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Die
Erfindung betrifft ein Kältegerät, insbesondere
Haushaltskältegerät, mit einem in einem Kältefach
angeordneten Eisbereiter zur Erzeugung von Eiswürfeln,
der eine mit Wasser befüllbare Eiswürfelschale
aufweist, die zum Anschmelzen von Randschichten der in der Eiswürfelschale
erzeugten Eiswürfel mittels eines Heizelements erwärmbar
ist sowie eine solche Eiswürfelschale.
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Eisbereiter
können in einem dafür vorgesehenen Gefrierfach
eines Kältegerätes, etwa eines Gefrierschrankes,
angeordnet sein. Die Eisbildung kann mittels Kaltluft erfolgen,
die durch einen in den Kältekreislauf geschalteten Verdampfer
erzeugt wird.
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Aus
der
DE 10 2005
003 243 A1 ist ein gattungsgemäßes Kältegerät
mit einem Eisbereiter zur Erzeugung von Eiswürfeln bekannt.
Der Eisbereiter weist eine mit Wasser befüllbare Eiswürfelschale
auf. An deren Bodenseite ist ein Heizelement angeordnet, mit dem
Randschichten der in der Eiswürfelschale erzeugten Eiswürfel
angeschmolzen werden können. Die Eisproduktion des Eisbereiters
beruht auf folgender Arbeitsweise: Zunächst wird die Eiswürfelschale
mit Frischwasser gefüllt. Anschließend wird durch
Kaltluftanströmung das Wasser zu Eis gefroren. Danach dreht
sich die Eiswürfelschale in eine Auswerfposition, in der
das bodenseitige Heizelement eingeschaltet wird, um die Randschichten
der Eiswürfel anzuschmelzen. Dadurch fallen die angeschmolzenen
Eiswürfel aus der Eiswürfelschale heraus in einen
Auffangbehälter.
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Für
eine einwandfreie Eisproduktion ist es erforderlich, dass den einzelnen
Eiswürfelkavitäten möglichst homogen
und zeitgleich Wärme zugeführt wird, um ein gleichmäßiges
Anschmelzen aller Eiswürfel zu gewährleisten.
Dies ist Voraussetzung, um kein verklumptes bzw. aneinander „gebackenes” Eis zu
erhalten. Außerdem ist es erforderlich, dass das Aufheizen
und die Weitergabe der Wärme vom Heizelement an die Eiswürfelrandschicht
schnellstmöglich erfolgt. Ebenso muss die Abkühlung
des gesamten Systems nach dem Herausfallen der Eiswürfel aus
der Eiswürfelschale schnellstmöglich erfolgen, damit
eine hohe Eisrate ermöglicht ist.
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Dies
wird gemäß dem Stand der Technik durch eine massiv
ausgeführte Eiswürfelschale mit Materialanhäufungen-
und -aufdickungen sowie mit großen Wandstärken
der Eiswürfelschale erreicht. Das Heizelement ist dabei
in einer durchgehenden bodenseitigen Haltenut der Eiswürfelschale
eingebettet.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Kältegerät
und einen Eisbereiter für ein solches Kältegerät
bereitzustellen, bei dem in einfacher Weise die Eisrate bei der
Eisproduktion erhöht werden kann.
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Die
Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und des Patentanspruches
12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in
den Unteransprüchen offenbart.
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Unter
Kältegerät wird hier insbesondere ein Haushaltskältegerät
verstanden, wie beispielsweise ein Kühlschrank mit Gefrierfach,
ein Gefrierschrank oder eine Kühlgefrierkombination.
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Das
Kältegerät, insbesondere Haushaltskältegerät,
weist einen in einem Kältefach angeordneten Eisbereiter
zur Erzeugung von Eiswürfeln auf, der eine mit Wasser befüllbare
Eiswürfelschale aufweist, die zum Anschmelzen von Randschichten
der in der Eiswürfelschale erzeugten Eiswürfel
mittels eines Heizelements erwärmbar ist. Erfindungsgemäß ist das
Heizelement über voneinander beabstandete Wärmebrücken
mit der Bodenseite der Eiswürfelschale thermisch gekoppelt.
Die Wärmebrücken sind über Materialaussparungen
bzw. Freiräume voneinander getrennt. Aufgrund der Materialaussparungen zwischen
den Wärmebrücken reduziert sich der Materialeinsatz,
so dass sich die Eiswürfelschale speziell beim Abkühlprozess
im Vergleich zum Stand der Technik weniger träge verhält.
Insbesondere die nach dem Anschmelzen der Eiswürfelrandschichten erfolgende
Abkühlung der Eiswürfelschale kann somit beschleunigt
werden, wodurch die Eisrate gesteigert wird.
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Die
zwischen den Wärmebrücken vorhandenen Materialaussparungen
bzw. Freiräume wirken beim Aufwärmprozess zwangsläufig
wärmeisolierend zwischen dem Heizelement und der Eiswürfelschale.
Dies kann zwar zu zeitlichen Verzögerungen beim Aufwärmprozess
führen. Der Erfindung jedoch liegt die Erkenntnis zugrunde,
dass eine solche zeitliche Verzögerung des Aufwärmprozesses
durch eine entsprechende geometrische Auslegung der Wärmebrücken
gering gehalten werden kann. Außerdem kann mit dem aufgrund
des reduzierten Materialaufwandes zeitlich stark verkürzten
Abkühlprozess insgesamt sogar Zeit während eines
Eisbereitungszyklus eingespart werden.
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Die
Eiswürfelschale kann fertigungstechnisch bevorzugt als
ein wärmeleitfähiges Aluminiumspritzgussteil hergestellt
sein. Vor diesem Hintergrund können die Wärmebrücken
zumindest teilweise an der Bodenseite der Eiswürfelschale
angegossenen Materialstege sein, über die die Wärme
von dem Heizelement zu der Eiswürfelschale geleitet werden
kann.
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Die
Wärmebrücken können jeweils zumindest
zwei gegenüberliegende Halteschenkel aufweisen, zwischen
denen das Heizelement, insbesondere ein Rohrheizelement, angeordnet
ist. Das Rohrheizelement kann durch eine Klemmverbindung zwischen
beiden Halteschenkeln sicher gehaltert sein. Zur Steigerung einer
Wärmeübertragung können die Halteschenkel
jeweils entlang des Rohrheizelementes ausgerichtete Wandabschnitte
sein, zwischen deren Klemmflächen das Rohrheizelement verläuft.
Auf diese Weise kann eine Kontaktfläche zwischen Rohrheizelement
und Halteschenkeln erhöht werden.
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Die
beiden gegenüberliegenden Halteschenkel der Wärmebrücke
können mit einem Quersteg verbunden sein, der einen freien
Abstand zwischen der Bodenseite der Eiswürfelschale und
dem Heizelement festlegt. Der Quersteg ist mit seiner von der Bodenseite
der Eiswürfelschale abgewandte Randkante in Anlage mit
dem Rohrheizelement bringbar. Auf diese Weise kann der Quersteg
als Abstandhalter den freien Abstand zwischen dem Heizelement und
der Bodenseite der Eiswürfelschale festlegen.
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Die
Wärmebrücken können für eine
homogene, zeitgleiche Wärmeverteilung in einer Reihe gleichmäßig
beabstandet entlang des Rohrheizelementes angeordnet sein. Um die
Trägheit der Eiswürfelschale während
des Aufwärm- und Abkühlprozesses weiter zu reduzieren,
kann diese dünnwandig mit gleichmäßiger
Wandstärke ausgebildet sein. Die Wärmebrücken
können in diesem Fall bodenseitig von der dünnwandigen
Eiswürfelschale nach unten abragen, und zwar mit in etwa
gleicher Wandstärke wie die Eiswürfelschale.
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Vor
diesem Hintergrund kann die Eiswürfelschale folgende geometrische
Grundstruktur aufweisen: Die Eiswürfelschale kann im Querschnitt
ein rinnenförmiges Grundprofil mit einem zylindrisch ausgewölbten
Boden aufweisen, der in hochgezogene Seitenwände übergeht.
Der Boden und die Seitenwände können in gleichmäßig
dünner Wandstärke gestaltet sind. Jedem der Eiswürfelkavitäten
der Eiswürfelschale kann ein nach außen vorgewölbtes
Bodensegment zugeordnet sein. Die Bodensegmente können
an rückgesetzten Übergangsbereichen im Eiswürfelschalen-Boden
miteinander verbunden sein.
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Zur
Steigerung der Bauteilsteifigkeit der Eiswürfelschale können
die Wärmebrücken unmittelbar an den Übergangsbereichen
zwischen benachbarten Eiswürfelkavitäten ausgebildet
sein.
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Der
Materialquerschnitt der Wärmebrücken kann dabei
in Richtung auf die Bodenseite der Eiswürfelschale vergrößert
werden. Auf diese Weise wird einerseits die Wärmeleitung
in die Eiswürfelschale hinein vergrößert.
Andererseits wirken die Wärmebrücken in Doppelfunktion
auch als Versteifungselemente.
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Das
Heizelement kann als ein Rohrheizkörper ausgebildet sein,
dessen Anschlussenden in einer stirnseitigen Anschlusswand der Eiswürfelschale ausgebildet
ist. Die Anschlusswand der Eiswürfelschale kann bevorzugt
in gleicher Materialstärke wie die Wärmebrücken
und/oder die Eiswürfelschale an sich ausgebildet sein.
Zusätzlich können an der Eiswürfelschale
Kühlrippen vorgesehen werden, die ebenfalls gleichmäßig
dünnwandig wie die Bodenwand der Eiswürfelschale
ausgebildet sein können. Die Kühlrippen können
insbesondere zwischen den Rohrbogenabschnitten des Heizelementes
angeordnet sein. Die Kühlrippen sowie die anderen angeformten
Materialstege der Eiswürfelschale werden im Abkühlprozess
von der Kaltluft angeströmt, wodurch sich unterhalb der
Eiswürfelschale ein turbulentes Strömungsbild
ergibt, das die Abkühlung weiter beschleunigt.
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Nachfolgend
ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten
Figuren beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 in
einer Teilschnittansicht eine Prinzipdarstellung eines Kältegeräts;
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2 in
einer perspektivischen Ansicht eine Eiswürfelschale;
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3 in
Querschnittsansicht die Eiswürfelschale;
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4 in
einer Ansicht von unten die Eiswürfelschale; und
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5 eine
im Vergleich zur 4 vergrößerte
Detailansicht der Eiswürfelschale.
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In
der 1 ist in einer grob schematischen Seitenschnittdarstellung
ein Ausschnitt aus einem Kältegerät mit einem
bodenseitigen Gefrierraum 1 und einem oberen Teilraum 3 gezeigt,
welche durch eine horizontale Trennwand 5 voneinander getrennt sind.
Die beiden Gefrier- und Teilräume 1, 3 sind frontseitig
jeweils mit Gerätetüren 4, 6 geschlossen. Im
oberen Teilraum 3 ist ein Eisbereiter 7 zur Erzeugung
von Eiswürfeln vorgesehen.
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Zur
Kühlung des Gefrierraumes 1 ist in üblicher
Weise ein Verdampfer 9 vorgesehen, welcher hier beispielhaft
thermisch mit einer Rückwand 10 des Kältegerätes
gekoppelt ist. Der Verdampfer 9 ist Teil eines hier nicht
gezeigten, an sich bekannten Kältemittelkreislaufes.
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Der
Eisbereiter 7 weist gemäß der 1 eine
rinnenförmige Eiswürfelschale 11 auf,
welche mit Wasser befüllbar ist und in der hier nicht dargestellte
Eiswürfel erzeugt werden. Die Eiswürfelschale 11 ist
um eine Schwenkachse 13 schwenkbar gelagert und mittels
eines nicht näher gezeigten Antriebsmotors in unterschiedliche
Schwenkpositionen verstellbar. Hierzu ist die Eiswürfelschale 11 gemäß der 1 frei
schwenkbar in einem Strömungsraum 15 gelagert,
der mit rahmenartig umlaufenden Gehäusewänden 17 begrenzt
ist. In einer rückwärtigen Gehäusewand 17 sind
Luftdurchlässe 19 ausgebildet, die den Strömungsraum 15 mit
einem Kaltluftkanal 21 strömungstechnisch verbinden.
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Der
Kaltluftkanal 21 ist gemäß der 1 entlang
der Kältegeräte-Rückwand 10 vertikal
nach unten bis in den Gefrierraum 1 geführt und
mittels einer Kaltluftkanal-Abdeckwand 22 vom Teilraum 3 getrennt.
Die Abdeckwand 22 schließt oberseitig wiederum
unmittelbar an die, die Eiswürfelschale 11 begrenzende,
rückwärtige Gehäusewand 17 an.
An einem dem Gefrierraum 1 zugewandten unteren Ende des
Kaltluftkanals 21 ist ein Gebläse 23 angeordnet, mit
dem Kaltluft vom Gefrierraum 1 über den Kaltluftkanal 21 in
den Strömungsraum 15 gefördert werden kann,
wie es in der 1 durch den Pfeil I angedeutet
ist.
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In
einem Abstand unterhalb der Eiswürfelschale 11 ist
ein Auffangbehälter 25 angeordnet. In einer später
beschriebenen gekippten Auswurfposition der Eiswürfelschale 11 können
daher die darin erzeugten Eiswürfel in den Auffangbehälter 15 ausgeworfen
werden. Der Auffangbehälter 25 kann, wie es mit
dem Pfeil II angedeutet ist, für eine Entnahme vom
Eiswürfel bei geöffneter Gerätetür 6 aus
dem Kältegerät gezogen werden.
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In
den 2 und 3 ist die Eiswürfelschale 11 in
unterschiedlichen Ansichten in Alleinstellung gezeigt. Die Eiswürfelschale 11 ist
vorliegend als ein rinnenförmiges, nach oben offenes Aluminiumspritzgussteil
gefertigt. Ein Füllraum 27 der Eiswürfelschale 11 ist
gemäß der 3 einerseits durch
einen zylindrisch ausgewölbten Boden 29 begrenzt,
der in jeweils hochgezogene Seitenwände 31 übergeht.
Der Füllraum 27 der Eiswürfelschale 11 ist zudem
mittels Trennwände 33 in voneinander separierte
Eiswürfelkavitäten 35 aufgeteilt, wie
sie in der 2 gezeigt sind. An den beiden
Stirnseiten ist die Eiswürfelschale 11 gemäß der 2 jeweils
durch Stirnwände 37 geschlossen. Diese sind mit
geringer Wandstärke s bemessen. Gemäß der 3 verläuft die
Schwenkachse 13 der Eiswürfelschale 11 koaxial durch
einen an der Stirnwand 37 angeformten Lagerzapfen 39,
der in Einbaulage der Eiswürfelschale 11 drehfest
mit dem oben genannten Antriebsmotor gekoppelt ist. An der gegenüberliegenden Stirnwand 37 ist
ebenfalls ein hier nicht dargestellter Lagerzapfen 39 zur
Schwenklagerung der Eiswürfelschale 11 angeformt.
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Die
in der 2 gezeigte vordere Stirnwand 37 ist nach
unten verlängert und weist bodenseitig offene Ausnehmungen 41 auf,
durch die jeweils Anschlussenden 43 eines Rohrheizkörpers 44 geführt sind.
Der Rohrheizkörper 44 ist an der Bodenseite der
Eiswürfelschale 11 gehaltert. Hierzu erstreckt sich
der Rohrheizkörper 44 mit seinen zueinander gegenläufig
ausgebildeten, parallelen Rohrabschnitten 45 sowie diese
verbindenden Rohrbogenabschnitt 47 zwischen einander paarweise
angeordneten Wandabschnitten 49. Diese sind getrennt durch Materialaussparungen
a angeordnet und erstrecken sich in Reihe entlang des Rohrheizkörpers 44,
wie es aus der 4 hervorgeht.
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Die
jeweils paarweise gegenüberliegenden Wandabschnitte 49 sind
mit einem zurückgesetzten Quersteg 51 miteinander
verbunden, wie es in der Detailansicht gemäß der 5 gezeigt
ist. In der 5 ist der Verlauf des Rohrheizkörpers 44 aus Gründen
der Übersichtlichkeit lediglich mit gestrichelten Linien
angedeutet. Dieser ist in Einbaulage in Anlage mit einer vom Boden 29 der
Eiswürfelschale 11 abgewandten Randkante 53,
des Querstegs 51, wodurch ein freier Abstand Δh
zwischen dem Rohrheizkörper 41 und dem Boden 31 festgelegt
ist, wie er in 3 gezeigt ist.
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Für
eine lagesichere Halterung ist der Rohrheizkörper 41 in
Klemmverbindung zwischen den jeweils gegenüberliegenden
Wandabschnitten 49 eingesteckt. Zwischen den beiden zueinander
parallel verlaufenden linearen Rohrabschnitten 45 des Rohrheizkörpers 44 sind
gemäß den 3 bis 5 zwei voneinander
beabstandete Kühlrippen 55 am Boden 29 der
Eiswürfelschale 11 angeformt.
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Aus
der in der 3 gezeigten Querschnittsansicht
geht die rinnenförmige geometrische Grundstruktur der Eiswürfelschale 11 hervor.
Demzufolge sind die Seitenwände 31 sowie der Boden 29 der
Eiswürfelschale 11 in gleichmäßig
dünner Wandstärke s ausgebildet. An der Bodenseite
der Eiswürfelschale 11 sind die Wandabschnitte 49 und
die Kühlrippen 55 in etwa mit gleicher Wandstärke
s jeweils angeformt.
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Die
insbesondere am Boden 29 der Eiswürfelschale 11 angeformten
Funktionsteile, das heißt Stirnwände 37,
Wandabschnitte 49, Querstege 51 sowie Kühlrippen 53 sind
allesamt in reduzierter Wandstärke s sowie über
Materialsaussparungen a beabstandet zueinander vorgesehen.
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Mit
der in den Figuren gezeigten Schalen-Geometrie können daher
Materialanhäufungen an der Eiswürfelschale 11 vermieden
werden. So ist gemäß den Figuren der Rohrheizkörper 44 nicht
vollflächig in der Bodenseite der Eiswürfelschale 11 eingebettet, sondern
lediglich in den Wandabschnitten 49 gehaltert, die über
die Materialaussparungen a bzw. Freiräume voneinander beabstandet
sind. Zusätzlich ist der Rohrheizkörper 44 über
die freie Höhe Δh beabstandet vom Boden 29 der
Eiswürfelschale 11 gehaltert und lediglich über
die Wandabschnitte 49 und die Querstege 51 wärmeleitend
mit dem Boden 29 der Eiswürfelschale 11 in
Verbindung. Die Wandabschnitte 49 sowie die Querstege 51 wirken daher
im Rahmen der Eiswürfel-Erzeugung während eines
Aufwärmprozesses als Wärmebrücken, die eine
unmittelbare Wärmeleitung zwischen Rohrheizkörper
und Boden 29 der Eiswürfelschale 11 ermöglichen.
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Die
Eisproduktion des in der 1 gezeigten Eisbereiters beruht
auf folgender Arbeitsweise:
Zunächst wird durch entsprechende
Ansteuerung der nicht gezeigten Steuereinrichtung die Eiswürfelschale 11 mit
Frischwasser gefüllt. Anschließend aktiviert die
Steuereinrichtung das Gebläse 23, um ein in den Strömungsraum 15 gerichtete
Kaltluftströmung I zu erzeugen, bis das Wasser
in der Eiswürfelschale 11 zu Eis gefroren ist.
Nach einer vorgegebenen Zeitdauer steuert die Steuereinrichtung
die den Antriebsmotor des Eisbereiters an, um die Eiswürfelschale 11 in
eine Auswerfposition zu schwenken. In der Auswerfposition wird der
Rohrheizkörper 44 aktiviert, um die Randschichten
der Eiswürfel in den Eiskavitäten anzuschmelzen.
Die angeschmolzenen Eiswürfel fallen dann aus der Eiswürfelschale 11 heraus
in den Auffangbehälter 15. Anschließend
wird die Eiswürfelschale 11 erneut in ihre Ausgangsposition
geschwenkt und für einen neuen Produktionszyklus wieder
mit Frischwasser gefüllt.
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Aufgrund
der erfindungsgemäßen Materialaussparungen a ist
die Eiswürfelschale erfindungsgemäß mit
stark reduziertem Materialeinsatz gefertigt. So können
im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Eiswürfelschalen
in etwa 500 g Aluminiummaterial eingespart werden. Entsprechend beschleunigt
kann die Eiswürfelschale 11 nach erfolgtem Aufwärmen
durch den Rohrheizkörper 44 wieder abkühlen,
wodurch der Gefriervorgang im folgenden Produktionszyklus beschleunigt
erfolgen kann. Insgesamt kann daher die Eisrate im Vergleich zum
Stand der Technik wesentlich gesteigert werden.
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- 1
- Gefrierraum
- 3
- oberer
Teilraum
- 5
- horizontale
Trennwand
- 7
- Eisbereiter
- 9
- Verdampfer
- 10
- Kältegeräte-Rückwand
- 11
- Eiswürfelschale
- 13
- Schwenkachse
- 15
- Strömungsraum
- 17
- Gehäusewände
- 19
- Luftdurchlässe
- 21
- Kaltluftkanal
- 22
- Kaltluftkanal-Abdeckwand
- 23
- Gebläse
- 25
- Auffangbehälter
- 27
- Füllraum
der Eiswürfelschale
- 29
- Eiswürfelschale-Boden
- 31
- Eiswürfelschale-Seitenwände
- 33
- Trennwände
- 35
- Eiswürfelkavitäten
- 37
- Stirnwände
- 39
- Lagerzapfen
- 41
- Ausnehmungen
- 43
- Anschlussenden
- 44
- Heizelement
- 45
- parallele
Rohrabschnitte des Heizelements
- 47
- Rohrbogenabschnitt
des Heizelements
- 49
- Wandabschnitte
- 51
- Quersteg
- 53
- Randkante
- 55
- Kühlrippen
- I
- Kaltluftströmung
- II
- Auszugsrichtung
- s
- Wandstärke
- Δh
- freie
Höhe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005003243
A1 [0003]