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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum drahtlosen Bereitstellen von elektrischer Energie und ein Kältegerät, insbesondere ein Kühlgefriergerät.
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Stand der Technik
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Kältegeräte umfassen eine Vielzahl von elektronischen Komponenten, welche mit elektrischer Energie versorgt werden müssen. Neben Kühlkammern, Ventilatoren und elektronischen Anzeigen ist insbesondere bei intelligenten Kältegeräten auch eine Energieversorgung von Komponenten erforderlich, welche in beweglichen Elementen verbaut sind, oder frei im Kühlschrank positioniert sind, etwa von Sensoren zur Überwachung des Inneren des Kühlschranks. Eine drahtgebundene Energieversorgung ist hierbei schwierig zu bewerkstelligen oder mit Sicherheitsrisiken sowie Zuverlässigkeitsproblemen verbunden, insbesondere, da sich die Stromleitungen in einer feuchten Umgebung befinden würden.
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Die
US 8657392 B2 und die
US 8106539 B1 schlagen daher die Verwendung einer drahtlosen Energieübertragung vor, wobei eine induktive Kopplung verwendet wird. Die zur drahtlosen Energieübertragung verwendeten Module sind direkt in das Kältegerät integriert. Ähnliche Anordnungen sind aus
DE 10 2011 100041 A1 ,
EP 3173772 A1 und
KR 2018 0025008 A bekannt.
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Häufig besteht jedoch der Wunsch bei Anwendern, auch in bestehenden Kältegeräten auf nachgerüstete Sensorik zurückgreifen zu können, ohne das gesamte Kältegerät auszutauschen.
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Vor diesem Hintergrund ist es wünschenswert, eine nachrüstbare Lösung zur Energieversorgung bereitzustellen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum drahtlosen Bereitstellen von elektrischer Energie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Kältegerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5.
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Die vorliegende Erfindung schafft demnach eine Vorrichtung zum drahtlosen Bereitstellen von elektrischer Energie. Die Vorrichtung ist an einer Außenwand eines Kältegeräts, und insbesondere eines Kühlgefriergeräts, anordenbar. Die Vorrichtung weist eine Sendeeinrichtung auf, welche elektromagnetische Strahlung aussendet und an eine Empfängereinrichtung im Inneren des Kältegeräts überträgt. Die Empfängereinrichtung kann dadurch mindestens eine energieverbrauchende Komponente im Inneren des Kältegeräts drahtlos mit Energie versorgen.
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Die vorliegende Erfindung schafft des Weiteren ein Kältegerät, und insbesondere ein Kühlgefriergerät, mit mindestens einer Empfängereinrichtung, welche zum Empfangen elektromagnetischer Strahlung ausgebildet ist. Das Kältegerät umfasst weiter eine im Inneren des Kältegeräts angeordnete energieverbrauchende Komponente. Weiter umfasst das Kältegerät eine an einer Außenwand des Kältegeräts angebrachte Vorrichtung zum drahtlosen Bereitstellen von elektrischer Energie für die mindestens eine energieverbrauchende Komponente.
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Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, auch nachträglich Kältegeräte mit energieverbrauchenden Komponenten, insbesondere Sensoren und Aktoren, ausrüsten zu können und diese drahtlos mit Energie zu versorgen. Indem die Vorrichtung zum drahtlosen Bereitstellen von elektrischer Energie direkt an einer Außenwand des Kältegeräts angeordnet werden kann, ist die Installation problemlos möglich, ohne bestehende Komponenten des Kältegeräts verändern zu müssen. Die Anordnung der Vorrichtung an einer Außenwand des Kältegeräts hat den weiteren Vorteil, dass die in der Sendeeinrichtung entstehende Verlustwärme außerhalb des gekühlten Bereichs bleibt, wodurch die Energieeffizienz des Kältegeräts nicht beeinflusst wird. Durch drahtlose Stromversorgung (englisch: Wireless Power, WP) kann auf Kabelanschlüsse oder Batterien bzw. Akkus verzichtet werden. Weiter kann eine im Wesentlichen beliebige Anzahl von energieverbrauchenden Komponenten, insbesondere von Sensoren und/oder Aktoren, drahtlos mit elektrischer Energie versorgt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Sendeeinrichtung dazu ausgebildet, die elektromagnetische Strahlung über eine Entfernung von mindestens 10 Zentimetern, bevorzugt von mehreren 10 Zentimetern an die Empfängereinrichtung zu übertragen. Dies ermöglicht eine hohe Flexibilität zur Platzierung der energieverbrauchenden Komponenten im Inneren des Kältegeräts.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Vorrichtung ein Netzteil zum Verbinden mit einem Stromnetz auf. Die Stromversorgung der Vorrichtung ist somit unabhängig von der Stromversorgung des Kältegeräts selbst.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Vorrichtung eine Kommunikationsschnittstelle zum Empfangen von Steuersignalen von einem externen Gerät auf. Das Bereitstellen der elektrischen Energie ist mittels der Steuersignale steuerbar. Bei dem externen Gerät kann sich insbesondere um ein mobiles Gerät, etwa ein Smartphone, ein Laptop oder ein Tablet handeln, wobei die Vorrichtung über eine dort installierte App steuerbar ist. Gemäß einer Weiterbildung können über dieselbe App auch die energieverbrauchenden Komponenten im Inneren des Kältegeräts gesteuert werden oder Sensorsignale von den energieverbrauchenden Komponenten empfangen werden. Das Steuern der Vorrichtung kann jedoch auch über ein in das Kältegerät integriertes Element, etwa über ein Display des Kältegeräts erfolgen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung ist die Sendeeinrichtung dazu ausgebildet, drahtlos Energie über ein Magnetresonanzverfahren bereitzustellen. Dadurch kann elektromagnetische Strahlung über eine Distanz von typischerweise einigen 10 Zentimetern bis zu etwa einem Meter übertragen werden. Die energieverbrauchenden Komponenten sind im Wesentlichen frei im Kältegerät platzierbar. Im Unterschied zu Technologien, wobei typischerweise Energie nur über einige Millimeter bis etwa einen Zentimeter übertragen wird, ist die Sensorposition erfindungsgemäß kaum eingeschränkt, sondern kann vom Anwender beliebig gewählt werden. Andere Möglichkeiten der Energieübertragung umfassen das Aussenden von elektromagnetischen Wellen im Hochfrequenzbereich bzw. Radiofrequenz-Bereich (englisch: radio frequency, RF).
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung ist die Sendeeinrichtung dazu ausgebildet, die drahtlose Energieübertragung zeitgesteuert zu beginnen bzw. zu beenden, d.h. ein- und auszuschalten.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung ist die Sendeeinrichtung dazu ausgebildet, die drahtlose Energieübertragung in Abhängigkeit von einer Versorgungszeit, welche bei einer vorherigen Energieübertragung von der entsprechenden energieverbrauchenden Komponente angefordert wurde, einzustellen. Etwa kann die energieverbrauchende Komponente ein erneutes Bereitstellen von Energie zu einem vorgegebenen Zeitpunkt, etwa in 2 Stunden, bei der Vorrichtung anfordern.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das Kältegerät passive Feldkopplungselemente, d.h. Komponenten zum Einkoppeln bzw. zum Verstärken der ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung. Dadurch kann die Reichweite der Energieübertragung vergrößert werden. Die Feldkopplungselemente können beispielweise als Einlegeböden oder Auflagematten ausgebildet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Kältegeräts umfasst die mindestens eine energieverbrauchende Komponente mindestens eine Sensoreinrichtung, welche chemische oder physikalische Messgrößen ermittelt und basierend auf den ermittelten Messgrößen ein Sensorsignal drahtlos aussendet. Die Sensoreinrichtung ist vorzugsweise autark ausgebildet, umfasst somit ein eigenes Funkmodul für die Übertragung der Sensorsignale sowie die zum Steuern des Funkmoduls erforderliche Elektronik. Bei der Sensoreinrichtung kann es sich beispielweise um einen Gewichtssensor handeln, welcher das Gewicht oder den Füllgrad der zu kühlenden Waren messen kann. Die Sensoreinrichtung kann auch einen VOC-Sensor (englisch: volatile organic compounds) zum Erfassen von flüchtigen organischen Komponenten umfassen, welcher der Geruchs- oder Verderbserkennung dient. Alternativ oder zusätzlich können Temperatursensoren, Feuchtesensoren, Kamerasensoren oder Sensoren zum Erkennen der Anwesenheit von Objekten, etwa in Form einer Platte, vorgesehen sein.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Kältegeräts umfasst die mindestens eine energieverbrauchende Komponente mindestens einen Aktor, welcher chemisch oder physikalisch auf zu kühlende Objekte im Inneren des Kältegeräts einwirkt. Insbesondere kann es sich bei der energieverbrauchenden Komponente um eine UV-Lampe für die Sterilisation eines Bereichs des Kältegeräts handeln.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist das Kältegerät einen Metallkäfig auf, welcher mindestens eine Öffnung aufweist. Die Vorrichtung zum drahtlosen Bereitstellen von elektrischer Energie ist im Bereich der Öffnung angeordnet. Die Sendeeinrichtung ist derart ausgerichtet, dass die elektromagnetische Strahlung durch die Öffnung des Metallkäfigs zur Empfängereinrichtung gelangen kann. Typische Kältegeräte umfassen bereits Gehäuse mit verkleideten Metallkäfigen, welche insbesondere Öffnungen an der Oberseite des Geräts aufweisen können. Die Vorrichtung zum drahtlosen Bereitstellen von elektrischer Energie kann somit beispielweise auf der Oberseite des Kältegeräts angeordnet werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Kältegeräts sind die mindestens eine energieverbrauchende Komponente und die Vorrichtung zum drahtlosen Bereitstellen von elektrischer Energie dazu ausgebildet, kontaktlos Daten auszutauschen, etwa über eine RFID- oder NFC-Verbindung. Die Vorrichtung zum drahtlosen Bereitstellen von elektrischer Energie ist dazu ausgebildet, die Energie erst dann drahtlos bereit zu stellen, wenn die Vorrichtung zum drahtlosen Bereitstellen von elektrischer Energie die mindestens eine energieverbrauchende Komponente unter Verwendung des kontaktlosen Datenaustausches identifiziert hat.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Kältegeräts ist die Empfängereinrichtung in die energieverbrauchende Komponente integriert. Die energieverbrauchende Komponente umfasst dadurch sämtliche zur Versorgung erforderlichen Bauelemente und ist somit autark.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Kältegeräts kann vorgesehen sein, dass die Empfängereinrichtung mehrere energieverbrauchende Komponenten mit Energie versorgt. Insbesondere können mehrere energieverbrauchende Komponenten, etwa Sensoren oder Aktoren, an eine einzige Empfängereinrichtung, angeschlossen sein, wobei sich die Empfängereinrichtung ebenfalls im Inneren des Kältegeräts befinden kann. Die Empfängereinrichtung kann hierbei auch in eine der energieverbrauchenden Komponenten integriert sein. Durch Verwendung nur einer einzigen Empfängereinrichtung können Kosten und der erforderliche Platzbedarf reduziert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Kältegeräts kann die energieverbrauchende Komponente einen temporären Energiespeicher, insbesondere einen Akku oder Kondensator, aufweisen. Dadurch können Zeiten, in denen eine drahtlose Energieübertragung nicht bereit steht, überbrückt werden.
Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
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Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
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Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum drahtlosen Bereitstellen von elektrischer Energie gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
- 2 eine schematische Darstellung eines Kältegeräts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile oder Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zum drahtlosen Bereitstellen von elektrischer Energie für eine energieverbrauchende Komponente 2. Die Vorrichtung 1 kann ein eigenes Gehäuse aufweisen, welches an einer Außenwand eines Kältegeräts angeordnet werden kann. Die Vorrichtung 1 kann beispielweise auf eine Oberseite des Kältegeräts gestellt werden. Es kann auch vorgesehen sein, die Vorrichtung 1 mit dem Kältegerät fest zu verbinden, etwa durch Verkleben oder Verschrauben, wozu das Kältegerät und die Vorrichtung speziell vorgesehene Verbindungselemente aufweisen können.
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Die Vorrichtung 1 umfasst eine Sendeeinrichtung 11, welche über ein Netzteil 12 über ein Stromnetz 3 mit elektrischer Energie gespeist wird, und elektromagnetische Strahlung aussenden kann. Die Sendeeinrichtung 11 kann vorzugsweise mindestens eine Spule aufweisen, welche mit einer entsprechenden Spule einer Empfängereinrichtung 21 der energieverbrauchenden Komponente 2 derart zusammen wirkt, dass über ein Magnetresonanzverfahren drahtlos Energie übertragen wird. Die Empfängereinrichtung 21 kann dadurch die energieverbrauchenden Module der Komponente 2 mit Energie versorgen, etwa eine Sensoreinrichtung 22 zum Erfassen von chemischen oder physikalischen Messgrößen und zum Generieren eines Sensorsignals, eine Kommunikationsschnittstelle 24 zum Aussenden des Sensorsignal und zum Empfangen von Steuersignalen zum Steuern der Komponente 2, sowie die für die Sensoreinrichtung 22 und die Kommunikationsschnittstelle 24 erforderliche Elektronik 23. Die Kommunikationsschnittstelle 24 kann Daten beispielsweise mittels drahtloser Funkübertragung wie Zigbee, Bluetooth oder WLAN oder mittels Drahtloskommunikation im Frequenzbereich der drahtlosen Stromversorgung (englisch: wireless power, WP) aussenden und empfangen und dadurch mit einem externen Gerät 6 kommunizieren, etwa einem WLAN-Router.
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Die Komponente 2 kann weiter optional einen temporären Energiespeicher, insbesondere einen Akku oder Kondensator, aufweisen.
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Die Vorrichtung 1 umfasst weiter eine Kommunikationsschnittstelle 13 zum Empfangen von Steuersignalen von einem weiteren externen Gerät 4, etwa einem mobilen Gerät zum Steuern der Vorrichtung 1. Das weitere externe Gerät 4 kann auch zum Steuern der energieverbrauchenden Komponente 2 über die Kommunikationsschnittstelle 24 der Komponente 2 ausgebildet sein. Auf dem weiteren externen Gerät 4 kann eine App zum Steuern oder Überwachen von Funktionen des Kältegeräts installiert sein. Eine Aktivierung der Vorrichtung 1, d. h. das Aussenden der elektromagnetischen Strahlung durch die Sendeeinrichtung 11, kann davon abhängig gemacht werden, ob das Kältegerät bereits mittels der App mit dem weiteren externen Gerät 4 verbunden ist. Die Vorrichtung 1 wird ebenfalls über die App mit dem weiteren externen Gerät 4 verbunden und mittels der App können die Vorrichtung 1 und das Kältegerät einander zugeordnet bzw. gepairt werden. Erst nachdem Pairing steht die Funktion der Vorrichtung 1 zur Verfügung. Alternativ oder zusätzlich kann die Nutzung der Vorrichtung 1 auch davon abhängig gemacht werden, dass eine Seriennummer des Kältegeräts mittels der für den Betrieb der Komponente 2 vorgesehenen App registriert wird.
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Das externe Gerät 6 kann mit dem weiteren externen Gerät 4 identisch sein, d.h. die Kommunikationsschnittstelle 24 der Komponente 2 und die Kommunikationsschnittstelle 13 der Vorrichtung 1 können mit demselben externen Gerät 4, 6 kommunizieren.
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Die Vorrichtung 1 umfasst weiter ein Lesegerät 14, welches mit einem Transponder 25 der Komponente 2 ein RFID-System, etwa ein NFC-System bildet, sodass die Komponente 2 von der Vorrichtung 1 erkannt werden kann.
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2 zeigt ein Kältegerät 5, mit einer oben beschriebenen Vorrichtung 1 zum drahtlosen Bereitstellen von elektrischer Energie, welche auf einer Oberseite eines Gehäuses 51 des Kältegeräts 5 angeordnet ist. Die Vorrichtung 1 kann fester Bestandteil des Kältegeräts 5 sein oder als separate Komponente nachgerüstet worden sein. Die Vorrichtung 1 ist über ein Netzteil 12 an das Stromnetz anschließbar und umfasst eine Sendeeinrichtung 11, eine Kommunikationsschnittstelle 13 sowie ein Lesegerät 14, welche wie oben beschrieben ausgestaltet sind.
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Das Gehäuse 51 des Kältegeräts 5 umfasst einen Metallkäfig mit Verkleidungen, wobei der Metallkäfig im Bereich der Oberseite des Kältegeräts 5 eine Öffnung aufweist. Die Sendeeinrichtung 11 der Vorrichtung 1 ist direkt oberhalb der Öffnung angeordnet, sodass die von der Sendeeinrichtung 11 ausgesendete elektromagnetische Strahlung durch die Öffnung durchdringt und in das Innere des Kältegeräts 5, d.h. in den Kühlbereich gelangen kann. Dort befinden sich mehrere energieverbrauchende Komponenten 201-207. Diese umfassen Gewichtssensoren 201-203, welche beispielweise den Füllgrad von Flüssigkeitsbehältern, wie Milchtüten oder Saftflaschen, messen können. Weiter kann ein VOC-Sensor 204 zur Verderbserkennung vorgesehen sein. Ein digitaler Sensor 205 erkennt, ob eine zu kühlende Komponente an der entsprechenden Stelle vorhanden ist. Eine Kamera 206 kann einen entsprechenden Bereich im Inneren des Kältegeräts 5 überwachen. Die beschriebenen Sensoren können dazu verwendet werden, Funktionalitäten wie Mengenerkennung oder Erkennung des Einlagerzeitpunkts oder Frischezustands der zu kühlenden Lebensmittel bereitzustellen. Zusätzlich zu derartigen Sensoren können auch Aktoren vorgesehen sein, etwa eine UV-Lampe 207 zum Sterilisieren eines entsprechenden Bereichs.
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Im Inneren des Kältegeräts 5 befindet sich weiter ein Einlegeboden 208 mit einem Feldkopplungselement zum Verstärken der von der Sendeeinrichtung 11 ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
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Beispielsweise kann die Anzahl, Art und Positionierung der Sensoren und/oder Aktoren im Wesentlichen beliebig gewählt werden. Weiter kann auch eine Ausnehmung zur Aufnahme der Vorrichtung 1 in der Außenwand 51 des Kältegeräts 5 vorgesehen sein.
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Weiter kann auch vorgesehen sein, dass das Kältegerät 5 keinen Metallkäfig aufweist.
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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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- US 8657392 B2 [0003]
- US 8106539 B1 [0003]
- DE 102011100041 A1 [0003]
- EP 3173772 A1 [0003]
- KR 20180025008 A [0003]
