DE2755678A1 - Mit einer anzeigevorrichtung gekoppelter beruehrungsschalter - Google Patents
Mit einer anzeigevorrichtung gekoppelter beruehrungsschalterInfo
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Description
GENERAL ELECTRIC COMPANY, 1 River Road, Schenectady,
New York 12305 (USA)
Die Erfindung betrifft einen mit einer Anzeigevorrichtung gekoppelten Berührungsschalter zum stufenweisen Verstellen
eines Elektrogerätes, insbesondere eines Elektroherdes.
Bei einem in seiner Leistung verstellbaren Elektrogerät, beispielsweise einem Elektroherd oder einem Mikrowellenherd,
ist es wünschenswert, daß jede Einstellung durch eine unmittelbare, schnell erfaßbare Anzeige dem Benutzer
mitgeteilt wird, damit er überprüfen kann, ob die gewünschte Einstellung oder Funktion tatsächlich gewählt wurde.
Weiterhin sollte sich der Benutzer zu jedem Zeitpunkt durch einen kurzen Blick über den Zustand der Einstellungen,beispielsweise
die zuletzt betätigte Einstellung, informieren können. Selbstverständlich müssen die Einstellorgane auch
ein Signal an das eigentliche Gerät liefern, so daß die ausgewählte Funktion wirklich stattfindet.
Übliche mechanische Schalter, beispielsweise Druckschalter
oder Drehschalter, erfüllen diese Funktion und zeigen dem Benutzer die ausgewählten Funktionen gut an, jedoch sind
sie wegen ihres mechanischen Aufbaues nur innerhalb gewisser Grenzen verwendbar. Beispielsweise drückt der Benutzer
bei einem Elektroherd mit entsprechend den Heizstufen von "schwach" bis "stark" in einer Reihe angeordneten Drucktasten
eine beliebige Drucktaste, um die gewünschte Heizstufe einzuschalten. Zusätzlich hat er durch Beobachten der niedergedrückten
Drucktaste eine visuelle Rückkopplung bezüglich
der ausgewählten Heizstufe. Es sind auch Drucktastenanordnungen
bekannt, die hinter durchscheinenden Drucktasten angeordnete Anzeigelampen aufweisen, die so geschaltet sind,
daß die gedrückte Drucktaste aufleuchtet. Ein einfacher Drehschalter mit entsprechend den Heizstufen gekennzeichneten
Stellungen wird ebenfalls für derartige Zwecke verwendet.
Zusammen mit der Entwicklung sog. elektronischer Haushaltsgeräte, insbesondere Mikrowellenherde, aber auch gewöhnlicher
Elektroherde wurden bei solchen Geräten berührungsempfindliche
Bedienungsteile und elektronische Anzeigegeräte verwendet. Ein Grund dafür liegt in der einfachen Möglichkeit,
diese elektronischen Eingabe- und Ausgabeeinheiten mit der übrigen, in dem Gerät erforderlichen Schaltung zu verbinden.
Darüber hinaus erlauben derartige Geräte ebene Bedienungsplatten, deren Aussehen besonders anziehend wirkt und die
leicht zu reinigen sind, wobei die von den mechanischen Kontakten her bekannten Probleme der Zuverlässigkeit überwunden
werden. Mechanische Schalter nutzen sich auch wenn sie über viele Jahre störungsfrei arbeiten schließlich aufgrund
der verwendeten, beweglichen Teile doch ab. Sog. Berührungsschalter weisen keine beweglichen Teile auf, sondern
fühlen lediglich das Vorhandensein einer menschlichen Berührung mittels einer Abfrageschaltung ab, beispielsweise
unter Ausnutzung eines ohmschen oder kapazitiven, zusammen mit der Berührung auftretenden Oberbrückungseffektes.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Berührungsschalter und eine Anzeigevorrichtung zu schaffen, die mit minimaler oder
ganz ohne Bedienungsanieitung bentrtzt. werden können, wobei
die Anzeigevorrichtung ein schnell erfaßbares Balkendiagramm liefert und der Berührungsschalter auf einfache Weise mit
einem elektrischen Schaltkreis verbunden werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anzeigevorrichtung
aus einer linearen Anordnung sich seitlich berührender, stufenweise mit einer Vorsorgungsspannung unter
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Bildung eines einen numerischen Wert darstellenden Balkendiagramms
beaufschlagbarer Anzeigesegmente besteht, denen
eine Anordnung sie überdeckender, lichtdurchlässiger Berührungsbereiche zugeordnet ist, die mit einer die Berührungsbereiche
abfühlenden Schaltung verbunden sind, über deren Ausgangssign?l bei einer Berührung das dem
jeweiligen berührten Berührungsbereich zugeordnete Anzeigesegment
sowie die auf einer Seite neben ihm angeordneten Anzeigesegmente anschaltbar sind und die übrigen Anzeigesegmente
abgeschaltet bleiben.
Die Erfindung kombiniert in vorteilhafter Weise einen Berührungsschalter
und eine Balkendiagramm-Anzeige, so daß eine einfache und leicht verständliche Eingabe-Ausgabevorrichtung
zustande kommt. Dadurch wird die Herstellung einer ansprechenden, nicht einschüchternden Bedienungsplatte
möglich, die von einer Person mit Zuversicht betätigt werden kann. Darüber hinaus ist die neue Vorrichtung
mit digitalen Steuersystemen vollkommen kompatibel.
Der erfindungsgemäße, mit einer Anzeigevorrichtung gekoppelte
Berührungsschalter ist in seiner Bedienung verblüffend einfach und ohne besondere Anleitung unmittelbar verständlich.
Das beleuchtete Balkendiagramm folgt der Fingerspitze des Benutzers in einer einmaligen, angenehmen Weise. Das
beleuchtete Balkendiagramm zeigt die gewählte Leistungsstufe oder Heizstellung an, wobei der Berührungsschalter ein bequemes
Verändern der eingestellten Werte ermöglicht und sofort eine visuelle Rückkopplung zum Benutzer möglich ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 Ein elektrischer, mit einer Anzeigevorrichtung und einem Berührungsschalter gemäß der Erfindung ausgestatteter
Elektroherd, in einer perspektivischen Ansicht,
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Fig. 2 den mit einer Anzeigevorrichtung gekoppelten Berührungsschalter nach Fig. 1 in einer mittleren
Stellung, in einer Ansicht von vorne,
Fig. 3 den mit einer Anzeigevorrichtung gekoppelten Berührungsschalter nach Fig. 2, teilweise aufgeschnitten,
in einer der Fig. 2 entsprechenden Darstellungsweise, mit für den Benutzer normalerweise
nicht sichtbaren Einzelheiten,
Fig. 4 den mit einer Anzeigevorrichtung gekoppelten Berührungsschalter nach Fig. 3, in einem Schnitt
entlang der Linie IV-IV, in einer Ansicht zusammen mit einem Blockschaltbild der zugeordneten elektrischen
Schaltung,
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines mit einer Anzeigevorrichtung gekoppelten Berührungsschalters
in einer der Fig. 2 entsprechenden Darstellungsweise, in einer Ansicht von vorn,
Fig. 6 das Schaltbild eines Senders, der zur Speisung des erfindungsgemäßen Berührungsschalters verwendbar
ist,
Fig. 7 das Schaltbild einer Anordnung von neun im Zusammenhang mit dem Berührungsschalter verwendbaren
Empfängern
Fig. 8 das Schaltbild einer Anordnung von Glimmlampen zusammen mit den zugehörigen Treiberstufen, die
bei der Anzeigevorrichtung vorgesehen sein können,
Fig. 9 einen Teil eines Logikschaltkreises zum Anschluß an die Schaltungen gemäß Fig. 7 und 8 und
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Fig. 10 das Schaltbild des restlichen Teiles des mit dem Logikschaltkreis nach Fig. 9 zusammenwirkenden
Logikschaltkreises.
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Der in Fig. 1 dargestellte Elektroherd 20 verfügt über vier übliche Heizplatten 22, 24, 26 und 28. Zum Einstellen
der von den Heizplatten erzeugten Wärme sind vier zugeordnete Eingabe-Anzeigeeinheiten 30, 32, 34 und 36
auf der rechten Seite der Herdbedienungsplatte 38 vorgesehen. Die Bedienungsplatte 38 besteht aus einem geeigneten
dielektrischen Material, jedoch vorzugsweise wegen der leichten Pflegbarkeit und des guten Aussehens aus Glas.
Wie aus der geometrischen Anordnung der Einheiten 30, 32, 34 und 36 hervorgeht, steuert die obere linke Eingabe-Anzeigeeinheit
30 die linke hintere Heizplatte 22, die obere rechte Eingabe-Anzeigeeinheit 32 die rechte hintere
Heizplatte 24 usw..
Eine wesentlich vergrößerte Darstellung der Eingabe-Anzeigeeinheit
30 ist in Fig. 2 so dargestellt, wie sie dem Herdbenutzer erscheint, wenn eine mittlere Stellung für die
linke hintere Heizplatte 22 gewählt worden ist. Zur Anzeige der gewählten Einstellung dient eine durch ein geeignetes
durchscheinendes Fenster 42 in der Herdbedienungsplatte sichtbare, beleuchtete Balkendiagramm-Anzeigeeinrichtung
Die dargestellte Balkendiagramm-Anzeigeeinrichtung 40 verfügt über einen roten Lichtbalken, der durch senkrechte
Striche veranschaulicht ist. Die Balkendiagramm-Anzeigeeinrichtung 40 enthält eine lineare Anordnung einzelner
Anzeigesegmente 46 bis 54, die so angeordnet sind, daß jedes Segment von nicht mehr als zwei anderen Segmenten benachbart
ist. Die Segmente können nacheinander mit Spannung versorgt werden, um die Balkendiagramm-Anzeige zu bilden
und einen numerischen Wert darzustellen.
Zum Einstellen verfügt die Eingabe-Anzeigeeinheit 30 über eine lineare Anordnung 56 lichtdurchlässiger, berührungseiupfindlicher
Bereiche 58 bis 66, die über der Anordnung 44 der Anzeigesegmente angebracht sind. Die einzelnen berührungsempfindlichen
Bereiche 58 bis 66 werden von Linien 6ü
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begrenzt, die einfach auf die Oberfläche der Bedienungsplatte 38 aufgemalt sind. Wegen der Schwierigkeit bei der
Erstellung eines betriebsfähigen, berührungsempfindlichen
Bereichs, der auch klein ist, ist wie in Fig. 2 dargestellt, das Ausmaß eines jeden berührungsempfindlichen Bereiches
größer als das des zugeordneten Anzeigesegments. Für das völlige Abschalten der Heizplatte 22 ist ein berührungsempfindlicher
Bereich 70 links von der Anordnung 44 der Anzeigesegmente und der Anordnung 56 der berührungsempfindlichen
Bereiche vorgesehen. Der dem Schaltzustand "AUS" zugeordnete Bereich wird von der rechteckförmig verlaufenden
aufgemalten Linie 71 umrandet. Da dem zum Ausschalten benutzten, berührungsempfindlichen Bereich kein entsprechendes
Anzeigesegment zugeordnet ist, kann er transparent oder nichttransparent sein. Schließlich trägt die Bedienungsplatte
38 eine Beschriftung 72 zur Kennzeichnung der eingeschalteten Heizstufen.
Der Eingabe-Anzeigeeinheit ist ein geeigneter elektrischer Schaltkreis 74 (Fig. 4) zugeordnet, der im folgenden ausführlicher
beschrieben wird. Der Schaltkreis 74 fühlt die berührungsempfindlichen Bereiche 58 bis 66 ab und ist zur
Speisung an die Anzeigesegmente 46 bis 54 angeschlossen. Um eine beleuchtete Balkenanzeige zu erhalten, setzt der
Schaltkreis 74 beim Berühren eines der berührungsempfindlichen Bereiche 58 bis 66 das zugeordnete Anzeigesegment
zusammen mit allen auf einer Seite, vorzugsweise der linken Seite, liegenden Anzeigesegmente unter Spannung. Die übrigen,
rechts liegenden Segmente erhalten keine Betriebsspannung. Dazu können eine Vielzahl von verschiedenen Schaltkreisen
verwendet werden. Statt eines diskret aufgebauten Schaltkreises kann auch ein Mikroprozessor mit einem zugeordneten,
gespeicherten Programm verwendet werden, um Eingangssignale von der Einheit 30 zu erhalten und diese
zu betätigen. Der Ausdruck "Schaltkreis" soll eine derartige Anordnung einschließen.
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Für die Beschreibung von Konstruktionseinheiten der Eingabe-Anzeigeeinheit 30 sei auf die Fig. 3 und 4 hingewiesen.
Jeder der berührungsempfindlichen Bereiche 58
bis 66 ist eine Berührungsplatte, die einem üblichen kapazitiven Berührungsschalter zugeordnet ist. In Fig. 4 ist
der berührungsempfindliche, in der Nähe des rechten Endes der Einheit 30 liegende Bereich 65 im Querschnitt dargestellt.
Der berührungsempfindliche Bereich 65 besteht aus einer dünnen, leitenden, lichtdurchlässigen, auf der Vorderfläche
76 der Bedienungsplatte 38 angeordneten Schicht. Die Berührungsplatte 65 kann aus einem beliebigen Material
herstellt sein, das mit einem Metallüberzug versehen oder auf die Vorderfläche 76 in einer ausreichend dünnen Schicht
aufgebracht werden kann, so daß sie ausreichend transparent ist. Ein Beispiel für ein geeignetes, leitendes Material
ist Zinnoxid. Es sei darauf hingewiesen, dau die Berührungsplatte 65 zur besseren Erkennbarkeit mit einer stark übertriebenen
Dicke dargestellt ist. Da die Bedienungsplatte und die Berührungsplatte 65 beide lichtdurchlässig sind,
ist das hinter der Bedienungsplatte 38 angeordnete Segment 53 durch das transparente Fenster 42 und die Berührungsplatte
65 beim Anliegen der Betriebsspannung gut sichtbar. Zur Bildung eines kompletten Berührungsschalters sind Sender
und Empfängerplatten 78 und 80 auf der Rückseite 82 der Frontplatte gegenüber der Berührungsplatte 65 vorgesehen.
Jede der hinteren Platten 78 und 80 bildet somit mit der Berührungsplatte 65 einen Kondensator, wobei die
Frontplatte 38 als Kondensator-dielektrikum dient. Bei der dargestellten speziellen Anordnung brauchen die hinteren
Platten 78 und 80 nicht lichtdurchlässig zu sein, und können daher aus einem beliebigen, geeigneten, leitenden
Material, beispielsweise Kupfer oder Silberblech, hergestellt sein. Jedoch sei darauf hingewiesen, daß bei einer
anderen Anordnung die rückwärtigen Platten 78 und 80 ebenfalli;
lichtvlurchlässig sein können. Damit die rückwärtigen Platten 78 und 80 zur Erzielung eines ansprechenden Aussehens
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verdeckt sind, ist die Rückseite 82 der Platte 38 mit einer Schicht einer schwarzen Farbe 84 zwischen den hinteren Platten
78 und 80 überzogen, wobei das Fenster 42 durch eine entsprechende öffnung 86 in der Farbschicht 84 gebildet
ist. Weiterhin ist in Fig. 4 ebenfalls in übertriebener Dicke ein Teil einer der auf die Vorderseite 76 der Bedienungsplatte
38 aufgemalten Linie 68 dargestellt. Die gemalte Linie ist etwas dicker als die Berührungsplatte
und daher in der Schnittdarstellung der Fig. 4 sichtbar.
Die leitenden Berührungsplatten, die die berührungsempfindlichen
Bereiche bilden, sind für den oberflächlichen Beobachter nicht sichtbar, können jedoch bei einer genauen überprüfung
erkannt werden. Fig. 3 zeigt den Rand einer jeden Berührungsplatte in dem berührungsempfindlichen Bereich
in dünnen Linien. Zusätzlich zeigt Fig. 3 in gestrichelten Linien die Umrisse der Empfängerplatten, die den auf
der Rückseite der Bedienungsplatte hinter einem Teilbereich jeder der berührungsempfindlichen Bereiche 58 bis 66 angeordneten
Empfängerplatten 78 entsprechen. Zusätzlich ist eine einzelne Senderplatte 80 in gestrichelten Linien dargestellt,
die sich hinter allen berührungsempfindlichen Flächen 58 bis 66 erstreckt. Der Schaltkreis 74 ist so ausgelegt,
daß die Verwendung einer gemeinsamen Senderplatte möglich ist. Der "AUS"-Berührungsschalter ist ähnlich aufgebaut,
jedoch braucht die Berührungsplatte nicht transparent zu sein. Die dem "AUS"-Schalter zugeordnete berührungsempfindliche
Fläche 70 ist auch eine einem üblichen kapazitiven Berührungsschalter zugeordnete Berührungsplatte, die
mit einer hinteren Empfängerplatte 88 und der gemeinsamen
Senderplatte 80 zusammenwirkt. Einzelheiten des Anzeigesegments 53 und dessen Befestigung sind in Fig. 4 dargestellt.
Eine Hilfsplatte 90 aus einem beliebigen, für gedruckte Schaltungen verwendbaren Material ist in einem geeigneten
Abstand von der Rückseite 82 der Bedienungsplatte 38 angeordnet. Das Anzeigesegment 53 ist auf der Hilfsplat-
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te 90 befestigt und so orientiert, daß es durch das Fenster 42 beim Anlegen einer Spannung sichtbar ist. Das Anzeigesegment
53 besteht aus einer Glimmlampe 92 mit einer roten, lichtzerstreuenden Linse aus Kunststoff. Die Kunststofflinse
94 ist vorzugsweise von rechteckiger Gestalt mit einer geeigneten lichtstreuenden Oberflächenrauhheit,
so daß sie beim Leuchten der Glimmlampe 92 ein gleichmäßig verteiltes Licht erzeugt. Durch Aneinandersetzen der einzelnen
Anzeigesegmente der Anordnung 44, Seite an Seite, wird die leuchtende Balkendiagramm-Darstellung erzielt.
Für den elektrischen Anschluß der Empfängerplatte 28 und
der gemeinsamen Senderplatte 80 sind federnde Kontaktklammern 96 und 98 zwischen der Hilfsplatte 90 und den Platten
78 und 80 angeordnet. Die federnden Kontaktklammern 96 und sind über eine R-Leitung 100 und eine T-Leitung 102 (R =
Empfänger, T = Sender) mit dem Schaltkreis 74 verbunden. Über Leitungen 104 und 1O6 ist der Schaltkreis 74 an die
Elektroden der Glimmlampe 92 angeschlossen.
Selbstverständlich kann die Anordnung 44 der Anzeigesegmente eine Reihe von verschiedenen Gestaltungen haben. Beispiele füi
für die einzelnen Segmente verwendbare Bauelemente sind: Leuchtdioden (LED), Gasentladungslampen, Glühlampen, Flüssigkristallanzeigen
(LCD) usw.. In vergleichbarer Weise sind auch andere Berührungsschaltertypen bekannt und können
auch verwendet werden, obwohl ein kapazitiver, dämpfbarer Berührungsschalter dargestellt wurde. Weiterhin brauchen
die Anordnung 4 4 der Anzeigesegmente und die Anordnung 56 der berührungsempfindlichen Bereiche nicht vollständig getrennte
Geräte zunein,sondern können teilweise miteinander
kombiniert sein. Beispielsweise sind Einrichtungen bekannt, die einen Berührungsschalter und eine Anzeigeeinheit im
gleichen Gerät vereinigen. Ein solches Gerät kann eine KaItkathoden-C.asentladungsröhre
sein, die einen leitenden Knopf oder "nesa"-Punkt auf der Oberfläche des Glasmantels aufweist.
Wenn die leitende Stelle berührt wird, verursacht die
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Körperkapazitit eine Veränderung des elektrisches Feldes innerhalb der Gasentladungsröhre und veranlaßt sie dadurch
zu leiten. Das Leiten kann verwendet werden, um einem anderen Schaltkreis anzuzeigen, daß die leitende Stelle berührt
wurde, und zusätzlich dient die hervorgerufene sichbare Ionisation des Gases als eine Anzeige für den Benutzer.
Wenn beim Betrieb des berührungsempfindlichen Schalters und
der Anzeigeeinheit 30 ein Benutzer einen Teil der Anordnung 56 der berührungsempfindlichen Bereiche berührt, spricht
der Schaltkreis 74 an, um die Anzeigeanordnung 44 zu speisen und eine Balkenanzeige zu bilden, wobei der Schaltkreis
74 geeignete Signale zu einem nicht dargestellten Schaltkreis sendet, um das entsprechende Steuersignal, beispielsweise
eine Einstellung der Heizung, auszulösen. Wenn beispielsweise der Benutzer den der Einstellungsmitte
zugeordneten Bereich berührt,werdendas die Kennzeichnung
"MIT" tragende Anzeigesegment 50 und alle links von ihm liegenden Segmente mit Spannung versorgt. Die rechts liegenden
Anzeigesegmente behalten, wie in Fig. 2 veranschaulicht ist>
keine Betriebsspaining. Wenn der Benutzer seinen
Finger weiterbewegt oder einen Bereich weiter links berührt, verlöschen alle rechts von der Berührungsstelle liegenden
Anzeigesegmente und die übrigen Segmente bleiben angeschaltet. In entsprechender Weise werden zusätzliche Anzeigesegmente
unter Spannung versetzt, wenn der Benutzer einen Berührungsbereich weiter rechts berührt. Somit ergibt sich,
daß eine im hohen Maße graphische Eingabe-und Ausgabeeinheit entsteht. In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer Eingabe-Anzeigeeinheit 108 dargestellt, bei der die lineare Anordnung der Anzeigesegmente kreisförmig angeordnet
ist, wobei eine lineare Anordnung 112 berührungsempfindlicher
Bereiche auf ihr aufgebracht ist. Bis auf den Unterschied, daß die Anordnung kreisförmig und nicht
geradlinig ist, ist die Einheit 108 gemäß Fig. 5 ähnlich
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der Einheit 30 gemäß den Fig. 2 bis 4. Die Betriebsweise der Einheit 108 gemäß Fig. 5 ist im wesentlichen identisch
mit der Betriebsweise der oben beschriebenen Einheit 30, mit der Ausnahme, daß der gebildete Lichtbalken Segmente eines
kreisförmigen Balkendiagramms im Gegensatz zu einem geradlinigen Balkendiagramm aufweist.
Im Hinblick auf die Anforderungen an einen bestimmten zu verwendenden Schaltkreis ergibt sich, daß wegen der Trägheit
des menschlichen Sehens jedes einzelne Anzeigesegment nicht dauernd leuchten muß, sondern, daß die Anzeigeeinheit
im Multiplex-Betrieb arbeiten kann, wobei die einzelnen Anzeigeelemente schnell nacheinander jeweils einzeln
angesteuert werden. Es ist bekannt, daß solange jedes benutzte Segment wenigstens 16mal pro Sekunde in Betrieb
gesetzt wird, ein solches Segment dem menschlichen Auge als dauernd im Betrieb erscheint. Daher ist die vorliegende
Erfindung nicht nur auf ein dauernd unter einer Betriebsspannu
stehendes Anzeigesystem gerichtet, sondern bezieht sich ebenfalls auf Multiplex-Anzeigeeinheiten. Der Fachmann weiß,
daß eine solche Multiplex-Anordnung eine wesentliche Ersparnis in Bezug auf die Zahl der Drahtverbindungen in der
Anzeigeeinheit mit sich bring4-..
Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel eines Schaltkreises beschrieben, der verwendet werden kann, um die notwendigen
Funktionen jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 bis 5 auszuführen. Das Ausführungsbeispiel
wird mit Bezug auf die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Einheit 30 beschrieben, jedoch liegt es auf der Hand,
daß sie mit einigen offensichtlichen Veränderungen ebenfalls
für die Einheit 108 nach Fig. 5 verwendet werden kann. Zunächst sei die Schaltung zum Betrieb der verschiedenen, eine
regelmäßige Anordnung bildenden Berührungsschalter beschrieben. In Fig. 6 ist die Schaltung eines "Senders" 128
dargestellt, der einfach ein freilaufender Rechteckgenerator
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mit 33 kHz ist und ein Ausgangssignal an den mit 130 bezeichneten Anschluß liefert. Der Anschluß 130 ist über
die Leitung 102 mit der gemeinsamen Senderplatte 80 der Einheit 30 (Fig. 4) verbunden. Ein Operationsverstärker
bildet das aktive Bauelement des Senders 128. Zur Erzeugung der Oszillatorfrequenz von 33 kHz ist der Verbindungspunkt
138 eines RC-Gliedes aus einem Widerstand 134 und einem Kondensator
136 mit dem invertierenden Eingang 140 des Operationsverstärkers 132 verbunden. Ein ohmscher Spannungsteiler
mit Widerständen 142 und 144 gleicher Größe liegt zwischen einer Spannungsquelle mit 20 V Gleichspannung und
der Schaltungsmasse, wobei der Anzapfungspunkt 146 mit dem nicht invertierenden Eingang 148 in Verbindung steht.
Schließlich liegt ein Rückkopplungswiderstand 150 zwischen dem Ausgang 152 des Operationsverstärkers und dem nicht
invertierenden Eingang 148. Es versteht sich, daß die üblichen (nicht dargestellten) Versorgungsspannungsanschlüsse
zum Verstärker 142 vorhanden sind.
Beim Betrieb des Senders 128 wird die am Anzapfungspunkt auftretende Ladung des frequenzbestimmenden Kondensators
zum invertierenden Eingang 140 geführt und durch den Operationsverstärker
mit der an dem Anzapfungspunkt 146 vorliegenden Bezugsspannung verglichen. Die tatsächlich an dem
Anzapfungspunkt 146 vorhandene Bezugsspannung hängt nicht nur von den Widerstandswerten der Spannungsteilerwiderstände
142 und 144 ab, sondern ebenfalls vom Wert des Rückkopplungswiderstandes 150 und von der an dem Ausgangsanschluß 152
des Operationsverstärkers auftretenden Ausgangsspannung. In Abhängigkeit davon, ob die Spannung am invertierenden
Eingang 140 höher oder tiefer als die Spannung am nicht
invertierenden Eingang 148 ist, liegt die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 132 entweder in der Nähe des Massepotentials
oder in der Nähe der positiven Versorgungsspannung, wobei sie schnell zwischen diesen beiden Spannungen hin- und
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herschwingt. Während die Ausgangsspannung zwischen hohen und niedrigen Werten schwingt, lädt und entlädt sich der
Kondensator 136 abwechselnd und zur gleichen Zeit steigt und fällt die dem nicht invertierenden Eingang 148 zugeführte
Bezugsspannung wegen des durch den Rückkopplungswider stand 150 fließenden Stromes, so daß der Umschaltschwellenwert
des Operationsverstärkers 132 verändert wird und dabei die Schwingungen aufrechterhalten werden.
Wie bereits erwähnt, ist der Ausgangsanschluß 130 des Senders
128 mit der gemeinsamen Senderplatte 80 (Fig. 3 und 4)
verbunden. Berührt beispielsweise keine Person die Berührunysplatte
65, so wird das Rechtecksignal,ausgehend vom
Sender 128 über den durch die Senderplatte 80 und die Berührungsplatte 65 gebildeten Kondensator ausgekoppelt und
dann über den durch die Berührungsplatte 65 und die Empfängerplatte 78 gebildeten Kondensator weitergeleitet und erscheint
schließlich auf der mit 100 bezeichneten Leitung R.
Jede der verschiedenen Empfängerplatten der Einheit 30 ist jeweils über eine Leitung 100 mit einem von zehn Empfängerschaltkreisen
nach Fig. 7 in Verbindung. Im folgenden bezeichnet der Index "0" ein der "AUS"-Stellung zugeordnetes
Element, ein Index "1" bezieht sich auf ein der "Schwach"-Stelluncj
zugeordnetes Element usw. bis hinauf zum Index "9", der sich auf ein der "Stark"-Stellung zugeordnetes Element
bezieht. Die zehn Empfängerschaltkreise sind alle identisch
und verfügen über Eingangsleitungen, die mit R_ bis Rq bezeichnet sind,und über mit 0_ bis 0„ bezeichnete Ausgangsleitungen.
Fig. 7 zeigt nur einen ersten Empfängerschaltkreis 153, der mit der dem "AUS"-Berührungsschalter
zugeordneten Empfängerplatte 88 verbunden ist, sowie einen
zehnten Empfängerschaltkreis 154, der mit einer dem "Stark"-Berührungsschalter
zugeordneten Empfängerplatte 155 (Fig. 3) in Verbindung steht.
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- ι? - 27bb67ö
Der Empfängerschaltkreis 153 verfügt über einen Eingangsanschluß 156, der mit dem Eingang 158 eines nicht invertierenden
Pufferverstärkers 160 verbunden ist. Ein hochohmiger Widerstand 162 liegt zwischen dem Eingang 158 und
Masse, um das System zu stabilisieren. Eine Gleichrichterdiode 164 ist in Reihe zwischen dem Ausgang 166 des Verstärkers
160 und einem parallelen RC-Ausgangsnetzwerk, bestehend aus einem Widerstand 168 und einem Kondensator 170,
geschaltet. Das Ausgangsnetzwerk dient zum Gleichrichten und glättet die Ausgangsspannung des Verstärkers 160, um
so eine positive Gleichspannung an dem mit 172 bezeichneten Ausgang 0o zu liefern, wenn dem Eingangsanschluß 156
ein Wechselstromeingangssignal zugeführt wird.
Der Empfängerschaltkreis 154 ist in jeder Hinsicht identisch
mit dam Schaltkreis 153 und wird nicht mehr beschrieben. Die verschiedenen, mit einem gestrichenen Bezugszeichen
versehenen Elemente können mit den gleichen Elementen im Schaltkreis 153 verglichen werden.
Beim Betrieb des kompletten Berührungsachaltersystems, soweit
es bisher beschrieben wurde, wird das Ausgangssignal des Senders 128, wenn beispielswiese die Berührungsplatte
(Fig. 3 und 4) nicht berührt wird, über die Senderplatte 80, die Berührungsplatte 65 und die Empfängerplatte 78 zu dem
Eingang R„ des zugeordneten Empfängers geführt (Fig. 6). Eine positive Gleichspannung erscheint am Empfängerausgangsanschluß
Og. Wenn die Berührungsplatte 65 berührt wird, leitet die menschliche Kapazität einen erheblichen Teil des
von dem Sender 128 gelieferten Rechtecksignals zur Masse, so daß ein erhebliches Absinken der dem Empfängereingahg Rfi
gelieferten Signalstärke eintritt und infolgedessen die Spannung am Empfängerausgang Og abfällt. Das am Ausgangsanschluß Og auftretende Signal ist somit ein Signal in invertierter
Logik, d.h. daß es ein positives Gleichspannungspotential aufweist, wenn die Berührungsplatte 65 nicht berührt
wird und daß es ein in der Nähe des Massepotentials
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liegendes Potential aufweist, wenn die Berührungsplatte 65 berührt wird.
Die Empfängerausgangsleitungen 0_ bis 0„ sind an eine
zusätzliche Schaltung angeschlossen, die im folgenden mit Bezug auf die Fig. 9 und 10 beschrieben wird.
In Fig. 8 ist die Treiberschaltung der neun Anzeigelampen der Anordnung 44 dargestellt. Da die Lampentreiber alle
identisch sind, ist nur der erste und neunte Treiber dargestellt, die mit 174 und 175 bezeichnet sind. Die zwei
in Fig. 8 dargestellten Lampen 176 und 177 sind die Lampen, welche jeweils die mit "schwach" und "stark" bezeichneten
Anzeigesegmente 46 und 54 (Fig. 2 und 3) bilden. In Fig. 8 ist ein Transformator 178 erkennbar, dessen Primärwicklung
180 mit einer geeigneten Wechselspannungsquelle verbunden
ist und dessen Sekundärseite an den Ausgangsanschlüssen 182 und 184 eine Wechselspannung von 120 V abgibt. Jede der
Lampen und der Treiberschaltungen liegt zwischen den Anschlüssen 182 und 184 und wird somit mit der Wechselspannung
versorgt.
Der Schaltkreis 174 verfügt über einen Strombegrenzungswiderstand 184 und einen Thyristor 186, der in Reihe mit
der Glimmlampe 176 geschaltet ist. Ein Eingangsnetzwerk aus Widerständen 188 und 190 ist mit dem Anschluß 192
der Steuerelektrode des Thyristors 186 verbunden, wobei das freie Ende des Widerstandes 188 an die Leitung D. angeschlossen
ist. Entsprechende Elemente des Schaltkreises 174 tragen die entsprechenden, jedoch gestrichenen Bezugszeichen.
Beim Betrieb des Schaltkreises 174 wird der Thyristor 186 gezündet und verursacht somit ein Leuchten der Glimmlampe 176,
wenn eine positive Spannung an die Eingangsklemme D1 gelegt
wird. Wird die positive Eingangsspannung entfernt, hört der
809824/ 1 002
- 19 -
Thyristor auf zu leiten und die Glimmlampe 176 erlischt.
In den Fig. 9 und 10 ist eine Logikschaltung dargestellt, der das Ausgangssignal der Empfänger über die Leitungen
0Q bis Og zugeführt wird und die geeignete Signale über
die Leitungen D1 bis Dg zu den Lampentreibern (Fig. 8)
sendet. Zusätzlich können Signale an den Leitungen D- bis
Dq abgenommen werden, die mit anderen Schaltungen des Elektroherdes
gekoppelt sind, um dessen eigentlichen Betrieb zu steuern.
Die Schaltung nach Fig. 9 umfaßt neun einzelne Schaltungsblöcke, wobei jeder Schaltungsblock um einen als Spannungskomparator
geschalteten Operationsverstärker aufgebaut ist, die mit Λ- bis Ag bezeichnet sind. Obwohl eine Leitung O0
vom Empfängerschaltkreis 153 ausgeht und dem "AUS"-Berührungsschalter
zugeordnet ist, wird in Fig. 9 kein entsprechender Schaltungsblock benötigt. Die übrigen Leitungen 0.. bis Og
sind über Eingangswiderstände R194- bis R194_ mit den invertierenden
(-)Eingängen der jeweiligen Verstärker A- bis Ag
verbunden. Jeder der Eingangswiderstände R194 liegt in
Reihe mit einem kleineren Widerstand 196, um einen Spannungsteiler
zu bilden, der verhindert, daß die den invertierer(-) den Eingängen zugeführten Spannungen die Verstärkereingänge
überlasten.
Zur Erzeugung einer Vergleichsspannung in jedem einzelnen Schaltungsblock verfügt jeder von ihnen über einen Bezugsspannungsteiler mit einem Widerstand R198 und einem Widerstand
R200, die in Reihe zwischen einer 5 V Gleichspannung und Masse liegen. Die resultierende Bezugsspannung ist an
den nicht invertierenden (+)Eingang eines jeden Verstärkers A gekoppelt. Innerhalb aller neun Schaltungsblöcke (mit geringen
Ausnahmen im Fall von A- und Ag) sind drei weitere
Beiträge zu der Größe der Referenzspannung vorgesehen. Der erste zusätzliche Beitrag wird von einem Strom geliefert,
809824/1002
der vom Ausgangsanschluß durch einen Widerstand R2O2 eines
jeden Verstärkers zum Bezugsspannungspunkt am nicht invertierenden
Eingang fließt. Die Widerstände R2O2 sind Rückkoppelwiderstände und führen zu einer Hysterese, damit
jeder der neun Schaltungsblöcke als ein selbsthaltender Schalter wirkt. Der zweite zusätzliche Beitrag zu der Bezugsspannung
kommt von einem Strom, der von einer Diodenmatrix (Fig. 10) über Leitungen L zu den jeweiligen Bezugsspannungspunkten
fließt. Der dritte Beitrag wird von einem Strom geliefert, der durch Haltedioden (latch up diodes)
CR2O4 und Widerstände R2O6, die dem folgenden Schaltungsblock zugeordnet sind, geliefert wird. Der Verstärker Ag
weist keine mit seinem nicht invertierenden Eingang verbundene Haltediode auf, da es keinen nachfolgenden Schaltungsblock gibt. Schließlich enthält jeder der einzelnen Schaltungsblücke
einen Stabilisierungswiderstand R2O8, der zwischen dem Verstärkerausgang und Masse liegt.
Der übrige Teil der Logikschaltung besteht in der in Fig. gezeigten Diodenmatrix 210. Die Diodenmatrix 21o verfügt
über neun Diodengruppen G212 bis G212g. Die Kathoden aller
Dioden in jeder Gruppe sind miteinander verbunden und an eine der neun Leitungen On bis 0R der Empfängerausgänge angeschlossen.
Jede folgende Diodengruppe G212 enthält eine Diode weniger als die vorhergehende Gruppe. Die Anoden der
Dioden sind mit den Leitungen L in der folgenden Weise verbunden: Jede der neun Dioden in der Diodengruppe G212 ist
mit einer der Leitungen L in Verbindung. Jede Anode der acht
Dioden in der Diodengruppe G212.. ist mit einer der Leitungen
L2 bis Lg, wobei L- ausgenommen ist, verbunden. Das
setzt sich bis zur letzten Diodengruppe G212„ fort,"
die nur eine einzelne Diode enthält, deren Anode mit der Leitung Lg verbunden ist, wobei die Leitungen L- bis Lg ausgelassen
werden.
- 21 -
80987Λ/1002
Die Wirkungsweise dieser Schaltung läßt sich besser verstehen, wenn die von ihr auszuführenden Funktionen zunächst
erwähnt werden. Jede der einzelnen Schaltungsblöcke muß erstens ein invertiertes Logiksignal von einem Empfängerschaltkreis
über eine zugeordnete Leitung 0 erhalten, durch das ein Berühren einer Berührungsplatte angezeigt wird.
Weil die Berührung nur kurzzeitig ist, muß jeder Schaltungsblock ein Gedächtnis infolge einer Haltewirkung aufweisen.
Zweitens muß jeder der neun Schaltungsblöcke ein Ausgangssignal über die entsprechenden Leitungen D sowohl zu den
Lampentreibern (Fig. 8) als auch zu den übrigen Schaltkreisen (nicht dargestellt) des Herdes liefern. Drittens
muß die Schaltung alle links von dem der berührten Berührungsplatte zugeordneten Anzeigesegment liegenden Anzeigesegmente
unter Spannung setzen, wobei dies durch Einschalten der tiefer liegenden Schaltungsblöcke in der Kette
geschieht. Viertens muß der Schaltkreis die Anzeigesegmente durch Ausschalten derjenigen Schaltkreisblöcke von
der Versorgungsspannung abtrennen, die rechts von der berührten Berührungsplatte oder höher in der Kette liegen.
Die Funktionsweise ist wie folgt: Wenn eine Berührungsplatte berührt wird, sinkt die auf der zugeordneten Leitung O
am Empfängerausgang vorhandene Spannung ab und zieht den
invertierenden (-)Eingang des zugeordneten Verstärkeis bis unter das Referenzpotential, das dem nicht invertierenden
(+)Eingang zugeführt wird. Dadurch steigt die Ausgangsspannung des Verstärkers und da der Ausgang eines jeden
Verstärkers über einen Rückkopplungswiderstand R2O2 mit dem
nicht invertierenden (+)Eingang verbunden ist, wird das. Potential am nicht invertierenden {+)Eingang ausreichend
hoch angehoben, um den Verstärker in einem selbsthaltenden Zustand selbst dann festzuhalten, wenn die Spannung auf
der Leitung 0 am Ende der Berührung ansteigt.
- 22 -
809824/1002
Das Ausgangssignal zu den Anzeigetreibern der Fig. 8 und den zusätzlichen Schaltungen (nicht dargestellt) des Herdes
wird einfach an den Leitungen D abgenommen, die an die Ausgänge der einzelnen Operationsverstärker A angeschlossen
sind.
Um in der Kette tiefer liegende Schaltungsblöcke einzuschalten, wenn eine zwischen den Enden der Kette liegende Berührungsplatte,
beispielsweise der Berührungsbereich 62, berührt wird, wird eine positive Spannung vom Ausgang des
Verstärkers, der der berührten Berührungsplatte zugeordnet ist, über den Widerstand R2O6 und die Diode CR2O4 an den
nicht invertierenden (+)Eingang des vorhergehenden Verstärkers A gelegt und so der Verstärker genügend vorgespannt,
um in den Zustand mit einer hohen Ausgangsspannung überführt
zu werden. Dadurch wird ein Signal über die zugeordnete Leitung D ausgesandt. Weiterhin wird ein Signal
der vorhergehenden Stufe zugeführt, um den vorhergehenden Verstärker einzuschalten, bis schließlich der Verstärker A..
erreicht wird.
Damit schließlich in einer Kette nachfolgende Schaltungsblöcke ausgeschaltet werden, liefert die Ausgangssignale
direkt von den verschiedenen Empfängern der Fig. 7 über die Leitungen 0 erhaltende Diodenmatrix (Fig. 10) logische
O-Signale über die Leitungen L unmittelbar zu den nicht
invertierenden (+)Eingängen der entsprechenden Verstärker A. Die logischen Signale reichen aus, um die positive, über
die Rückkopplungswiderstände R2O2 zugeführte Spannung zu überwinden
und verursachen daher, daß der folgende Verstärkerschaltkreis einen Zustand mit geringer Ausgangsspannung einnimmt.
Die folgende Tabelle führt die Werte der Bauelemente auf, die für die Schaltung nach den Fig. 6 bis 10 geeignet sind.
Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß diese Werte lediglich
809824/ 1002
- 23 -
beispielhaften Charakter haben und beigefügt sind, um dem
Fachmann eine Ausführung der Erfindung zu erleichtern.
Verstärker
Integrierter Operationsverstärker LM 301A (National)
160 & 160' Integrierter Puffer CD 4O5OA (RCA)
A1 bis Ag LM 301A
Dioden
164 & 164' 1N4148 186 & 186' 1N4148
CR2O4 C106B (General Electric) In den
Gruppen G212 1N4148
Kondensatoren
1 | 36 | 34 | & | 1 | 62' | 0,001 | F |
1 | 70 | 42 | & | 1 | 68' | 1 | |
44 | & | 1 | 84' | ||||
50 | & | 1 | 88' | 15 | Kiloohm | ||
62 | & | 1 | 90' | 100 | Il | ||
68 | 100 | Il | |||||
84 | 100 | Il | |||||
88 | 10 | Megohm | |||||
Widerstände | 90 | 22 | Kiloohm | ||||
1 | 22 | Il | |||||
1 | 330 | Il | |||||
1 | 1 | Il | |||||
1 | |||||||
1 | |||||||
1 | |||||||
1 | |||||||
1 | |||||||
1 |
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Rl 94 | I | negonni |
R196 | 680 | Kiloohm |
R198 | 1 | Megohm |
R200 | 1 | Megohm |
R2O2 | 820 | Kiloohm |
R2O6 | 470 | Kiloohm |
R2O8 | 10 | Il |
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Claims (4)
1.) Mit einer Anzeigevorrichtung gekoppelter Berührungsschalter
zum stufenweisen Verstellen eines Elektrogerätes, insbesondere eines Elektroherdes, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anzeigevorrichtung aus einer linearen Anordnung (44) sich seitlich berührender,
stufenweise mit einer Versorgungsspannung unter Bildung
eines einen numerischen Wert darstellenden Balkendiagramms beaufschlagbarer Anzeigesegmente (46 bis 54)
besteht, denen eine Anordnung (56) sie überdeckender, lichtdurchlässiger Berührungsbereiche (58 bis 66) zugeordnet
ist, die mit einer die Berührungsbereiche (58 bis 66) abfühlenden Schaltung (74) verbunden sind,
über deren Ausgangssignal (D) bei einer Berührung das dem jeweiligen berührten Berührunysoereich (58 bis 66)
zugeordnete Anzeigesegment (46 bis 54, 176, 177) sowie
die auf einer Seite neben ihm angeordneten Anzeigesegmente (46 bis 54, 176, 177) anschaltbar sind und die
übrigen Anzeigesegmente (46 bis 54, 176, 177) abgeschaltet
bleiben.
2. Berührungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Berührungsbereich (58 bis 66) in einer eineindeutigen
Zuordnung ein Anzeigesegment (46 bis 54) zugeordnet
ist.
3. Berührungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigesegmente (46 bis 54) in einer geraden Linie
angeordnet sind.
809824/ 100? ~ 2 "
υ ^ * η / IU./ ORIGINAL INSPECTED
2 7 b b b / a
4. Berührungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Berührungsbereiche (58 bis 66) durch eine Anordnung (56) auf der Bedienungsplatte (38) des Elektroherdes
(20) angebrachter kapazitiver Berührungsschalter gebildet sind und die kapazitiven Berührungsschalter
aus auf der Vorderseite der Bedienungsplatte (38) vor einem transparenten Fenster (42) der Bedienungsplatte
(38) angeordneten, durchscheinenden Berührungsplatten (58 bis 66) bestehen, denen auf der Rückseite,
hinter dem Fenster (42) der ein Kondensator-Dielektrikum bildenden Bedienungsplatte (38), jeweils die Berührungsplatte
(58 bis 66) zumindest teilweise überdeckende, hintere Platten (78, 80) derart zugeordnet sind, daß
die jeweiligen Berührungsplatten (58 bis 66) und die jeweiligen hinteren Platten (78, 80) Kondensatoren bilden,
deren rückseitige Platten mit einer Abfühlschaltung (74)
verbunden sind und daß die lineare Anordnung der Anzeigesegmente (46 bis 54) hinter der Bedienungsplatte (38)
durch das Fenster (42) sichtbar angeordnet sind.
809824/1Π02
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