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Steuerschaltung für programmgesteuerte elektrische Geräte Die Erfindung
betrifft eine elektrische Schaltungsanordnung zur Betätigung eines Schrittschaltez,
der verschiedene Funktionen eines elektrischen Geräts abhängig von bestimmten Meßgrößen
nach vorgewähltern Programm einschalten soll.
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Bei automatisch gesteuerten elektrischen Geraten, z. . bei Haushaltsgeraten
T:jiC Waschnaschinen, Geschirrspülautomaten usw., ist für die einzelnen Arbeitsgänge
oder Programmstufen entweder eine bestimmte Zeit vorgegeben, oder die betreffende
Programmstüfe wird beendet, wenn ein vorgegebener Meßwert, z.5. eine Temperatur
oder ein Füllstand, erreicht ist. Eine bestimmte Programmstufe wird begonnen, indem
ein Schrittschalter in eine entsprechende Schaltposition rückt und damit die während
dieser Progratimistufe durchzuführenden Funktionen einschaltet. Der Schrittschalter
bleibt für die Dauer des Arbeitsgangs in der betreffenden Position stehen und rückt
einen Schritt weiter, nachdem eine bestimmte Zeit verstrichen ist oder ein bestimmter
Neßwert erreicht ist. In der nächsten Position schaltet der Sehrittschalter alle
für die nächste Programmstufe notwendigen Funktionen ein.
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Bei den bisher bekannten elektrischen Geräten mit einem den Programmablauf
steuernden Schrittschalter wurden als Zeitgeber
für die in ihrer
Dauer vorgegebenen Schrittpausen (d,h, die Dauer der Arbeitsgänge) entweder mechanische
Uhrwerke verwendet, oder die unterschiedlichen Taktzeiten wurden elektronisch durch
Teilung der Netzfrequenz erzeugt. Die mechanischen Werke, die vielfach mit Kurvenscheiben
arbeiten, sind jedoch nicht verschleißfrei und daher störungsanfällig. Andererseits
sind die meist digitalen-- Frequenzteiler für die Netzfrequenz wegen der Vielzahl
der benötigen bistabilen Kippstufen verhältnismässig teuer.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Schaltungsanordnung
zur Betätigung eines Schrittschalters für programmgesteuerte elektrische Geräte
anzugeben, mit welcher die unterschiedlichen Taktzeiten süd die verschiedenen ArbeSsgänge
auf elektronische Weise unter Verwendung einer geringen Anzahl von Bauteilen eingehalten
werden können.
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Bei einer elektrischen Schaltungsanordnung zur Betätigung eines Schrittschalters,
der verschiedene Funktionen eines elektrischen Geräts auch abhängig von bestimmten
Meßgrößen nach vorgewähltem Programm einschalten soll, wird diese Aufgabe erfindnngsgemäss
dadurch gelöst, daß die Schrittschalterausgänge mit einem Impulsgeber zur Auslösung
einer monostabilen Kippschaltung verbunden.sind, die für die Dauer ihrer Rückkippzeit
den Antrieb für den Schrittschalter stillsetzt, und daß mindestens eines der für
die Betriebsbereitschaft der Kippschaltung notwendigen elektrischen Potentiale nur
beim Ansprechen von ausgewählten Meßgebern zuführbar ist. Vorzugsweise sind zur
Variation der Rückkippzeit Zei-te3-ieder unterschiedlicher Zeitkonstante vom Schrittschaiter
wahlweise in die monostabile Kippschaltung einschaltbar.
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Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß die
mono stabile Kippstufe im Vergleich mit den mechanischen Uhrwerken
verschleißfrei
arbeitet und im Vergleich mit den bekannten Netzfrequenzteilern mit viel weniger
13auelementen auskommt. Durch geeignete Wahl der Zeitglieder lassen sich Rückkippzeiten
bis zu einigen Minuten herstellen. - Ausserdem läßt sich auf einfache Weise die
Einhaltung bestimmter Meßwerte mit der einhaltung bestimmter Taktzeiten kombinieren.
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Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung
besteht darin, daß die monostabile Kippschaltung ausei NM'-D-Gliedern bestehen kann,
deren erstes an einem seiner Eingänge vom Impulsgeber beaufschlagbar ist und mit
seinem Ausgang über ein Zeitglied an einen ersten Eingang des zweiten NADD-Gliedes
angeschlossen ist, welches seinerseits mit seinem Ausgang auf einen zweiten Eingang
des erden NAND-Gliedes rückgekoppelt ist. Wenn man die monostabile Kippschaltung
derart ausführt und ausserdem das Steuerpotemtial für den zweiten Eingang des zweiten
NAND-Gliedes vom Ausgang eines dritten NAND-Gliedes liefern läßt, welches an mindestens
einem seiner-Eingänge Schaltpotentiale von einem Meßgeber erhält, dann ergibt sich
der Vorteil, daß die wichtigsten iiunktionen der Schaltungsanordnung durch Verwendung
dreier gleichartiger Schaltglieder realisiert werden können, was die Herstellungskosten
senkt.
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Wenn man ausserdem die Stillsetzung des Schrittschalters dadurch erreicht,
daß man den Antnebsmotor für den Schrittschalter vom Ausgangssignal der monostabilen
Kippschaltung über ein viertes NAND-Glied speisen lässt, dann enthält die gesamte
Schaltungsanordnung sur Erfüllung aller ihrer Funktionen vier gleichartige Schaltglieder,
die als bereits fertige Gruppe im Handel erhältlich sind. So werden' zur Zeit fertige
integrierte Bausteine auf dem Markt angeboten, die vier NAND-Glieder mit jeweils
zwei Eingängen auf einem einzigen Schaltungsplättchen enthalten. Es ist als einer
der wichtigsten Vorteile der Erfindung anzusehen, daß sich die Schaltungsanordnung
mit einem solchen preisgunstigen Standardbaustein verwirklichen läßt.
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Die Schaltpotentiale an den zweiten Eingängen des dritten und vierten
NAND-Gliedes können in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung jeweils mittels
eines vom Schrittschalter oder einem Meßgeber steuerbaren Kontakt veränderbar span.
Hierdurch wird es möglich, die Betätigung des Schrittschalters gleichzeitig von
mehreren Kriterien abhängig zu machen bzw. den Einfluß eines anderen Meßgebers während
bestimmter Programmstufen unwirksam zu machen.
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Um besonders lange Rückkippzeiten der monostabilen Kippstufe zu erhalten,
kann in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung das zwischen den beiden NAND-Gliedern
liegende Zeitglied ein aktives Netzwerk sein.
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Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand
der Zeichnung erläutert, welche teilweise in Blockform das Schaltbild einer Steuerschaltung
für programmgesteuerte elektrische Geräte darstellt.
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Die Zeichnung zeigt eine logische Schaltung aus insgesamt vier NAND-Gliedern
G1 bis Q4 mit jeweils einem ersten Eingang A, einem zweiten Eingang B und einem
Ausgang Y. Die logische Funktion der NAND-Glieder besteht darin, daß an ihrem jeweiligen
Ausgang ein erstes Potential (0) von zwei möglichen Potentialen (O, 1) nur dann
erscheint, wenn an beiden Eingängen A und B gleichzeitig das zweite Potential (1)
liegt. ID, folgenden sei 1 das über einen: bestimmten Schwellwert (der logischen
Schwellspannung des nD-Gliedes) liegende positive Potential gegenüber Masse, während
O ein unter dem Schwellwert liegendes Potential (z.B. das Massepotential selbst)
ist.
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Das erste NXID-Gliod G1 ist an seinem Ausgang mit dem einen telag
eines Kondensators a verbunden, dessen anderer Belag (mittels des Kontakts S5) über
einen Widerstand R mit klasse verbunden ist.
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Der Verbindungspunkt zwischen Kondensator und widerstand liegt am
Eingang A des NAND-Gliedes G2, dessen Ausgang über eine beit-ung auf den Eingang
A des ersten NAiSD-Gliedes G1 rückgekoppelt ist. Am anderen Eingang 8 dieses NAND-Gnedes
liegt normalerwase das Potential 1. Es stellt sich an jedem offenen Eingang automatisch
ein. Mittels eines Impulsgebers, der in der Zeichnangals mit Masse verbundener kurzzeitig
schliessender Schalter S3 symbolisiert ist, kann jedoch an diesen Eingang vorübergehend
ein O-Impuls gelegt werden.
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Die bisher beschriebene Kombination kann als monostabile Kippstufe
betrieben werden, vorausgesetzt, daß am Eingang B des l;!AND-Gliedes G2 das Potential
1 liegt. Im Ruhezustand erhält der Eingang A des NAND-Gliedes G2 über den Widerstand
R und den Kontakt S5 das Potential 0, so daß am Ausgang eine 1 erscheint, die auf
den Eingang A des NAND-Gliedes G2 gekoppelt wird. Mit der 1 am Eingang B dieses
NAND-Gliedes bewirkt dies eine 0 an dessen Ausgang, so daß beide Beläge des Kondensators
C auf gleichem Potential liegen und kein Ladestrom fliesst. Die mnostabile Kippschaltung
befindet sich somit in ihrem stabilen Zustand.
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Wenn der Schalter S3 kurzzeitig geschlossen wird und das Potential
O an den Eingang B des NAND-Gliedes G1 legt, springt der Ausgang dieses NAND-Gliedes
auf 1, so daß sich der kondensator C über den Widerstand R auflädt. Der durch den
Ladestrom verursachte Spannungsabfall am Widerstand R legt den Eingang A des NAND-Gliedes
G2 auf 1, so daß dessen Ausgang auf 0 springt. Diese auf den Eingang A des TmAND-Gliedes
rückgekoppelte 0 hält den Ausgang des NAND-Gliedes G1 auf dem Potential 1, auch
wenn der Schalter S3 wieder geöffnet ist. Dieser eine 0 am Ausganges NAND-Gliedes
G2 bewirkende Zustand dauert so lange an, wie ein ausreichender Ladestrom zur Aufrechterhaltung
der 1 am Eingang A des NAND-Gliedes G2andauert. Nach Aufladung des Kondensators
C springt der Eingang A des NAND-Gliedes G2 wieder auf 0 zurück, so daß der ursprüngliche
stabile Betriebszustand wieder hergestellt wird. Ein kurzzeitiges Schließen des
Schalters 53 hat also zur Folge, daß der Ausgang des
NAND-Gliedes
G2 vom Pdential 1 für die Dauer der durch die Zeitkonstante der RO-Kombination bestimmten
Rückkippzeit vorübergehend auf 0 springt. Als zeitbestimmendes Glied kann auch ein
anderes Netzwerk als der Kondensator.C und der Widerstand R verwendettwerden. Wenn
lange Rückkippzeiten erwünscht sind, ist es-vorteilhaft, als Zeitglied ein aktives+Netzwerk,
vorzugsweise mit einem Feldeffekttransistor' heranzuziehen.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel steuert der Ausgang der monostabilen
Kippschaltung, d. h. der Ausgang Y des NAND-Gliedes G2 den Eingang A eines weiteren
NAND-Gliedes G4, dessen Ausgang mit einer Klemme eines einen (nicht gezeigten) Schrittschalter
antreibenden Motors M verbunden ist, dessen andere Klemme auf positivem Betriebspotential
UB (Potential 1) liegt. Wenn am anderen Eingang B des NAND-Gliedes G4 eine 1 liegt,
dann wird nach Auslösung der monostabilen Kippschaltung durch kurzzeitiges Schließen
des Kontakts s3 der Motor M für die Dauer der Rückkippzeit der monostabilen Kippschaltung
stillgesetzt.
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Das für die Betriebsbereitschaft der Kippschaltung notwendige Potential
1 am Eingang B des NAND-Gliedes G2 wird vom Ausgang eines gesonderten NhD-Gliedes
G3 geliefert, und zwar nur dann, wenn dessen Eingänge A-und B bestiinii Kriterien
erfüllen. Diese Kriterien sind der Schaltzustand eines am Eingang B liegenden Iqiasseschalters
S1 und das Ausgangssignal irgendeiner über den Schalter 54 an den Eingang A gelegten
MessSchaltung. Im vorliegenden Fall ist eine Temperaturmeßschaltung eingezeichnet,
welche aus einem NTC-Widerstand und einem Vergleichswiderstand RV besteht, die als
Spannungsteiler zwischen das Betriebspotential UB und Nasse geschaltet sind. Der
Eingang A des NAND-Gliedes G3 kann von dieser Meßschaltung nur dann von 1 auf 0
geschaltet werden, wenn der Spannungspegel am Abgriff des Spannungsteilers die logische
Schwellenspannung des NAND-Gliedes übersteigt, was bei Erreichen einer bestimmten
Temperatur des NTO-Widerstandes eintritt.
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Wenn es sich bei dem zu steuernden Gerät um eine vollautomäi- -sche
Waschmaschine handelt, kann der NTC-Widerstånd die Temperatur des Waschwassers fühlen.
Dies ist wünschenswert, wenn ein Arbeitsgang, dessen Dauer von der Rückkippzeit
des monostabilen Multivibrators bestimmt werden soll, erst nach Erreichen einer
bestimmten Wassertemperatur stattfinden soll. Gemeinsam mit dem Kontakt S1, der
in Abhängigkeit anderer Meßgrößen (z.B. des Büllstandes des Waschmaschinenbottichs)
geöffnet oder geschlossen sein kann, läßt sich auf diese Weise ein Wirksamwerden
der monostabilen Kippschaltung vor Erfüllung bestimmter Kriterien verhindern.
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Der am Eingang B des NAND-Gliedes G4 liegende Masseschalter S2 kann
dazu dienen, den Schrittschalter nicht für eine bestimmte Zeitdauer,sondern bis
zum Erreichen enes bestimmten Zustands stillzusetzen, wenn ein Arbeitsgang (z.B.
das Füllen des Bottichs mit Wasser) nicht nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne,sondern
nach Erzielung eines meßbaren Ergebnisses (vorgeschriebener Wasserstand) beendet
werden soll, Wie durch die zusätzlichen Positionen am Schalter S4 angedeutet, können
wahlweise verschiedene Meßgeber (Feuchtigkeitsmesser, pH-Messer, D ShImeßstreifen
usw.) an den Eingang A des NAND-Gliedes G3 geschaltet werden, und zwar je nach Set
des elektrischem Geräts oder je nach der gerade eingeschalteten Programmstufe.
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Im letzteren Ball kann der Schalter S4 mit dem Schrittschalter gekoppelt
sein. Es ist auch möglich, mit dem Schalter S 4 verschiedene Vergleichswiderstände
RV mit ein- und demselben NTO-Widerstand ; imJ;pannungsteiler zu verbinden, um ein
Ansprechen -des NAND-Gliedes G3 bei jeweils verschiedenen Temperaturen zu ermöglichen.
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In ähnlicher Weise kann das die Rückkippzeit der monostabilen Kippschaltung
bestimmende Zeitglied gewechselt werden, wie es
durch die verschiedenen
Positionen am Schalter S5 angedeutet ist. Um die vorgeschriebenen Zeiten für unterschiedlich
lange Programmstufem zu bemessen, kann beispielsweise jeweils ein anderer Widerstand
R eingeschaltet werden. Eine Umschaltung zwischen verschiednen C-Werten ist ebenso
möglich, wie das Umschalten auf völlig anders ausgebildete Zeitglieder. Auch der
Kontakt S5 (oder ein vergleichbarer Kontakt für anders ausgebildete Zeitglieder)
kann mit dem Schrittschalter gekoppelt sein.
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Das Anwendungsgebiet er erfindungsgemässen Schaltung ist nicht auf
Waschmaschinen oder Geschirrspülautomaten beschränkt, sondern umfaßt alle Geräte,
die programmgesteuert werden und Zeitgeber für Taktzeiten enthalten. Ebenso müssen
die Signale, welche die Stellung der Schalter S1 und 52 oder das Potential am Eingang
A des NAND-Gliedes G3 bestimmen, nicht unbedingt von solchen Meßgebern stammen,
wie sie vorstehend aufgezählt wurden. Je nach Art des zu steuernden elektrischen
Geräts oder des Programms können die unterschiedlichston Meßgrönen herangezogen
werden.
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Bei dem beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiel haben
alle NAND-Glieder zwei Eingänge. Es ist natürlich auch möglich, gewünschtenfalls
NAND-Glieder mit mehr als zwei Eingängen vorzusehen, um die Wirkungsweise der Schaltung
von der Erfüllung zusätzlicher Kriterien abhängig zu machen. Andrerseits können
an die Stelle eines oder mehrerer der NAND-Glieder Inverter mit jeweils nur einem
Eingang treten,