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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Eisbereiter und ein Kältegerät, insbesondere ein Haushaltskältegerät, in dem ein solcher Eisbereiter verwendbar ist.
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Einfache Eisbereiter in Form von flachen Tabletts aus Aluminium oder Kunststoff, in denen mit Wasser zu befüllende Kavitäten geformt sind und die in einem Gefrierfach eines Kältegeräts platziert werden können, um in den Kavitäten Eiswürfel zu erzeugen, sind als Zubehör zu Haushaltskältegeräten seit Jahrzehnten verbreitet.
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Zunehmender Beliebtheit bei den Verbrauchern erfreuen sich automatisch arbeitende Eisbereiter. Bei manchen von diesen Eisbereitern ist ein Tablett, in dem die Eiswürfel erzeugt werden, in einem Rahmen aufgehängt und durch einen Motor zwischen einer Gefrierstellung, in der die Kavitäten des Tabletts nach oben offen sind, und einer Auswurfstellung schwenkbar, in der sie nach unten offen sind und in der das Tablett durch den Motor verdrillt werden kann, um die Eiswürfel aus den Kavitäten zu lösen und sie in einen unter dem Tablett angeordneten Vorratsbehälter fallen zu lassen.
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In den meisten Haushalten wird Eis nicht kontinuierlich verbraucht, doch wenn welches benötigt wird, dann oft in größeren Mengen. Um eine große Menge Eis vorrätig zu halten, kann zwar der Vorratsbehälter vergrößert werden, doch geht dadurch für anderes Kühlgut nutzbares Volumen innerhalb des Kältegeräts verloren. Eine andere Möglichkeit, plötzlichen hohen Bedarf zu decken, ist, die Geschwindigkeit der Eiserzeugung zu steigern. Die ist im Wesentlichen bestimmt durch die Schnelligkeit des Wärmeaustauschs zwischen der Umgebung des Tabletts und dem darin befindlichen Wasser. Der Wärmeaustausch zwischen Tablett und Umgebung kann gesteigert werden, indem die Temperatur von dem Eisbereiter zugeführter Kaltluft herabgesetzt wird, was die Energieeffizienz des Kältegeräts beeinträchtigt, oder indem die Zirkulationsgeschwindigkeit der Luft heraufgesetzt wird, was die Verdunstung und unerwünschte Reifbildung an anderen Stellen des Kältegeräts fördert. Daher ist keine dieser Möglichkeiten vollauf befriedigend.
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Aufgabe der Erfindung ist, einen Eisbereiter zu schaffen, mit dem wenigstens zeitweilig eine hohe Produktivität erreichbar ist und die oben beschriebenen Nachteile vermieden werden.
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Die Aufgabe wird gelöst, in dem bei einem Eisbereiter mit einem wenigstens eine Kavität zum Aufnehmen von Wasser aufweisenden Tablett eine Wand der Kavität ein Phasenwechselmaterial enthält. Wenn ein solcher Eisbereiter vorgekühlt ist, so dass das Phasenwechselmaterial fest ist, kann in die Kavitäten eingefülltem Wasser in kurzer Zeit sehr viel Wärme entzogen werden, indem diese das Phasenwechselmaterial zum Schmelzen bringt.
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Die Gefriertemperatur des Phasenwechselmaterials sollte dafür vorzugsweise wenige Grad unter 0° C liegen, vorzugsweise bei –5° C oder darunter.
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Andererseits sollte die Gefriertemperatur des Phasenwechselmaterials deutlich über der Verdampfertemperatur des Kältegeräts liegen, in dem der Eisbereiter verwendet wird, da anderenfalls die zum Gefrieren des Phasenwechselmaterials erforderliche Zeit sehr lang wird. Eine Gefriertemperatur von unter –20° C ist daher nicht zweckmäßig; bevorzugt sind Temperaturen im Bereich von –10 bis –5° C.
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Das Phasenwechselmaterial kann in ein Matrixmaterial der Wand eingebettet sein. Eine solche Einbettung kann auf molekularem Maßstab erfolgen, indem etwa das Phasenwechselmaterial mit dem Material der Matrix gemischt wird und das erhaltene Gemisch zum Tablett ausgeformt wird. In diesem Fall kann es zweckmäßig sein, das Tablett mit einem für das Phasenwechselmaterial undurchlässigen Überzug zu versehen, um zu verhindern, dass im Laufe der Nutzung des Eisbereiters Phasenwechselmaterial verloren geht.
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Die Einbettung kann auch darin bestehen, dass das Phasenwechselmaterial als Granulat in das Matrixmaterial gemischt wird. Damit die Granulatstruktur bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes des Phasenwechselmaterials erhalten bleibt, kann das Granulat durch mit dem Phasenwechselmaterial gefüllte Perlen gebildet sein, deren Abmessungen klein sind gegenüber der Wandstärke des Tabletts.
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Einer zweiten Ausgestaltung zu Folge ist die Wand als Hohlkörper ausgebildet, der das Phasenwechselmaterial aufnehmen kann.
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Um die Produktionskapazität des Eisbereiters zu steigern, kann das Tablett des Eisbereiters mehrteilig aufgebaut sein, insbesondere kann die Wand einer Kavität eine wasserdichte innere Schale und eine an der Schale lösbar befestigten, das Phasenwechselmaterial enthaltenden Kühlkörper umfassen. So kann der Kühlkörper, wenn seine Kühlkapazität erschöpft ist, entfernt werden, um eine schnellere Abgabe von Wärme des Wassers an die Umgebung zu ermöglichen, oder der erschöpfte Kühlkörper kann durch einen frischen ersetzt werden.
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Eine weitere Möglichkeit, die Produktionskapazität des Eisbereiters zu steigern, ist, ein zweites Tablett und ein Gestell vorzusehen, in dem die Tabletts gehalten sind. Während sich eines der Tabletts in einer zur Eiserzeugung geeigneten Gefrierstellung befindet, kann das andere eine Wartestellung einnehmen. Eiserzeugung muss in dieser Wartestellung nicht möglich sein; insbesondere wenn das Tablett in Wartestellung leer ist, kann es mit seiner Umgebung auch über die Innenseiten der Kavitäten Wärme austauschen, so dass sein Phasenwechselmaterial schnell wieder gefriert und dadurch für einen weiteren Eisproduktionszyklus bereit ist.
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Die Bewegung der Tabletts zwischen Gefrierstellung und Wartestellung kann insbesondere ein Schwenken um eine horizontale Achse umfassen.
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Die Tabletts sollten in der Draufsicht wenigstens zu einem Teil überlappen, um den Stellflächenbedarf des Eisbereiters gering zu halten.
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Das Gestell kann an einer Unterseite eine Auswurföffnung für Eisstücke aufweisen. Unter dieser kann ein Auffangbehälter vorgesehen sein.
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Um fertige Eisstücke aus dem in Gefrierstellung befindlichen Tablett zu lösen, kann dieses um eine Achse in eine Auswurfstellung schwenkbar und in dieser Auswurfstellung verdrillbar sein.
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Um sicherzustellen, dass die aus dem Tablett gelösten Eisstücke die Auswurföffnung erreichen können, kann das in der Gefrierstellung befindliche Tablett jeweils unterhalb des in Wartestellung befindlichen Tabletts angeordnet sein.
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In diesem Fall kann eine Achse, um die das Tablett in die Auswurfstellung schwenkbar ist, auch die Achse sein, um die das Tablett verdrillbar ist. So kann ein gleicher Antriebsmechanismus sowohl zum Antrieb der Schwenkbewegung als auch zum Verdrillen dienen, was den Aufbau des Eisbereiters vereinfacht.
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Einer andern Ausgestaltung zu Folge ist das in der Gefrierstellung befindliche Tablett oberhalb des in Wartestellung befindlichen Tabletts angeordnet.
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Um fertige Eisstücke ungehindert durch das in Wartestellung befindliche Tablett auswerfen zu können, sollte das in der Gefrierstellung befindliche Tablett in eine Auswurfstellung unterhalb des in Wartestellung befindlichen bewegbar sein.
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Gegenstand der Erfindung ist auch ein Kältegerät mit einem Eisbereiter wie oben beschrieben.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren.
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Es zeigen:
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1 eine teils geschnittene, teils perspektivische Ansicht eines Eisbereitertabletts gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung;
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2 einen Schnitt durch ein Eisbereitertablett gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung;
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3 einen Schnitt durch ein Eisbereitertablett gemäß einer dritten Ausgestaltung;
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4 einen schematischen Querschnitt durch einen automatischen Eisbereiter mit zwei Tabletts; und
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5 einen zu 4 analogen Schnitt durch einen Eisbereiter mit zwei Tabletts gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung.
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1 zeigt aufgeschnitten in perspektivischer Ansicht ein Eisbereitertablett 1 gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung. Das Tablett 1 ist zusammengefügt aus einer inneren Schale 2, die in zwei Reihen von mit Wasser befüllbaren Kavitäten 3 unterteilt ist, und einer nicht unterteilten äußeren Schale 4. Die Schalen 2, 4 sind entlang ihrer Kanten miteinander dicht verbunden, z.B. verschweißt oder verklebt, um einen Hohlraum 5 zu bilden, der sich zwischen Seitenwänden 6, 7 und Böden 8, 9 der Schalen 2, 4 zusammenhängend über die gesamte Länge und Breite der Schalen 2, 4 erstreckt. Denkbar ist auch, die beiden Schalen 2, 4 einstückig zusammenhängend, insbesondere durch Blasformen, zu fertigen. Der Hohlraum 5 ist mit einem Phasenwechselmaterial 33, typischerweise einem Paraffin, gefüllt.
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Das Tablett 1 kann frei in einem Gefrierfach eines Haushaltskältegeräts platziert und so für sich allein als nichtautomatischer Eisbereiter genutzt werden; vorzugsweise ist es Bestandteil eines automatischen Eisbereiters, dessen Aufbau und Funktionsweise später mit Bezug auf die 4 und 5 noch genauer erläutert wird.
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An den Stirnseiten des Tabletts 1 sind mehrere Vorsprünge geformt. Beide Stirnseiten weisen einen mittigen zylindrischen Zapfen 10 auf, der vorgesehen ist, um in ein Lager des automatischen Eisbereiters einzugreifen und eine Schwenkachse 31 des Tabletts 1 zu definieren; die in 1 gezeigte Stirnseite 12 trägt ferner einen Anschlagvorsprung 11, der vorgesehen ist, um nach Schwenken des Tabletts 1 in eine Auswurfstellung, in der die Öffnungen der Kavitäten 3 nach unten weisen, eine weitere Drehung der in der Figur gezeigten Stirnseite 12 des Tabletts zu blockieren, so dass, wenn ein an der gegenüberliegenden Stirnseite angreifender Motor weiter rotiert, das Tablett 1 in sich verdrillt wird und die darin befindlichen Eisstücke gelöst werden.
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2 zeigt in einem Schnitt quer zur Schwenkachse 31 ein Tablett 1 gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung. Die Wände der Kavitäten 3 sind hier nicht wie in 1 durch ineinandergreifende innere und äußere Schalen gebildet, sondern umfassen jeweils eine Schale 13, in der die Kavitäten 3 ausgespart sind, und an Außenseiten der Schale 13 befestigte, mit Phasenwechselmaterial 33 gefüllte Hohlkörper 14.
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Die Hohlkörper 14 können flexible, elastisch verformbare Schläuche sein, die sich jeweils quer zur Schnittebene über die gesamte Länge des Tabletts 1 erstrecken und in der Lage sind, sich an den verfügbaren Einbauraum, insbesondere in einem Spalt 15 zwischen den zwei Reihen von Kavitäten 3, anzupassen, solange das in ihnen enthaltene Phasenwechselmaterial 33 warm genug ist, um plastisch verformbar zu sein.
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Einer Weiterbildung zufolge sind zumindest diejenigen Oberflächenbereiche 34 der Hohlkörper 14 steif ausgebildet, die vorgesehen sind, um mit der Schale 13 in Kontakt zu treten, während andere Oberflächenbereiche flexibel sein können, um eine thermische Ausdehnung des Phasenwechselmaterials 33 zuzulassen, und die Hohlkörper sind an der Schale 13 lösbar befestigt. Wenn die Kühlkapazität der an der Schale 13 montierten Hohlkörper 14 nach einem oder mehreren Eiserzeugungszyklen erschöpft ist, können diese abmontiert werden, um an anderer Stelle im Kältegerät wieder heruntergekühlt zu werden, und durch frische Hohlkörper 14 ersetzt werden.
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3 zeigt einen Querschnitt durch ein Tablett 1 gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung. Das Tablett 1 ist hier einteilig aus einem Gemisch eines Phasenwechselmaterials wie etwa eines Paraffins mit einer Matrix aus Polymermaterial spritzgeformt. Das Mischungsverhältnis von Phasenwechselmaterial und Polymermaterial ist so gewählt, dass das Tablett auch oberhalb des Schmelzpunktes des Phasenwechselmaterials fest ist. Infolge der homogenen Durchmischung ist die flüssige Phase des Phasenwechselmaterials nicht direkt beobachtbar; dass innerhalb des Tabletts 1 ein Phasenübergang stattfindet, zeigt sich nur indirekt daran, dass die Wärmekapazität des Tabletts 1 stark temperaturabhängig ist und über in der Umgebung der Schmelztemperatur des Phasenwechselmaterials ein Maximum durchläuft.
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Einer Variante zu Folge ist das Material des Tabletts 1 nicht homogen, sondern das Phasenwechselmaterial liegt in Form von in die Matrix eingebetteten kleinen Bläschen vor. Ein solches Tablett ist realisierbar durch Spritzformen einer Emulsion aus Matrix und Phasenwechselmaterial.
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Denkbar ist auch, das Tablett der 3 zu fertigen, in dem zunächst ein Granulat aus mit dem Phasenwechselmaterial gefüllten hohlen Kunststoffperlen erzeugt, das Granulat unter die Matrix gemischt und das so erhaltene Gemisch zum Tablett 1 geformt wird.
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Damit das Granulat eine Spritzdüse passieren kann, ohne zerstört zu werden, muss seine Körnung offensichtlich deutlich feiner sein als die Wandstärke des Tabletts 1.
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Die 4 und 5 zeigen jeweils schematisch den Aufbau eines automatischen Eisbereiters mit zwei Tabletts 1, 1’, bei denen es sich jeweils um Tabletts nach einer beliebigen der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen handeln kann.
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Der Eisbereiter der 4 umfasst ein Gestell 16, von dem zwei Längswände 17 in der Figur im Schnitt gezeigt sind. In einer Stirnwand 18 des Gestells 16 ist ein Fenster 19 ausgespart um, angetriebenen durch ein in das Gestell 16 eingebauten Ventilator oder einen Ventilator des Kältegerätes, in dem der Eisbereiter untergebracht ist, den Innenraum des Gestells 16 mit Kaltluft zu versorgen.
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In diesem Innenraum befinden sich die zwei Tabletts 1, 1’.
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Die Tabletts 1, 1' sind jeweils von zwei an ihren Stirnseiten um die Achse 31 bzw. 31’ schwenkbar angreifenden Armen 20, 20' gehalten, die ihrerseits um an den Stirnwänden 18 des Gestells 16 feste Achsen 21, 21' schwenkbar sind. Das Tablett 1 befindet sich in Gefrierstellung, unterhalb eines Frischwasserauslasses 22, über den die Kavitäten des Tabletts 1 mit flüssigem Wasser befüllbar sind. Der durch das Fenster 19 eintretende Kaltluftstrom überstreicht die Oberfläche des Wassers in den Kavitäten des Tabletts 1, so dass dieses, unterstützt durch einen Phasenwechsel des Phasenwechselmaterials in den Wänden des Tabletts 1, schnell gefriert. Wenn der Kaltluftstrom am Boden des Tabletts 1’ entlang streicht, wird auch dieses wirksam gekühlt. Das Tablett 1’ kann zwar in der gezeigten, oberhalb des Tabletts 1 gegen die linke Längswand 17 geklappten Wartestellung kein Wasser aufnehmen, das in ihm enthaltene Phasenwechselmaterial gefriert jedoch auch in der Wartestellung.
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Beide Tabletts 1, 1' tragen den mit Bezug auf 1 erläuterten Anschlagvorsprung 11, 11' an ihrer dem Betrachter zugewandten Stirnseite 12 bzw. 12’. An der gegenüberliegenden Stirnseite ist ein Zahnrad 23, 23' drehfest mit dem Tablett 1 bzw. 1' verbunden. In der Gefrierstellung kämmt das Zahnrad 23 mit einem Zahnrad 24, das durch einen jenseits der Stirnwand 18 verborgenen Elektromotor antreibbar ist, um nach Gefrieren des Wassers im Tablett 1 dieses um die durch den Zapfen 10 verlaufende Schwenkachse 31 in eine Auswurfstellung zu schwenken, in der die Kavitäten einer Auswurföffnung 25 an der Unterseite des Gestells 16 zugewandt sind und der Anschlagvorsprung 11 auf einen Anschlag der in 1 nicht sichtbaren Stirnwand des Gestells 16 trifft. Indem nach Erreichen dieser Auswurfstellung das Zahnrad 24 weiter angetrieben wird, wird das Tablett 1 in sich verdrillt, die Eisstücke lösen sich aus den Kavitäten und fallen in einen nicht dargestellten Sammelbehälter unter der Auswurföffnung 25.
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Wenn dies geschehen ist, wird die Schale 1 um die Schwenkachse 31 in die in der 4 gezeigte Gefrierstellung zurückgeschwenkt und anschließend durch Schwenken der Arme 20 um die Achse 21 in eine Wartestellung spiegelbildlich zur in 4 gezeigten Wartestellung des Tabletts 1’ versetzt.
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Im Tablett 1' ist nun das Phasenwechselmaterial vollständig gefroren. Indem das Tablett 1’ in die Gefrierstellung geschwenkt wird, gelangt sein Zahnrad 23’ in Eingriff mit dem Zahnrad 24. Das Tablett 1’ wird über den Frischwasserauslass 22 befüllt, und in Kontakt mit dem Phasenwechselmaterial des Tabletts 1’ und der zirkulierenden Kaltluft gefriert das Wasser schnell, während gleichzeitig auch das Tablett 1 in der Wartestellung wieder auskühlt. Die Entleerung der Kavitäten des Tabletts 1’ wird wiederum durch eine Drehung des Zahnrades 24 angetrieben.
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Einen besonders platzsparenden Aufbau zeigt die Ausgestaltung der 5. Hier sind an einer Stirnwand 18 des Gestells 16 ein Sonnenrad 26 und ein Hohlrad 27 um eine Achse 32 drehbar gelagert, und mit den Tabletts 1, 1' drehfest verbundene Planetenräder 28 kämmen mit Sonnenrad 26 und Hohlrad 27. Das obere Tablett 1 befindet sich in Gefrierstellung, in der es über den Frischwasserauslass 22 befüllbar ist und ein über das Gestell 16 hinweg streichender Kaltluftstrom Wasser in den Kavitäten des Tabletts 1 kühlen kann. Um eine effiziente Kühlung auch des anderen, unter dem Tablett 1 mit nach unten gekehrten Kavitäten in Wartestellung befindlichen Tabletts 1’ zu ermöglichen, können Fenster je nach Zirkulationsrichtung der Kaltluft in Längswänden 17 oder Stirnwänden 18 des Gestells 16 vorgesehen sein.
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Nach Gefrieren des Wassers in Tablett 1 werden Sonnenrad 26 und Hohlrad 27 gemeinsam um 180° rotiert, so dass die Tabletts 1, 1' ihre Plätze tauschen. Während der Anschlagvorsprung 11' des nun in Gefrierstellung befindlichen Tabletts 1' in radialer Richtung beweglich ist, greift der Anschlagvorsprung 11 des sich nun in Auswurf- bzw. Wartestellung befindlichen Tabletts 1 an der dem Planetengetriebe gegenüberliegenden, in der Figur nicht sichtbaren Stirnwand des Gestells 16 in eine zu Sonnen- und Hohlrad 26, 27 konzentrische Nut ein, die eine radiale Bewegung des Anschlagsvorsprungs 11 unterbindet. Wenn nun von Sonnen- und Hohlrad eines festgehalten wird, während das andere drehangetrieben wird, wird das Tablett 1 verdrillt, und die darin gebildeten Eisstücke werden über die Öffnung 25 am Boden des Gestells 16 ausgeworfen.
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Gleichzeitig mit der Verdrillung des Tabletts 1 wird eine Schwenkbewegung des Tabletts 1’ um die durch das Zahnrad 23' und den Zapfen 10’ verlaufende Achse angetrieben. Wenn die Befüllung des Tabletts 1’ erst nachher erfolgt, bleibt diese Schwenkbewegung folgenlos. Sie kann aber auch genutzt werden, um, indem das Wasser in den befüllten Kavitäten 3 Aussparungen 29 an den Oberkanten der zwischen ihnen liegenden Trennwände 30 (siehe z.B. 1) überflutet, die Kavitäten 3 zeitweilig miteinander in Verbindung zu setzen und so eine gleichmäßige Füllung der Kavitäten 3 sicherzustellen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Tablett
- 2
- Schale
- 3
- Kavität
- 4
- Schale
- 5
- Hohlraum
- 6
- Seitenwand
- 7
- Seitenwand
- 8
- Boden
- 9
- Boden
- 10
- Zapfen
- 11
- Anschlagvorsprung
- 12
- Stirnseite
- 13
- Schale
- 14
- Hohlkörper
- 15
- Spalt
- 16
- Gestell
- 17
- Längswand
- 18
- Stirnwand
- 19
- Fenster
- 20
- Arm
- 21
- Achse
- 22
- Frischwasserauslass
- 23
- Zahnrad
- 24
- Zahnrad
- 25
- Auswurföffnung
- 26
- Sonnenrad
- 27
- Hohlrad
- 28
- Planetenrad
- 29
- Aussparung
- 30
- Trennwand
- 31
- Schwenkachse
- 32
- Achse
- 33
- Phasenwechselmaterial
- 34
- Oberflächenbereich
- 35
- Oberflächenbereich
