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Die
Erfindung betrifft ein Berührungsschalter-Bedienfeld
für eine
Herdmulde mit mehreren Kochzonen.
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Stand der Technik
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Solche
Bedienfelder bestehen im Wesentlichen aus einer vor den Kochzonen
in die Herdblende oder neben den Kochzonen in den Bereich der Abstell-
und Arbeitsplatte eines Herdes angeordneten, durchbrechungsfreien
und undurchsichtig eingefärbten
Isolierstoffplatte, unter der kontaktlose Schalter in Form von Annäherungs-
oder Kapazitätssensoren und
optoelektronische Anzeigelämpchen
in Form von punktförmigen
bzw. von Siebensegment-Leuchtdioden angeordnet sind. Bei Integration
in die Herdplatte dient ein Bereich dessen Glaskeramikplatte auch
als das Bedienfeld, Für
eine sinnvolle Zuordnung zwischen den Schalt- und Anzeigestellen
solch einen komplex integrierten Bedienfeldes einerseits und andererseits
den Kochzonen in der Herdplatte ist jeder Kochzone im Bedienfeld
eine Schaltstelle mit ihr dicht benachbarter Anzeigestelle geometrisch
zugeordnet. Für
den üblicherweise
anzutreffenden Fall einer Herdplatte mit vier Kochzonen ist es üblich, an
den Ecken eines Quadrates vier Schaltstellen einzurichten und, direkt
neben diesen, vier Anzeigestellen in Form von einfachen Leuchtpunkten
oder in Form von einstelligen Siebensegment-Wechselzifferdarstellungen
zu realisieren. Da eine unter der Glasplatte des Bedienfeldes parallel
zu jener sich erstreckende Schaltungsplatine über die erwähnten Elemente hinaus weitere
Schalt- und Anzeigeelemente insbesondere für Umschaltvorgänge und
für eine
Restwärmeanzeige
sowie gegebenenfalls für
Zeitsteuerfunktionen enthält,
und da schaltungstechnisch ineinander verwobene Schwachstromkreise
für die
Steuerungs- und
Anzeigevorgänge
sowie relaisgeschaltete Starkstromkreise für die Leistungsverbraucher
entflochten werden müssen,
um aus Sicherheitsgründen
bestimmte Isolationsabstände
einzuhalten, ist es bei der bisherigen Technik unmöglich, auf
einer den Abmessungen des Bedienfeldes entsprechenden Schaltungsplatine
alle erwähnten
Schaltungselemente und deren Schaltverdrahtungen unterzubringen,
auch nicht bei beidseitiger Leiterbahnenführung. Deshalb weisen Bedienfelder
dieser An in der Regel einen Sandwich-Aufbau aus zwei zueinander
distanziert parallel verlaufenden Schaltungsplatinen mit entsprechendem
wechselseitigem Verbindungsaufwand und Einbautiefenbedarf auf, was
hohe Fertigungs- und Prüfkosten
bedingt.
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Aus
der
EP 0 990 855 A2 ist
eine Herdmulde mit mehreren Kochzonen bekannt, denen je eine Taste
für die
Kochstufen-Vorgabe zugeordnet ist, die in einem Tastenfeld nach
Maßgabe
der gegenseitigen Anordnung der Kochzonen verteilt liegen. Wenn
eine der Kochzonen über
ihre Taste angewählt
wird, kann deren Heizleistung über
ein Plus/Minus-Tastenpaar eingestellt und über eine zwischen dem Tastenfeld und
den Sensortasten gelegene 7-Segment-Anzeige dargeboten werden. Unabhängig von
diesem Bedienfeld für
die Kochzonen verfügt
die dortige Kochmulde über
eine Zeitsteuerung hinsichtlich Kochzeitdauer oder Kochzeitende
jeder der Kochzonen. Über ein
Plus/Minus-Tastenpaar kann die Zeitvorgabe verändert werden, wobei die gleichzeitige
Betätigung beider
Tasten eine Umschaltung zwischen Stunden- und Minutenvorgaben sowie eine Umschaltung
zwischen Zeitdauer und Zeitende anwählen lässt. Für die Darstellung der beiden
Zeitvorgaben sind vier 7-Segment-Anzeigen zur 24-Stunden-Anzeige
entweder je einer Kochzone zugeordnet oder aber nur einmal vorhanden.
In letzterem Falle wird zusätzlich ein
Signalfeld benötigt,
in dem Leuchtanzeigen den einzelnen Kochzonen zugeordnet sind und
für diejenigen
Kochzonen dauerhaft leuchten, bei denen bereits Zeitvorgaben gemacht
wurden, während
die Anzeige für
diejenige Kochzone blinkt, an der gerade eine Zeitvorgabe möglich ist.
Außerdem
ist in diesem Falle eine Funktionstaste vorgesehen, die zwischen der
Funktion „Kochstellenauswahl” und „Kochzeitdauervorgabe” umschaltet,
wobei die Auswahl der Kochstelle ebenso wie die Eingabe der Kochzeit über die
Plus-/Minus-Tasten erfolgt.
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Gemäß
DE 94 19 782 U1 ist
der rückwärtige Randbereich
einer Glaskeramik-Kochfläche
pultartig, angestellt, um Sensorschalter und Anzeigeelement aufzunehmen.
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Nach
der
DE 198 02 571
C2 ist jeder Kochzone einer Kochmulde ein Plus/Minus-Schalterpaar für die Kochstufen-Vorgabe
zugeordnet. Eine mit einer Symbolmaske abgedeckte Lichtquelle ist
auf einer Leiterplatte unter der Glaskeramik-Kochfläche neben
dem jeweiligen Schalter angeordnet. Das Symbol besteht insbesondere
aus dem Buchstaben „H”, um auf
eine verletzungsgefährdende
Restwärme bei
abgeschalteter Kochzone hinzuweisen.
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Bezüglich einer
solchen Restwärmeanzeige ist
in der
DE 199 25 228
A1 dargelegt, dass sie unmittelbar sensorisch oder mittelbar
durch ein dem Abkühlvorgang
entsprechendes Zählergebnis
dargeboten werden kann. Sollte die Restwärmeanzeige wegen eines Netzausfalles
verschwinden, dann wird das besonders signalisiert, um darauf hinzuweisen, dass
wenigstens eine der Kochzonen noch heiß sein kann.
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Aufgabenstellung
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Um
derartige Fragestellungen geht es bei vorliegender Erfindung aber
nicht. Dieser liegt vielmehr in Erkenntnis der eingangs erörterten
Gegebenheiten die technische Problemstellung zugrunde, das Bedienfeld
insbesondere für
eine üblicherweise anzutreffende
vierzonige Herdplatte dahingehend zu vereinfachen, dass eine merkbare
Reduzierung des schaltungstechnischen Aufwandes für die Schalt- und Anzeigesteuerung
deren Aufbau auf einer einzigen Platine ermöglicht.
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Diese
Aufgabe ist gemäß der wesentlichen Merkmalskombination
des Hauptanspruches erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
im Bedienfeld nur noch eine einzige Kochstufen-Schaltstelle für eine Mehrzahl
von üblicherweise
vier Kochzonen vorgesehen ist. Dadurch kann überraschenderweise die Hälfte an
kostspieliger Schaltplatinenfläche
eingespart werden, weil der Schaltungsaufbau wegen vereinfachter
Steuerschaltungen und entsprechend vereinfachter Leiterbahnenentflechtung
nun in einer Platinenebene ermöglicht
ist, was bei vergleichbarer Funktionalität gegenüber dem geschilderten Sandwich-Aufbau
nach dem Stand der Technik zu der Einsparung von etwa je 20% Herstellungs-
und Prüfkosten
führt.
Das ist sehr bemerkenswert angesichts des enormen Preisdruckes,
unter dem die Entwicklung der Haushaltsgroßgeräte steht, von denen andererseits
der Konsument immer umfangreichere Funktionalität erwartet.
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Ausführungsbeispiel
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Hinsichtlich
zusätzlicher
Aspekte der Erfindung sowie bezüglich
ihrer Weiterbildungen und deren Vorteilen wird außer auf
die Unteransprüche
auch auf nachstehende Beschreibung eines in der Zeichnung unter
Beschränkung
auf das Wesentliche stark abstrahiert skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispiels
zur erfindungsgemäßen Lösung verwiesen. Die
einzige Figur der Zeichnung zeigt ein erfindungsgemäß ausgelegtes
Bedienfeld mit seinen Schalt- und
Anzeigestellen sowie deren funktionalen Wirkzusammenhänge nach
An eines stark vereinfachten Blockschaltbildes, in dem aber zur
Wahrung der Übersicht
nicht eigens ausgeführt
ist, dass jede Kochzone mit ihrem eigenen Leistungsschaltkreis in Form
eines Pulsweitenmodulators ausgestattet ist, wobei diese Modulatoren
nacheinander zum Einstellen der Kochstufen aufgerufen werden und
die jeweilige, aktuelle Kochstufeneinstellung einer Kochzone dann
beibehalten bleibt, wenn (unter Umschalten des visuellen Eindruckes
ihrer Kochzonenlampe) am Kochstufenschalter ein Weiterschalten auf
die nächstfolgende
Kochzone erfolgt.
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Neben
einer Elektroherdmulde 11 mit im dargestellten Beispielsfalle
vier Kochzonen 12, die z. B. mit Strahlungsheizungen ausgestattet
sind, oder in deren Herdplatte 13 integriert befindet sich
ein Bedienfeld 14, das hinsichtlich der Anordnung seiner Schaltstellen 15 und
Anzeigestellen 16 in der Zeichnung rechts noch einmal vergrößert detailliert
dargestellt ist. Die Fläche
des Bedienfeldes 14 ist für die Funktion der Schalt-
und Anzeigestellen 15, 16 nicht durchbrochen,
deren Sensoren und Lampen liegen also unter der bedienungs- und
sichtseitigen Oberfläche
des Bedienfeldes 14 und gegebenenfalls rückwärtig in
dessen durchscheinende Platte eingesenkt oder einfach dagegen angedrückt. Die
Schaltstellen 15 im Bedienfeld 14 sind deshalb
die reaktiven Bereiche von Annäherungs-
oder Berührungsschaltern etwa
auf Basis von Reflexlichtschranken mit unsichtbarer Strahlung oder
auf Basis von kapazitiven Sensoren. Diese Schaltstellen 15 wirken
als Impulseingänge
auf bistabile Schalter, welche gewöhnlich in einem Prozessor realisiert
sind, der auch übergeordnete
Steuerungsaufgaben etwa gemäß einem
vorgegebenen Programmablauf wahrnimmt, worauf in der Zeichnung zur
Gewährleistung
der Übersicht
aber nicht schaltungsmäßig eingegangen
ist. An Schaltstellen 15 enthält das Bedienfeld 14 vor
allem einen Netzschalter 17, einen Kochzonen-Anwahlschalter 18 und
einen Kochstufenschalter 19, der in zwei entgegengesetzte
Funktionalitäten 19– und 19+ zum Anheben
bzw. zum Absenken der Heizleistung unterteilt ist. Außerdem ist
ein Sicherheitsschalter 20 mit elektrooptischem Sperrindikator 21,
wie die anderen Anzeigelampen in Form eines Glühlämpchens oder einer lichtemittierenden
Diode, zweckmäßig. Auch der
Auswahlschalter 18 ist mit solchen Anzeigestellen 16 verknüpft, bei
denen es sich bevorzugt um den Kochzonen 12 geometrisch
zugeordnete Kochzonenlampen 22 handelt, und um wenigstens
wie beispielshalber skizziert eine einzige digitale Kochstufenanzeige 23 in
Form einer Siebensegment-Zifferndarstellung, die dann im Zentrum
zwischen den Lampen 22 angeordnet ist.
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Die
Bauelemente der Schaltstellen 15 und der Anzeigestellen 16 sind
auf einer einzigen doppelseitig kaschierten Platine angeordnet,
die (in der Zeichnung nicht sichtbar) distanziert zum Bedienfeld 14 unter
diesem verläuft
und dessen Umfang nicht, jedenfalls nicht wesentlich, überragt.
Diese Platine ist für
die Bestückung
mit der Kochstufenanzeige 23 derart vorbereitet, dass das
einstellig alphanumerische Siebensegment-Display gegenüber der
Darstellung in der Zeichnung auch um 90° verschwenkt positionierbar
ist, womit das Bedienfeld 14 statt der dargestellten vertikalen
Anordnung eine horizontale Ausrichtung in oder neben der Herdmulde 11 erfahren
kann.
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Mit
einmaligem Betätigen
des Netzschalters 17 wird die Herdmulde 11 ans
Netz 24 gelegt. Sicherheitshalber kann vorgesehen sein,
den Netzschalter 17 nach einer fest vorgegebenen Sicherheitszeitspanne
ts von einigen Sekunden gleich wieder abzuschalten – es sei
denn, innerhalb dieser Sicherheitszeitspanne ts wird noch eine andere
der Schaltstellen 15 aktiviert, etwa über den Schalter 18 eine
Kochzone 12 angewählt
ODER über
den Schalter 19 die Kochstufe der gerade angewählten Kochzone 12 ver ändert. Wenn aber ein Sicherheitsschalter 20 gesetzt ist,
also dessen Sperrindikator 21 leuchtet, kann die Herdmulde 11 nicht
eingeschaltet werden.
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Unter
den Anzeigestellen 16 befinden sich vier den Kochzonen 12 geometrisch
zugeordnete Zonenlampen 22, vorzugsweise wie die anderen
optischen Indikatoren auch als Leuchtdioden realisiert, deren Aufleuchten
anzeigt, welche der Kochzonen 12 momentan beheizt werden.
Die individuelle Heizleistung läßt sich
mittels des Kochstufenschalters 19 nach An einer netzfrequenzsynchronisierten
oder prozessorsynchronisierten Pulsbreitenmodulation beeinflussen
und mittels der in diesem Realisierungsbeispiel einzig vorhandenen
Siebensegment-Kochstufenanzeige 23 visualisieren. Die Prozessor-Teilfunktion
zum Umsetzen des aktuellen Modulationsgrades in eine Zifferndarstellung
ist im Blockschaltbild der Zeichnung durch einen Demodulator 26 symbolisiert,
der die Impulslänge
in Bezug auf die Zyklusdauer in eine Zahl zwischen 0 (ausgeschaltet)
und 9 (maximale Leistung) umsetzt. Diese Zahl (23) zeigt
also an, mit welcher Kochstufe diejenige Kochzone 12 gerade
betrieben wird, deren Lampe 22 gerade blinkt. Eine veränderte Vorgabe
dieser Heizleistung erfolgt durch alternatives mehrmaliges oder
dauerndes Betätigen
eines der beiden Kochstufen-Funktionsschalter 19– oder 19+.
Die der momentan noch angewählten
Kochzone 12 zugeordnete Lampe 22 schaltet dann
von Blinklicht auf Dauerlicht um, während aber diese Kochzone 12 wie
erwähnt die
zuletzt vorgegebene Kochstufe beibehält, wenn mittels des Auswahlschalters 18 auf
die nächste
der zyklisch anzuwählenden
Kochzonen 12 umgeschaltet wird, so dass nun deren Zonenlampe 22 nicht mehr
konstant sondern nur noch im Intervall leuchtet und die zentrale
Kochstufenanzeige 23 ihre momentane Kochstufe angibt. Die
vier gesonderten Lampen 22 erübrigen sich allerdings, wenn
sie durch vier Digital-Anzeigen (anstelle der einen zentralen 23 in
der Zeichnung) ersetzt werden.
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Die
gerade angewählte,
also durch die momentan blinkenden Lampe 22 oder Digital-Anzeige markierte
Kochzone 12 wird jedoch elektrisch abgeschaltet und ihre
Lampe 22 bzw. Anzeige 23 ganz ausgeschaltet, wenn
die Heizleistung hier mittels des Kochstufenschalters 19– auf
Null zurückgenommen wird.
Sofern aber die Kochstufenschalter 19–, 19+ nicht
alternativ, sondern gleichzeitig betätigt werden, wie durch das
UND-Gatter 33 symbolisiert, wird die gerade angezeigte
der Kochzonen 12 unmittelbar elektrisch abgeschaltet, und
ihre Zonenlampe 22 bzw. Anzeige 23 erlischt. Über den
Netzschalter 17 erfolgt dagegen ein Abschalten der Kochmulde 11 insgesamt,
also aller ihrer gerade eingeschaltet gewesenen Kochzonen 12.
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Die
Kochzone 12, die gerade über den Auswahlschalter 18 zum
Einstellen ihrer Kochstufe angewählt
ist, ist also durch eine nicht kontinuierlich leuchtende, sondern
blinkende Kochzonenlampe 22 oder Digital-Anzeige ausgewiesen.
Die Umschaltung auf die nächste
Kochzone 12 mit ihrer Kochzonenlampe 22 oder Digital-Anzeige
erfolgt in zyklischer Folge fortschreitend mit jedem erneuten kurzen
Betätigen des
Auswahlschalters 18. Bei nur einer zentralen Kochstufenanzeige 23 bezieht
sich die momentan numerisch dargestellte Kochstufenanzeige 23 auf diejenige
Kochzone 12, deren Lampe 22 nicht erloschen ist
und nicht kontinuierlich brennt, sondern die gerade blinkt.
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Über ein
solches Siebensegment-Display der Kochstufenanzeige 23 bzw.
Digital-Anzeige lassen sich bekanntlich nicht nur numerische, sondern auch
bestimmte alphaische Informationen einstellig darstellen. So wird
die Kochstufenanzeige 23 bzw. Digital-Anzeige vom Demodulator 26 auf
die Anzeige H umgeschaltet, wenn die über den Schalter 18 gerade
angewählte
Kochzone 12 zwar (über
den Kochstufenschalter 19– oder über beide 19–/19+ gleichzeitig)
elektrisch abgeschaltet wurde, aber die geometrisch zugeordnete
Kochzonenlampe 22 bzw. Digital-Anzeige noch nicht erlischt,
sondern zunächst noch
angesteuert bleibt, weil die zugeordnete Kochzone 12 noch
heiß,
ihre Temperatur nämlich
noch nicht unter die Größenordnung
von 50°C
abgesunken ist, also noch eine Restwärme abstrahlt, die verbrennungsgefährdend für die Oberfläche der menschlichen
Haut ist. Das wird mittels Temperatursensoren 27 detektiert,
deren Sensorsignale vom Prozessor entsprechend analysiert, nämlich mit
einer Referenz verglichen und gegebenenfalls auf die (in der Zeichnung
nicht gesondert ausgewiesenen) Ansteuerschaltungen für die Kochzonenlampen 22 bzw. Digital-Anzeigen
geführt
werden; oder eine im Prozessor mittels Zählern realisierte, voreingestellte Zeitsteuerschaltung
lässt diese
Restwärmeanzeige erlöschen, wenn
die Kochzone 12 nach ihrem Abschalten erfahrungsgemäß ausreichend
abgekühlt sein
müsste.
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In
einer Erweiterung 28 des Basis-Bedienfeldes 14 können von
den Funktionen (Dauerlicht oder Blinklicht) der Kochzonenlampen 22 funktional
getrennte Restwärmelampen 29 den
Kochzonen 12 geometrisch zugeordnet vorgesehen sein, um
die vorerwähnte
H-Anzeige im Zentrum der Kochzonenlampen 22 oder je eine
Digital-Anzeige für
die vier Kochzonen 12 zu erübrigen. Wenn an der jeweiligen
Kochzone 12 die für
die Gefahr des Versengens der menschlichen Haut kritische Oberflächentemperatur überschritten
ist, leuchtet nun die zugeordnete Restwärmelampe 29 in der
Bedienfeld-Erweiterung 28 auf; wobei schaltungstechnisch über den
Prozessor vorgegeben sein kann, dass diese Leuchtindikation beispielsweise
zwischen Dauerlicht und Blinklicht umschaltet, je nach dem, ob die
zugeordnete Kochstelle 12 momentan aktiv beheizt wird oder
abge schaltet ist und nur noch Restwärme führt.
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Die
höchste
Stufe des hochfahrenden Kochstufen-Funktionsschalters 19+ lautet
nicht „9” sondern,
noch darüber
gelegen, „A”. Wenn
am Kochstufenschalter 19 vor Anwahl einer bestimmten Stufe
die Anzeige auf „A” gesetzt
wird, dann wird über
die gerade angewählte
Kochzone 12 zunächst
maximal, der Stufe 9 entsprechend, angekocht. Ein Zeitschaltkreis 34 schaltet
nach der Zeitspanne ta dann auf die, nach der Initialisierung über „A”, danach
niedriger vorgegebene Kochstufe zurück, die schon während ta,
also bis zum Umschalten auf Daueranzeige unter Anwahl dieser Kochzone 12,
von der alphanumerischen Anzeige als Ziffer alternierend mit dem
Buchstaben „A” angezeigt
wird.
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Oft
ist wenigstens eine der Kochzonen 12 mit einer Flächen-Erweiterung
ausgestattet, die für
größeres Kochgeschirr
ringförmig
oder wie im dargestellten Ausführungsbeispiel
als gesondert zuschaltbare Bratenzone 30 bogenförmig sein
kann. Für
deren Betrieb ist ein Bräter-Netzschalter 31 in
der Bedienfeld-Erweiterung 28 vorgesehen, samt Bräter-Anzeigelampe 32.
Die Kochstufeneinstellung für
die Bräterzone 30 erfolgt
am Schalter 19 mit derjenigen für die benachbart zugeordnete
Kochzone 12, was in dem Blockschaltbild der Zeichnung symbolisch
berücksichtigt
ist.
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Um
die gesamte elektrische Beschattung des Bedienfeldes 14 einer
Herdmulde 11 also preisgünstig auf einer einzigen, einlagigen
wenn auch beidseitig kaschierten Leiterplatte von Abmessungen, die
nicht über
das Bedienfeld 14 hinausragen, unterbringen zu können, ist
erfindungsgemäß ein Tast-Auswahlschalter 18 vorgesehen,
mit dem ein ebenfalls tastbetätigbarer
Kochstufenschalter 19; 19–, 19+ zyklisch
nacheinander auf jede der vorhandenen Kochzonen 12 schaltbar
ist, während
die anderen Kochzonen 12 hinsichtlich ihrer Heizleistungen in
ihrem momentanen Schaltzustand verbleiben. Welche der Kochzonen 12 derzeit
beheizt wird und welche von diesen die momentan über den Auswahlschalter 18 angewählte ist,
ergibt sich aus der optischen Signalgabe von miniaturisierten Kochzonenlampen 22 oder
Digitalanzeigen, die entsprechend der Geometrie der Kochzonen 12 angeordnet
sind. Schon eine einzige alphanumerische Kochstufenanzeige 23 ist
ausreichend, um für
die momentan angewählte
Kochzone 12 die momentan vorgegebene Kochstufe numerisch
und eine etwaige Sonderbetriebsbedingung wie Ankochbetrieb „A” oder Noch-Heiße-Kochzone „H” alphaisch
anzugeben. Um separate Restwärmelampen 29 zu
vermeiden, erlischt die jeweilige Kochzonenlampe 22 oder
Digital-Anzeige noch nicht mit elektrischem Abschalten ihrer Kochzone 12,
sondern erst, wenn die zugeordnete Kochzone 12 unter die
berührungskritische Resttemperatur
abgekühlt
ist.