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Die
Erfindung betrifft ein Schrittschaltwerk mit einer Vielzahl von
Umschaltkontakten, die mittels Nockenbahn betätigt werden.
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Aus
der
US 6 307 460 B1 ist
ein Schalter mit einem Überstromschutzschalter
bekannt, bei dem ein in einem Gehäuse federnd gelagerter Umschaltkontakt
mittels eines im Gehäuse
schwenkbar gelagerten Nockenhebels und einem damit verbundenen Kippschalter
abhängig
von dem thermischen Zustand eines den Nockenhebel beaufschlagenden
Bimetalls aus einer Öffnungsstellung
in eine Schiessstellung mit einem feststehenden Kontakt bewegbar ist.
wird.
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Aus
der
DE 199 48 707
A1 ist ein elektrisches Schaltwerk für Schaltuhren bekannt, bei
dem ein Umschaltkontakt zwischen zwei Schaltkontakten angeordnet
ist, wobei an den freien Enden der Kontakte ein schwenkbarer Hebel
mit einem Rastvorsprung angeordnet ist, der den Umschaltkontakt
in Abhängigkeit
der jeweiligen Programmphase in der zweiten Schaltposition oder
aus dieser in eine erste Schaltposition zurückkehrend freigibt.
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Bekannt
sind ferner Programmschaltwerke zur Steuerung von Haushaltsgeräten, insbesondere von
Geschirrspül-
und Waschmaschinen. Zum Steuern der unterschiedlichen Programmabschnitte
ist ein Schaltwerk vorgesehen, bestehend aus einem Elektromotor,
der über
eine Welle eine Nockentrommel antreibt und in Rotation versetzt.
Die auf der Nockentrommel befindlichen Nocken streichen bei der Rotation
an entsprechenden Kontakten vorbei, die durch die mechanische Einwirkung
der Nocken von einer ersten Position (Stellung 0) in eine zweite
Position (Stellung 1) gedrückt
werden und dort einen Kontakt schließen.
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Entsprechend
der Ausgestaltung und Länge der
Nockenfläche
kann der Kontakt lediglich kurzzeitig, d.h. im Rahmen eines Winkelsektors
von ca. 1 °, pulsierend,
d.h. mit stetig wiederkehrendem Kontaktzyklen oder andauernd, d.h.
bis zu einem Umfang von bis zu 360° erfolgen; ferner sind Mischformen dieser
Ausgestaltungen möglich.
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Bekannt
ist ein Programmschaltwerk der Firma EATON, welches in entsprechendem
Kunststoffkammern montiert ist und in jeder Kammer maximal drei
Umschaltkontakte vorgesehen sind. Es sind auch Schrittschaltgeräte mit mehreren
Kontakten pro Ebene auf dem Markt erhältlich. Jeder Kontakt wird üblicherweise
von einer eigenen Nockenbahn betätigt.
Zur Einstellung des gewünschten
Programms ist die Nockenwelle mit einem Drehknopf verbunden, der
an der Frontseite des Haushaltsgeräts angebracht ist, und herkömmlicherweise
mit Symbolen der jeweiligen Programme versehen ist.
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Bei
der Verwendung eines solchen Programmschaltwerks, beispielsweise
in einem Geschirrspüler,
wird zur Einstellung eines bestimmten Spülprogramms die Nockenwelle über einen
Drehknopf auf eine bestimmte Position gedreht, die den Start eines
gewünschten
Programmablaufs bezeichnet. Nach Betätigen des Hauptschalters setzt
sich der Elektromotor in Bewegung und bringt eine konstante Drehgeschwindigkeit
auf die Nockenwelle auf, die entsprechend dem gewählten Programmablauf die
einzelnen Kontakte berührt
und somit schaltet. Durch die konstante Drehgeschwindigkeit werden
die einzelnen Programmabschnitte nach bestimmten Zeiträumen erreicht,
wobei die Länge
der Zeiträume direkt
von der Länge
der Nockenfläche
abhängt.
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Bei
der manuellen Betätigung
des Drehknopfes kann der Benutzer entgegen einer vorbestimmten Programmauswahl
den Drehknopf weiterdrehen, um beispielsweise eine Programmeinheit
zu überspringen,
da der Benutzer z.B. der Meinung ist, dass lediglich ein Vorspülgang für die Reinigung
des Geschirrs ausreichend ist.
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Wird
bei herkömmlichen
Geschirrspülern
die automatische Programmabfolge durch einen derartigen manuellen
Eingriff in die Programmsteuerung verändert, so wird dieses Eingreifen
jedoch von der Programmautomatik nicht erkannt und nachfolgende Teilprogrammabschnitte,
die technisch, kausal oder logisch mit einem davorliegenden Teilprogrammabschnitt
verbunden sind, werden dennoch absolviert.
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Beispielsweise
wird in Ermangelung einer entsprechenden Erkennbarkeit im Falle
des Überspringens
der ersten Vorspülphase
durch manuelles Weiterdrehen dennoch die Spülflüssigkeit während der Klarspülphase auf
eine eigentlich nicht erwünschte
höhere
Temperatur erwärmt,
so dass ein höherer
Energieverbrauch entsteht, der unerwünscht ist.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Schrittschaltwerk der
oben bezeichneten Art bereitzustellen, welches es erlaubt, zwischen
einer manuellen Weiterschaltung von einzelnen Schritten gegenüber einer
automatischen Weiterschaltung von einzelnen Schritten zu unterscheiden.
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Diese
Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Schrittschaltwerk mit den
Merkmalen gemäß Anspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Schrittschaltwerk
mit einer Vielzahl von Umschaltkontakten, die mittels Nockenbahn
betätigt
werden, ist ein thermisch gesteuertes Element so ausgebildet und
angeordnet, dass es mindestens einen Umschaltkontakt in einer vorbestimmten
zweiten Position hält
und nach einer vorbestimmten Dauer einer Stromzufuhr den Umschaltkontakt
entlässt,
so dass dieser in eine erste Position zurückkehrt, wobei an dem thermisch gesteuerten
Element ein Rastpunkt vorgesehen ist, mittels dem eine Haltekraft
auf den Umschaltkontakt ausgeübt
wird.
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Vorteilhafterweise
ist der Umschaltkontakt in der ersten und der zweiten Position jeweils
mit einem Kontakt belegt, d.h. sowohl in der ersten als auch zweiten
Position wird ein Kontakt aufgebaut, dem eine bestimmte Funktion
innerhalb des Programms zugeordnet werden kann.
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Der
Umschaltkontaktbereich ist auf einer entsprechend aus leitfähigem Material
ausgebildeten Zunge angeordnet, die zweckmäßigerweise in einem isolierten
Gehäuse,
beispielsweise in einer Kunststoffkammer gelagert ist. Bei Erreichen
der Nocke wird diese Zunge mit dem darauf angeordneten Kontaktbereich
von einer ersten in eine zweite Position bewegt, in der ebenfalls
ein Kontakt aufgebaut wird. Während
des Kontaktaufbaus an der zweiten Position wird der Umschaltkontakt
durch das thermisch gesteuerte Element in der vorbestimmten zweiten
Position gehalten.
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Bei
einem, der programmierten Steuerung entsprechendem Ablauf des Schaltwerks – ohne manuellen
Eingriff – darf
die erfindungsgemäße Funktion
des thermisch gesteuerten Elements ihre Wirkung entfalten, wird
also der Umschaltkontakt nach einem vorbestimmten Zeitraum, der
eine Funktion des thermischen Zustands des thermisch gesteuerten Elements
ist, aus der zweiten Position freigegeben, um in die erste Position
(bzw. Ausgangssituation) zurückzuschwenken.
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Wird
dagegen der Drehknopf mit daran verbundenen Nockenwelle manuell
weiter gedreht, so würde
der Kontakt bei herkömmlichen
Schaltwerken in die erste Position zurückbewegt werden, und dort ein
entsprechendes Signal emittieren. Erfindungsgemäß wird jedoch der Umschaltkontakt
aufgrund des thermisch gesteuerten Elements in der zweiten Position
gehalten, da die Zeit nicht ausreicht, um das thermisch gesteuerte
Element so zu verändern,
dass der Umschaltkontakt freigegeben werden kann. Daraus resultiert
eine Änderung
des Programmablaufs. Erst nach Ablauf des Programms wird der Umschaltkontakt
aus der zweiten Position freigegeben, um in die erste Position (bzw.
Ausgangssituation) zurückzuschwenken.
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Dadurch,
dass die thermische Zustandsänderung
des erfindungsgemäßen thermisch
gesteuerten Elements nicht eingetreten ist und der Umschaltkontakt
nach einem vorbestimmten Zeitraum nicht aus der zweiten Position
freigegeben wird und in die erste Position zurückkehrt, erkennt das Steuerprogramm,
dass manuell in den Programmablauf eingegriffen worden ist.
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Steht
der übersprungene
Programmschritt mit einem späteren
Programmschritt in einer logischen Abfolge, so kann das Programm
veranlassen, dass auch dieser spätere
Programmschritt übersprungen
wird, obwohl kein manueller Eingriff an dieser Stelle stattgefunden
hat.
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Erfindungsgemäß wird der
thermische Zustand des thermisch gesteuerten Elements über die daran
anliegende Stromstärke
und/oder Spannung gesteuert.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist das thermisch gesteuerte Element ein Bimetallelement.
Alternativ kann das thermisch gesteuerte Element aus Memory-Metall
hergestellt sein oder ist ein Aktuator, der mit einem sich bei Wärme ausdehnenden
Material, z.B. Wachs, gefüllt
ist.
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Nachfolgend
wird eine bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Schrittschaltwerks
anhand von Zeichnungen näher
erläutert:
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Es
zeigen
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1 eine
schematischen Schnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Schrittschaltwerks,
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2 bis 7:
den systematischen Ablauf in einem erfindungsgemäßen Schrittschaltwerk, wobei
der Programmablauf automatisch erfolgt und
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8 bis 11:
den systematischen Ablauf in einem erfindungsgemäßen Schrittschaltwerks, wobei
der Programmablauf einen manuellen Eingriff erfährt.
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In 1 ist
eine Kammer 4 gezeigt, in der eine Vielzahl von Umschaltkontakten
und Kontakten dargestellt sind, die jeweils über entsprechende Kontaktflächen 3 eine
Kontaktverbindung untereinander aufbauen können. Zwischen einem Kontaktpaar 5, 6 ist
ein thermisch gesteuertes Element 7, im gezeigten Ausführungsbeispiel
als Bimetallelement ausgeführt, mit
daran angeschlossenen schematisch dargestellten Leitern, die in
eine entsprechende Steuerung führen
(nicht gezeigt), dargestellt. Wird dieses Bimetallelement 7 mit
einem bestimmten Strom beaufschlagt, ändert sich aufgrund des Ohmschen
Widerstands der thermische Zustand des Bimetallelements 7 und infolge
der unterschiedlichen spezifischen Widerstandswerte der Bimetallkomponenten
die Form des Bimetallelements 7.
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In 2 ist
der Ausgangszustand (erste Position) des Kontaktpaares 5, 6 des
erfindungsgemäßen Schrittschaltwerks
gezeigt, wobei ein Umschaltkontakt 2, im gezeigten Ausführungsbeispiel
als Kontakthebel ausgeführt,
alternativ auch als Blattfeder möglich, über ein
entsprechendes Vorspannelement 9, im gezeigten Ausführungsbeispiel
eine Zugfeder, stets so vorgespannt. ist, dass ohne weitere Krafteinwirkung
eine Kontaktverbindung zwischen Kontakthebel 2 und Kontakt 6 ausgebildet
wird. In diesem Zustand liegt kein Strom an dem Bimetallelement 7 an,
so dass keine Verformung des Bimetallelements 7 festgestellt
werden kann.
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Nach
dem Start des Schrittmotors dreht sich die Nockenwelle 8 in
vorbestimmter Weise und übt nach
Berühren
des Kontakthebels 2 einen zunehmenden Druck auf diese aus,
so dass entgegen der Vorspannung des Vorspannelements 9 der
Kontakthebel 2 über
einen Rastpunkt 10, der an dem Bimetallelement 7 vorgesehen
ist, geschoben wird und mit dem Kontakt 5 eine Kontaktverbindung
ausbildet (zweite Position, siehe 3). Nachdem
diese Kontaktverbindung zwischen Kontakthebel 2 und Kontakt 5 aufgebaut
worden ist, verbleibt, trotz des Weiterdrehens der Nockenwelle 8 und
damit des Entlastens des Kontakthebels 2, der Kontakthebel 2 in
der Stellung an Kontakt 5, da er durch den Rastpunkt 10 des Bimetallelements 7 gehalten
wird. Die Nockenwelle 8 schaltet während des Weiterdrehens (4)
an vorbestimmter Stelle einen nicht gezeigten Kontakt, durch den
Strom durch das Bimetallelement 7 geleitet wird (in den
Zeichnungen durch „+" angedeutet), wodurch
eine thermische Zustandsänderung
in dem Bimetallelement 7 erfolgt, die so ausgestaltet ist, dass
der Rastpunkt 10 seine Haltewirkung gegenüber dem
Kontakthebel 2 verliert und sich absenkt. Diese Zustandsänderung
ist in 5 und 6 dargestellt.
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In
dem nachfolgenden Programmabschnitt bewegt sich der Kontakthebel 2,
da er stets über
das Vorspannelement 9 vorgespannt ist, wie in 6 gezeigt,
in Pfeilrichtung und löst
somit die Kontaktverbindung zwischen Kontakt 5 und Kontakthebel 2 (erste
Position), d.h. er bildet eine Kontaktverbindung mit Kontakt 6 aus.
Dieser Zustand wie auch in 7 dargestellt,
entspricht dem Ausgangszustand, in dem der Kontakthebel 2 eine
Kontaktverbindung in der ersten Position mit Kontakt 6 aufgebaut
hat.
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2 und 7 sowie 8 sind
identische Ausgangszustände
(erste Position) in denen der Kontakthebel 2 eine Kontaktverbindung
mit Kontakt 6 aufgebaut hat. Wird gemäß 8 die Nockenwelle 8 manuell
gedreht, d.h. schneller als in der Programmautomatik vorgesehen,
so wird der Kontakthebel 2, wie beim automatischen Weiterdrehen
der Nockenwelle 8, entgegen der Vorspannung des Elements 9 über den
Rastpunkt 10 des Bimetallelements 7 gedrückt und
bildet eine Kontaktverbindung mit Kontakt 5 (zweite Position, 9)
aus.
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Wie
in 10 gezeigt, wird die Nockenwelle 8 weiter
gedreht, so dass sich der Anpreßdruck
auf den Kontakthebel 5 vollständig reduziert, während die
Kontaktverbindung zwischen Kontakthebel 2 und Kontakt 5 indes
durch die mechanische Haltekraft am Rastpunkt 10 des Bimetallelements 7 aufrecht
erhalten bleibt, mit der Konsequenz, dass der Kontakthebel 2 weiterhin
in der zweiten Position verbleibt. Ein Weiterdrehen der Nockenwelle 8 hat
somit keine Auswirkung auf die aufgebaute Kontaktverbindung zwischen
dem Kontakthebel 2 und dem Kontakt 5. Wie beim
automatischen Weiterdrehen der Nockenwelle 8 schaltet die
Nockenwelle 8 auch während
des manuellen Weiterdrehens den nicht gezeigten Kontakt, durch den
Strom durch das Bimetallelement 7 geleitet wird. Allerdings
wird dieser nicht gezeigte Kontakt beim manuellen Weiterdrehens
so schnell überfahren,
dass das Bimetallelement 7 nicht so stark erwärmt wird,
dass die zu 5 und 6 geschilderte
thermische Zustandsänderung
eintreten kann. Dadurch liegt der Kontakthebel 2 während des gesamten
Programmablaufes ständig
an dem Kontakt 5 an. Wird das beschriebene Schrittschaltwerk 1 z.B.
für die
Steuerung eines Programmablaufes einer Geschirrspülmaschine
verwendet, so dient in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Kontakt 5 zum Überspringen
einer Temperaturmessung und der Kontakt 6 zur Auslösung einer
Reinigerzugabe durch Einleiten des Öffnens eines Deckels einer
Reinigervorratskammer. Beim manuellen Weiterdrehen der Nockenwelle 8 durch
den Benutzer, z.B. zum Überspringen
eines Programmteilabschnittes, wird also durch die Erfindung im
gezeigten Ausführungsbeispiel
durch die Nichtausführung
einer Temperaturmessung die Temperatur auf einer gewünschten niedrigeren
Höhe gehalten
und die Reinigerzufuhr durch das Halten des Deckels der Reinigervorratskammer
in geschlossenem Zustand unterdrückt.
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Erfindungsgemäß ist der
Zeitraum zwischen 4 und 6 über die
thermische Zustandsänderung,
die eine mechanische Verformung des Bimetallelements 7 zur
Wirkung hat, exakt definiert, so dass die anschließende Kontaktverbindung
zwischen Kontakthebel 2 und Kontakt 6 gemäß 7 eine
eindeutige Funktion des automatischen Programmablaufes darstellt,
wogegen der Verbleib des Kontakthebels 2 am Kontakt 5 über den
weiteren Programmablauf (gemäß 9 und 10),
da eine mechanische Verformung des Bimetallelements 7 nicht
eintreten kann, eine eindeutige Funktion des manuellen Eingriffs
in den Programmablauf darstellt.