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Die Erfindung betrifft ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Kältegeräte, die mit Umluftkühlung arbeiten, können beispielhaft an der Deckenwand des Kühlraumes eine Verdampfereinheit sowie ein Gebläse aufweisen, die strömungstechnisch mit einem Kaltluftkanal verbunden sind. Im Kaltluftkanal sind Ausströmöffnungen sowie Steuerelemente, etwa verstellbare Umlenkklappen, vorgesehen, um eine Kaltluftströmung in den Kühlraum zu regulieren.
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Ein gattungsgemäßes Kältegerät arbeitet mit einer solchen Umluftströmung, bei der in einem, die Kaltluft führenden Kaltluftkanal zumindest eine Klappe angeordnet ist, die in einer ersten Stellung, das heißt einer Geschlossenstellung, den Kaltluftkanal schließt und in einer zweiten Stellung, das heißt einer Offenstellung, den Kaltluftkanal öffnet. Um eine zuverlässige Verstellbewegung der Klappe zu gewährleisten, ist zudem eine Klappenheizung vorgesehen, die in vorgegebenen Zeitintervallen zur Enteisung der Klappe aktiviert wird.
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Der Stelltrieb der Klappe ist üblicherweise ein Elektromotor, dessen Abtriebswelle über einen Getriebezug mit der Klappe trieblich verbunden ist. Bei Aktivierung des Elektromotors wird ein Antriebsmoment von dessen Abtriebswelle über den Getriebezug auf die Klappe übertragen. Damit die Klappe betriebssicher in ihrer Geschlossenstellung oder in ihrer Offenstellung verbleibt, kann eine elektromagnetisch arbeitende Bremse beziehungsweise Sperre vorgesehen sein. Die Sperre oder Bremse ist dauerhaft mit elektrischem Strom zu beaufschlagen, um die eingestellte Klappen-Stellung zu halten. Entsprechend ist der Aufwand an elektrischer Energie vergleichsweise groß. Darüberhinaus ist dieser Stelltrieb auf eine Dauerbelastung auszulegen. Bei einem Stromausfall besteht hierbei die Gefahr, dass sich die Klappe aus der eingestellten Stellung bewegt.
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Alternativ dazu kann der Stelltrieb der Klappe selbsthemmend ausgelegt sein, wodurch die Klappe auch im unbestromten Zustand sicher in der eingestellten Position verbleibt. Ein derartiger Stelltrieb ist jedoch bei Betätigung entsprechend schwergängig und daher ebenfalls nur mit größerem Energieeinsatz betätigbar. Zudem ist die Momentenübertragung vom Elektromotor über den Getriebezug bis zur Klappe aufgrund von Zahnspiel mit Geräuschen behaftet, die vom Benutzer als störend empfunden werden.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Kältegerät, insbesondere Haushaltskältegerät, bereitzustellen, bei dem die im Kaltluftkanal angeordneten Steuerelemente trotz reduziertem Energieaufwand und reduzierter Geräuschbelastung betriebssicher angesteuert werden können.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 wirkt die Stelleinrichtung des im Kaltluftkanal angeordneten Steuerelementes derart bistabil, dass das Steuerelement im unbestromten Zustand der Stelleinrichtung die erste Stellung oder die zweite Stellung einnimmt. Erst durch elektrische Betätigung der Stelleinrichtung kann das Steuerelement zwischen der ersten und der zweiten Stellung wechseln. Die bistabil arbeitende Stelleinrichtung benötigt daher nur dann elektrische Energie, wenn ein Wechsel zwischen der offenen Stellung und der geschlossenen Stellung durchgeführt werden soll. Für einen solchen Wechsel zwischen den beiden Stellungen ist ein äußerer elektrischer Stromimpuls ausreichend. Ansonsten verbleibt das Steuerelement stromlos stabil in der ersten Stellung oder in der zweiten Stellung.
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Wie oben erwähnt, wird unter Bistabilität die Eigenschaft der Stelleinrichtung verstanden, das Steuerelement in die erste stabile Stellung oder in die zweite stabile Stellung zu verbringen, die nur durch einen von der Stelleinrichtung erzeugten Energieimpuls gewechselt werden können. Derartige bistabile Systeme sind in der Mechanik bei bistabilen Federn oder in der Elektronik bei Flip-Flops bekannt.
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Bevorzugt kann das Steuerelement eine Klappe sein, die im Kaltluftkanal angeordnet ist und in der ersten Stellung den Kaltluftkanal schließt. In der zweiten Stellung der Klappe kann dagegen der Kaltluftkanal offen sein. Das als Klappe ausgebildete Steuerelement kann an seitlichen Kanalwänden angelenkt sein und in einer kreisförmigen Schwenkbewegung zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung verstellt werden.
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Die Stelleinrichtung kann zudem ein Stellglied aufweisen, das das Steuerelement um einen Stellweg zwischen der ersten und zweiten Stellung verstellen kann. Das Stellglied kann derart ausgelegt sein, dass damit das Steuerelement unter Aufbau einer Rückstellkraft in die zweite Stellung verstellt werden kann.
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Um zu vermeiden, dass das Stellglied das Steuerelement unter Energiebeaufschlagung dauerhaft in dieser zweiten Stellung halten muß, kann die Stelleinrichtung zumindest ein Verriegelungselement aufweisen. Anstelle des ausgefahrenen Stellgliedes hält daher das Verriegelungselement das Steuerelement mit lösbarem Eingriff in der zweiten Stellung fest, während das Stellglied entlastet ist und in seine Ausgangsposition zurückkehren kann.
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Es ist dabei zu gewährleisten, dass der Eingriff zwischen dem Steuerelement und dem Verriegelungselement in der oben erwähnten zweiten Stellung betriebssicher gehalten werden kann. Das Stellglied kann daher bevorzugt das Steuerelement mit einer vorgegebenen Druckkraft am Ende der Stellbewegung gegen das Verriegelungselement drücken.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung kann das Verriegelungselement als ein Push-Push-Element ausgeführt sein. Das heißt, dass das Verriegelungselement mit einem erstmaligen Drücken des Steuerelementes gegen das Verriegelungselement einen Eingriff zwischen beiden Steuer- und Verriegelungselementen herstellt. Durch ein erneutes Drücken in der gleichen Richtung kann dagegen der Eingriff zwischen Steuer- und Verriegelungselement gelöst werden. In diesem Fall bewirkt daher die Rückstellkraft eine selbsttätige Stellbewegung des Steuerelementes von der zweiten stabilen Stellung in die erste stabile Stellung.
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Bevorzugt handelt es sich bei der elektrischen Betätigung der bistabil arbeitenden Stelleinrichtung nicht um eine dauerhafte Bestromung, sondern lediglich um einen kurzzeitigen Stromimpuls, um einen Wechsel zwischen den beiden Stellungen zu ermöglichen. Entsprechend reduziert ist auch der zur Betätigung des Steuerelementes erforderliche Energieaufwand.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das Stellglied der Stelleinrichtung als ein Thermoaktuator ausgeführt sein. Dieser kann bei elektrischer Betätigung das Steuerelement zwischen der ersten und zweiten Stellung verstellen. Der Thermoaktuator kann ein Arbeitsmedium, etwa Wachs, aufweisen, das sich bei Strombeaufschlagung unter Volumenvergrößerung stark erwärmt. Auf diese Weise wird ein Stößel des Thermoaktuators ausgefahren, mit dem wiederum das Steuerelement verstellt werden kann. Durch den Einsatz eines Thermoaktuator können störende Geräusche, wie sie durch den Einsatz eines zwischen dem Elektromotor und der Klappe zwischengeschalteten Getriebezuges entstehen, vermieden werden.
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Bevorzugt kann der Thermoaktuator nicht nur als Stellglied für das im Kaltluftkanal angeordnete Steuerelement eingesetzt werden, sondern in Doppelfunktion auch als eine Steuerelement-Heizung wirken. Mit dieser Heizung kann das Steuerelement enteist werden. Hierzu ist der Thermoaktuator über zusätzliche Wärmebrücken mit der Lagerstelle des Steuerelementes thermisch zu koppeln. Durch Verwendung eines derart eingesetzten Thermoaktuators wird daher nicht nur ein geräuschloses Steuerelement ermöglicht, sondern kann auch eine ansonsten als separates Bauteil eingebaute Steuerelement-Heizung weggelassen werden.
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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 Seitenschnittdarstellung ein Kältegerät mit Umluftkühlung;
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2 in einer grob vereinfachten Darstellung eine im Kaltluftkanal angeordnete Klappe mit zugehörigem Thermoaktuator; sowie
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3 bis 6 jeweils Ansichten entsprechend der 2 mit der Klappe in der stromlos stabilen Offenstellung oder in der stromlos stabilen Geschlossenstellung.
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In der 1 ist in einer Seitenschnittdarstellung ein mit Umluftkühlung arbeitendes Kältegerät gezeigt. Das Kältegerät weist einen Gerätekorpus 1 sowie nicht dargestellte Gerätetüren auf, die jeweils Beschickungsöffnungen von Kühlräumen 4, 5 unabhängig voneinander schließen oder öffnen können. Beide Kühlräume 4, 5 sind durch einen Zwischenboden 6 voneinander getrennt.
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In einer Deckenwand des oberen Kühlraumes 4 ist eine Verdampferkammer 7 mit einem Verdampfer 8 sowie einem Lüfter 9 integriert. Im Kühlbetrieb kann mittels des Lüfters 9 durch einen frontseitigen Lufteinlass in der Verdampferkammer 7 eine Luftströmung angesaugt und über einen Luftauslass 11 in die Kühlräume 4, 5 verteilt werden. Zur Verteilung der Kaltluft ist der Luftauslass 11 mit einem Kaltluftkanal 13 strömungstechnisch in Verbindung, der in einer Rückwand 14 des Kältegerätes integriert ist. Im Kaltluftkanal 13 sind gemäß der 1 Ausströmöffnungen 15 vorgesehen, über die die Kaltluftströmung in die Kühlräume 4, 5 eintreten kann.
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Zudem ist auf Höhe des Zwischenbodens 6 als ein Steuerelement 17 eine schwenkbar angelenkte Klappe angeordnet, mit der insbesondere ein Kaltluftstrom in den unteren Kühlraum 5 einstellbar ist. Die Klappe 17 wird mittels einer in der 1 lediglich angedeuteten Stelleinrichtung 19 zwischen einer Geschlossenstellung I (siehe 2 und 6) und einer Offenstellung II (siehe 3 bis 5) verstellt.
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In der 2 ist die Klappe 17 in der Geschlossenstellung I gezeigt, in der der Kaltluftkanal 13 geschlossen ist. Dabei sind zur Erläuterung der Funktionsweise der Stelleinrichtung 19 die dafür relevanten Bauteile hervorgehoben, während die anderen Bauteile aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich grob angedeutet sind.
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Wie aus der 2 hervorgeht, ist die Klappe 17 an einer in Bautiefenrichtung y hinteren Kanalwand schwenkbar angelenkt. Eine die Klappe 17 tragende Tragwelle 21 weist eine Umschlingungsfeder 23 auf. Diese wirkt als eine Rückstellfeder, die die Klappe 17 im Ruhezustand gegen einen seitlichen Bewegungsanschlag 25 in die Geschlossenstellung I drückt. Hierfür ist die als Umschlingungsfeder gestaltete Rückstellfeder 23 mit einem Federende 27 gegen die hintere Kanalwand abgestützt, während das andere Federende 29 die Klappe 17 gegen den Bewegungsanschlag 25 drückt.
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Wie aus der 2 weiter hervorgeht, ist in der hinteren Kanalwand ein nur angedeutetes Verriegelungselement 31 eingesetzt, das einen sogenannten Push-Push-Mechanismus aufweist, dessen Funktionsprinzip später beschrieben ist. Das Verriegelungselement 31 kann mit einem korrespondierenden Gegenelement 33 zusammenwirken, das an der, dem Verriegelungselement 31 zugewandten Seite der Klappe 17 angeformt ist. Das Verriegelungselement 31 bildet zusammen mit der Rückstellfeder 23 und einem Stellglied 35 die Stelleinrichtung 19. Das Stellglied 35 ist in elektrischer Signalverbindung mit einer hier nicht dargestellten elektronischen Steuereinrichtung ist. In dem Stellglied 35 ist ein Stößel 37 höhenverstellbar gelagert, dessen Kopf in etwa T-förmig ausgeführt ist und bei Betätigung in Anlage mit einem Mitnehmer 39 der Klappe 17 bringbar ist. Der Mitnehmer 39 ist in etwa achsparallel zu einer Klappen-Drehachse A seitlich an der Klappe 17 angeformt.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Stellglied 35 beispielhaft als ein Thermoaktuator ausgeführt, der als Arbeitsmedium ein Wachsmaterial enthält. Das Wachsmaterial erwärmt sich bei Strombeaufschlagung und wird dadurch im Volumen so vergrößert, dass der Stößel 37 um einen Hubweg Δh ausgefahren wird.
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Anhand der 2 bis 4 wird der Verstellvorgang der Klappe 19 von der in der 2 gezeigten Geschlossenstellung I in die in der 4 gezeigte Offenstellung II beschrieben. Demzufolge wird zunächst der Thermoaktuator 35 mit einem kurzzeitigen Stromimpuls beaufschlagt. Dadurch erwärmt sich das Wachsmaterial mit entsprechender Volumenvergrößerung. Der Stößel 37 des Thermoaktuators 35 wird folglich vertikal nach oben über einen Stößelweg Δh ausgefahren.
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Bei dieser Hubbewegung nach oben kommt der Stößelkopf in Gleitkontakt mit dem Mitnehmer 39 der Klappe 19. Dabei wird die Klappe 17 unter Aufbau einer Rückstellkraft FR in ihre, in der 3 gezeigte Offenstellung II verstellt. Der Stößel 37 des Thermoaktuators 35 drückt dabei am Ende der Stellbewegung die Klappe mit einer vorgegebenen Druckkraft FD gegen das Verriegelungselement 31. Dadurch gelangt das Verriegelungselement 31 in Eingriff mit dem korrespondierenden Gegenelement 33 der Klappe 17, wodurch die Klappe 19 sicher in der Offenstellung II gemäß der 3 gehalten wird. Zugleich endet die kurzzeitige Strombeaufschlagung des Thermoaktuators 35, so dass der Stößel 37 wieder in die Ausgangslage zurückgestellt wird.
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Wie bereits oben erwähnt, handelt es sich beim Verriegelungselement 31 um ein sogenanntes Push-Push-Element. Dessen Aufbau und Funktionsweise ist dem Fachmann geläufig, so dass auf eine detaillierte Beschreibung der hierzu erforderlichen Mechanik verzichtet wird. Das Funktionsprinzip eines Push-Push-Elements besteht darin, dass bei einer erstmaligen Druckbewegung der Klappe 17 gegen das Verriegelungselement 31 die beiden Elemente 31, 33 in Eingriff zueinander kommen. Bei einer erneuten Druckbewegung der Klappe 17 in der gleichen Richtung kann dieser Eingriff wieder gelöst werden. Die Klappe 17 kann sich somit aus ihrer Offenstellung II in die Geschlossenstellung I zurückbewegen.
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Die Verstellbewegung der in der 3 in der Offenstellung II gehaltenen Klappe 17 zurück in die Geschlossenstellung I wird anhand der folgenden 4 bis 6 erläutert. Demzufolge wird der Thermoaktuator 35 mit einem erneuten Stromimpuls beaufschlagt. Dadurch wird der Stößel 37 kurzzeitig ausgefahren und wieder in Druckanlage mit dem Mitnehmer 39 der Klappe 17 gebracht. Die bereits in der Offenstellung II befindliche Klappe 17 wird somit um einen geringfügigen Schwenkweg sowie mit einer vorgegebenen Druckkraft FD gegen das Verriegelungselement 31 gedrückt.
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Dadurch gibt das Verriegelungselement 31 das bislang festgehaltene Gegenelement 33 der Klappe 17 selbsttätig frei. Außerdem wird nach der erfolgten Druckbetätigung der Klappe 17 gegen das Verriegelungselement 31 die mit der Rückstellkraft FR belastete Klappe 17 von der Offenstellung II selbsttätig in die Geschlossenstellung I zurückbewegt, wie es in der 6 gezeigt. Zudem wird der Stößel 37 nach dem Stromimpuls wieder in seine Ausgangslage gemäß der 6 verbracht.
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Wie aus der 5 weiter hervorgeht, wird die bei Strombeaufschlagung im Thermoaktuator 35 erzeugte Wärme Q über nicht näher dargestellte Wärmebrücken zu der Klappe 17 geleitet. Dadurch wird die Klappe 17 sowie deren Lagerteile bei Betätigung des Thermoaktuators 35 erwärmt, wodurch gegebenenfalls eine Enteisung der Klappe 17 stattfindet. Das Thermoaktuator 235 wirkt daher in Doppelfunktion nicht nur als Stellglied, sondern auch als Klappen-Heizung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gerätekorpus
- 4, 5
- Kühlräume
- 6
- Zwischenboden
- 7
- Verdampferkammer
- 8
- Verdampfer
- 9
- Gebläse
- 11
- Auslassöffnung
- 13
- Kaltluftkanal
- 14
- Rückwand
- 15
- Ausströmöffnungen
- 17
- Steuerelement
- 19
- Steuereinrichtung
- 21
- Tragwelle
- 23
- Rückstellfeder
- 25
- Bewegungsanschlag
- 27, 29
- Federenden
- 31
- Verriegelungselement
- 33
- Gegenelement
- 35
- Stellglied
- 37
- Stößel
- 39
- Mitnehmer
- I
- erste Stellung
- II
- zweite Stellung
- A
- Schwenkachse
- FR
- Rückstellkraft
- FD
- Druckkraft
- Δh
- Stößelweg
- x
- Geräteseitenrichtung
- y
- Bautiefenrichtung
- Q
- Wärme
