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Leistungsregelgerät Die Erfindung betrifft ein Leistungsregelgerät.
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Man kennt viele Einrichtungen, welche es einer Bedienungsperson ermöglichen,
den Leistungsverbrauch einer Last bzw.
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eines Verbrauchers zu verändern. Solche Einrichtungen können Bauteile
haben, welche der Benutzer bedienen kann, wie beispielsweise einfache Schalter,
Regelwiderstände, Bimetallthermostate und ähnliche Teile, welche entweder den Verbrauch
an Leistung direkt im Verbraucher oder mittels elektronischer oder elektromechanischer
Zwischenschaltungen verändern. Allen derartigen Einrichtungen ist eigen, dass sie
mindestens über ein Teil verfügen, welches die Bedienungsperson bewegen kann.
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Dadurch werden Probleme hervorgerufen. So muss beispielsweise beim
Reinigen eines elektrischen Kochgerätes sehr vorsichtig um die Bedienungsknöpfe
am Schaltbrett herumgewischt werden.
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Es ist auch vorgeschlagen worden, zur Veränderung des Leistungsverbrauches
im Verbraucher Distanzschalter zu verwenden.
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Es kann beispielsweise eine Gruppe von Distanzschaltern, von denen
jeder an eine entsprechende Schaltung angeschlossen ist, vorgesehen und dadurch
bewirkt werden, dass der Verbraucher eine vorbestimmte Energiemenge verbrauchtO
Durch Bedienen des entsprechenden Distanzschalters ist es somit möglich, aus einer
vorbestimmten Anzahl von Energiepegeln den auszuwählen, welcher verbraucht werden
soll. Diese Anordnung ist zur Regelung der Heizelemente eines Kochgerätes verwendet
worden, wobei die Distanzschalter dazu dienten, die herkömmlichen Bimetallregelelemente
zu ersetzen. Um jedoch ausreichende Feinregelung der dem Heizelement zugeführterl
Energie vorzusehen, war es notwendig, für jede Kochplatte fünf oder zehn Schalter
anzuordnen, wodurch für die verschiedenen Kochplatten und den Grill eines Kochgerätes
etwa vierzig Distanzschalter und die zwangsläufig damit verbundene Verdoppelung
der Schaltkreise erforderlich waren.
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Nach einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Leistungsregelgerät
vorgesehen, das gekennzeichnet ist durch einen Speicher zum Speichern eines veränderlichen,
numerischen Wertes; an einen Ausgang des Speichers angeschlossene Mittel zur Veränderung
der dem Verbraucher in Abhängigkeit vom gespeicherten Wert zugeführten EnerglemenLges
so dass jeder Wert
einer entsprechenden Energiezufuhrmenge entspricht;
an einen ersten Regeleingang des Speichers angeschlossene, von Hand zu bedienende
Mittel, welche bewirken, dass sich der gespeicherte Wert erhöht; und an einen zweiten
Regeleingang des Speichers angeschlossene, von Hand zu bedienende Mittel, welche
bewirken, dass sich der gespeicherte Wert verringert.
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Der Speicher kann entweder analog oder digital arbeiten. Im ersten
Fall können die gespeicherten Werte beispielsweise als -die an den Platten eines
Kondensators anstehende Spannung dargestellt werden. In diesem Fall kann die Spannung
und folglich der gespeicherte Wert mittels einer Diodenpumpenanordung verändert
werden. Diese Anordnung ermöglicht eine ständige Veränderung des gespeicherten Wertes
innerhalb eines Wertebereiches.
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Eine digitale Anordnung bedeutet, dass der Speicher aus einer Anzahl
diskreter Werte irgendeinen Wert speichern kann. Zweckmässigerweise speichert ein
derartiger, digitaler Speicher den Wert in Form einer Gruppe binär kodierter Ziffern.
In diesem Fall kann der Speicher jedes bekannte Mittel enthalten, um derartige Ziffern
zu speichern, beispielsweise ein Schieberegister, eine Reihe binärer Sperren, oder
einen Binärzähler.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach einem ersten Gesichtspunkt
der Erfindung, welches zur Regelung des Heizelementes eines elektrischen Kochgerätes
verwendet werden kann, hat der Speicher einen Digitalzähler, welcher so ausgeführt
werden kann, dass er zwischen einer Mehrzahl von einzelnen Zählungen vorwärts zählt,
wobei im ganzen zweckmässigerweise zehn Zählungen möglich sind.
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Der Zähler kann durch Impulse, deren Intervall bei etwa 0,2 oder 0s5
Sekunden liegt, gesteuert werden. Die Impulse können der 50 Hz-Netzspannung entnommen
werden. Die Zählerausgänge können an eine numerische Anzeigeeinheit angeschlossen
werden, welche die gespeicherte Zählung anzeigt.
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Vorzugsweise hat der Zähler einen Uhrtakteingang, einen Eingang "Vorwärtszählen,
einen Eingang "Rückwärtszählen" und einen Eingang "Rückstellen". Zweckmässigerweise
zählt der Zähler die Impulse ein, mit denen der Uhrtakteingang beaufschlagt wird,
wenn entweder der Eingang "Vorwärtszählen" oder der Eingang "Rückwärtssählen" betätigt
wird. Wird der Eingang "Vorwärtszählen" betätigt, werden die am Uhrtakteingang anliegenden
Impulse vom Zähler vorwärts eingezählt, so dass sich dadurch die Zählung erhöht.
Ähnlich verhält es sich, wenn der Eingang "Rückw«xrtszählen" betätigt wird; der
Zähler zählt rückwärts, die am Uhrtakteingang anliegenden Impulse dienen zur Verringerung
der vom Zähler gespeicherten Zählung. Der
Eingang "Rückstellen"
lässt sich zweckmässigerweise zur Rückstellung des Zählers auf seinen niedrigsten
Zählwert verwenden, welcher vorzugsweise einer Nullenergiezufuhr zum Verbraucher
entspricht.
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Vorzugsweise ist der Zählereingang, der Eingang 'Rückwärtszählen"
und der Eingang "Rückstellen" jeweils über entsprechende Schalt kreise an einen
entsprechenden Distanz fühler angeschlossen. Die Anordnung ist zweckmässigerweise
so, dass der entsprechende Zählereingang dann in Betrieb gesetzt wird, wenn eine
Bedienungsperson mit dem Finger einen der Distanzfühler berührt oder in seine unmittelbare
Nähe kommt. Die Distanzfühler können auf dem Schaltbrett angebracht werden.
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Der verwendete Zähler kann ein Umlaufzähler sein, In diesem Fall können
Torschaltungen vorgesehen werden, um zu verhindern, dass der Zähler über seinen
höchsten oder unter seinen niedrigsten Wert hinauszählt, Bei dem bevorzugten, erfindungsgemässen
Ausführungsbeispiel ist der Verbraucher ein elektrisch beheiztes Element einer Warmhalteplatte
eines elektrischen Kochgerätes, welchem über einen Triac, dessen Tor durch eine
geeignete Schaltung an den Zählerausgang angeschlossen ists Strom aus dem Wechselstromnetz
zugeführt wird. Diese Schaltung dient zur Steuerung des
Triaes,
so dass die vom Heizelement verbrauchte Leistung proportional zur gespeicherten
Zählung verändert wird. Der Triac arbeitet vorzugsweise nach der bekannten "Stosslbetriebsmethode"
s bei welcher der Triac dem Ileizelement einen Anteil kompletter Halbperioden aus
dem Netz liefert, und sich dieser Anteil in Abhängigkeit von der m Zähler gespeicherten
Zählung verändert.
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Bei der 11Stossbetriebsmethode'1 schaltet der Triac nur ein und aus,
wenn die NetzversorgurtgsspanrlLullg momentan durch Null geht, so dass Netzstörungen,
die bei der bekannten IIPhasenregelung" auftreten, vermieden werden, Der Zählerausgang
kann zur Steuerung des Triacs auf verschiedene Weise verwendet werden. Die Zählung
kann beispielsweise mittels bekannter, symmetrischer Widerstandsleitungsnetze in
eine entsprechende Spannung, einen Widerstand oder Strom umgewandelt werden. Eine
derartige, entsprechende Spannung, ein Widerstand oder Strom lässt sich dann in
einer weiteren Schaltung als Parameter verwenden, welcher das Tastverhältnis der
kompletten Halbperioden des dem Verbraucher vom Triac zugeführten Stromes verändert.
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Alternativ dazu kann die vom Zähler gespeicherte Zählung verwendet
werden, den Triac mittels eines rein digitalen Leitungsnetzes im Stossbetrieb zu
steuern. In diesem Fall kann ein Ablesespeicher vorgesehen werden, welcher in geeigneter
Weise
eine Anzahl binärer "Worte" speichert. Wenn somit der Zähler eine bestimmte Zählung
speichert, bewirkt eine Torschaltung, dass ein entsprechendes Wort vom Ablesespeicher
gelesen wird, welches zur Bestimmung des Tastverhältnisses der kompletten lIalbperioden
des vom Triac zugeführten Stromes verwendet wird. Zweckmässigerweise wird das bestimmte
Wort der Reihe nach gelesen, d.h. jeweils ein Bit, und jedes Bit stellt dar, ob
der Triac während der Zeit, in welcher das Bit gelesen wurde, geöffnet oder gesperrt
sein musste. Der Betrieb des Triacs nach der Stossbetriebsmethode kann einfach dadurch
bewirkt werden, dass sichergestellt wird, dass die Lesezeit für jedes Wortbit ein
Vielfaches der Zeit einer Halbperiode der Netzversorgung beträgt. Eine derartige,
rein digitale Anordnung schaltet Wärmedrift und andere Fehler aus, welche sowohl
bei völlig analogen als auch bei teils analogen und teils digitalen Systemen auftreten
können.
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Um das Heizelement eines mit einer derartigen Regelschaltung versehenen
Kochgerätes zu bedienen, vermerkt die Bedienungsperson die angezeigte Zählung und
entscheidet, ob die entsprechende Heizmenge erhöht oder verringert werden muss.
Entscheidet die Bedienungsperson, dass die Heizmenge erhöht werden muss, legt sie
ihren Finger auf den Distanzfühler Vorwärts zählen", worauf der Zähler vorwärts
zählt, die Stromzufuhr über den Triac sich gleichzeitig erhöht, und die Zählung
in
allen Stufen an der Anzeigeeinheit ersichtlich ist. Stellt die
Bedienungsperson fest, dass eine ausreichende Wärmemenge erreicht ist, nimmt sie
den Finger vom Distanzfühler "Vorwärtszählen" und der Zähler bleibt bei dieser Zählung
stehen.
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Danach übernimmt der Triac weiterhin die Regulierung der Stromzufuhr
zum Heizelement mit im wesentlichen konstanter Menge.
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Ähnlich verhält es sich, wenn sich die Bedienungsperson für eine Verringerung
der Heizmenge entscheidet. In diesem Fall legt sie ihren Finger auf den Distanzfühler
"Rückwärtszählen" worauf der Zähler rückwärts zählt. Ergibt die Anzeige, dass eine
gewünschte Zählung, welche einer gewünschten Heizmenge entspricht, erreicht istf
nimmt die Bedienungsperson ihren Finger vom Distanzfühler "Rückwärtszählen, worauf
der Zähler die an diesem Punkt erreichte Zählung hält.
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Wird der Distanzfühler "Rückstellen" betätigt, geht der Zähler auf
Null zurück, wodurch er die Stromzufuhr zum Heizelement absperrt.
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Das Verhältnis zwischen der vom Zähler erreichten Zählung und dem
dem Heizelement uber den Triac zugeführten Strom muss nicht unbedingt linear sein,
es kann in der Tat logarithmisch sein, um Möglichkeiten zum schwachen Kochen und
zum Kochen vorzusehen.
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Nach einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Distanzfühler
vorgesehen, welcher über ein isoliertes Plattenglied verfügt. Auf einer Stirnseite
der Isolierplatte befindet sich eine erste und auf der gegenüberliegenden Stirnseite
eine zweite Fühlerelektrode, die erste Fühlerelektrode ist mit der zweiten kapazitativ
gekoppelt, und die erste Fühlerelektrode spricht entweder auf den Kontakt zwischen
der zweiten Fühlerelektrode und dem leitenden Körper oder auf unmittelbare Nähe
der zweiten Fühlerelektrode zum leitenden Körper an, um ein Ausgangssignal zu erzeugen,
und nur die erste Fühlerelektrode hat einen Ausgangsanschluss.
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Das Isolierglied ist vorzugsweise eine Glasscheibe.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach diesem Gesichtspunkt
der Erfindung sind drei derartige Elektrodensätze auf einer einzigen Glasplatte
vorgesehen. Die erste Elektrode eines jeden Satzes ist an eine entsprechende, elektrische
Schaltung angeschlossen, welche den Stromfluss zur und/oder von der ersten Elektrode
abtasten kann. Der Ausgang der ersten elektrischen Schaltung kann an den Eingang
"Vorwärtszählen" der oben beschriebenen Regelschaltung angeschlossen werden, der
Ausgang der zweiten elektrischen Schaltung an den Eingang Rückwärts zählen", und
der dritte Ausgang an den Eingang "Rückstellen".
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Die Anordnung der zweiten Elektrode stellt gegenüber bekannten Distanzfühlern
eine Verbesserung dar, weil bei Berührung der zweiten Elektrode durch einen Finger
oder einen anderen Gegenstand die Kapazitätskoppelung zwischen der ersten und zweiten
Elektrode von der Form und Grösse des Fingers und von der Art, in welcher er mit
der Elektrode in Berührung kommt, unabhängig ist.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung sieht ein Schaltbrett mit
einer Isolierplatte vor. Auf einer Stirnseite der Platte befindet sich eine erste
Fühlerelektrode und und eine zweite, welche so geformt ist, dass sie in der Ebene
der Platte zumindest den grösseren Teil der ersten Elektrode umgibt, jedoch einen
Abstand zu ihr aufweist. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite der Vierelektrodenplatte
befinden sich dritte und vierte Elektroden, deren Form der ersten bzw. zweiten Elektrode
entspricht. Nur die dritte und vierte Elektrode hat einen entsprechenden Ausgangsanschluss.
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Die vierte Elektrode ist vorzugsweise über eine geeignete Schaltung
an den Rückstelleingang des oben beschriebenen Zählers angeschlossen.
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Vorteilhafterweise ist noch ein zusätzliches Elektrodenpaar vorgesehen,
welches der ersten bzw. dritten Elektrode ähnlich ist.
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Somit ist durch die Anordnung der Umfeldelektrode sichergestellt,
dass beim Reinigen - beispielsweise mit einem Wischtuch - des Schaltbrettes, auf
welchem die Distanzschalter montiert sind, der Zähler auf Null zurückgestellt ist,
d.h.
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dem Heizelement wird keine Heizenergie zugeführt, so dass es während
der Reinigung nicht irrtümlich eingeschaltet werden kann.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
anhand der Zeichnung.
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Es zeigen: Figur 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemässen Leistungsregelgerätes
für ein Heizelement eines elektrischen Kochgerätes; Figur 2 eine auseinandergezogene
Vorderansicht eines Schaltbrettes gemäss der Erfindung, in welches Distanzfühler
eingebaut sind; Figur 3 ein Blockschaltbild eines Stossbetriebreglers für ein erfindungsgemässes
Leistungsregelgerät; und
Figur 4 eine Schaltung für eine andere
Ausführungsart des Stossbetriebreglers.
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Die Figur 1 stellt in Blockform ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemässen Regelgerätes dar.
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Ein elektronischer Zähler 1 verfügt über zehn, insgesamt durch die
Zahl 11 bezeichnete Ausgangsleitungen, von denen jede ein Ausgangssignal führt,
wenn eine entsprechende Zählung erreicht ist, und über drei Steuereingänge 12, 13
und 14, welche bewirken, dass der Zähler 1 vorwärts und rückwärts zählt, bzw.
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auf Null zurückgestellt wird. Der Zähler 1 kann ein herkömmlicher
Umlaufzähler sein. In diesem Fall werden Logikschaltungen vorgesehen, welche verhindern,
dass er über Neun und unter Null hinauszählt.
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An die Ausgänge des Zählers 1 ist über eine (nicht dargestellte) Treiberschaltung
eine Anzeigeeinheit 6 angeschlossen. Zwar ist die in der Figur 1 dargestellte Anzeigeeinheit
6 an einen separaten Ausgang angeschlossen, doch kann sie selbstverständlich auch
an die Leitungen 11 angeschlossen werden. Als Anzeigeeinheit 6 lässt sich ede geeignete
Einrichtung verwenden, es wird jedoch einer Siebensegmentanzeige mit Leuchtdioden
oder Flüssigkeitskristallen der Vorzug gegeben.
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Die Eingänge 12, 13 und 14 des Zählers 1 werden von den Ausgängen
der Distanzschalter 2, 3 bzw. 4 gesteuert. Jeder dieser Distanzschalter ist so angeordnet,
dassernur dann einAusgangssignal erzeugt, wenn seine ßedienungsoberfläche von einer
Bedienungsperson berührt wird. Der Zähler 1 ist so ausgebildet, dass er eine bestimmte
Zählung so lange speichert, bis einer der Steuereingänge12, 13 und 14 betätigt wird.
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Jeder Distanzschalter 2, 3 und 4 hat einen entsprechenden Distanzfühler
und einen ihm zugeordneten Schaltkreis. Die Schaltkreise können von jeder beliebigen
Art sein. Sie müssen so ausgelegt sein, dass sie ansprechen und ein Ausgangs signal
erzeugen, wenn ein Gegenstand, wie beispielsweise der Finger einer Bedienungsperson
in unmittelbare Nähe oder in Kontakt mit dem zugeordneten Distanzfühler kommt. Die
Ausgangselektrode eines jeden Distanzfühlers kann beispielsweise an den MOS-Feldeffekttortransistor
angeschlossen werden, und die Quellen- oder Entnahmeschaltung des Transistors kann
einen Lastwiderstand haben, so dass sich an der Saug- und Quellenelektrode des Transistors
ein Ausgangssignal entwickeln kann.
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Es ist einStroboskop 5 vorgesehen, welches dem Uhrtakteingang 16 des
Zählers 1 Impulse zuleitet, die vorzugsweise in einem Intervall von etwa 0,2 oder
0s5 Sekunden ausgesandt werden.
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Das Stroboskop 5 kann aus einem digitalen Trennetz bestehen,
welches
von Impulsen gesteuert wird, die dem 50 IIz Netz entnommen werden.
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Die dem Uhrtakteingang 16 des Zählers 1 zugeleiteten Impulse sind
die Impulse, die tatsächlich eingezählt werden, wenn einer seiner Eingänge 12 oder
13 arbeitet.
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Jede Ausgangsleitung 11 ist an einen entsprechenden Eingang eines
Stossbetriebreglers 7 angeschlossen, dessen Ausgang mit dem Tor eines Triacs 9 verbunden
ist, welcher wiederum die Stromzufuhr zum Heizelement oder zu den Heizelementen
10 regelt, welche in der Heizplatte eines Kochgerätes installiert sein können.
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Der Triac 9 arbeitet nach der Stossbetriebmethoide11, d.h. er wird
betätigt, um Impulse, welche aus einer ganzen Anzahl von Perioden der Netzwechselstromversorgung
bestehen, dem Heizelement zuzuleiten. Durch Verändern des Tastverhältnisses der
Impulse lässt sich die Impulsbreite und damit die Energiezufuhrmenge zum Heizelement
10 nach Belieben verändern. Beispielsweise bewirkt ein breiter Impuls oder Zeichenschritt,
welcher einen kurzen Abstand hat, dass dem Heizelement eine relativ grosse Energiemenge
pro Zeiteinheit zugeführt wird, während ein kurzer Impuls oder Zeichenschritt und
ein grosser Abstand zur Folge hat, dass dem Heizelement 10 eine relativ
geringe
Energiemenge pro Zeiteinheit zugefiihrt wird.
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Die Figur 3 stellt ein bevorzugtes, erfindungsgemässes Ausführungsbeispiel
des Stossbetriebreglers 7 dar. Ein Digital/Analog-Wandler 22 erzeugt eine Ausgangsgleichspannung,
welche proportional dem Zählereingang ist, den die Leitungen 11 führen.
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Bevorzugterweise gilt je höher die vom Zähler 1 registrierte Zählung
desto höher die Ausgangsgleichspannung des Wandlers 22. Die Ausgangsgleichspannung
wird an den Eingang eines Verzögerungsschalters 8 angelegt, dessen Ausgang wiederum
an den Eingang eines Komparators 27 angeschlossen ist. Es ist ein frei laufender
Sägezahngenerator 23 vorgesehen, dessen Sägezahnausgang eine Zeitkonstante von etwa
zwanzig Sekunden haben kann, so dass der Schaltungseinfluss des Heizkörpers auf
die Netzversorgung auf ein Minimum reduziert wird.
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Der Komparator 27 ist so ausgebildet, dass der Triac 9 nur einschaltet,
wenn die Sägezahnspannung vom Generator 23 welche am Eingang 29 anliegt, kleiner
ist als die vom Verzögerungsschalter 8 an den Eingang 30 angelegte Spannung.
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Geht man davon aus, dass eine konstante Gleichspannung am Eingang
30 des Komparators 27 anliegt, dann öffnet der Ausgang 28 des Komparators 27 das
Tor des Triacs 9 bis die Sägezahnspannung vom Sägezahngenerator 23 die Eingangsspannung
am
Eingang 30 übersteigt. Hat die Sägezahnspannung die Eingangsspannung
am Eingang 30 überschritten, erzeugt der Ausgang 28 kein elektrisches Ausgangssignal
mehr, doch aufgrund seiner Betriebsart leitet der TriRc 9 weiterhin, bis die Kurve
der Wechselstromspannung durch Null geht; zu diesem Zeitpunkt hört der Triac 9 dann
auf zu leiten. Da die von der Sägezahnspannung zur Überschreitung der Eingangsspannung
am Eingang 30 benötigte Zeit proportional der Grösse der Eingangsspannung ist, hängt
somit der Zeitanteil während dessen der Triac 9 das Heizelement 10 mit Strom versorgt,
von der am Eingang 30 anliegenden Spannung ab. Die Sägezahnspannung vom Sägezahngenerator
23 erhöht sich weiter und verhindert soX dass sich das Tor des Triacs 9 öffnet,
bis sich eine neue Sägezahnperiode bildet, worauf dann sein Ausgang auf Null reduziert
wird.
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Folgedessen wird der Triac 9 nur ein- und ausgeschaltet, wenn die
Wechselstromnetzversorgung momentan Null ist, wodurch die Möglichkeit von Hochfrequenzübergängen,
welche Störungen anderer Geräte verursachen können, ausgeschaltet wird.
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Der Schalter 8 ist so ausgelegt, dass sein Ausgang proportional der
Eingangsspannung des Wandlers 22 ist, wenn der Zähler 1 eine konstante Zählung speichert.
Wird jedoch der Distanzschalter 2 "Vorwärtszählen" betätigt, beaufschlagt er den
Eingang 24 des Schalters 8 mit einem Impuls, welcher bewirkt,
dass
der Verzögerungsschalter 8 eine Ausgangsspannung erzeugt, welche der höchsten Heizmenge
des Heizelementes 10 entspricht. Neben dem Heizelement 10 kann ein Wärmefühler 15,
beispielsweise ein Infrarotfühler, vorgesehen werden.
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Der Wärmefühler 15 erzeugt ein Ausgangssignal, welches proportional
der gemessenen Temperatur ist und zum Eingang 26 des Verzögerungsschalters 8 gegeben
werden kann. Wenn der Fühler eine vorbestimmte Temperatur registriert, erzeugt der
Verzögerungsschalter 8 erneut eine Ausgangsspannung, welche proportional der Eingangs
spannung des Wandlers 22 ist. Somit geht die Regelung des dem Heizelement 10 zugeführten
Stromes auf den Wandler 22 zurück.
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Der Verzögerungsschalter 8 hat auch noch einen weiteren Eingang 25,
welcher so angeordnet ists dass er arbeitet, wenn der Distanzschalter 3 "Rückwärtszählen"
betätigt wird. Dadurch wird bewirkt, dass die Ausgangsspannung des Verzögerungsschalters
8 so lange Null ists bis der Temperaturfühler i5 eine vorbestimmte Temperatur registriert.
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Wird eine schnellere Aufheizgeschwindigkeit des IIeizelementes 10
gewünscht, ist der entsprechende Distanzschalter zu bedienen, und falls die Heizmenge
erhöht werden soll, wird dem Heizelement 10 eine Zeitlang der Höchststrom zugeführt,
worauf sich dann der Versorgungsstrom der gewünschten Heizmenge entsprechend verringert.
Diese Anordnung ermöglicht ein schnelles
Ansprechen des ileizelementes
1.0 auf eine gewünschte Änderung der lleizmenge. In ähnlicher Weise sperrt die Betätigung
des Distanzfühlers Hüekwärtszhlen" die Stromzufuhr zum eizelement 10 eine Zeitlang
ab und erhöht deshalb die Ansprechgeschwindigkeit des Elementes 10 auf eine verringerte
Heizmenge Alternativ dazu kann statt des Wärmefühlers 15 der Schalter 8 mit einer
Verzögerungsschaltung ausgestattet werden, deren Zeitverzögerungszyklus beginnt,
wenn nach Betätigung des entsprechenden Distanzschalters entweder der Eingang 24
oder 25 arbeitet; während der Verzögerungszeit funktioniert der Schalter 8 wie oben
beschrieben. Wenn der Verzögerungszyklus der Zeitverzögerungsschaltung abgeschlossen
ist, geht die Regelung des Einganges 30 des Komparators 27 auf den Wandler 22 zurück
und sieht somit eine ähnliche Funktion vor, wie sie durch die Anordnung des Wärmefühlers
15 gegeben ist.
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Da jedoch die zum Erreichen einer gewünschten Temperatur erforderliche
Zeit und die mit einer bestimmten, dem lleizelement 10 zugeführten Strommenge erreichte,
höchste Temperatur von der Artwärme des jeweils zu beheizenden Gegenstandes abhängt,
muss die gewünschte Zeitverzögerung oder die vom Fühler 15 abzutastende Temperatur
so gewählt werden, dass sie bei Verwendung des Heizelementes 10 unter Durchschnittsbedingungen
das Optimum darstellt.
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Der im Stossbetriebregler 7 eingebaute Wandler 22 muss nicht unbedingt
eine lineare Übertragungskurve zwischen der dem Eingang des Wandlers zugeleiteten
Zählung und dem dem Stossbetriebimpulsgenerator zugeleiteten Ausgang aufweisen.
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Es wird in der Tat bevorzugt, dass das Ubertragungsverhältnis mit
einem im wesentlichen logarithmischen übereinstimmt, so dass eine Änderung der Zählung,
beispielsweise von 1 auf 2, eine viel kleinere Änderung der Energiezufuhrmenge zum
Heizelement 10 bewirkt als eine Änderung der Zählung von beispielsweise 7 auf 8.
Mit einer derartigen Übertragungskurve ist es möglich, eine relative Feineinstellung
der Heizmenge bei geringer Hitze vorzusehen, um schwaches Kochen zu ermöglichen.
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Jeder Ausgang vom Zähler 1 zum Stossbetriebregler 7 und zur Anzeigeeinheit
6 kann entweder aus zehn Einzelleitungen bestehen, wobei jede Leitung ein Signal
führt, wenn eine entsprechende Zählung erreicht ist, oder es können beispielsweise
vier Leitungen verwendet werden und die Zählung im Vierbitbinärkode verschlüsselt
werden. In diesem Falle können im Stossbetriebregler 7 bzw. in der Anzeigeeinheit
6 Dekodierschaltungen vorgesehen werden, um Ausgangssignale zu erzeugen, die den
zehn möglichen Zählungen entsprechen.
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Das oben beschriebene Regelgerät ist zum Regulieren einer Wechselstromversorgung
eines Verbrauchers über einen Triac 9
bestimmt. Jedoch lässt sich
eine ähnliche Schaltung auch zum Regeln einer Gleichstromversorgung verwenden. Das
wird durch den Anschluss des Ausganges 22 an den Regeleingang eines Gleichstromreglers
erreicht, beispielsweise an die Basis eines Transistors, welcher mit dem Verbraucher
in Reihe geschaltet ist.
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Das oben beschriebene, bevorzugte, erfindungsgemässe Ausführungsbeispiel
eines Regelgerätes arbeitet so, dass es die Impulse einzählt, mit denen der Uhrtakteingang
16 des Zählers 1 beaufschlagt wird. Es gibt auch noch eine andere Anordnung, bei
welcher der Zähleingang 16 des Zählers 1 sowohl an den Distanzschalter 2 Vorwärtszählen"
als auch an den Distanzschalt er 3 "Rückwartszählen" angeschlossen werden kann.
Bei dieser Anordnung zählt der Zähler jeweils vorwärts oder rückwärts, wenn der
entsprechende Distanzschalter berührt wird. Somit ist es bei dieser Anordnung möglich,
dass der Zähler 1 beispielsweise durch dreimaliges Berühren des Distanzschalters
dreimal vorwärts zählt.
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Die Figur 2 stellt ein Schaltbrett dar, in das erfindungsgemässe Distanzschalter
eingebaut sind. Das Brett besteht, wie dargestellt, aus Metallelementen 17, 19 und
20, welche auf einer Glasplatte 31 montiert sind. Die Metallelemente 17, 19 und
20 sind durch eine Zone 18 voneinander getrennt.
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Auf der gegenüberliegenden Frontseite der Glasplatte 31
befinden
sich in fluchtender Anordnung entsprechende Metallelemente 17 a, 19 a und 20 a.
Jedes Element 17 a, 19 a und 20 a ist an eine entsprechende, elektrische Schaltung
angeschlossen, welche den Stromfluss zum und/oder vom Element abtasten kann. Die
Elemente 17, 19 und 20 sind auf ihrer gesamten Oberfläche durch einen dünnen Überzug
aus nichtleitendem Lack, und von den Elementen 17 a, 19 a und 20 a durch die Glasplatte
31 isoliert. Vorzugsweise ist der Lack ein glasartiges oder keramisches Material.
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Berührt eine Bedienungsperson mit ihrem Finger eines der Elemente
17, 19 oder 20, so wird das entsprechende Element 17 a, 19 a oder 20 a kraft der
dielektrischen Eigenschaften der Glasplatte 31 kapazitativ gegen Erde gekoppelt,
da der Körper der Bedienungsperson im allgemeinen auf etwa Erdpotential ist und
sein elektrischer Widerstand viel geringer ist als der der Glasplatte 31.
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Die Distanzfühlerschaltungen, die jedem Element 17 a, 19 a und 20
a zugeordnet sind, sind so ausgelegt, dass sie ein Ausgangs signal erzeugen, sobald
das entsprechende Element 17 19 oder 20 von der Bedienungsperson berührt wird. Vorzugsweise
sind die den Elementen 17 a, 19 a und 20 a zugeordneten Distanzfühlerschaltungen
an die Eingänge "Rückstellen 14, Vorwärtszählen" 12 bzw. "Rückwärtszählen" 13 des
Zählers 1 angeschlossen.
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Alle in den Figuren 1 und 3 dargestellten Schaltungselemente, mit
Ausnahme des Triacs 9 und des Ileizelementes 10, werden vorzugsweise aus einer Niederspannungsgleichstromquelle
gespeist und ihre Nullspannungsschienen an die stromführende Seite der Netzversorgung
angeschlossen.
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Bei dieser Anordnung verhält es sich so, dass das Berühren der Elemente
17, 19 oder 20 durch eine Bedienungsperson bewirkt, dass die berührte Elektrode
wirksam gegen Erde gekoppelt wird und ein kapazitativer Ladestrom zum oder vom entsprechenden
Element 17 a, 19 a oder 20 a fliesst, da diese Elemente an Schalter angeschlossen
sind, deren Nullspannungsschienen an die stromführende Seite des Netzes angeschlossen
sind, und somit werden alle Elemente 17 a, 19 a und 20 a auf einer Wechselspannung
in der Grössenordnung der Netzspannung über Erde gehalten. Ein entsprechender Schalter
tastet den Arbeitsladestrom ab, der folglich fliesst und ein Ausgangssignal erzeugt.
Da die Elemente 17, 19 und 20 elektrisch leiten, ist die kapazitative Koppelung
zwischen jedem Element 17, 19 und 20 und seinem entsprechenden Element 17 a, 19
a und 20 a unabhängig von der Grösse oder Form des Fingers der Bedienungsperson
und von der Art, in welcher er die Elektrode berührt.
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Ein weiterer Vorteil der in der Figur 2 dargestellten Anordnung besteht
darin, dass beim Reinigen der von den Elementen 17, 19 und 20 und der Anzeigeeinheit
6 gebildeten Frontplatte
das letzte vom Tuch berührt Element das
zement 17 ist, was zur Folge hat, dass sein zugeordneter Schalter ein Ausgangssignal
an den Pückstelleingang 14 des Zählers 1 gibt, und somit die Stromzufuhr zum Heizelement
10 abschaltet. Es besteht somit keine Gefahr, dass das Kochgerät durch Betätigen
des Elementes 19 irrtümlich eingeschaltet wird, da beim Reinigen auf einen derartigen
Vorgang stets die Betätigung des dem Element 17 zugeordneten Schalters folgt.
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Um zu verhindern, dass Fremdfelder hinter den Elementen 17 a, 19 a
und 20 a die ihnen zugeordneten Schalter in Betrieb setzen, kann eine weitere Platte
32 aus dielektrischem Material hinter den Elementen 17 a, 19 a und 20 a, und dahinter
noch eine Platte 33 aus leitendem Material angebracht werden, die beispielsweise
an die die Regelelemente versorgende Nullspannungsschiene angeschlossen werden kann.
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Die Platte 33 bildet einen echten Schutz, welcher das Ansprechen aller
Distanzfühler durch Fremdfelder von hinten verhindert.
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Die Anzeigeeinheit 6 liegt vorzugsweise hinter der Glasplatte 31,
um den Anschluss an ihre Treiberschaltung zu erleichtern und sie vor Beschädigung
zu schützen.
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Um den Stossbetriebregler 7 mit dem Tor des Triacs 9 zu koppeln, kann
ein Impulstransformator, welcher in den Figuren nicht dargestellt ist, verwendet
werden. Das ist zwar nicht wesentlich, es wird dadurch aber sichergestellt, dass
bei einem eventuellen Ausfall des Triacs 9 weder für die Bedlenungsperson noch für
die anderen Regelelemente Gefahr besteht. Die Bedienungsperson wird weiter dadurch
geschützt, dass unter normalen Umständen die zugänglichen Teile des Gerätes nur
die Elemente 17, 19 und 20 sind, welche von allen anderen Schaltungselementen elektrisch
isoliert sind.
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Die verschiedenen, beschriebenen Schaltungselemente können unter Verwendung
einer oder mehrerer integrierter Schaltungen aufgebaut werden. Vorzugsweise sind
alle Schaltungselemente in einer einzigen integrierten Schaltung aus Metalloxidhalbleitern
untergebracht.
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Zwar sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen
Regelgerätes für ein elektrisches Heizelement bestimmt, das Gerät kann aber so abgeändert
werden, dass es auch in Verbindung mit einem Gasbrenner arbeitet, beispielsweise
durch die Anordnung eines elektromechanischen Regelventiles.
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Zur Verwirklichung des erfindungsgemässen Leistungsregelgerätes lassen
sich verschiedene andere Schaltungen verwenden.
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Der Zähler 1 kann beispielsweise durch ein Schieberegister ersetzt'werden,
welches aus einer Anzahl bistabiler Schaltungen besteht, welche in be];annter Weise
angeordnet sind.
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Das Register kann geeigneterweise Binärziffernzeichen haben.
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In diesem Fall können die Eingänge "Vorwärtszählen" und "Rückwartszählen"
dazu verwendet werden, die Binärzeichen nach jeder Richtung durch das Register zu
schieben. Die Ausgänge des Registers können dekodiert werden, um einen der Zählung
des Zählers 1 gleichwertigen Ausgang zu erzeugen.
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Ein derartiger Dekodierer kann Schaltungen enthalten, welche für jeden
dekodierten Ausgang in bekannter Weise einen entsprechenden Widerstand von unterschiedlichem
Wert einschalten.
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Die Figur 4 stellt eine andere Form eines Stossbetriebreglers dar,
welcher einen Triac 9 hat, dessen Tor durch einen Diac 41 getrieben wird. In diesem
Fall wird der Triac 9 durch die Diacentladung eines Kondensators 43 gesteuert. Der
Kondensator 43 wird über einen Schutzwiderstand 45 und einen Kondensator 44 gespeist,
wobei der Kondensator 44 dazu dient, beim momentanen Nulldurchgang der Versorgungsspannung
eine maximale Stromsteuerung vorzusehen. Diese Schaltung kann einen Anteil kompletter
llalbperioden der Netzversorgung vorsehen, wobei dieser Anteil zwischen 0 und 100
% variieren kann. Der genaue Anteil wird durch einen Regelwiderstand bestimmt, welcher
in Figur 4 als Regelwiderstand 42 dargestellt
ist. Der Regelwiderstand
42 knnn ein variabler Widerstand sein, erzeugt entweder vom Ausgang des Wandlers
22 oder vom Dekodierer der oben beschriebenen Schieberegisteranordwrng.
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Da jedoch der durch den Widerstand 42 fliessende Strom seine ttichtunz
wechselt, ist es erforderlich, entweder den Ausgang des Wandlers 22 oder den des
Dekodierers über eine Vierdiodenbrücke in die Schaltung der Figur 4 einzuschalten,
wobei der Ausgang des Dekodierers oder des Wandlers 22 an zwei gegenüberliegende
ZweigederBrUcke, und die zwei anderen Brückenzweige an entsprechende Zuleitungen
des Kondensators 43 angeschlossen werden. Geeignete Werte für die in der Figur 2
dargestellten Bauteile sind: Widerstand 42 regelbar zwischen O und sokQ, Widerstand
45:l00kD, Kondensator 43:0,02 ,kl", Kondensator 44:0,02/uF, Diac, Type D 32 und
Triac, Type Q 400614.
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Wie bereits erwähnt, kann auch ein analoger Speicher verwendet werden.
Der Wert der zu speichernden Zählung kann beispielsweise durch eine an den Platten
eines Kondensators anstehende Spannung dargestellt werden. Der Kondensator kann
durch Verwendung einer bekannten Diodenpumpenanordnung geladen oder entladen werden,
wobei die Anordnung so ausgelegt ist, dass sie die Spannung am Kondensator erhöhen
oder verringern kann.
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Die Diodenpumpenanordnung kann über Schaltkreise an die Ausgangselektroden
oben beschriebener Distanzfühler angeschlossen
werden, wobei ein
Distanzfuhler zur Erlöhung der Spannung am Kondensator und ein weiterer zur Verringerung
der Kondensatorspannung vorgesehen ist. Die am Kondensator anstehende Spannung lässt
sich durch eine Schaltung mit sehr hoher Impedanz überwachen, wie sie beispielsweise
von dem Torsaugkreis eines Feldeffekttransistors gebildet wird, der in seiner Schaltung
zwischen Quellen- und Saugelektrode eine Ausgangsspannung oder einen Ausgangsstrom
proportional zur Spannung am Kondensator erzeugt. Alternativ dazu kann der Feldeffekttransistor
verwendet werden, um einen variablen Widerstand zwischen seiner Quellen- und Saugelektrode
zu bilden. Der variable Widerstand kann als Widerstand 42 in Figur 4 verwendet werden,
um eine Stossbetriebregelung des Triac 9 zu erreichen, oder alternativ dazu, als
Regelwiderstand in jeder bekannten Phasenanschnittssteuerschaltung. Der Ausgang
des analogen Speichers kann aber auch benutzt werden, um eine Änderung des Tastverhältnisses
durch einen Oszillator zu bewirken, der beispielsweise zur Steuerung eines Triacs
verwendet werden kann. Wird eine Wechselstromversorgung benutzt, soll weder das
Schrittzeichen noch der Abstand der Schwingungen kürzer sein als eine halbe Periode
der Versorgungsspannung.
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Wenn auch der Triac 9 in der Beschreibung nach der Stossbetriebsmethode
arbeitet, gibt es keinen Grund dafür, ihn nicht auch nach der bekannten Phasenanschnittmethode
arbeiten zu
lassen, wenn das Problem der Störeinflüsse auf das
Netz nicht wichtig ist. Arbeitet der Triac nach der Phasenregelpngsmethode, kann
er jedem geeigneten, bekannten Hochfrequenz störunterdrückungsnetz zugeordnet werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Regelgerätes in
der Figur 1 ist der Verbraucher ein elektrisches Heizelement eines elektrischen
Kochgerätes. Das soll die Erfindung nicht becjiränken, die beispielsweise auchzumRegelnbzw.
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Steuern anderer Hei7elemente,Beleuchtungsanordnungen oder verschiedenartiger
Motore Anwendung finden kann. Die verwendete Anzeigeeinheit 6 kann auch Nixieröhreni
Neonröhren, Metallfadenlampen, oder jede andere, geeignete Form der Anzeige umfassen.
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Die Ausgänge der beschriebenen, digitalen Speicher können auch zum
Antrieb eines oder mehrerer elektromagnetischer Relais verwendet werden, um die
einem Verbraucher zugeführte Energiemenge zu ändern.