-
Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Eisbereitungsmaschinen und insbesondere auf Steuerungsverfahren
für automatische
Eisbereitungsmaschinen. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein
Verfahren zum Auslösen
eines Entnahmezyklus in einer Eisbereitungsmaschine.
-
Über
die Jahre sind zahlreiche Eisbereitungsmaschinen entwickelt worden.
Die meisten dieser Maschinen sind freistehende Einheiten, die an
die elektrische und die Wasser-Versorgung
angeschlossen sind und Eis unter Verwendung eines Standardkühlsystems
bereiten. Die Eismaschinen besitzen oft ein Steuerungssystem, das
die Maschine automatisch durch Gefrier- und Entnahmezyklen führt und die
Maschine ausschaltet, wenn genügend
Eisvorrat erzeugt worden ist.
-
Solche Eismaschinen gibt es in allen
Größen, von
großen
Maschinen, die hunderte Pfund Eis pro Stunde herstellen, bis zu
kleineren Maschinen, die wenige Pfund Eis pro Stunde erzeugen, wobei
die Steuerungssysteme für
solche Maschinen von hoch entwickelt bis einfach variieren.
-
Viele Eiswürfelbereitungsmaschinen benutzen
ein Ableitventil für
Heißgas,
um die Eiswürfel
zu entnehmen, indem heißes
Kühlmittel
von einem Kompressor direkt zu einem Verdampfer geschickt wird,
der an der Rückseite
einer Würfel
bildenden Verdampferplatte angebracht ist. Anstatt das Wasser zu
Eis zu gefrieren schmilzt dann der Verdampfer das Eis. Es ist wichtig
zu wissen, wann der Entnahmezyklus zu starten und zu beenden ist.
Die maximale Wirksamkeit der Maschine erfordert es, dass der Entnahmezyklus
gestartet wird, wenn sich hinreichend Eis gebildet hat, und der
Entnahmezyklus beendet wird, sobald das Eis von der Eis bildenden
Verdampferplatte abgelöst
ist. Patente zum Stand der Technik legen den Gebrauch von Eisdickefühlern zum
Auslösen
eines Entnahmezyklus und einen elektro-mechanischen Sensor wie etwa
einen Wasservorhangschalter offen, um zu erfassen, wann die Eiswürfel aus
der Eis bildenden Verdampferplatte herausfallen. Es gibt zahl reiche
andere Steuerungssensoren und Mechanismen, um den Entnahmezyklus
zu beginnen und zu beenden.
-
Ein Problem mit vielen dieser hoch
entwickelten Steuerungssystemen ist es, dass sie Bauteile benötigen, die
die Kosten der Eisbereitungsmaschine spürbar erhöhen. Bei verhältnismäßig kleinen
Eisbereitungsmaschinen, wo die Herstellkosten minimiert sind, wird
in Kauf genommen, dass das Steuerungssystem die Maschine nicht auf
wirkungsvollste Weise betreibt. In einigen Eismaschinen basieren
z. B. die Zeitdauern der Gefrier- und Entnahmezyklen auf einem Sensor,
der die Temperatur oder den Druck des Kühlmittels auf der Ansaugseite
des Kompressors misst. Andere Systeme benutzen einen Thermostat
am Verdampfer oder am Auslass des Verdampfers. In diesen Systemen
wechselt die Maschine in einen Entnahmezyklus, wenn eine vorgegebene
Temperatur erreicht ist, und geht zurück in einen Gefrierzyklus,
wenn eine andere Temperatur erreicht ist. Wenn die Umgebungsluft
wärmer
ist, dauert der Gefrierzyklus länger.
Einige dieser Systeme enthalten einen Einstellknopf, so dass die
Zykluszeit bei Bedarf erhöht
oder verringert werden kann, wenn die Eiswürfeldicke zu groß oder zu
klein wird.
-
Ein Problem eines solch einfachen
Steuerungssystems ist es, dass es verschiedene Variable nicht automatisch
berücksichtigt.
So werden die optimalen Gefrier- und Entnahmezyklusdauern nicht
nur von den Umgebungslufttemperaturen abhängen, sondern auch von solchen
Faktoren, wie sauber der Kondensator ist, und ob es Fremdkörper gibt,
die den Luftstrom am Kondensator vorbei behindern. Der Einstellungsknopf
kann verwendet werden, um bei einer Änderung dieser Faktoren die
Zykluszeiten einzustellen, aber dies erfordert oft einen Servicetechniker
oder wird nicht fachgerecht ausgeführt. Als Folge davon stellen
die Maschinen nicht genügend
Eis her, und sie verursachen höhere
Betriebskosten als notwendig.
-
Die U.S.-Patente 5.182.925 und 5.291.752 von
Alverez et alt. legen eine Eismaschine offen, die den Entnahmezyklus
beginnt, wenn von einer Wassermenge, die anfänglich in einen Vorratsbehälter gefüllt wurde,
genug zu Eis gefroren ist, um einen Sensor für niedrigen Wasserstand auszulösen. Ein am
Auslass des Kondensators angeordneter Thermistor wird verwendet,
um den Entnahmezyklus zu beenden. Die Temperatur des Kältemittels
wird durch den Thermistor zu Beginn des Entnahmezyklus gemessen,
um einen Eindruck davon zu erhalten, wie heiß das Kältemittel ist, das an dem Heißgasauftauventil
vorbeiströmt.
Eine Mikrosteuerung bestimmt dann, wie die Temperatur des Kältemittels
aus dem Verdampfer sein soll, wenn der Entnahmezyklus beendet ist.
Auf der Auslassseite des Verdampfers wird ein zweiter Thermistor überwacht,
und wenn diese Temperatur erreicht ist, beendet das System den Entnahmezyklus
und kehrt zu dem Gefrierzyklus zurück. Alternativ stellt die Mikrosteuerung
eine Zeit ein, die die Entnahme dauern soll. In einer weiteren Alternative
betrachtet die Mikrosteuerung den Betrag, mit der das den Verdampfer
verlassende Kältemittel steigt,
und beendet den Entnahmezyklus, wenn ein wesentlicher Anstieg erkannt
wird.
-
Dieser Kontrollmechanismus hat mehrere Nachteile.
Erstens braucht er eine Vielzahl von Sensoren, einschließlich eines
Sensors für
den Niedrigwasserstand und zwei Thermistoren. Zweitens ist der an
der Ausgangsseite des Verdampfers angeordnete Thermistor platziert,
wo er gegen Kondenswasser an der kalten Rückführleitung des Kältemittels
zu schützen
ist und er unterliegt Vibrationen durch den Kompressor, der ebenfalls
mit dieser Leitung verbunden ist. Drittens liegt die Zeitspanne,
in der der Thermistor die Temperatur des den Kondensator verlassenden Kältemittels
misst, direkt nach dem Beginn des Entnahmezyklus, was eine relativ
unstabile Zeitspanne während
des Gefrierzyklus ist, wodurch die Beständigkeit des Betriebs schwieriger
wird.
-
Es wäre von großem Nutzen, wenn ein einfacher
Steuerungsmechanismus entwickelt werden könnte, der einen Entnahmezyklus
auslösen
kann, ohne den Gebrauch eines Wasserstandsfühlers oder eines Eisdickensensors,
die beide nach mehrfachem Gebrauch Störungen bei Bedingungen unterliegen können, denen
sie typischer Weise ausgesetzt sind. Es wäre auch nützlich, wenn ein preiswertes
Steuerungssystem entwickelt werden könnte, das an kleinen Eismaschinen
verwendet werden kann, nicht viel zu deren Herstellkosten beiträgt, aber
die Wirksamkeit der Maschine im Vergleich mit bisher bekannten einfachen
Steuerungssystemen erheblich steigern kann. Bevorzugt würde ein
solches verbessertes Steuerungssystem den Entnahmezyklus abhängig von
veränderlichen
Bedingungen beginnen und beenden, einschließlich nicht nur der Umgebungstemperatur,
sondern auch der wachsenden Verschmutzung an den Kondensatorspulen
und teilweiser Behinderung der Luftströmung an der Kondensatorspule
vorbei. Eine Eismaschine mit Gefrier- und Entnahmesteuerungen ist
aus US-A-5.129.237 bekannt.
-
Es ist festgestellt worden, das es
eine enge Korrelation zwischen der optimalen Dauer des Gefrierzyklus
und der Temperatur des Kältemittels
gibt, das aus dem Kondensator in einer gegebenen Zeitspanne nach
Beginn des Gefrierzyklus austritt, wenn das Kältemittel in einem stabilen
Teil des Zyklus ist und das Eis begonnen hat sich zu bilden. Es
ist auch festgestellt worden, dass es eine enge Korrelation gibt
zwischen der optimalen Dauer des Entnahmezyklus und der Temperatur
des Kältemittels,
das den Kondensator in einer gegebenen Zeitspanne vor dem Ende des
Gefrierzyklus verlässt.
Unter Ausnutzung dieser Entdeckungen und entsprechender von den Erfindern
der vorliegenden Erfindung gemachten Entdeckungen, ist ein einfaches
Steuerungssystem für
eine Eismaschine entwickelt worden, das bevorzugt nur einen Sensor
benutzt, nämlich
einen Thermistor, der an der Auslassseite des Kondensators angeordnet
ist.
-
In einem ersten Aspekt ist die Erfindung
ein Verfahren zum Auslösen
eines Entnahmezyklus in einer Eisbereitungsmaschine, die einen Kompressor, einen
Kondensator, eine Ausdehnungsvorrichtung, einen Verdampfer und dazwischen
Kältemittelleitungen
aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- a) Auslösen
eines Gefrierzyklus während
dem Kältemittel
vom Kompressor zum Kondensator, durch die Ausdehnungsvorrichtung
und zum Verdampfer strömt;
- b) Messen der Temperatur des Kältemittels an einem Punkt zwischen
dem Kondensator und der Ausdehnungsvorrichtung innerhalb einer gegebenen
Zeitspanne nach dem Auslösen
des Gefrierzyklus;
- c) Verwenden der gemessenen Temperatur zum Bestimmen der gewünschten
Dauer des Gefrierzyklus; und
- d) Beenden des Gefrierzyklus und Auslösen des Entnahmezyklus am Ende
der gewünschten
Dauer des Gefrierzyklus.
-
In einem zweiten Aspekt ist die Erfindung
ein Verfahren zum Steuern der Entnahmezyklusdauer einer Eisbereitungsmaschine,
das die folgenden Schritte umfasst:
- a) Auslösen eines
Gefrierzyklus, während
dessen Kältemittel
von einem Kompressor zusammengedrückt wird und zu einem Kondensator
abgeführt wird,
von dem das Kältemittel
in einer Kältemittelleitung
zu einer Ausdehnungsvorrichtung, durch einen Verdampfer und zurück zum Kompressor strömt.
- b) Messen der Temperatur des Kältemittels, wenn es den Kondensator
zu einer gegebenen Zeit vor der Beendigung des Gefrierzyklus verlässt,
- c) Verwenden der in Schritt b) gemessenen Temperatur, um die
gewünschte
Dauer des Entnahmezyklus zu bestimmen; und
- d) Beenden des Entnahmezyklus nach der in Schritt c) bestimmten
Zeitdauer. Der erste und der zweite Aspekt der Erfindung werden
bevorzugt zusammen benutzt.
-
In einem dritten Aspekt ist die Erfindung
eine Eisbereitungsmaschine, die umfasst:
- a)
ein Gefriersystem, das einen Kompressor, einen Kondensator mit einem
Einlass und einem Auslass, eine Ausdehnungsvorrichtung, einen Verdampfer
und verbindende Kältemittelleitungen enthält;
- b) ein Wassersystem, das einen Frischwassereinlass, einen Wasserumlaufmechanismus,
eine Eisbildungsvorrichtung in thermischem Kontakt mit dem Verdampfer
und verbindende Wasserleitungen enthält;
- c) ein Steuerungssystem, das eine Temperaturertassungsvorrichtung
in thermischem Kontakt mit dem Auslass des Kondensators und einen
Mikroprozessor enthält,
der programmiert ist, die Eingabe von der Temperaturerfassungsvorrichtung
zu einer gegebenen Zeit nach der Auslösung eines Gefrierzyklus zu
benutzen, um eine gewünschte Dauer
des Gefrierzyklus zu bestimmen, oder zu einer gegebenen Zeit vor
dem Ende des Gefrierzyklus, um eine gewünschte Dauer des Entnahmezyklus
zu bestimmen, oder beides, und die Gefrier- und Wassersysteme zu
steuern, um den Gefrier- und/oder Entnahmezyklus bis zum Ende der gewünschten
Dauer zu betreiben und danach die Zyklen umzuschalten.
-
Durch Gebrauch eines Thermistors
zum Messen der Temperatur des Kältemittels,
das den Kondensator zu einer gegebenen Zeit nach dem Start des Gefrierzyklus
oder zu einer gegebenen Zeit vor der Beendigung des Gefrierzyklus
verlässt,
können
Variable wie die Kondensatorsauberkeit, Behinderungen der Luftströmung, Temperatur
der Umgebungsluft und Kompressorschwankungen genau berücksichtigt
werden. Zusätzlich
wird der Thermistor in einer Umgebung angeordnet, die gewöhnlich warm und
trocken ist. Auch benutzt die bevorzugte Ausführungsform des Steuerungssystems
diesen einen Thermistor, um die optimale Dauer sowohl des Gefrier-
als auch des Entnahmezyklus zu bestimmen. Folglich können die
Hauptsteuerungsfunktionen einer Eisbereitungsmaschine ausgeführt werden,
indem nur ein Sensor verwendet wird.
-
Die Vorteile der Erfindung sind am
besten im Hinblick auf die begleitenden Zeichnungen zu verstehen,
deren kurze Beschreibung nun folgt:
-
1 ist
eine beispielhafte perspektivische Ansicht einer neuen, kleinen
Eismaschine der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung.
-
2 ist
eine Vorderansicht der Eismaschine von 1.
-
3 ist
ein Querschnitt entlang Linie 3-3 von 2.
-
4 ist
ein Querschnitt entlang der Linie 4-4 von 3.
-
5 ist
eine schematische Ansicht des Gefriersystems der Eismaschine von 1.
-
6 ist
eine schematische Darstellung des in der Eismaschine von 1 benutzten elektrischen Systems.
-
7–12 sind Flussdiagramme des
Computerprogramms, das im Mikroprozessor der Steuerung der Eismaschine
von 1 benutzt wird.
-
13 ist
ein Graph von dem Verhältnis
zwischen optimaler Gesamtdauer des Gefrierzyklus und der Spannung
vom Thermistor, die proportional zu der Temperatur des den Kondensator
verlassenden Kältemittels
ist, die 10 Minuten nach Beginn des Gefrierzyklus gemessen wird,
für die
Eismaschine von 1.
-
14 ist
eine Kurve vom Verhältnis
zwischen der optimalen Gesamtdauer des Entnahmezyklus und der Spannung
vom Thermistor, die proportional zur Temperatur des den Kondensator
verlassenden Kältemittels
ist, die eine Minute vor dem Ende des Gefrierzyklus gemessen wird,
für die
Eismaschine von 1.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform
der Eisbereitungsmaschine 10, die die vorliegende Erfindung
verkörpert
ist in 1–4 gezeigt. Die Maschine ist
in einem Gehäuse 14 untergebracht,
das isolierte Wände
an seinem oberen Teil und einen Sockel aufweist, der einige der
mechanischen Bauteile enthält. Eine
Tür 12 (in 1 gezeigt, aber in den anderen Zeichnungen
um der Klarheit willen entfernt) ist über der vorderen Öffnung des
Gehäuses 14 angebracht. Die
Vorderseite des Sockelabschnitts der Maschine ist mit einem Grill 16 bedeckt,
der Luft durch das Sockelteil strömen lässt. Die Tür 12 ist bevorzugt
mit dem Ober teil des Gehäuses 14 über Gelenke
verbunden, die ihr gestatten nach oben zu schwingen und in den Oberteil
der Maschine 10 zu gleiten, wenn jemand Eis aus der Maschine 10 entnehmen
möchte.
-
Im Innern der Eisbereitungsmaschine 10 gibt es
einen Eisvorratsbehälter 36 der
auf dem Sockelteil der Maschine sitzt. Die Maschine umfasst ein
Wassersystem, ein Gefriersystem und ein Steuerungssystem, die jeweils
unten genau erklärt
werden. Das Wassersystem enthält
einen Wasserumlaufmechanismus bevorzugt in Gestalt einer Pumpe 44 von
herkömmlicher
Konstruktion. Die Sohle der Pumpe sitzt in einem Wasserbehälter 46,
der im Innern des Gehäuses 14 über dem
Eisbehälter 36 angebracht
ist. Das Wasser tritt über
einen Frischwassereinlass 41, der bevorzugt durch ein Magnetventil 42 für den Wassereinlass
gesteuert wird (6),
in den Wasserbehälter 46 ein. Überschusswasser
kann über
ein Überlaufrohr 50 und
eine Abflussleitung 58 wegfließen, wie am besten in 4 zu sehen ist. Das Wasser
von der Pumpe 44 fließt
durch die Wasserleitung 54 zu einem Verteiler 52,
bei dem es um Ablenkbleche herum strömt, die im Verteiler 52 ausgeformt
sind (3), und nach unten über eine
nachfolgend näher
beschriebene Eisbildungsvorrichtung 48. Nicht gefrierendes
Wasser fließt
zurück
in den Behälter 46.
Während
Reinigungsarbeiten kann der Behälter
bevorzugt entwässert
werden, indem das Überlaufrohr 50 herausgezogen
wird.
-
Die Eisbildungsvorrichtung 48 wird
bevorzugt aus einer einzigen gestanzten Metallschale konstruiert.
In der Vergangenheit wurden solche Schalen hergestellt, indem Bleche
gefaltet wurden, um die die Grundfläche umgebenden Seiten der Schale
auszubilden. Die Kanten, wo diese Seiten miteinander in Kontakt
waren, wurden abgedichtet, um zu verhindern, dass Wasser aus der
Schale austritt. Die Schale der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt
aus Kupfer gezogen oder gestanzt, und die Seitenwände werden
so als monolithische Einheit mit der Grundplatte ausgebildet. Die
Ecken, wo die Seitenwände aneinander
stoßen
sind ohne weitere Behandlung wasserdicht. Die Eisbildungsvorrichtung 48 enthält ferner
ein Gitter 49 (4),
das mit den Seitenwänden
der Schale so zusammenwirkt, dass es einzelne Fächer bildet, in denen die Eiswürfel geformt
werden. Die horizontalen Elemente des Gitters 49 und die obere
und untere Seitenwand der Schale sind unter einem Winkel von etwa
15° nach
unten so geneigt, dass die Eiswürfel
leicht herausrutschen, sobald der Entnahmezyklus beginnt die Verdampferspulen 24 auf
der Rückseite
der Schale abzutauen. Die Eisbildungsvorrichtung 48 wird
bevorzugt durch Einlegespritzen hergestellt, um die gestanzte Metallschale so
zu formen, dass die Kunststoffbauteile auf die Schale gegossen werden.
Wie am besten in 1 zu sehen
ist, enthalten diese Kunststoffbauteile Streifen zum Anbringen der
Eisbildungsvorrichtung 48 an das Gehäuse 14, wie auch Rippen 17,
um die aus der Vorrichtung heraus fallenden Eiswürfel so abzulenken, das sie
nicht in den Wasserbehälter 46 sondern in
den Eisbehälter 36 fallen.
Die gestanzte Schale enthält
bevorzugt um seine Außenkante
eine Lippe, die mit dem Formwerkzeug zusammenwirkt, um während des
Formvorgangs den Kunststoffstrom abzuschließen.
-
Das in 5 schematisch
gezeigte Gefriersystem enthält
einen Kompressor 22, einen Kondensator 28, einen
Verdampfer 24 und eine Ausdehnungsvorrichtung in Gestalt
einer Kapillarröhre 26. Der
Kompressor 22 und der Kondensator 28 sind im Sockel
der Eismaschine 10 untergebracht. Der Verdampfer ist in
der Form einer Rohrschlange oder von Windungen an der Rückseite
der Eisbildungsvorrichtung 48 angebracht (4). Gewöhnlich strömt das Kältemittel vom Kompressor 22 zum
Kondensator 28, durch die Kapillarröhre 26 zum Verdampfer 24. Während des
Entnahmezyklus öffnet
sich jedoch das Heißgasumleitventil 30 und
gestattet dem heißen Kältemittel
vom Kompressor 22 direkt zum Verdampfer 24 zu
strömen.
Das Gefriersystem enthält
bevorzugt auch einen Trockner 25, der genau der Kapillarröhre 26 vorgeschaltet
ist. Die Kapillarröhre 26 wird zu
der Einlassseite des Verdampfers 24 geleitet. Die Kapillarröhre 26 besitzt
einen sehr kleinen Durchmesser und wirkt als Begrenzung, indem sie
dem sie durchströmenden
Kältemittel
einen messbaren Wert an Widerstand entgegensetzt. Das Kältemittel
befindet sich in einer flüssigen
Form, wenn es in die Kapillarröhre 26 eintritt,
und kann sich dann im Verdampfer zu Gas ausdehnen. Die Kapillarröhre 26 mit
dem beschränkten
Durchfluss dient so als eine Ausdehnungsvorrichtung. Die Kapillarröhre 26 ist
um die Kältemittelleitung
herum gewickelt, die mit der Ansaugseite des Kompressors 22 verbunden
ist und durchdringt dann eine Außenwand dieser Kältemittelleitung
und verläuft
im Inneren der Kältemittelleitung weiter,
wie die gestrichelten Linien in 5 zeigen. Die
Kapillarröhre 26 verlässt dann
die Kältemittelleitung
auf der Ansaugseite und tritt in die Kältemittelleitung auf der Einlassseite
des Verdampfers 24 ein. Die Verbindung zwischen der Kapillarröhre und
der Kältemittelleitung
auf der Ansaugseite stellt einen guten thermischen Kontakt zwischen
den Leitungen her, und sorgt für
Wärmeaustausch
für die
Kältemittel darinnen,
wie in U.S.-Patent 5.065.584 erläutert
wird. Bei den meisten Teilen sind die Details des Kältesystems
nicht kritisch für
die Erfindung, sondern liegen eher innerhalb des gewöhnlichen
Standes der Technik, und werden daher nicht näher beschrieben. Es ist jedoch
festzustellen, dass wie bei anderen kleinen Eismaschinen die richtige
Menge Kältemittel
in dem Gefriersystem für
die zweckmäßige Wirkungsweise der
Maschine äußerst wichtig
ist.
-
Das Kontrollsystem für die Eisbereitungsmaschine 10 enthält nur wenige
Bauteile. Wie oben beschrieben ist eine Temperaturerfassungsvorrichtung, bevorzugt
ein Aluminium ummantelter Thermistor 62, an der Auslassseite
des Kondensators 28 angeordnet. Der bevorzugte Thermistor 62 hat
die Teilenummer E1004AB22P1 von Advanced Thermal Products, Saint
Marys, Pennsylvania.
-
Der Thermistor 62 ist bevorzugt
in gutem thermischen Kontakt zu einem geraden Stück der Kältemittelleitung und kann durch
eine Rohrklemme 64 an Ort und Stelle gehalten werden (5). Der Thermistor ist ein
thermisch veränderlicher
Widerstand, dessen elektrischer Widerstand sich proportional zu
seiner Temperatur ändert.
Ein Drahtpaar 63 verbindet den Thermistor 62 mit
einer in der Maschine 10 befestigten Leiterplatte. Der
Thermistor 62 wird mit einem Strom von bekannter Spannung
versorgt. Da sich die Temperatur des aus dem Kondensator 28 austretenden
Kältemittels ändert, übertragen
die Kältemittelrohre
und die Aluminiumummantelung die Wärme durch Leiten schnell und
bewirken, dass sich die Temperatur und demzufolge der Widerstand
des Thermistors 62 auch verändert. Im Ergebnis begründet der
Spannungsabfall über
den Thermistor 62 ein elektrisches Ausgangssignal, das
proportional zur Temperatur der Kältemittelleitung ist. Dieses
elektrische Ausgangssignal, d. h. der Spannungsabfall, wird dann
als eine Eingabegröße innerhalb
des Restes des Steuerungssystems verwendet.
-
Das bevorzugte Steuerungssystem der
vorliegenden Erfindung enthält
einen auf eine Leiterplatte 65 montierten Mikroprozessor 64,
was in 6 dargestellt
wird. Auf die Steuerplatte 65 sind auch ein Umformer 66,
eine Schmelzsicherung 67, eine Buchse und ein Stecker 68,
durch welche an der Leiterplatte 65 zahlreiche Drähte angebracht
werden können,
drei Relais 77, 78 und 79, eine LED-Leuchte 80 und
ein Eisdicken-Einstellknopf 81, der zur manuellen Steigerung
der Gefrierzykluszeiten benutzt wird, befestigt. Ein Paar Drahtbrücken 82 kann
optional benutzt werden, um den Abtrennschalter für den Hochdruck 83 mit
der Leiterplatte 65 zu verbinden. Der Hochdruckabschalter
ist eine wohl bekannte Sicherheitsvorrichtung, die beim Einsatz
von Wasser gekühlten
Kondensatoren benötigt
wird. Wenn die Maschine 10 an einem Platz aufgestellt ist,
wo verbrauchtes Wasser der Maschine nicht durch Schwerkraft zu einer
Abwasserleitung abgeführt
werden kann, kann eine Entwässerungspumpe
(nicht gezeigt) benutzt werden. Solche Entwässerungspumpen enthalten oft
einen Sicherheitsschalter, der mit der Hauptvorrichtung verkabelt
werden kann, um die Hauptvorrichtung abzuschalten, falls die Entwässerungspumpe
versagt. Die Drahtbrücken 82 können optional
benutzt werden, um den Sicherheitsschalter einer solchen Entwässerungspumpe
so zu verbinden, dass die Eismaschine ausgeschaltet werden kann,
wenn solch eine Entwässerungspumpe
versagt. Wenn sowohl eine Entwässerungspumpe
als auch ein Hochdruckabschalter benutzt werden, können der
Sicherheitsschalter für
die Entwässerungspumpe
und den Hochdruckabschalter unter Verwendung der Drahtbrücke 82 so
in Serie geschaltet werden, dass jeder Schalter zum Abschalten der
Maschine benutzt werden kann.
-
6 zeigt
die elektrische Verdrahtung für die
anderen Bauteile der Maschine wie ein Gebläse 70, das Luft an
dem Kondensator vorbeisaugt, die Wasserpumpe 44, das Heißgasmagnetventil 42 und den
Wassereinlassmagneten 42. Das elektrische Schema von 6 zeigt die Bauteile, wie
sie elektrisch betrieben werden, wenn die Maschine 10 Eis bereitet.
Der Kompressor 22 besitzt bevorzugt einen eingebauten Überlastschutz 85 wie
auch eine Startervorrichtung 86. Die Maschine 10 enthält bevorzugt einen
Kippschalter 87 mit drei Stellungen. In 6 wird der Kippschalter in seiner normalen "AN" oder "EIS" bereitenden Stellung
gezeigt. Wenn kein Kontakt hergestellt ist (wenn der Schalter sich
in seiner Mittelstellung befindet), ist die Maschine ausgeschaltet.
Wenn die untere Verbindung hergestellt ist, ist die Maschine 10,
wie nachfolgen beschrieben wird, in einen Modus "Reinigen" geschaltet. Das Steuerungssystem enthält auch
bevorzugt einen Behälterthermostat 88,
der erkennt, wenn der Eisbehälter
genügend
Eis enthält,
so dass das Gefriersystem abgeschaltet werden kann. Der Behälterthermostat
verwendet eine in der Technik gut bekannte biegsame Kapillarröhre. Um
die Kapillarröhre
zu schützen
wird, wie am besten in 1, 3 und 4 zu sehen ist, ein Nickel vergütetes Kupferrohr 19 im
Eisbehälter 36 befestigt,
das auch als Unterbringung für
die Kapillarröhre
des Behälterthermostates
dient. Der Behälterthermostat 88 enthält bevorzugt
einen Knopf mit Skala, um auf der Höhe basierende Einstellungen
am Thermostat zu gestatten, wie es in der Technik üblich ist.
-
Ein einzigartiges Merkmal der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist, dass einige der Relais zur Steuerung von mehr
als einer Vorrichtung benutzt werden, was deren Kosten verringert.
Der Gebläsemotor 70 und
die Wasserpumpe 44 werden so durch ein Relais, Relais 79,
gesteuert und sind gleichzeitig angeschaltet. Ähnlich werden das Heißgas umleitventil 30 und
das Wassereinlassventil 42 beide geöffnet, indem Relais 78 mit
Strom versorgt wird. Als Ergebnis wird dem Wasserbehälter 46 auch frisches
Wasser zugeführt,
wenn ein Entnahmezyklus beginnt. Da der Wasserbehälter nachgefüllt wird bevor
der Entnahmezyklus zu Ende geht, lässt die kontinuierliche Wasserzugabe
das Wasser im Behälter 46 über das
Rohr 50 strömen
und Verunreinigungen wegspülen,
die sonst eingeschlossen würden, wenn
das reine Wasser zu Eis gefriert. Wenn der Entnahmezyklus beginnt,
schalten sich das Gebläse 70 und
die Wasserpumpe 44 aus, bis der nächste Gefrierzyklus beginnt.
-
Der Mikroprozessor 64 enthält ein Computerprogramm,
das verschiedene Eingangsgrößen verwendet,
um die Eis bereitenden Bauteile der Maschine 10 zu steuern.
Die Flussdiagrammefür
die verschiedenen Abläufe
im Computerprogramm werden in 7–12 dargestellt. Der Mikroprozessor 64 ist
so programmiert, das er Eingangsgrößen von der Temperaturerfassungsvorrichtung
wie dem Thermistor 62 (in den Flussdiagrammen als TEMPERATUR
DER FLÜSSIGLEITUNG
bezeichnet) zu einer vorgegeben Zeit nach der Auslösung des
Gefrierzyklus benutzt, um die gewünschte Dauer des Gefrierzyklus
zu bestimmen und das Gefrier- sowie das Wassersystem so zu steuern,
dass sie bis zum Ende der gewünschten
Dauer im Gefrierzyklus und danach im Entnahmezyklus arbeiten. Alternativ
oder bevorzugt zusätzlich
ist der Mikroprozessor 64 so programmiert, dass er Eingangsgrößen vom
Thermistor 62 zu einer vorbestimmten Zeit vor dem Ende
des Gefrierzyklus benutzt, um die gewünschte Dauer des Entnahmezyklus
zu bestimmen. Wenn die Dauer des Gefrierzyklus durch den Mikroprozessor 64 festgelegt
ist, wird es für
den Mikroprozessor einfach sein, auch zu einer gegebenen Zeitspanne
vor dem Ende des Gefrierzyklus eine Temperaturmessung vorzunehmen.
Wenn der Gefrierzyklus durch irgendeinen weniger bevorzugten Mechanismus
beendet wird, kann der Mikroprozessor die Temperatur im Fließspeicher
behalten und die Temperatur in einem derartigen Speicher eine Minute
früher
benutzen, als ein Gefrierzyklus zu Ende ist.
-
Die Temperatur oder noch lieber die
vom Mikroprozessor benutzten Messungen des Thermistors sind bevorzugt
ein Mittelwert verschiedener Messungen innerhalb einer kurzen Zeitspanne,
wie etwa sechzehn Messungen, die mit einer Sekunde Abstand genommen
werden. Der Mikroprozessor 64 enthält bevorzugter Weise aufgenommene
Daten von optimalen Dauern des Gefrier- und Entnahmezyklus im Vergleich
mit den Thermistormessungen, die für die Temperaturmessungen repräsentativ
sind. Die Daten für
die bevorzugte Eismaschine 10 sind in 13 und 14 gezeigt.
Die Daten können
in Gestalt von mathematischen Formeln bestehen, welche die in 13 und 14 gezeigten Kurven ausformen. Bevorzugt
sind die Daten jedoch in Form einer Nachschlagtabelle vorhanden,
die benutzt werden kann, um die gewünschten Zeitdauern auf der
Grundlage einer vom Thermistor 62 zurückkehrenden Spannung zu bestimmen.
-
Die Eismaschine weist einen normalen
Betriebsmodus und einen Reinigungsmodus auf. Im normalen Betriebsmodus
ist der Kippschalter 87 (in den Flussdiagrammen als "MODUS-UMSCHALTER" bezeichnet) in der "An" – (oder "Eis" -)
Stellung und die Eismaschine wird normaler Weise Eis herstellen, bis
der Behälterthermostat 88 anzeigt,
dass der Eisbehälter 36 schon
voll ist. Beim ersten Anlaufen der Maschine oder bei ihrem erneuten
Anlaufen, nachdem der Thermostat angezeigt hat, dass wieder Eis benötigt wird
(8), werden als erstes
die Heißgasumleitungs-
und die Wassereinlassmagnete 30, 42 (in den Flussdiagrammen
als "HGVS" bzw. "WFS" bezeichnet) mit
Strom versorgt. Dadurch kann der Wasserbehälter 46 sich auffüllen. Der
Kompressor 22 wird angeschaltet, nachdem die Heißgas- und Wassereinlassmagnete
drei Minuten mit Strom versorgt sind. Der Kompressor arbeitet fünf Sekunden mit
geöffnetem
Heißgasumleitventil,
was es leichter macht, den Kompressor in Gang zu setzen. Nach diesen
fünf Sekunden
werden die Wasserpumpe 44 und der Gebläsemotor 70 des Kondensators
mit Strom versorgt und die Heißgas-
und Wassereinlassmagnete 30, 42 werden ausgeschaltet.
Die Maschine befindet sich nun in einem Gefrierzyklus (8), in dem der Kompressor,
die Wasserpumpe und der Gebläsemotor
des Kondensators angeschaltet, die Heißgas- und Wassereinlassmagnete
aber ausgeschaltet sind. Nach zehn Minuten Gefrierzyklus misst der
Mikroprozessor 64 die vom Thermistor zurückkehrende
Spannung und bestimmt, wie lange im Gefrierzyklus zu verbleiben
ist. Eine Minute vor der Beendigung dieser Gefrierzeit wird eine
zweite Widerstandsmessung am Thermistor 62 ausgeführt, um
die Länge
des Entnahmezyklus zu bestimmen. Wenn der Gefrierzyklus beendet
ist (10), schaltet das
Steuerungssystem die Wasserpumpe 44 und den Gebläsemotor
des Kondensators 70 ab und schaltet die Heißgas- und Wassereinlassmagnete 30, 42 für die Dauer
des Entnahmezyklus an. Der Kompressor 22 bleibt während des
Entnahmezyklus angeschaltet. Am Ende des Entnahmezyklus kehrt die
Maschine zu einem neuen Gefrierzyklus zurück (8), wobei der Kompressor 22,
die Wasserpumpe 44 und der Gebläsemotor des Kondensators 70 alle
angeschaltet sind. Das Heißwasser
und die Wassereinlassmagnete 30, 42 sind ausgeschaltet.
-
Der an der Leiterplatte 65 angeordnete
Einstellknopf 81 für
die Eisdicke kann benutzt werden, um die aus der Nachschlagtabelle
bestimmte, gewünschte
Gefrierzeit um fünf
Minuten zu verlängern oder
zu verkürzen.
Wenn beim allerersten Startzyklus der Gefrierzyklus beginnt und
der Kompressor noch nicht in Gang gesetzt worden ist, ist die Laufzeit der
Gefrierzyklus drei Minuten länger
als die normale Zeit, die aus der Nachschlagtabelle (siehe 9) bestimmt wurde. Das wird
erreicht, indem der Kompressor drei Minuten vor Beginn des Zehn-Minutenabschnitts
in Betrieb gesetzt wird. Als Folge davon wird die Thermistorspannung
im ersten Zyklus tatsächlich nach
13 Minuten Laufzeit gemessen. Dieser Zuwachs im anfänglichen
Gefrierzyklus gleicht Unwirksamkeiten aus, die mit dem ersten Startzyklus
verbunden sind. Alle nachfolgenden Gefrierzyklusdauern folgen der
aufgrund der Nachschlagetabelle festgelegten Zeit. Die Maschine
wird fortfahren die Gefrier- und Entnahmezyklen zu durchlaufen,
bis der Behälterthermostat 88 öffnet und
die Stromversorgung für
die Steuerplatte unterbricht. Wenn der Behälterthermostat wieder schließt, startet
die Maschine, wie oben erläutert,
wieder von neuem.
-
Wenn der Kippschalter in der Stellung "Reinigen" ist, führt der
Mikroprozessor 64 das System durch Wasch-, Füll- und
Spülzyklen,
wie in 11 und 12 dargestellt. Diese Zyklen
und die Bauteile werden wie folgt eingeschaltet. Während des
ersten dreiminütigen
Füllzyklus
sind die Heißgas-
und Wassereinlassmagnete 30, 42 eingeschaltet.
Am Ende dieses Zeitraums kann ein Bediener eine Reinigungs- und/oder
Sterilisierungslösung
dem Wasserbehälter
zufügen.
Während
des nächsten
Abschnitts des Reinigungszyklus, der 10 Minuten dauert, sind die
Wasserpumpe und die Kondensatorgebläsemotoren 44, 70 eingeschaltet
und Heißgas-
und Wassereinlassmagneten nicht. Danach durchläuft das System acht Wiederholungen
des Füll-
und Spülzyklus. Bei
jedem Füllzyklus
sind die Heißgas-
und Wassereinlassmagnete für
drei Minuten eingeschaltet. Diese Ventile werden dann geschlossen.
Dem Füllzyklus folgt
ein Spülzyklus
von 45 Sekunden, in dem die Wasserpumpe und die Kondensatorgebläsemotoren eingeschaltet
sind. Wenn während
des anfänglichen Füllteils
des Reinigungszyklus oder einem nachfolgenden Ereignis der Kippschalter
in die Stellung "Aus" geschaltet wird,
wird der Reinigungszyklus abgebrochen und die Maschine bleibt aus.
Wenn der Kippschalter während
des anfänglichen
Füllteils
des Reinigungszyklus oder eines nachfolgenden Ereignisses in die
Stellung "An" gebracht wird, wird
der Reinigungszyklus abbrechen und die Maschine wird einen Eisbereitungszyklus
beginnen. Am Ende eines normalen Reinigungszyklus wird sich die
Maschine ausschalten, bis der Kippschalter in die Stellung "An" gekippt wird. Alternativ
kann die Maschine so programmiert werden, dass sie am Ende des Reinigungsmodus
in einen Eisbereitungsmodus übergeht. Jedoch
wird bevorzugt, dass ein manuelles Betätigen des Kippschalters 87 erforderlich
ist, so dass der Bediener die Maschine in Augenschein nehmen und Rückstände der
Wasch- und Spüllösung vom
Behälter 46 entfernen
kann.
-
Wenn die Stromversorgung der Maschine unterbrochen
wird, wird der Mikroprozessor 64 nach der Wiederherstellung
des Stroms je nach Stellung des Kippschalters wieder in einem "An" – Zyklus oder "Reinigen" – Zyklus beginnen.
-
Zum Einsparen weitere Kosten, kann
zur Steuerung von sowohl der Wasserpumpe 44, des Kondensatorgebläses 70,
des Wassereinlassmagneten 42 und des Heißgasventils 30 ein
einziges Relais benutzt werden. Das Relais kann zwei Stellungen aufweisen.
In einer Position können
der Wassereinlassmagnet und das Heißgasventil 30 eingeschaltet werden,
und in der anderen Stellung können
das Gebläse 70 und
die Wasserpumpe mit Strom versorgt werden.
-
Die bevorzugte Eisbereitungsmaschine 10 wird
die Fähigkeit
haben, etwa 46 Pfund Eis pro Tag herzustellen und etwa 18 Pfund
Eis im Behälter 36 zu speichern.
Die bevorzugte Eisbereitungsmaschine wird das Kältemittel R-134A verwenden
und über
ein Gehäuse 14 aus
rostfreiem Stahl verfügen.
-
Die bevorzugte Steuerung der vorliegenden Erfindung
stellt ein sehr gutes Steuerungssystem mit nur wenigen Bauteilen
und daher geringen Kosten zur Verfügung. Das ist insbesondere
für kleine
Eisbereitungsmaschinen von Vorteil. Das Steuerungssystem arbeitet über einen
weiten Bereich von Betriebsbedingungen gut, einschließlich teilweise
behindertem Luftstrom, verschmutztem Kondensator und veränderlichen
Umgebungstemperaturen. Es ist einzusehen, dass die oben beschriebenen
Ausführungsformen
Gegenstand von Veränderungen
sein können,
ohne die Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel können andere Abtausysteme anstelle
eines Heißgasumleitventils
durch den Mikroprozessor ausgelöst werden.
Es sollte daher verständlich
sein, dass die Erfindung über
die folgenden Ansprüche
zu definieren ist, anstelle der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen.