viskosität und die
Flüssigkeit 87 a mit hoher Viskosität in der beschriebenen Weise darauf aufgebracht
werden können. Hierdurch würden die Anschlußstreifen 75, 76 und
77 mit einer dielektrischen und thermisch leitenden Grenzschicht versehen
werden, welche aus dem eloxierten Material 86a, der Silikonflüssigkeit
87 oder einer anderen Flüssigkeit von geringer Viskosität, welche in das
eloxierte Material einimprägniert wird, und der dielektrischen Flüssigkeit 87a an
Stelle der Scheiben 55 oder in einer Kombination mit diesen besteht.
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Auf ähnliche Weise ist auch zu beachten, daß die Unterseite 64 der
Gefrierplatte 50 und die Oberseite des Wärmeübertragungsblockes
53 ebenfalls eloxiert werden könnten, mit der niedrigviskosen Flüssigkeit
87 imprägniert und die hochviskose Flüssigkeit 87a darauf aufgebracht werden
könnte, um die beschriebene wärineleitende Grenzschicht vorzusehen. Die Grenzschichten
der Gefrierplatte und der Wärmeübertragungsplatte, die so vorgesehen sind, könnten
zusammen oder unabhängig voneinander an Stelle der entsprechenden Grenzschichten
der Scheibe oder Anschlußstreifen oder in Verbindung mit diesen verwendet werden.
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Die vorstehend beschriebenen baulichen Einzelheiten einer Fühleinrichtung,
soweit sie nicht nachstehend angegeben sind, gehören nicht zum Gegenstand der Erfindung.
Eine ausführliche Beschreibung soll lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung
dienen.