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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät mit einer steuerbaren Abtaueinrichtung zum Abtauen eines Verdampfers in einem Abtauzyklus; einer steuerbaren Verdunstungsunterstützungseinrichtung zum Unterstützen einer Verdunstung von Abtauwasser des Abtauzyklus aus einer Verdunstungsschale; und einer Steuereinrichtung zum Steuern der Abtaueinrichtung und der Verdunstungsunterstützungseinrichtung.
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Die Druckschrift
DE 20 2007 017 691 U1 betrifft ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem Gerätesockel und einem Gebläse zur Erzeugung einer Luftströmung im Gerätesockel, bei dem das Gerät eine Steuer- oder Regeleinheit aufweist, mittels derer die Drehzahl und/oder die Drehrichtung des Gebläses veränderbar ist.
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Die Druckschrift
EP 1 975 892 A2 betrifft ein Kühlmodul mit einem Behälter, der mit einem inneren Verdampfer ausgerüstet ist. Eine Schale zum Sammeln von Tropfwasser während einem Enteisen des Verdampfers umfasst eine Entfrostungseinrichtung zum Entfrosten der Schale in Abhängigkeit der Anzahl von Türöffnungen nach einem vorherigen Entfrostungsbetrieb.
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Die Druckschrift
WO 2010/000866 A2 beschreibt ein Kältegerät mit einer Steuereinheit, die die Betriebsdauer eines Heizers für eine Verdunstungsschale in Abhängigkeit einer Anzahl von Türöffnungen bestimmt, um einen Wassereintrag in ein Kältefach abzuschätzen.
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In den oben genannten Druckschriften wird ein Wassereintrag in die Verdunstungsschale mit einer Sensorik unter der Annahme abgeschätzt, dass ein Wassereintrag in die Verdunstungsschale dem Wassereintrag in den Lagerraum entspricht, beispielsweise nach einer bestimmten Anzahl von Türöffnungen. Allerdings hängt die Menge des anfallenden Abtauwassers nicht unmittelbar mit der Anzahl der Türöffnungen zusammen, sondern wird von anderen Parametern wie beispielsweise der Luftfeuchtigkeit und der Türöffnungsdauer beeinflusst. Eine Steuerung der Heizung ist daher ungenau.
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Die Druckschrift
EP 1 538 410 A2 betrifft ein Gerät zum Enteisen eines Absorptionskältegerätes mit den Schritten eines Bestimmens einer Enteisungsstartzeit zum Enteisen eines Tieftemperaturfachs und eine Hochtemperaturfachs, eines Startens des Absorptionskühlsystems zu der Enteisungsstartzeit unabhängig von anderen Steuerparametern, eines Erfassens eines Stopps des Absorptionskühlsystems und eines Anwendens von Wärme auf einen Röhrenabschnitt unter Verwendung einer Heizung. In einer Tropfschale ist eine zusätzliche Heizung angeordnet. Dabei wird an einem akuten Wassereintrag in die Verdunstungsschale angesetzt, der mit verfügbarer Sensorik oder aus Kenntnis der Kältegerätesteuerung bekannt ist. Zwar wird ein akuter Wassereintrag in die Verdunstungsschale erkannt, jedoch keine Abschätzung der mittelfristigen Wassermenge durchgeführt, die aus dem Innenbehälter austritt. Die Verdunstungsschale wird nach jedem Abtauen beheizt, so dass auch dann geheizt wird, wenn die natürliche Verdunstung ausreichen würde.
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Die Druckschrift
WO 2009/112519 A2 betrifft einen Verdampfer für Flüssigkeiten mit einem Heizelement und einem Wasserstandssensor zum Erfassen eines Minimalpegels und eines Maximalpegels der Flüssigkeit. Wasserstandssensoren zur Wasserstandsmessung in einer Verdunstungsschale sind bei Haushaltskältegeräten langfristig nicht zuverlässig, da eine Verschmutzung zu erwarten ist und eine Wartung der Sensoren nicht vorgesehen ist.
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Bei der Steuerung einer Heizung für Wasser in einer Verdunstungsschale konzentrieren sich die genannten Druckschriften im Wesentlichen auf den mittelfristigen Wassereintrag in den Lagerraum des Kältegeräts oder einen akuten Wassereintrag in die Verdunstungsschale.
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Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, ein Kältegerät anzugeben, bei dem die Genauigkeit einer Steuerung einer Verdunstungsunterstützungseinrichtung verbessert wird, ohne einen Wasserstandssensor zu verwenden.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand mit den Merkmalen nach dem unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Figuren, der Beschreibung und der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kältegerät mit einer steuerbaren Abtaueinrichtung zum Abtauen eines Verdampfers in einem Abtauzyklus; einer steuerbaren Verdunstungsunterstützungseinrichtung zum Unterstützen einer Verdunstung von Abtauwasser des Abtauzyklus aus einer Verdunstungsschale und einer Steuereinrichtung zum Steuern der Abtaueinrichtung und der Verdunstungsunterstützungseinrichtung gelöst, bei dem die Steuereinrichtung ausgebildet ist, eine Abtauzyklusrate aus einem Verhältnis der Anzahl von Abtauzyklen der Abtaueinrichtung je Zeitintervall zu bestimmen und die Verdunstungsunterstützungseinrichtung zu aktivieren, falls die Abtauzyklusrate einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Steuerung der Verdunstungsunterstützungseinrichtung auf Basis des mittelfristigen Wasseraustrags aus dem Lagerraum des Kältegerätes durchgeführt wird. Zudem entfällt durch die Auswertung der Häufigkeit der Abtauzyklen die Notwendigkeit, ein Triggersignal über zusätzliche Komponenten wie einem Schwimmerschalter zu erzeugen. Insbesondere kann die Verdunstungsunterstützungseinrichtung derart gesteuert werden, ein zusätzlicher Energieverbrauch nur dann eingesetzt wird, wenn ein Füllgrad in der Verdunstungseinrichtung einen Pegel erreicht hat, bei dem die Gefahr des Überlaufens nicht mehr ausgeschlossen werden kann.
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Unter einem Kältegerät wird insbesondere ein Haushaltskältegerät verstanden, also ein Kältegerät, das zur Haushaltsführung in Haushalten oder im Gastronomiebereich eingesetzt wird, und insbesondere dazu dient Lebensmittel und/oder Getränke bei bestimmten Temperaturen zu lagern, wie beispielsweise ein Kühlschrank, ein Gefrierschrank, eine Kühlgefrierkombination, eine Gefriertruhe oder ein Weinkühlschrank.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Steuereinrichtung ausgebildet, die Verdunstungsunterstützungseinrichtung nach einem Abschluss des Abtauzyklus zu aktivieren. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine Unterstützung der Verdunstung erst dann eingeleitet wird, wenn der Verdampfer vollständig abgetaut worden ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Steuereinrichtung ausgebildet, eine Verdunstungsleistung der Verdunstungsunterstützungseinrichtung in Abhängigkeit der Abtauzyklusrate zu steuern. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine möglichst geringe Energiemenge zur vollständigen Verdunstung zugeführt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Steuereinrichtung ausgebildet, die Verdunstungsunterstützungseinrichtung für eine vorgegebene Aktivierungsdauer zu aktivieren. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine einfache Zeitsteuerung der Verdunstungsunterstützungseinrichtung realisiert wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Steuereinrichtung ausgebildet, die vorgegebene Aktivierungsdauer in Abhängigkeit der Abtauzyklusrate zu bestimmen. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass eine möglichst geringe Energiemenge zur vollständigen Verdunstung zugeführt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Steuereinrichtung ausgebildet, die Verdunstungsunterstützungseinrichtung für eine vorgegebene Anzahl von Verdichterläufen zu aktivieren. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass je Verdichterlauf eine Energiemenge zur Verdunstung des Abtauwassers zugeführt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Steuereinrichtung ausgebildet, die vorgegebene Anzahl von Verdichterläufen in Abhängigkeit der Abtauzyklusrate zu bestimmen. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass bei einer höheren Abtauzyklusrate eine höhere Energiemenge durch eine höhere Anzahl von Verdichterläufen zugeführt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Steuereinrichtung ausgebildet, die Verdunstungsunterstützungseinrichtung mit einer vorgegebenen Taktfrequenz zu betreiben. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine Feinsteuerung der Verdunstungsunterstützungseinrichtung ermöglicht wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Steuereinrichtung ausgebildet, die vorgegebene Taktfrequenz in Abhängigkeit der Abtauzyklusrate zu bestimmen. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass bei einer höheren Abtauzyklusrate eine höhere Energiemenge durch eine Änderung der Taktfrequenz zugeführt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Abtaueinrichtung ausgebildet, einen Abtauzyklus in Abhängigkeit der Luftfeuchtigkeit oder der Anzahl von Türöffnungen durchzuführen. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine genau dosierte Abtauung erfolgt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes wird die Steuereirichtung durch einen programmierbaren Mikrocontroller gebildet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Steuerung flexibel in Abhängigkeit eines Programms durchgeführt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes umfasst die Steuereinrichtung einen beschreibbaren, nicht flüchtigen Speicher zum Speichern des Grenzwertes. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass der Grenzwert gespeichert und je nach Bedarf geändert werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Verdunstungsunterstützungseinrichtung eine Heizung der Verdunstungsschale. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass Energie zum Verdunsten des Abtauwassers effizient zugeführt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Verdunstungsunterstützungseinrichtung ein Ventilator zum Belüften der Verdunstungsschale. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass Energie zum Verdunsten des Abtauwassers effizient zugeführt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kältegerätes ist die Steuereinrichtung ausgebildet, die Drehgeschwindigkeit des Ventilators in Abhängigkeit der Abtauzyklusrate zu steuern. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Verdunstung auf einfache Weise erhöht werden kann.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines Kältegerätes; und
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2 eine schematische Ansicht des Kältegerätes mit Verdampfer und Abtaueinrichtung.
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1 zeigt einen Kühlschrank stellvertretend für ein Kältegerät 100 mit einer oberen Kühlschranktür und einer unteren Kühlschranktür. Der Kühlschrank dient beispielsweise zur Kühlung von Lebensmitteln und umfasst einen Kältemittelkreislauf mit einem Verdampfer, einem Verdichter, einem Verflüssiger und einem Drosselorgan. Der Verdampfer ist ein Wärmeaustauscher, in dem nach der Expansion das flüssige Kältemittel durch Wärmeaufnahme von dem zu kühlenden Medium, d.h. der Luft im Inneren des Kühlschranks, verdampft wird.
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Der Verdichter ist ein mechanisch betriebenes Bauteil, das Kältemitteldampf vom Verdampfer absaugt und bei einem höheren Druck zum Verflüssiger ausstößt. Der Verflüssiger ist ein Wärmeaustauscher, in dem nach der Kompression das verdampfte Kältemittel durch Wärmeabgabe an ein äußeres Kühlmedium, d.h. die Umgebungsluft, verflüssigt wird. Das Drosselorgan ist eine Vorrichtung zur ständigen Verminderung des Druckes durch Querschnittsverengung.
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Das Kältemittel ist ein Fluid, das für die Wärmeübertragung in dem kälteerzeugenden System verwendet wird, das bei niedrigen Temperaturen und niedrigem Druck des Fluids Wärme aufnimmt und bei höherer Temperatur und höherem Druck des Fluids Wärme abgibt, wobei üblicherweise Zustandsänderungen des Fluids inbegriffen sind.
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Beim Öffnen einer Kältegerätetür kann Umgebungsluft mit einer hohen Luftfeuchte in das Innere des Kältegerätes 100 eindringen. Die Feuchtigkeit der Umgebungsluft kondensiert am Verdampfer des Kältegerätes 100 und gefriert dort zu Eis. Dadurch vereist der Verdampfer mit zunehmender Betriebsdauer des Kältegerätes zunehmend. Um den Verdampfer zu enteisen umfasst das Kältegerät 100 eine Abtauautomatik, die die Aktivierung einer Abtauung des Verdampfers über einen eigenen Algorithmus in Abhängigkeit von Türöffnungen und oder Umgebungsbedingungen steuert. Durch jede Abtauung wird eine bestimmte Menge Abtauwasser erzeugt, dass mittels einer Verdunstung aus dem Kältegerät 100 entfernt wird.
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Bei energieeffizienten Kältegräten 100 ist es aufwändig die erforderliche Verdunstungsleistung zur Verdunstung des Abtauwassers aus der Abwärme einzelner Komponenten des Kältegerätes 100 zu erreichen. Bei Kältegeräten 100 ohne Rückwandverflüssiger oder zwangsbelüftetem Verflüssiger ist die Luftbewegung im Rückwandbereich reduziert, so dass der Abtransport der feuchten Luft nur gering ist.
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Durch zusätzliche Verdunstungsunterstützungseinrichtungen, wie beispielsweise ein Heißgasrohr oder elektrische Heizungen, wird dafür gesorgt, dass genügend Abtauwasser verdunstet wird und die mit Feuchtigkeit gesättigte Luft abtransportiert wird, beispielweise durch einen zusätzlicher Ventilator. Die Verdunstungsleistung kann durch eine Vergrößerung der Oberfläche der Verdunstungsschale und/oder dem der Einsatz von Heißgasrohren innerhalb der Verdunstungsschale gesteigert werden. Zusätzlich kann eine elektrische Heizung im Bereich der Verdunstungsschale eingesetzt werden, die dann im Bedarfsfall über ein Triggersignal zeitweilig zugeschaltet wird, das beispielweise durch einen Schwimmerschalter ausgelöst wird. Als weitere Möglichkeit kann auch noch ein Ventilator im Umfeld der Verdunstungsschale eingebaut werden.
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Allerdings sollte aus Effizienzgründen lediglich eine dann eine Energiemenge zur Verdunstung des Abtauwassers an die Heizung oder den Ventilator zugeführt werden, wenn diese tatsächlich erforderlich ist, beispielsweise wenn der Füllgrad in der Verdunstungsschale einen Pegel erreicht hat, bei dem die Gefahr des Überlaufens nicht mehr ausgeschlossen werden kann.
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2 zeigt eine schematische Ansicht des Kältegerätes 100 mit dem Verdampfer 105 und der steuerbaren Abtaueinrichtung 103. Die Abtaueinrichtung 103 dient zum Abtauen des Verdampfers 105 in einem Abtauzyklus. Das hierbei anfallende Abtauwasser wird über eine Rücklaufleitung 113 in eine Verdunstungsschale 109 geführt. Das Abtauwasser sammelt sich dadurch ein der Verdunstungsschale 109. Die steuerbare Verdunstungsunterstützungseinrichtung 107 dient zum Unterstützen einer Verdunstung von Abtauwasser des Abtauzyklus aus der Verdunstungsschale 109 und wird beispielsweise durch einen Ventilator oder eine elektrische Heizung gebildet. Sowohl der Betrieb der Abtaueinrichtung 103 als auch der Verdunstungsunterstützungseinrichtung 107 wird durch eine Steuereinrichtung 111 gesteuert.
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Die Steuereinrichtung 111 erfasst eine Abtauzyklusrate aus einem Verhältnis der Anzahl von Abtauzyklen der Abtaueinrichtung 103 je Zeitintervall. Falls die Abtauzyklusrate über einem vorgegebenen Grenzwert liegt, wird die Verdunstungsunterstützungseinrichtung 107 durch die Steuereinrichtung 111 zugeschaltet, um die Verdunstung des in den Abtauzyklen angefallenen Abtauwassers zu steigern. Das Triggersignal für die Verdunstungsunterstützungseinrichtung 107 wird von der Gerätesteuerelektronik der Steuereinrichtung 111 geliefert, wenn in einem bestimmten Zeitraum eine Anzahl von Abtauzyklen überschritten wird. In diesem Fall wird beispielsweise ein Ventilator als Verdunstungsunterstützungseinrichtung 107 mit dem Abtauzyklus oder nach einem Abschluss der Abtauzyklus aktiviert werden. Die Abtauzyklusrate kann beispielsweise auf Basis eines gleitenden Mittelwertes bestimmt werden.
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Die Steuereinrichtung 111 umfasst beispielsweise durch einen Mikroprozessor mit einem Speicher, auf dem ein Programm zur Steuerung der Verdunstungsunterstützungseinrichtung 107 und der Abtaueinrichtung 103 abläuft. Das Programm kann je nach den Anforderungen von Zeit zu Zeit aktualisiert werden. Das Programm sowie die zugehörigen Parameter, wie Grenzwerte, kann in ein dem nicht-flüchtigen Speicher gespeichert sein.
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Die Steuereinrichtung 111 kann die Verdunstungsunterstützungseinrichtung 107 in Abhängigkeit der erfassten Abtauzyklusrate zu steuern. Ist beispielsweise die Abtauzyklusrate hoch, kann die Steuereinrichtung 111 eine Verdunstungsleistung der Verdunstungsunterstützungseinrichtung 107 proportional erhöhen. Die Steuereinrichtung 111 kann die Verdunstungsunterstützungseinrichtung 107 für eine vorgegebene Aktivierungsdauer aktivieren, beispielsweise kann die Steuereirichtung eine Heizung oder einen Ventilator für einen festen Zeitraum von mehreren Stunden einschalten. Je nach erfasster Abtauzyklusrate kann der Aktivierungszeitraum verlängert oder verkürzt werden.
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Daneben kann die Steuereinrichtung 111 die Verdunstungsunterstützungseinrichtung 107 für eine vorgegebene Anzahl von Verdichterläufen aktivieren, so dass je Verdichterlauf eine gewisse Menge an Verdunstungsenergie zugeführt wird. In Abhängigkeit der Abtauzyklusrate kann die vorgegebene Anzahl von Verdichterläufen geändert werden, für die die Verdunstungsunterstützungseinrichtung 107 betrieben wird.
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Die Steuereinrichtung kann die Verdunstungsunterstützungseinrichtung 107 mit einer vorgegebenen Taktfrequenz betreiben, die je nach Abtauzyklusrate geändert wird. Beispielsweise kann eine Pulsbreitenmodulation für die Verdunstungsunterstützungseinrichtung 107 verwendet werden, bei der sich je nach Abtauzyklusrate ein Tastgrad ändert. Beispielsweise kann der Tastgrad bei einer höheren Abtauzyklusrate ebenfalls erhöht werden.
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Die Dauer und der Rhythmus der Ansteuerung der Verdunstungsunterstützungseinrichtung 107, d.h. der Heizung oder des Ventilators, und die Ansteuerung in Bezug auf den Verdichterlauf kann über weitere Parameter in der Steuerelektronik der Steuereinrichtung 111 bestimmt werden. Beispielsweise kann die Ansteuerung der Heizung oder des Ventilators parallel zum Verdichter für eine bestimmte Anzahl von Verdichterläufen erfolgen oder die Ansteuerung der Heizung oder des Ventilators kann parallel zum Verdichter in getakteter Art und Weise erfolgen.
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Durch die Auswertung der Häufigkeit der Abtauzyklen je Zeiteinheit, nämlich der Abtauzyklusrate, entfällt die Notwendigkeit ein Triggersignal über zusätzliche Komponenten wie beispielsweise Schwimmerschalter zu erzeugen. Damit wird ein Herstellungsaufwand für Kältegräte 100 mit Abtauautomatik verringert und die Ausfallsicherheit erhöht.
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Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren.
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Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Ansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Kältegerät
- 103
- Abtaueinrichtung
- 105
- Verdampfer
- 107
- Verdunstungsunterstützungseinrichtung
- 109
- Verdunstungsschale
- 111
- Steuereinrichtung
- 113
- Rücklaufleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202007017691 U1 [0002]
- EP 1975892 A2 [0003]
- WO 2010/000866 A2 [0004]
- EP 1538410 A2 [0006]
- WO 2009/112519 A2 [0007]
