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Die
Erfindung betrifft einen Eiswürfelbereiter gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1, sowie ein Verfahren zum Betreiben des Eiswürfelbereiters
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 15.
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Es
sind Kältegeräte bekannt
geworden, die mit einem automatischen Eisbereiter ausgerüstet sind.
Diese Eisbereiter weisen gewöhnlich
einen von dem Kühlraum
abgetrennten Raum auf, in dem eine Temperatur herrscht, die unter
dem Gefrierpunkt von Wasser liegt. In diesem Raum befindet sich
eine Eisschale in die Wasser eingefüllt wird. Das Wasser wird entweder
einem Vorratsbehälter
entnommen, oder das Kältegerät verfügt über einen
festen Wasseranschluss, so dass der Wasserzulauf in die Eisschale beispielsweise
mit einem elektromagnetischen Ventil gesteuert werden kann.
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Nach
einer vorbestimmten Zeit, die so gewählt ist, dass das eingefüllte Wasser
unter normalen Umständen
in den gefrorenen Zustand übergegangen
ist, wird die Eisschale automatisch in einen Eisbehälter entleert.
Es können
normalerweise mehrere solcher Eisbereitungsvorgänge hintereinander durchgeführt werden,
bis der Eisbehälter
vollständig gefüllt ist.
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Es
hat sich nun herausgestellt, dass in Abhängigkeit von der Wasserqualität und der
Sauberkeit der Luft, nicht immer genügend Kristallisationskeime
vorhanden sind, um den Kristallisationsprozess in dem gekühlten Wasser
einzuleiten. Dies führt dazu,
dass nach dem Ende der normalen Gefrierzeit in der Eisschale immer
noch Wasser und kein Eis vorhanden ist. Dieses Wasser weist zwar
eine Temperatur auf, die unterhalb des Gefrierpunkts von Wasser
liegt, der Kristallisationsprozess hat jedoch noch nicht eingesetzt.
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Wird
in diesem Zustand die Eisschale in den Eisbehälter entleert, wird der Eisbehälter statt
mit Eis mit Wasser gefüllt.
Durch das Umfüllen
erhält
das Wasser meist den noch fehlenden Kristallisationsimpuls und geht
augenblicklich in den gefrorenen Zustand über. Das Ergebnis der Eisbereitung
ist in diesem Fall ein größerer unförmiger Klumpen
Eis in dem Eisbehälter,
der nicht dem gewünschten
Ergebnis entspricht. Noch unbefriedigender ist das Ergebnis, wenn
bereits einige Eisbereitungsvorgänge
durchgeführt
wurden und der Eisbehälter
schon gut mit Eiswürfeln
gefüllt
ist. Ergießt
sich in diesem Fall das stark unterkühlte Wasser aus der Eisschale
auf die bereits produzierten Eiswürfel in dem Eisbehälter, so entsteht
ein großer
Eisklumpen, der sowohl die bisher produzierten Eiswürfel, als
auch das aus dem eingefüllten
Wasser entstandene Eis beinhaltet. Auf diese Weise ist nicht nur
der Erfolg des letzten Eisbereitungsvorgangs sondern auch der vorhergehenden und
bereits abgeschlossenen Eisbereitungsvorgänge zunichte gemacht.
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Um
solche Fehler zu vermeiden, wird bei anderen Anwendungen oftmals
eine Impfung durchgeführt.
So eine automatische Impfvorrichtung wäre jedoch zu aufwändig um
beispielsweise in einen Haushaltskühlschrank eingebaut zu werden.
Eine andere Möglichkeit
zur Lösung
des Problems besteht darin, dem unterkühlten Wasser mehr Zeit einzuräumen, bis
der Kristallisationsvorgang von selbst startet. Durch diese Maßnahme wird
jedoch die Produktivität des
Eisbereiters stark herabgesetzt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Eisbereiter sowie ein
Verfahren zum Erzeugen von Eis in einem gekühlten Raum so auszugestalten, dass
das Wasser mit großer
Sicherheit in den kristallinen Zustand übergeht, sobald es seine Gefriertemperatur
unterschritten hat.
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Gelöst wird
die Aufgabe gemäß der Erfindung
durch einen Eisbereiter gemäß den Merkmalen von
Anspruch 1 und ein Verfahren zum Erzeugen von Eis mit den Merkmalen
von Anspruch 15. Wassermoleküle
weisen eine Dipol-Charakteristik auf. Das bedeutet, dass Wassermoleküle durch
das Anlegen eines Feldes in ihrer Ausrichtung beeinflusst werden können. Dadurch
dass wenigstens ein Teil des Wassers mit einem Feld beaufschlagt
wird, wirkt zumindest auf diesen Teil der Wassermoleküle ein Drehmoment
und die Moleküle
erfahren einen Drehimpuls. Es hat sich nun herausgestellt, dass
dieser Impuls eine ähnliche
Wirkung wie beispielsweise das Einsetzen eines Impfkristalls hervorruft.
Der Impuls reicht aus, um bei Wasser, welches bereits seine Gefriertemperatur
unterschritten hat, den Kristallisationsprozess auszulösen.
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Vorteilhaft
wird zum Auslösen
des Kristallisationsprozesses ein elektrisches Feld erzeugt. Ein elektrisches
Feld erfordert apparatetechnisch nur wenig Aufwand und lässt sich
einfach in der Stärke erzeugen,
die notwendig ist, um den entsprechenden Drehmoment auf die Wassermoleküle auszuüben.
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Da
die Ausrichtung der Wassermoleküle
erst dann die gewünschte
Wirkung zeigt, wenn das Wasser bereits entsprechend abgekühlt ist,
wird auch das elektrische Feld erst dann erzeugt, wenn die Kristallisationstemperatur
des Wassers erreicht ist. Selbstverständlich könnte das elektrische Feld auch
bereits vorher angelegt werden und nach dem Erreichen der Kristallisationstemperatur
wieder abgeschaltet werden. In diesem Fall würde jedoch Energie vergeudet werden,
die zum Erreichen der gewünschten
Wirkung nicht notwendig ist.
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Zur
Einleitung der Kristallisation ist es nicht notwendig, dass die
Wassermoleküle
eine bestimmte Ausrichtung besitzen. Es ist lediglich wichtig, dass die
Dipole einen Drehimpuls erhalten. Es ist folglich nicht die absolute
Ausrichtung der Wassermoleküle sondern
die relative Änderung
der Ausrichtung für
die Einleitung des Kristallisationsprozesses ausschlaggebend. Das
elektrische Feld wird deshalb nur für eine kurze Zeitspanne angelegt.
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Erfindungsgemäß sind in
einem Eisbereiter zur Durchführung
des Verfahrens zwei Pole vorgesehen, zwischen denen ein Feld erzeugbar
ist und die so angeordnet sind, dass sich zumindest ein Teil des Wassers
in diesem Feld befindet. Sobald die Kristallisation auch nur an
einer Stelle eingesetzt hat, wird sie sich sehr schnell durch das
gesamte Wasservolumen in der Eisschale ausbreiten, wenn dieses Wasser
die notwendige tiefe Temperatur bereits erreicht hat. Es ist nicht
notwendig, dass sich das gesamte Wasservolumen in dem Feld zwischen
den Polen befindet.
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Vorteilhaft
sind die Pole mit einer Spannungsquelle verbunden. Es kann sich
hierbei um eine eigene Spannungsquelle handeln, es kann aber auch die
Spannungsquelle verwendet werden, die auch der Eisbereiter beispielsweise
für seinen
Antrieb benutzt.
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Vorteilhaft
wird ein Pol durch die Eisschale selbst gebildet. Da solche Eisschalen
oftmals aus einem leitfähigen
Material gefertigt sind, muss nur die Eisschale selbst elektrisch
kontaktiert werden.
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Der
andere Pol wird erfindungsgemäß durch einen
Pin gebildet, der gegenüber
der Eisschale elektrisch isoliert ist und dessen Spitze bei gefüllter Eisschale
von Wasser umgeben ist. Weiterhin sollte einer der Pole gegenüber dem
Wasser isoliert sein, da sonst kein entsprechendes elektrisches
Feld aufgebaut wird, sondern ein Strom durch das Wasser fließt und eine
Elektrolyse stattfindet. Diese Isolierung lässt sich dadurch erreichen,
dass die Eisschale beispielsweise mit einer isolierenden Lackierung
versehen wird.
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Solche
Eisschalen weisen üblicherweise eine
Anzahl von Eiswürfelfächern auf,
so dass bei der Kristallisation des Wassers die gewünschten
Eiswürfel
entstehen. Damit sich der initiierte Kristallisationsprozess durch
alle Eiswürfelfächer der
Eisschale fortpflanzen kann, stehen die Eiswürfelfächer so miteinander in Verbindung,
dass ein Wasseraustausch zwischen den Eiswürfelfächern stattfinden kann. Durch diese
Verbindungsstellen breitet sich die Kristallisation durch die gesamte
Eisschale aus.
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Da
der Pin bei gefüllter
Eisschale von Wasser umgeben ist, befindet er sich nach dem abgeschlossenen
Kristallisationsvorgang in einem Eiswürfel. Dadurch könnten Probleme
beim so genannten Ernten der Eiswürfel entstehen. Um dies zu
verhindern, ist der Pin vorteilhaft beheizbar. Weiterhin verläuft er parallel
zur Entnahmerichtung der Eiswürfel.
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Besonders
vorteilhaft weist der Pin eine konische Form auf. Diese Konizität erleichtert
zusätzlich die
Ernte der Eiswürfel.
Andererseits verstärkt
die Konizität
auch die Feldstärke,
da an der Spitze des Pins eine sehr große Ladung entsteht.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
sind die Pole als Kondensatorplatten ausgebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel
gibt es keinerlei Probleme bei der Ernte der Eiswürfel, da
sich die Kondensatorplatten nicht innerhalb der gefertigten Eiswürfel befinden
müssen.
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Besonders
vorteilhaft sind die Kondensatorplatten in den Seitenwänden der
Eisschale angeordnet und gegenüber
dem Wasser isoliert. So können beispielsweise
zwei gegenüberliegende
Seitenwände
der Eisschale aus Metall gefertigt und entsprechend elektrisch kontaktiert
und gegeneinander elektrisch isoliert werden. Die Isolierung gegenüber dem eingefüllten Wasser
kann wiederum durch das Aufbringen eines Isolationslacks erfolgen.
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Der
erfindungsgemäße Eisbereiter
kann als eigenständiges
Gerät ausgeführt sein.
Er lässt
sich jedoch auch vorteilhaft in ein Kältegerät integrieren.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen in
Zusammenhang mit der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das anhand
der Zeichnung eingehend erläutert
wird.
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Es
zeigt:
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1 die
Eisschale eines Eisbereiters zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 die
Ansicht einer Innenenwand der in 1 dargestellten
Eisschale und
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3 einen
Schnitt durch den Boden und den Pin der Eisschale aus 1.
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Die
in 1 gezeigte Eisschale 1 weist einen Boden 6 und
einen Rahmen 2 auf. Die Eiswürfefächer 3 im Inneren
der Eisschale 1 werden durch die Innenwände 4 begrenzt. Eisschalen
dieser Art werden in Eisbereitern verwendet, wie sie oftmals in
Kältegeräten eingesetzt
werden. Vorrichtungen zur automatischen Entnahme der fertigen Eiswürfel aus
der Eisschale 1 sind in der Zeichnung nicht dargestellt, da
sie für
die Erfindung keine Bedeutung haben.
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Die
Eisschale 1 mit ihrem Boden 6 und dem Rahmen 2 ist
vorteilhaft einstückig
aus Aluminium hergestellt. Die Innenwände 4 können ebenfalls
aus einem Stück
gefertigt sein, können
aber aus einem anderen Material bestehen. Ebenso besteht die Möglichkeit
die gesamte Eisschale 1 mit Boden 6, Rahmen 2 und
den Innenwänden 4 einstückig aus
einem Material zu fertigen.
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In
einem der Eiswürfelfächer 3 ist
im Boden 6 ein elektrisch leitender Pin 7 verankert
(siehe auch 3). Dieser Pin 7 weist
an seinem unteren Ende einen Anschlussstift 10 für die elektrische
Kontaktierung auf. Um den Pin 7 gegenüber dem Boden 6 zu isolieren,
ist ein Isolationsring 9 in einer Bohrung des Bodens 6 vorgesehen.
Der Isolationsring 9 umgibt den Pin 7 vollständig, so
dass kein Kontakt mit dem Boden 6 zustande kommt.
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An
einer Spannungsquelle 5 ist der Pin 7 über den
Anschlussstift 10 und der Rahmen 2 angeschlossen.
Es spielt hierbei keine Rolle, ob die Spannungsquelle 5 mit
Gleichstrom oder mit Wechselstrom betrieben wird. In beiden Fällen kann
auf diese Weise zwischen dem Pin 7 und dem Rahmen 2 ein elektrisches
Feld aufgebaut werden.
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Um
den Pin 7 in einfacher Weise aus dem fertigen Eiswürfel lösen zu können, kann
in dem Pin 7 auch ein Heizwiderstand vorgesehen sein. Zu
dessen elektrischer Versorgung müssten
jedoch weitere Anschlussmöglichkeiten
an dem Pin 7 angebracht werden. Durch die Beheizung des
Pins 7 lässt
sich in Verbindung mit seiner konischen Form der Eiswürfel ohne
weiteres von dem Pin lösen.
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Um
einen Stromfluss durch das Wasser zu verhindern, ist die Eisschale 1 mit
einem Isolierlack überzogen.
Der Isolierlack überzieht
sowohl die Innen- als auch die Außenseite der Eisschale 1.
Auf diese Weise kann eine Tauchlackierung durchgeführt werden.
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In 2 ist
eine Innenwand 4 detailliert dargestellt. Diese Innenwand 4 weist
an ihrem oberen Rand eine Kerbe 8 auf. Diese Kerbe 8 gewährleistet, dass
Wasser von einem Eiswürfelfach
in das jeweils benachbarte Eiswürfelfach übertreten
kann. Es besteht auch die Möglichkeit,
die Höhe
der Innenwände 4 geringer
zu bemessen, als die Höhe
des Rahmens 2. Auch in diesem Fall ist ein Wasseraustausch
zwischen den einzelnen Eiswürfelfächern 3 gewährleistet.
Es ergibt sich jedoch nach der Kristallisation über den Innenwänden 4 eine
feste Eisschicht, die alle Eiswürfel
miteinander verbindet. Durch diese relativ starke Verbindung der
Eiswürfel
untereinander kann die automatische Ernte der Eiswürfel erschwert
werden.
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Nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren wird
das in die Eisschale 1 eingefüllte Wasser abgekühlt und
erreicht so die Gefriertemperatur des Wassers. Sind genügend Kristallisationskeime
vorhanden, beginnt die Erstarrung. Im anderen Fall kühlt das
Wasser immer stärker
ab und erreicht eine Temperatur, die unterhalb des Gefrierpunktes
liegt. Nun wird über
die Spannungsquelle 5 ein elektrisches Feld zwischen dem
Pin 7 und dem Rahmen 2 der Eisschale 1 aufgebaut.
In dem nun bestehenden Feld richten sich die Wassermoleküle entsprechend
aus. Der dabei auf die Wassermoleküle ausgeübte Drehimpuls setzt die Kristallisation
in Gang. Über
die Kerben 8 kann sich die Kristallisation durch das gesamte Wasservolumen
in der Eisschale 1 ausbreiten.
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Ein
Einfüllen
von Wasser in den hier nicht dargestellten Eisbehälter eines
Eisbereiters kann auf diese Weise ausgeschlossen werden. Damit kann
es auch nicht mehr zu einem Verklumpen von bereits produzierten
Eiswürfeln
kommen. Es wird auf diese Weise gewährleistet, dass nach jedem
Eiswürfel-Produktionszyklus
auch tatsächlich
fertige Eiswürfel
in den Eisbehälter
eingefüllt
werden.
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Es
besteht auch die Möglichkeit
ein elektrisches Feld zwischen zwei sich gegenübliegenden Seitenwänden des
Rahmens 2 aufzubauen. Um diese Seitenwände gegeneinander zu isolieren
könnte ein
Rahmen aus Kunststoff vorgesehen werden, in den die Seitenteile,
die die Kondensatorplatten bilden sollen, eingeschoben werden. Diese
Platten Seitenteile müssen
dann noch elektrisch kontaktiert und mit der Spannungsquelle verbunden
werden.
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Auch
bei diesem hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Isolierlack
eingesetzt. Die beiden elektrisch leitenden Seitenwände, zwischen denen
das Feld aufgebaut wird, werden mit diesem Lack überzogen.
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- 1
- Eisschale
- 2
- Rahmen
- 3
- Eiswürfelfach
- 4
- Innenwand
- 5
- Spannungsquelle
- 6
- Boden
- 7
- Pin
- 8
- Kerbe
- 9
- Isolationsring
- 10
- Anschlussstift