Kältegerät mit Eissensor

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät, insbesondere ein Gefriergerät wie etwa einen Gefrierschrank, eine Gefriertruhe oder eine Kühl-Gefrier-Kombination.

Derartige Kältegeräte weisen zum Kühlen ihres Innenraumes einen Verdampfer auf, der unter normalen Betriebsbedingungen Temperaturen unter O ⁰ C erreicht und auf dem sich infolgedessen Feuchtigkeit aus dem Innenraum niederschlägt. Diese Feuchtigkeit kann im Laufe des Betriebs des Kältegerätes eine Eiskruste bilden, die mit zunehmender Dicke den Wirkungsgrad des Verdampfers immer weiter beeinträchtigt. Um einen befriedigen- den Wirkungsgrad des Kältegerätes zu erzielen, ist es daher wichtig, dass die Eisschicht beseitigt wird, bevor sie eine kritische Dicke erreicht.

Bei den sogenannten No-frost-Kältegeräten, bei denen der Verdampfer in einer vom Lagerraum des Kältegerätes getrennten Kammer untergebracht ist und der Lagerraum durch Umwälzung von Luft aus der Verdampferkammer gekühlt wird, besteht die Möglichkeit, die Eisschicht zeitgesteuert automatisch abzutauen, indem während eines Zeitraumes, in welchem die Luftumwälzung ausgeschaltet ist, die Verdampferkammer aktiv beheizt wird, um eine darin enthaltene Eisschicht zum Schmelzen und Abfließen zu bringen.

Bei Kältegeräten, bei denen der Verdampfer im Lagerraum selbst angebracht ist oder bei denen er in so engem thermischen Kontakt mit dem Lagerraum steht, dass die Eisschicht sich an einer Wand des Lagerraumes selbst bildet, ist eine solche Lösung nicht praktikabel, da eine Beheizung des Verdampfers zu einer nicht hinnehmbaren Erwärmung des Lagerraumes und des darin enthaltenen Kühlgutes führen würde. Bei solchen Kältegeräten muss der Benutzer zum Abtauen den Lagerraum ausräumen, daraus ausgeladenes Kühlgut wärmegeschützt Zwischenlagern und nach dem Abtauen wieder einräumen. Da dies ein mühsamer und zeitaufwendiger Vorgang ist, neigen die Benutzer dazu, zu selten abzutauen.

Um dieses Problem zu beheben, wurde in DE 10 221 903 A1 ein Kältegerät mit einer Messschaltung vorgeschlagen, die anhand von Anzahl und Dauer der Türöffnungen sowie

von Temperatur und Luftfeuchtigkeit in der Umgebung des Kältegerätes den Feuchtigkeitseintrag in das Gerät abschätzt und ein Warnsignal erzeugt, um einem Benutzer zum Abtauen aufzufordern, wenn der Feuchtigkeitseintrag so groß ist, dass daraus eine Eisschicht von kritischer Dicke am Verdampfer entstanden sein müsste.

Um mit diesem Konzept zu einer zuverlässigen Abschätzung der Schichtdicke zu gelangen, müssen diverse Parameter wie Zahl und/oder Dauer der Türöffnungen, Umgebungstemperatur und -luftfeuchtigkeit erfasst werden, und die Bereitstellung der hierfür erforderlichen Sensoren ist kostspielig. Eine direkte Messung der Schichtdicke erfordert nur einen einzigen Sensor, so dass dies eine wirtschaftlichere Lösung darstellen kann, sofern der Sensor preiswert in der Realisierung und einfach einzubauen ist.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Kältegerät zu schaffen, das diese Anforderungen erfüllt.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Kältegerät mit einer vereisungsfähigen Kühloberfläche und einem der Kühloberfläche benachbarten Hohlraum, der in der Lage ist, eine auf der

Kühloberfläche anwachsende Eisschicht aufzunehmen, einem Lichtsensor, einer

Lichtquelle, von der ein Strahlengang über den Hohlraum zu dem Lichtsensor verläuft, und einer mit dem Lichtsensor verbundenen Auswerteschaltung zum Beurteilen, ob eine kritische Eismenge in dem Hohlraum vorhanden ist oder nicht anhand der vom Lichtsen- sor empfangenen Lichtmenge und zum Liefern eines Warnsignals, wenn die kritische

Eismenge als vorhanden beurteilt wird.

Wenn bei einem solchen Kältegerät die Lichtquelle ein auf den Sensor ausgerichtetes Lichtbündel emittiert, beurteilt zweckmäßigerweise die Auswerteschaltung eine kritische Eismenge als vorhanden, wenn die vom Lichtsensor empfangene Lichtmenge einen Grenzwert unterschreitet, da Eis in den Strahlengang zwischen Lichtquelle und Sensor eindringt und so den Lichtsensor abschattet.

Einer alternativen Ausgestaltung zufolge kann die Lichtquelle ein an dem Sensor vorbei ausgerichtetes Lichtbündel emittieren, so dass im eisfreien Zustand der Sensor kein Licht empfängt, wobei dann die Auswerteschaltung eine kritische Eismenge als vorhanden beurteilt, wenn aufgrund von Lichtstreuung an Eis, das in das Blickfeld des Lichtsensor

hineingewachsen ist, die vom Lichtsensor empfangene Lichtmenge einen Grenzwert überschreitet.

Vorzugsweise sind Lichtquelle und Lichtsensor in einer Baueinheit zusammengefasst, so dass sie in einem Arbeitsgang gemeinsam montierbar sind. Zum Schutz der Kompo- nenten von Lichtquelle und Lichtsensor vor Feuchtigkeit und Eis umfasst die Baueinheit zweckmäßigerweise einen Block aus transparentem Material, in den Lichtquelle und Lichtsensor eingebettet sind.

Zweckmäßigerweise weist die Baueinheit zwei den Hohlraum umgreifende Arme auf, von denen einer die Lichtquelle und der andere den Lichtsensor trägt.

Um einen Benutzer auf die Notwendigkeit des Abtauens hinzuweisen, sollte das Kältegerät einen durch das Warnsignal betätigbaren Signalgeber aufweisen.

Ein Verzögerungsglied für das Warnsignal kann zwischen der Auswerteschaltung und dem Signalgeber angeordnet sein, so dass das Warnsignal nicht sofort wieder verschwindet, sobald die Auswerteschaltung die kritische Eismenge nicht mehr als vorhanden beurteilt. Durch geeignete Wahl der Verzögerung kann sichergestellt werden, dass ein Benutzer den Abtauvorgang bis zur vollständigen Abtauung fortsetzt.

Um ein Hineinwachsen des Eises in den durch Lichtquelle und Lichtsensor überwachten Hohlraum zu fördern, können Lichtquelle und Lichtsensor vorzugsweise beiderseits einer Rippe der Kühloberfläche angeordnet sein. Diese Rippe kann insbesondere durch eine auf der Kühloberfläche befestigte Kältemittelleitung gebildet sein.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Kältegerätes, an dem die vorliegende Erfindung verwirklicht ist;

Fig. 2 eine vergrößerte Seitenansicht eines Eissensors des Kältegerätes und von dessen Umgebung; und

Fig. 3 ein Schema des elektronischen Aufbaus des Eissensors

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Sensoranordnung gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung.

Das in Fig. 1 exemplarisch dargestellte Kältegerät ist ein Kühlschrank mit eingebautem Frostfach 1 . Ein Verdampfer 2 bildet die Außenwand des Frostfaches 1 , die dieses gegen ein Kühlfach 3 abgrenzt, das den größten Teil des Innenraumes des Kühlschrankes ausfüllt. Umlaufende Rippen 4 an der Außenwand des Frostfaches 1 sind hohl und bilden eine von Kältemittel durchflossene Rohrleitung. Oberhalb der Tür 5 ist am Korpus des Kühlschrankes eine Bedienblende 6 angeordnet, die diverse Schalter und/oder Regler 7 zum Einstellen der Funktion des Kühlschrankes sowie ein Anzeigeelement 8, zum Beispiel eine LED- oder LCD-Anzeige, aufweist. Elektronische Schaltungen zum Steuern des Betriebs des Kühlschrankes in Abhängigkeit von durch einen Benutzer an den Schaltern 7 vorgenommenen Einstellungen sind hinter der Bedienblende 6 untergebracht.

In einem Spalt zwischen der Oberseite des Frostfaches 1 und der Decke des Kühlschrankinnenraumes ist ein Eissensor 9 rittlings über einer der Rippen 4 angeordnet.

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht des Eissensors 9 und eines Teiles des Verdampfers 2. Der Eissensor 9 hat hier die Gestalt eines Quaders mit einer nach unten offenen Aussparung 13, die sich parallel zu einer darunter liegenden Rippe 4 des Ver- dampfers 2 erstreckt. In zwei Armen 10, 1 1 des Eissensors beiderseits der Aussparung 13 sind jeweils eine Lichtquelle bzw. ein Lichtsensor untergebracht, so dass ein von der Lichtquelle imitiertes Lichtbündel, in der Figur dargestellt durch Pfeile 12, quer durch die Aussparung 13 hindurch auf den Lichtsensor im gegenüberliegenden Arm 1 1 trifft. Wenn sich auf dem Verdampfer 2 eine Eisschicht 14 bildet, so wächst diese allmählich in die Aussparung 13 hinein, und wenn sie eine als gestrichelter Umriss eingezeichnete Dicke übersteigt, beginnt die Eisschicht 14, den Lichtsensor zu beschatten. Wenn die am Lichtsensor empfangene Lichtstärke ein kritisches Maß unterschreitet, ist eine Dicke der Eisschicht 14 erreicht, bei der ein Abtauen erforderlich ist.

Die Funktionsweise des Eissensors 9 wird anhand des Schaltungsdiagramms der Fig. 3 erläutert. In der Figur bezeichnet 15 eine hinter der Bedienblende 6 angeordnete Leiterplatte und 16 eine Leiterplatte des Eissensors 9. Eine Reihenschaltung aus einem Vorwiderstand 17 und einer Diode 18 dient zur Ableitung einer Versorgungsgleichspan- nung Vcc aus der Netzwechselspannung. Eine dreiadrige Leitung 19, über die die Versorgungsspannung Vcc, Masse GND und ein Signal geführt sind, erstreckt sich zwischen den Leiterplatten 15, 16. Auf der Leiterplatte 16 sind ein Vorwiderstand 20 und als Lichtquelle eine Leuchtdiode 21 in Reihe zwischen das Versorgungspotential Vcc und Masse GND geschaltet. Das Lichtbündel 12 der Leuchtdiode 21 ist ausgerichtet auf die Basis eines als Lichtsensor fungierenden Phototransistors 22. Der Emitter des Phototransistors 22 liegt auf Masse, sein Kollektor ist über die Signalleitung mit der Basis eines Schalttransistors 23 auf der Leiterplatte 15 und über einen Widerstand 24 mit dem Versorgungspotential Vcc verbunden. Der Kollektor des Schalttransistors 23 ist direkt an das Versorgungspotential Vcc angeschlossen, sein Emitter ist über eine auf der Bedienblende 6 sichtbare Leuchtdiode 25 mit Masse verbunden. So lange der Phototransistor 22 ausreichend stark beleuchtet ist, ist er durchlässig und hält die Basis des Schalttransistors 23 auf Massepotential, so dass der Schalttransistor 23 sperrt. Mit abnehmender Lichtstärke am Phototransistor 22 steigt das Basispotential des Schalttransistors 23, bis dieser schließlich öffnet und die Leuchtdiode 25 zu leuchten beginnt und so dem Benutzer Abtaubedarf anzeigt.

Damit die auf der Leiterplatte 16 montierten Komponenten vor Feuchtigkeit und Eis geschützt sind und andererseits Licht mit geringen Verlusten von der Leuchtdiode 21 zum Phototransistor 22 gelangen kann, ist der Eissensor 9 als ein Block aus transparentem Kunstharz realisiert, in den die Leiterplatte 16 und alle ihre Komponenten eingegossen sind. In einem solchen Block können mit geringem Aufwand Linsen 26, wie in Fig. 2 gezeigt, einteilig realisiert sein, um das von der Leuchtdiode 21 emittierte Licht zu dem Lichtbündel 12 zu bündeln bzw. den Phototransistor 22 besonders empfindlich für aus Richtung der Leuchtdiode 21 kommendes Licht zu machen.

Der Körper des Eissensors 9 hat beim Abtauen eine thermisch isolierende Wirkung für in die Aussparung 13 hineingewachsenes Eis, so dass dieses langsamer abtaut als an benachbarten Bereichen des Verdampfers 2 entstandenes Eis. Dies hat den Vorteil, dass

das den Abtaubedarf anzeigende Leuchtsignal der Leuchtdiode 25 nicht sofort mit Beginn des Abtauvorganges wieder verschwindet, sondern während des Abtauvorganges wenigstens eine Zeit lang fortdauernden Abtaubedarf anzeigt.

Um sicherzustellen, dass ein Benutzer einen Abtauvorgang nicht vorzeitig abbricht, weil die Abtaubedarfsanzeige während des Abtauvorganges verschwindet, kann, wenn gewünscht, auch ein Verzögerungsglied 27 der Leuchtdiode 25 vorgeschaltet sein. Indem dieses einen Abfall des Pegels am Emitter des Schalttransistors erst nach einer vorgegebenen Verzögerungszeit an die Leuchtdiode 25 weitergibt, ist ein Fortbestehen des Abtaubedarfsignals während dieser Zeitspanne sichergestellt. Das Verzögerungsglied 27 kann ausgelegt sein, um nur einen Pegelabfall oder jede beliebige Pegeländerung verzögert an die Leuchtdiode 25 weiterzugeben.

Fig. 4 zeigt einen horizontalen Schnitt durch die Arme 10, 1 1 des Eissensors 9 gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung. Das Lichtbündel 12 von der Lichtquelle im Arm 10 ist horizontal und quer zum in der Fig. durch strichpunktierte Linien begrenzten Blickfeld 28 des Sensors im Arm 1 1 ausgerichtet. Wenn der Zwischenraum 13 oberhalb des Verdampfers 2 im Schnittbereich zwischen Blickfeld 28 und Lichtbündel 12 eisfrei ist, empfängt der Sensor kein Licht; wenn die an Eis in dem Schnittbereich gestreute Lichtmenge einen Grenzwert übersteigt, wird die Notwendigkeit des Abtauens erfasst und angezeigt.