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Die Erfindung betrifft ein Regelsystem für Tiefkühl-
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geräte mit einer Schaltanordnung zum Schnelleinfrieren neu eingelagerten
Gefriergutes, welche nach Betätigen eines Schaltorgans die Regeleinrichtung des
Kälteerzeugers veranlaßt, einen neuen Einfriertemperatur-Sollwert anzulaufen, der
tiefer als der Lagertemperatur-Sollwert ist.
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Bei vielen bekannten Haushalts-Tiefkühlgeräten ist die der tiefstmöglichen
Temperatur entsprechende Position des Thermostaten mit "Super" oder " "Schnellgefrierstufe"
bezeichnet. In den Bedienungsanweisungen wird empfohlen, etwa eine Stunde vor dem
Einlagern neuen Gefriergutes diese Einstellung vorzunehmen und einige Zeit danach
wieder auf die Langzeit-Lagertemperatur umzustellen. Dies deshalb, weil es für den
Geschmack, die Konsistenz und die Haltbarkeit der eingefrorenen Lebensmittel von
Vorteil ist, wenn sie den Temperaturbereich bis etwa minus 50C möglichst schnell
durchlaufen. Das erwähnte Tieferstellen des Thermostaten zielt darauf ab, vor dem
Einlagern einen Kältevorrat zu schaffen.
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Es ist auch bekannt, durch Drücken einer Taste eine gesonderte Schaltanordnung
in Betrieb zu setzen, wodurch statt des eingestellten Lagertemperatur-Sollwerts
von normal minus 18"C ein Einfriertemporatur-Sollwert von z.B.
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minus 240C maßgebend wird. Es ist ferner bekannt, durch Einschalten
der Schnellgefrierstufe zusätzliche Verdampferschlangen in Betrieb zu nehmen und
dadurch einen Teil des Kühlraums, das sogenannte Einfrierfach, verstärkt zu kühlen,
wobei in diesem Fach ein besonderer, nur im Schnellgefrierbetrieb wirksamer Temperaturfühler
angeordnet sein kann.
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Trotz dieser bekannten schaltungstechnischen Maßnahmen ist beim Einfrieren
der Energieverbrauch zu hoch oder die Einfrierqua-lität unzureichend. Muß die Schnellgefrierstufe
von Hand abgeschaltet werden, so geschieht dies oft viel zu spät oder wird völlig
vergessen. Aber auch wenn die Rückstellung selbsttätig erfolgt, kann die Menge des
neu eingelegten Gefriergutes klein sein, was zur Folge hat, daß das gesamte eingelagerte
Gut unter erheblichem Energieaufwand unnötig lange und stark unterkühlt wird. Legt
man andererseits eine größere Menge ein, so ist vielfach die Kühlgeschwindigkeit
zu gering, zumal wenn der Einlagerungszeitpunkt nach Einschalten der Schnellgefrierstufe
zu früh gewählt war, so daß sich kein ausreichender Kältevorrat bilden konnte. Die
Praxis hat gezeigt, daß dieser überstand mit detaillierten Bedienungsanweisungen
nicht behoben werden kann, da diese zu kompliziert sind und von den Benutzern der
Tiefkühlgeräte nicht befolgt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regelsystem vorzuschlagen,
das für die Menge des jeweils eingelegten Gefriergutes empfindlich ist und sicherstellt,
daß bei nöglichst kleinem Stromverbrauch die Temperatur dieses Gefrierguts den hinsichtlich
der Qualitätsanforderungen kritischen Temperaturbereich, aber auch nur diesen, möglichst
schnell durchläuft.
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Dies wird ausgehend von einem Regelsystem der einleitend bezeichneten
Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Schaltanordnung einen gesonderten
Temperaturfühler aufweist, der innerhalb des Einfrierfaches so positioniert ist,
daß er die Temperatur in unmittelbarer Nähe des einzulegenden frischen Gefriergutes
mißt oder innerhalb wenigstens eines Teils des Einfrierfaches frei beweglich ist
und somit zwischen oder auf dem Gefriergut positionierbar ist, und daß nach Ansteigen
der Fühlertemperatur dieses Temperatur fühlers über einen um einige Grad über dem
Lagertemperatur-Sollwert festgelegten Temperaturgrenzwert die Schaltanordnung selbsttätig
dadurch in den Regelbetrieb mit Lagertemperatur-Sollwert zurückgesetzt wird, daß
die FUhlertemperatur wieder unter diesen Temperaturgrenzwert absinkt.
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Das gleiche Ziel kann bei einem Tiefkühlgerät ohne besonderes Einfrierfach
auch dadurch erreicht werden, daß das frisch ein-
zubringende Gefriergut
in das Fach eingelegt wird, das dem einzigen Temperatur fühler am nächsten ist und
daß nach Ansteigen der Fühlertemperatur über den Lagertemperatur-Sollwert die Schaltanordnung
selbsttätig dadurch in den Regelbetrieb mit Lagertemperatur-Sollwert zurückgesetzt
wird, daß die Fühlertemperatur wieder unter den Lagertemperatur-Sollwert absinkt.
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Der Kerngedanke dieser beiden Vorschläge besteht darin, daß während
des Einfrierens die Oberflächen- oder unmittelbare Umgebungstemperatur des einzulagernden
Gefriergutes überwacht wird und die volle Kühlleistung solange aufgewandt wird;
bis der kritische Temperaturbereich durchlaufen ist und daß dann sogleich selbsttätig
wieder auf den normalen Regelbetrieb zurückgeschaltet wird.
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Während üblicherweise Temperaturfühler in Tiefkühlgeräten fest installiert
sind und somit nur die allgemeine Raumtemperatur, allenfalls die Raumtemperatur
im Schnellgefrierfach, erfassen können, bietet insbesondere ein beweglicher Temperaturfühler
die Möglichkeit, gezielt die Oberflächentemperatur des neu-eingelegten Gefrierguts
zu erfassen. Diese gibt mit hinreichender Genauigkeit auch die Temperatur im Innern
des Gefrierguts wieder. Selbstverständlich steigt diese Fühlertemperatur schnell
und
oft bis über den Gefrierpunkt an, wenn Gefriergut mit Zimmertemperatur
in das Tiefkühlgerät eingelegt und der Fühler zwischen den einzelnen Stücken oder
Packungen positioniert oder gar durch Einstechen in das Gefriergut eingeführt wird.
Je nach der Menge des Gefrierguts dauert es dann mehr oder weniger lang bis das
Temperaturmaximum überschritten und beim Absinken ein Temperaturgrenzwert erreicht
ist, der eine weitere Beschleunigung des Abkühlvorgangs nicht mehr erforderlich
erscheinen läßt. Dann wird selbsttätig umgeschaltet. Man braucht sich also nach
dem Einlagern um das Gerät nicht weiter zu kümmern.
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Der Temperaturgrenzwert wird vorzugsweise bei etwa minus 5oc angesetzt,
denn dies ist erfahrungsgemäß etwa die untere Grenze des kritischen Temperaturbereichs.
Verzichtet man jedoch auf einen gesonderten Temperaturfühler und arbeitet man mit
nur einem Temperaturfühler, so ist der Temperaturgrenzwert identisch mit dem Lagertemperatur-Sollwert,
der normalerweise bei minus 180C liegt.
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Um auch den vor dem Einlagern zu schaffenden Kältevorrat genau festzulegen
und der Willkür des Benutzers zu entziehen, wird weiter vorgeschlagen, daß die Schaltanordnung
ein Schnellgefrierbereitschafts-Signal abgibt, sobald
der Einfriertemperatur-Sollwert
von beispielsweise minus 240C (+ der zugehörigen Regelabweichung) erreicht ist.
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Nach dem Betätigen der Schnellgefriertaste wird die Hausfrau somit
beispielsweise durch ein Blinksignal oder ein akustisches Signal im richtigen Zeitpunkt
daran erinnert, das vorbereitete Gefriergut nunmehr einzulegen.
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Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert
Im einzelnen zeigt Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer Anordnung zum Schnelleinfrieren
mit einem gesonderten Fühler im Einfrierfach und Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der
Temperatur dieses Fühlers während der Einschaltdauer dieser Anordnung.
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Ein Tiefkühlschrank 1 hat drei Normalgefrierfächer und unten ein Einfrierfach
2. Für die normale Lagertemperaturregelung ist ein nicht dargestellter Thermostat
vorgesehen, dessen Fühler 3 unter dem mittleren Boden fest angebracht ist. Im Schnellgefrierfach
2 befindet sich ein zusätzlicher, über eine flexible Leitung mit der Schaltanordnung
verbundener und dadurch frei beweglicher Fühler 4. Das zentrale Element der dargestellten
Schaltanordnung ist ein Flipflop 5, das durch auf seinen Eingang treffende positive
Signalflanken am Ausgang ein Hochpegel-Signal erzeugt. Eine Taste 6 verbindet den
Flipflop-Eingang mit hohem Potential. Der Flipflop-Ausgang steuert zwei Analogschalter
7 und 8 sowie eine Anzeige 9, beispielsweise eine Leuchtdiode. Zwei Komparatoren
10 und 11 sind über einen nicht gezeigten Signalver-
stärker mit
dem beweglichen Fühler 4 verbunden. An dem jeweils anderen Eingang der Komparatoren
10 und 11 liegt eine Referenzspannung U1, die dem Temperaturgrenzwert T g von etwa
minus 50C entspricht, bzw. eine Referenzspannung U2, die dem Einfriertemperatur-Sollwert
Te von etwa minus e 240C entspricht. Der Ausgang des Komparators 10 führt über den
Analogschalter 7 zum Eingang des Flipflops 5. Der Ausgang des Komparators 11 steuert
über den Analogschalter 8 und ein Oder-Gatter 12 sowie eine nicht gezeigte Relaisanordnung
den Motor 13 des Kältekompressors an. Am anderen Eingang des Oder-Gatters 12 liegt
der- Steuerausgang des normalen Lagertemperaturreglers, zu dem auch der Fühler 3
gehört. Schließlich ist am Ausgang des Komparators 11 unter Zwischenschaltung eines
Umkehrgatters 14 eine Schnellgefrierbereitschafts-Anzeige 15 angeschlossen.
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In Fig. 2 ist die vom Fühler 4 erfaßte Temperatur über der Zeit aufgetragen.
Der für die normale Lagertemperatur vorgesehene und. im Beispiel auf minus 180C
eingestellte Thermostat läßt die Temperatur mit einer Toleranz von etwa 10C um den
eingestellten Lagertemperatur-Sollwert T1 pendeln. Wird zum Zeitpunkt t1 die Taste
6 gedrückt, leuchtet die Anzeige 9 auf zum Zeichen dafür, daß das Schnellgefriersystem
in Betrieb ist. Die beiden Analogschalter 7 und 8 öffnen, d.h. schalten auf Durch-
gang
Da der Fühler 4 etwa minus 180C erfaßt, liegen die Ausgänge beider Komparatoren
10 und 11 auf Hochpegel. Der Kompressormotor 13 arbeitet und treibt damit die Temperaturkurve
nach unten. Wegen des Umkehrgatters 14 bleibt die Anzeige 15, im Beispiel ebenfalls
eine Leuchtdiode, dunkel.
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Im Zeitpunkt t2 erfaßt der Komparator 11 erstmals das Erreichen der
unteren Schwelle des minus 249C -Einfriertemperaturbandes. Sein Ausgang springt
auf Niedrigpegel.
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Der Kompressor 13 kommt zum Stillstand und die Schnellgefrierbereitschafts-Anzeige
15 leuchtet auf. Wahlweise kann auch ein akustisches Signal in Betrieb gesetzt werden.
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Die dadurch aufmerksam gemachte Hausfrau legt zum Zeitpunkt t3 einzufrierendes
Gut mit Raumtemperatur in das Gefrierfach 2 und achtet darauf, daß der Fühler 4
zwischen dieses Gut zu liegen kommt, jedenfalls an seiner Oberfläche anliegt. Das
hat zur Folge, daß die Fühler temperatur schnell ansteigt. Der Kompressor 13 ist
mittlerweile wieder in Betrieb gegangen und die Anzeige 15 erloschen. Wenn die Temperatur
den Grenzwert von minus 5QC erreicht, auf den der Komparator 10 eingestellt ist,
springt dessen Ausgang und damit auch der Eingang des Flipflops 5 auf Niedrigpegel.
Das hat jedoch, wie oben schon erwähnt, auf den Schaltzustand des Flipflops 5
keinen
Einfluß. Die Temperatur steigt weiter bis über den Gefrierpunkt an.
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Schließlich aber ist die in dem Gefriergut gespeicherte Wärme abgebaut
und die Temperatur beginnt zu sinken.
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Erreicht sie dabei erneut den Grenzwert von minus 50C, springt der
Ausgang des Komparators 10 wieder auch Hochpegel. Das bewirkt ein Zurückkippen des
Flipflops 5 und damit die selbsttätige Außerbetriebnahme der Schaltanordnung. Die
Anzeige 9 erlischt. Eventuell eingeschaltete besondere Verdampferschlangen oder
bei größeren Kühlanlagen eventuell eingeschaltete besondere Kühlmaschinen werden
damit außer Betrieb genommen. Mittlerweile hat ai. normale Lagrte:np.raturrogelng
wieder oingaaett, Ihr Steuersignal gelangt über den oberen Eingang des Oder-Gatters
12 auf den Motor 13. Die Temperatur sinkt weiter ab auf den Lagerwert von minus
180C.
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Für den Fall, daß einmal so wenig oder schon soweit vorgekühltes Gefriergut
eingelegt wird, daß die Temperatur nach dem Zeitpunkt t3 den Grenzwert von minus
5°C nicht übersteigt, kann ein Zeitglied vorgesehen sein, welches in angemessener
Zeit nach Erreichen der Einfrierbereitschaft (minus 240C) das Flipflop 5 zurückkippt
und damit wie oben beschrieben wieder die normale Lagertemperaturregelung herbeiführt.
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Ein im Einfrierfach 2 fest installierter gesonderter Fühler 4' kann
mit- prinzipiell gleichem Erfolg den beweglichen Fühler 4 ersetzen.
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1 Tiefkühlschrank 2 Einfrierfach 3 Fühler 4 Fühler 4' Fühler 5 Flipflop
6 Starttaste 7 Analogschalter 8 Analogschalter 9 Anzeige 10 Komparator 11 Komparator
12 Oder-Gatter 13 Motor 14 Umkehrgatter 15 Schnellgefrierbereitschafts-Anzçige U,
Referenzspannung entsprechend T g U2 Referenzspannung entsprechend Te T Temperaturgrenzwert
g Tl Lagertemperatur-Sollwert Te Einfriertemperatur-Sollwert t1 Start t2 Einfrierbereitschaft
t3 Einlegen des Gefrierguts t4 Rückschaltung auf Lagertemperaturregelung
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