DE3003452C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Heiz- oder Kochgerät mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.

Aus der US-PS 39 12 905 ist ein Heiz- oder Kochgerät bekannt, bei dem das Heizelement MoSi₂ enthält. Das Heizelement befindet sich in einem Gehäuse, dessen Boden von ähnlich einem Vlies dicht gepackten Keramikfasern gebildet wird, während die Oberseite des Gehäuses eine zumindest durchscheinende Glasplatte ist. Von dem aus Fasermaterial bestehenden Boden ragen eine Vielzahl von Fasern in Richtung auf die Glasplatte und bilden das Auflager für das Heizelement, das deswegen keinen unmittelbaren flächigen Kontakt mit dem Boden hat.

Um das Heizelement in dem Gehäuse festzulegen, wird nach dem Einbringen des Heizelementes in das Gehäuse das Heizelement herstellerseitig einmal mit einer sehr hohen Leistung beaufschlagt, um es zum hellen Aufglühen zu bringen. Die dabei an der Oberfläche des Heizelementes entstehenden Temperaturen schmelzen die Fasern des Bodens an, die sich daraufhin mit dem Heizelement stoffschlüssig verbinden.

Andererseits ist es beispielsweise aus der US-PS 39 74 442 bekannt, an dem Bedientableau eines Herdes Anzeigen vorzusehen, die nach dem Schema der Kochstellen angeordnet sind und aufleuchten, sobald die zugeordnete Kochstelle eingeschaltet ist.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Heiz- oder Kochgerät zu schaffen, das dem Benutzer das Umschalten einer Kochstelle aus dem AUS-Zustand in eine andere Leistungseinstellung unmittelbar und unverwechselbar anzeigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Heiz- oder Kochgerät mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Um unabhängig von der ausgewählten Leistungseinstellung anfängliche Stromüberlastungen zu vermeiden, wird bei dem erfindungsgemäßen Heiz- oder Kochgerät für eine erste vorbestimmte Zeit nach dem Wechsel von einer AUS-Einstellung in eine andere Leistungseinstellung ein "Weichstart" durchgeführt, bei dem die Leistungseinstellung unabhängig von der jeweils ausgewählten Leistungseinstellung ist. Das Heiz- oder Kochgerät geht dann, nachdem diese vorbestimmte Zeit vergangen ist, in den stationären Zustand über.

Außerdem ist vorgesehen, daß der Betrieb mit sichtbar glühendem Heizelement automatisch beendet wird, wenn die Leistungseinstellung umgeschaltet wird, während dieser Modus eingeschaltet ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 ein verallgemeinertes Blockdiagramm für ein Kochgerät mit einer Schaltungsanordnung,

Fig. 2A bis 2H Stromverläufe, die zu verschiedenen durch den Benutzer auswählbaren Leistungseinstellungen gehören,

Fig. 3 ein funktionelles Blockdiagramm der Schaltungsanordnung,

Fig. 4 ein Blockdiagramm der Schaltungsanordnung mit einem Mikroprozessor als Kern,

Fig. 5 bis 11 Flußdiagramme der Netzeinschalt-, Abfrage-, Eingabedaten-, Vergleichs-, Leistungssteuer-, Leistungsvergleichs- und Ausgangsroutine,

Fig. 12 Querbeziehung der unterschiedlichen Programmroutinen nach den Fig. 5 bis 11,

Fig. 13 ein Blockdiagramm mit weiteren Einzelheiten des Tastenfeldes und des Digital-Signalgenerators nach Fig. 3 für die Schaltungsanordnung mit diskreten logischen Bauelementen,

Fig. 14 ein Blockdiagramm mit weiteren Einzelheiten des Speichers und der Testeinrichtung nach Fig. 3 für die Schaltungsanordnung mit diskreten logischen Bauelementen,

Fig. 15 ein Blockdiagramm mit weiteren Einzelheiten des Haupttaktes für die Schaltungsanordnung mit diskreten logischen Bauelementen,

Fig. 16 ein Logikschaltplan mit weiteren Einzelheiten der Vergleichseinrichtung für die Schaltungsanordnung mit diskreten logischen Bauelementen,

Fig. 17 das Zeitdiagramm der verschiedenen Steuersignale für die Schaltungsanordnung mit diskreten logischen Bauelementen und

Fig. 18A und 18B Logikschaltpläne mit weiteren Einzelheiten des "Weichstart"-Flipflops, des "Weichstart"-Timers, des "Sofort EIN"-Flipflops und des "Sofort EIN"-Timers sowie des "Stromimpuls EIN"-Flipflops nach Fig. 3 für die Schaltungsanordnung mit diskreten logischen Bauelementen.

Insgesamt geht es hier um die Steuerung der Leistungsabgabe eines Widerstandsheizelementes, und zwar um ein Steuersystem zur Steuerung der Kochtemperatur einer Glas-Keramik-Herdfläche oder -Kochplatte mit einem Widerstandsheizelement, das aus MoSi₂, Wolfram oder anderem Material mit ähnlichen thermodynamischen und elektrischen Eigenschaften hergestellt ist, wobei es in eine offene Steuerschleife gesteuert ist.

Hierbei wird die Kochtemperatur durch eine Steuerung der Impulswiederholrate der dem Heizelement zugeführten Stromimpulse gemäß der Leistungseinstellung geregelt, die von dem Benutzer aus einer Vielzahl disreter Leistungseinstellungen für das Heizelement auszuwählen ist. Es ist ein Bereich diskreter Leistungseinstellungen vorgesehen, der einen zweckmäßigen Kochtemperaturbereich umfaßt, wobei jeder Leistungseinstellung eindeutig eine spezielle Stromimpulswiederholrate und folglich eine spezielle Ausgangsleitung zugeordnet ist.

Die Steuerung kennt drei Arbeitszustände, nämlich den gleichbleibenden Betrieb, den weichen Start und den "Sofort EIN"-Modus. Der "Weichstart"-Modus wird verwendet, wenn ein auf oder in der Nähe der Raumtemperatur liegendes Heizelement das erstemal eingeschaltet wird, um eine vorübergehende Überlastung der Stromabgabefähigkeit der Stromversorgung des Heizelementes zu vermeiden. Wie oben erwähnt, liegt der Widerstand eines aus MoSi₂ oder Wolfram hergestellten Heizelementes bei Raumtemperatur größenordnungsmäßig um den Faktor 10 unter dem Widerstand bei der Arbeitstemperatur, wobei der Widerstand der Raumtemperatur etwa 2,5 Ω und bei Arbeitstemperatur etwa 25 Ω beträgt. Deshalb ist bei diesem Arbeitsbetrieb, um eine anfängliche Einschaltstromüberlastung zu vermeiden, eine vorbestimmte Stromimpulswiederholrate vorgesehen, die unabhängig von der tatsächlichen Leistungseinstellung ist. Bekanntlich können verhältnismäßig große Stromimpulse mit kurzer Dauer hingenommen werden, ohne daß Sicherungen herausfallen, Bauteile beschädigt werden oder Kabel verbrennen. Folglich wird das Problem der Stromüberlastung dadurch bewältigt, daß die Dauer der Stromimpulse begrenzt ist und die Impulse einen entsprechenden zeitlichen Abstand voneinander aufweisen. Jedoch ist es auch wünschenswert, das Heizelement schnell auf die Arbeitstemperatur zu bringen, um auf diese Weise die Dauer des Zeitintervalles mit einem verhältnismäßig geringen Widerstand des Heizelementes und den daraus resultierenden hohen Stromspitzen zu minimieren. Ein kurzer zeitlicher Abstand der Stromimpulse bringt die Heizelemente schneller auf die Arbeitstemperatur. Demgemäß ist eine Impulswiederholrate verwendet, die einen optimalen Kompromiß zwischen diesen widerstreitenden Überlegungen ergibt. Die unten im einzelnen beschriebene Impulswiederholrate für einen weichen Start wurde empirisch bestimmt und ergibt einen befriedigenden Kompromiß.

Wie den vorstehenden Ausführungen zu entnehmen ist, ist es zweckmäßig, den weichen Start immer dann zu verwenden, wenn ein kaltes (auf Raumtemperatur) Heizelement eingeschaltet werden soll. Da die Verwendung von Temperaturfühlern die Steuerung unnötig kompliziert, ist an anderer Weg zur Erkennung eines kalten Heizelementes erforderlich. Es wird daran erinnert, daß Heizelemente aus MoSi₂ oder Wolfram sehr schnell warm werden und abkühlen. Praktisch bedeutet dies, daß, wenn eine Stromabschaltung durch den Benutzer ausgewählt ist, das Heizelement so schnell auskühlt, daß es bis auf Raumtemperatur abgekühlt ist (das Heizelement und nicht die gläserne Herdfläche), ehe der Benutzer physisch eine andere Einstellung auswählen kann. Somit gibt das Vorliegen einer AUS-Einstellung den ausreichenden Hinweis, daß das Heizelement auf Raumtemperatur ist. Demgemäß wird der weiche Start immer dann verwendet, wenn die Steuerung eine Änderung der Leistungseinstellung erkennt, die von einem AUS-Wählzustand in einen anderen Leistungszustand übergeht.

Der "Sofort EIN"-Betriebszustand ist dazu verwendet, um vorteilhaft die Tatsache auszunutzen, daß Heizelemente aus MoSi₂ oder Wolfram beim Einschalten mit der vollen Leistung nahezu sofort hell glühen. Bei dem "Sofort EIN"-Betriebszustand wird kurzfristig die der tatsächlichen Leistungseinstellung entsprechende Impulswiederholrate durch die maximale Stromimpulswiederholrate ersetzt, damit das Heizelement mit ausreichender Stärke aufleuchtet, um durch die Herdfläche hindurch von dem Benutzer optisch wahrnehmbar zu sein. Dieser Betriebszustand ist auf den Weichstart-Betriebszustand unmittelbar folgend vorgesehen, um dem Benutzer eine optische Anzeige zu liefern, daß das Heizelement eingeschaltet ist. Obwohl das Heizelement selbst auch bei den niedrigsten, in dieser Steuerung verwendeten Leistungseinstellungen sichbar glüht, filtern oder schwächen die optischen Eigenschaften der üblicherweise verwendeten Glas-Keramik-Kochoberfläche die sichtbare Strahlung bei kleinen Leistungseinstellungen in einem solchen Maße, daß bei diesen niedrigeren Leistungseinstellungen von dem Benutzer das Glühen durch die Kochoberfläche nicht leicht wahrnehmbar ist.

In der Praxis ist die Dauer des Weichstart-Betriebszustandes so kurz, daß die Verzögerung zwischen der Auswahl der Leistungseinstellung durch den Benutzer und dem Erscheinen des Aufglühens kaum erkennbar ist. Für den Benutzer scheint das Heizelement im wesentlichen sofort nach einem Wechsel der Leistungseinstellung aus einem AUS-Zustand in einen anderen Leistungszustand aufzuglühen. Nach einem vorbestimmten Intervall mit einer etwas willkürlichen Dauer (etwa 8 1/2 sec wurden als befriedigend angesehen) wird dieser Betriebszustand automatisch beendet, wobei die Dauer dieses Zeitintervalles nur der offensichtlichen Beschränkung unterliegt, daß eine verlängerte Zufuhr der vollen Leistung zu dem Heizelement die Temperatur der verhältnismäßig langsam reagierenden Glas-Keramik-Kochfläche soweit anheben kann, daß sie die Temperatur übersteigt, die zu der von dem Benutzer gewählten Leistungseinstellung gehört.

Außerdem ist eine Vorkehrung getroffen, um umgehend den "Sofort EIN"-Betriebszustand zu beenden, falls die Leistungseinstellung auf einen niedrigeren Wert eingestellt wird, ehe die für diesen Betriebszustand vorgesehene Zeit abgelaufen ist.

Wie der Name bereits sagt, folgt der stationäre Betrieb diesen anfänglichen, vorübergehenden Betriebszuständen. Während des stationären Betriebes wird die zu der tatsächlichen, durch den Benutzer ausgewählten Leistungseinstellung gehörige Impulswiederholrate verwendet. Das System arbeitet zu jedem Zeitpunkt in diesem stationären Betriebszustand mit Ausnahme des kurzen Intervalles, das einer Änderung der Leistungseinstellung von der AUS-Einstellung in eine andere Leistungseinstellung folgt. Ein Wechsel der Leistungseinstellung aus einer "Nicht AUS"-Einstellung in eine andere "Nicht AUS"-Einstellung führt zu einem Wechsel der Impulswiederholrate, die zu der neuerlich ausgewählten Leistungseinstellung gehört, wobei kein vorübergehender Ersatz dieser Impulswiederholrate verwendet wird.

In den Figuren kennzeichnen gleiche Bezugszeichen durchweg ähnliche oder entsprechende Bauelemente.

Fig. 1 veranschaulicht insgesamt die Steuerung eines Heizelementes. Ein Widerstandsheizelement 1, vorzugsweise aus MoSi₂ oder Wolfram, ist über einen Triac 3 und einen strombegrenzenden Trennschalter 6 mit einem Standardnetz 2 mit 240 V 60 Hz Wechselspannung verbunden. Der Triac 3 ist von üblicher Bauweise und kann den Strom in jeder Richtung, gleichgültig welche Polarität die Spannung an seinen Hauptanschlüssen aufweist, leiten, wenn er, entweder durch einen positiven oder einen negativen seinem Gateanschluß 3(3) zugeführten Spannungsimpuls getriggert ist. Um die Verdrahtung gegen übermäßigen Strom zu schützen, ist der in gebräuchlicher Bauart ausgeführte Trennschalter 6 verwendet. Der Trennschalter 6 öffnet, wie dies für diese Geräte üblich ist, den Stromkreis, sobald der Strom für ein begrenztes Zeitintervall den Nennwert übersteigt, wobei er jedoch nicht auf sehr große Stromimpulse mit sehr kurzer Zeit reagiert, die einen ausreichenden zeitlichen Abstand voneinander aufweisen, womit der Stromwert so begrenzt ist, daß er kleiner als für die Auslösung des Trennschalters 6 erforderlich ist. Das Steuersystem 4 steuert die dem Heizelement 1 zugeführte elektrische Leistung, indem sie die Rate festlegt, mit der dem Gate 3(3) entsprechend der durch einen Benutzer über ein Tastenfeld 5 eingegebenen Leistungseinstellungen elektrische Energie zugeführt wird.

Bei den unten beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die dem Heizelement zugeführten Stromimpulse Halbschwingungen einer 240 V 60 Hz Netzspannung. Jedoch können in gleicher Weise auch Stromimpulse mit abweichenden Frequenzen und Spannungen verwendet werden.

Tabelle I

Wie oben angedeutet, sind eine Vielzahl unterschiedlicher Leistungseinstellungen vorgesehen, von denen jede Leistungseinstellung zu einer speziellen Stromimpulswiederholungsrate gehört. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind neun Leistungseinstellungen einschließlich der Einstellung EIN und AUS vorhanden. Die Tabelle I zeigt die Impulswiederholungsrate und die Heizleistung, die zu jeder Leistungseinstellung gehört, jeweils ausgedrückt in % der Gesamtleistung.

In Fig. 2 veranschaulichen die Signalverläufe A-G die dem Heizelement 1 bei jeder der Leistungseinstellungen 1-7 zugeführten Spannung. Der Signalverlauf H veranschaulicht den Spannungsverlauf der Netzspannung. Diejenigen Halbschwingungen der Netzspannung, bei denen der Triac 3 leitend ist, sind im folgenden als Stromimpulse bezeichnet und werden von ausgezogenen Linien dargestellt; diejenigen Halbschwingungen der Netzspannung, während denen der Triac 3 nichtleitend ist, sind als gestrichelte Linien veranschaulicht. Der Signalverlauf I von Fig. 2 veranschaulicht die Kette der Null-Durchgangsimpulse, bei der die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Null-Durchgangsimpulsen als Steuerintervall bezeichnet ist.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Zeit zwischen jedem Stromimpuls für jede Leistungseinstellung dadurch minimiert ist, daß jeweils gleiche AUS-Zeiten zwischen den Impulsen vorgesehen sind.

Wenn eine Tastverhältnissteuerung verwendet wird, bei der die zeitliche Dauer der Steuerperiode ansteigt, werden die AUS-Zeiten bei den kleinen Tastverhältnissen lang genug, damit sich das Heizelement soweit abkühlen kann, daß der sich ergebende niedrige Widerstand einen ausreichend hohen Strom ziehen kann, um die Zuverlässigkeit der Bauelemente zu bedrohen. Eine schnelle Einschaltstromwiederholungsrate ergibt näherungsweise dieselbe Ausgangsleistung, während die gleichmäßige Verteilung der AUS-Zeit zwischen den Stromimpulsen die Überströme im stationären Zustand minimiert. Somit ist auch die maximale AUS-Zeit zwischen zwei Stromimpulsen minimiert. Die Folge davon ist, daß die Abkühlung des Heizelementes und der sich daraus ergebende Abfall des Heizelementwiderstandes zwischen zwei Impulsen einen Minimalwert aufweist, was schließlich dazu führt, daß die Überströme im stationen Betriebszustand bei jeder Leistungseinstellung einen kleinsten Wert aufweisen. Hieraus folgt, daß die Verwendung einer Stromimpulswiederholungssteuerung die Überströme des stationären Betriebszustandes im Verhältnis zu den Überströmen verringert, die bei vergleichbaren Ausgangsleistungen bei der Verwendung einer Tastverhältnissteuerung auftreten würden, wobei jedoch die maximale Leistungseinstellung (100%) und die minimale Leistungseinstellung ausgenommen sind, bei denen das Tastverhältnis und die Stromimpulswiederholungsrate gleich sind.

Wie in Tabelle I und Fig. 2 gezeigt ist, variieren die Impulswiederholungsraten von einer Impulswiederholungsrate von 1/64, d. h. einem Stromimpuls pro 64 Stromhalbschwingungen bei der Leistungseinstellung 1, nämlich der kleinsten "Nicht-AUS"-Leistungseinstellung bis zu einer Wiederholungsrate von 1/1, d. h. einem Stromimpuls bei jeder Halbschwingung für die Leistungseinstellung 7, nämlich der maximalen Leistungseinstellung. Beispielsweise führt die Wahl der Leistungseinstellung 3 zu dem Spannungssignal C nach Fig. 2, das einer Stromimpulswiederholungsrate 1/16 entspricht, mit der das Heizelement 1 beaufschlagt wird.

Zur Ausführung der unterschiedlichen Stromimpulswiederholungsraten trifft das Steuersystem 4 während jeder Halbschwingung der Netzspannung, auch als Steuerintervall bezeichnet, eine Steuerentscheidung, ob während des nächsten Steuerintervalls dem Heizelement ein Stromimpuls zugeführt werden soll oder nicht. Die Entscheidung, einen Stromimpuls zuzuführen, wird in dem nächsten Steuerintervall dadurch ausgeführt, daß dem Gate 3(3) des Triacs 3 zu Beginn dieses Intervalles ein Spannungsimpuls zugeführt wird. Wenn die Entscheidung lautet, während des nächsten Steuerintervalles keinen Stromimpuls zuzuführen, wird der Triac 3 nicht getriggert und bleibt somit während dieses Steuerintervalles nichtleitend.

Das Durchschalten des Triacs 3 ist mit den Null-Durchgängen der Netzspannung synchronisiert, um, wie üblich, die Triaczuverlässigkeit zu verbessern und um elektromagnetische Interferenzen zu minimieren, die von den Schaltübergängen herrühren.

Das Steuersystem 4 führt folgende Funktionen aus: Abfrage des Tastenfeldes nach einer neuen Eingabe der Leistungseinstellung; Identifizierung und Abspeicherung der neu eingegebenen Leistungseinstellungswahl; Entscheidung, welche der drei Betriebsart, stationärer Modus, "Weichstart"-Modus oder "Sofort-EIN"-Modus auszuführen ist; und die Erzeugung der Triactriggerimpulse mit der richtigen Geschwindigkeit. Das Funktionsblockdiagramm nach Fig. 3 veranschaulicht das Steuersystem zur Durchführung dieser Funktion.

Der Betrieb des Steuersystems ist durch von einem Null-Durchgangsdetektor 10 erzeugten Null-Durchgangsimpulsen mit den Null-Durchgängen der Netzspannung synchronisiert, wozu der Null-Durchgangsdetektor 10 die Netzspannung überwacht und bei jedem Null-Durchgang der Netzspannung einen Null-Durchgangsimpuls erzeugt. Diese Impulse sind bei I von Fig. 2 veranschaulicht.

Wie dargestellt, ist das Steuerintervall die Zeit zwischen den Vorderflanken des Null-Durchgangsimpulses. Die Steuerlogik wird einmal während jedes Steuerintervalles vollständig durchgetaktet, während dessen eine Triggerentscheidung getroffen wird, die in dem nächsten Steuerintervall ausgeführt wird. Die von dem Null-Durchgangsdetektor 10 erzeugten Null-Durchgangsimpulse starten die Steuerintervalle.

Nach der Initialisierung jedes Steuerintervalles wird das Tastenfeld 5 nach dem Vorliegen einer neu eingegebenen Wahl für die Leistungseinstellung abgefragt. Während des Abfragevorganges wird jede Taste des Tastenfeldes 5 einzeln überprüft. Wenn eine Betätigung einer speziellen Taste erkannt ist, wird von einem Signalgenerator 20 ein digitales Steuersignal erzeugt, das der zu der Taste gehörenden Leistungseinstellung entspricht und das in einen Speicher 18 übertragen wird. Der Speicher 18 enthält eine (nicht dargestellte) temporäre Speicherzelle KB und eine (nicht dargestellte) permanente Speicherzelle PM zur Abspeicherung der Steuersignaldaten. Das neu eingegebene digitale Steuersignal des Signalgenerators 20 wird zunächst in der temporären Speicherzelle B abgespeichert. Nachdem dieses abgespeicherte Signal in einer noch zu beschreibenden Weise durch eine Testeinrichtung 30 überprüft ist, kann das in der Zelle KB gespeicherte Signal in die permanente Speicherzelle PM des Speichers übertragen werden, in der es solange unbegrenzt aufbewahrt wird, bis es durch ein Steuersignal ersetzt wird, das einer nachfolgend ausgewählten Leistungseinstellung entspricht. Die Bezeichnungen PM und KB werden im Rest dieser Beschreibung gelegentlich sowohl zur Bezeichnung der Speicherzellen als auch der darin gespeicherten Signale verwendet, wie dies durchaus üblich ist. In jedem Falle ist die Bedeutung aus dem Kontext klar.

Die Testeinrichtung 30 überwacht die in der Zelle KB gespeicherten Eingangsdaten, um festzustellen, ob das Eingangssignal eine leere Eingabe, d. h. keine neue Eingabe, eine AUS-Eingabe, eine EIN-Eingabe oder eine der Leistungseinstellungen 1-7 darstellt. Wenn eine leere Eingabe erkannt ist, bleibt der Inhalt der Speicherzelle PM unverändert und die Steuerlogik fährt gemäß der vorher eingegebenen und in der Zelle PM gespeicherten Einstellung fort. Wenn durch die Testeinrichtung 30 die neue Eingabe als eine AUS-Eingabe erkannt ist, wird das Signal nach PM übertragen und ersetzt die vorher eingegebene Einstellung.

Falls jedoch entweder eine EIN-Einstellung oder eine der Leistungseinstellungen 1-7 erkannt ist, wird eine zusätzliche Überprüfung des Inhaltes von PM durchgeführt, ehe der Inhalt von KB nach PM übertragen wird, um sicherzustellen, daß die richtige Reihenfolge der Wahl der Einstellungen verwendet wird und um festzustellen, ob ein transienter Modus begonnen oder beendet werden muß. Wenn die neue Leistungseinstellung einer Leistungseinstellung zwischen 1 und 7 entspricht, wird PM auf das Vorliegen eines AUS-Signales untersucht. Da der Benutzer eine EIN-Einstellung eingeben muß, ehe er eine andere Leistungseinstellung auswählen kann, wenn er, ausgehend von einer AUS-Leistungseinstellung umschaltet, wird eine neue Eingabe, die einer Leistungseinstellung 1-7 entspricht, ignoriert, wenn PM ein AUS-Signal enthält. Diese zusätzliche Überprüfung ist zusammen mit dem "Weichstart"- und den "Sofort-EIN"-Betriebszuständen beschrieben.

Ein Hauptzähler 14 für die Null-Durchgänge dient dazu, immer wieder eine vorbestimmte Anzahl von Null-Durchgangsimpulsen des Null-Durchgangsdetektors 10 zu zählen und sich zurückzusetzen. Aus Gründen, die im folgenden ersichtlich werden, sollte die vorbestimmte Zahl der Zählerschritte gleich der Anzahl der Perioden bei der niedrigsten gewünschten Stromimpulswiederholungsrate sein. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt diese Stromimpulswiederholungsrate bei einem Stromimpuls pro 64 Steuerintervalle, womit die Steuerperiode 64 Impulse oder Steuerintervalle lang ist. Folglich zählt der Zähler 14 immer wieder 64 Null-Durchgangsimpulse. Der augenblickliche dem laufenden Zählerstand entsprechende Inhalt des Hauptzählers 14 ist mit ZCM bezeichnet.

Während des stationären Betriebes werden bestimmte Bits des Zählerstandes ZCM mit dem in der Zelle PM gespeicherten Signal durch eine Vergleichseinrichtung 16 verglichen. Das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 16 setzt ein "Strom-EIN"-Flipflop (POL) 24 abhängig von den Ergebnissen des Vergleiches oder das Ausgangssignal setzt POL 24 zurück. Der sich ergebende, gesetzte oder zurückgesetzte Zustand von POL 24 entspricht der Entscheidung, einen Stromimpuls zuzuführen bzw. ihn nicht zuzuführen. Diese Entscheidung wird bei dem Auftreten des nächsten Null-Durchgangsimpulses mit Hilfe des logischen UND-Gatters 28 ausgeführt, das das Ausgangssignal von POL 24 mit dem Ausgangssignal des Null-Durchgangsdetektors 10 verknüpft. Das Ausgangssignal des UND-Gatters 28 liegt über einen üblichen Triactreiber 26 an dem Gateanschluß 3(3) des Triacs 3. Der Zustand von POL 24 bestimmt, ob durch das UND-Gatter 28 zu dem Triactreiber 26 ein Triggerimpuls durchgelassen wird. Wenn POL 24 gesetzt ist, wirkt das Auftreten eines Null-Durchgangsimpulses so, daß ein Triggerimpuls durch das UND-Gatter 28 zu dem Triactreiber 26 durchgelassen wird, der den Impuls dem Triacgate 3(3) zuführt, so daß der Triac 3 in den leitenden Zustand getriggert wird. Der Triac 3 arbeitet in der Weise, daß er, wenn er einmal getriggert ist, ohne das Vorliegen eines Gatetriggerimpulses solange leitend bleibt, bis sich die Polarität an seinen Hauptanschlüssen umkehrt. Somit bleibt der Triac 3, wenn ihn einmal zu Anfang des Steuerintervalles ein Triggerimpuls zugeführt ist, für den Rest des Steuerintervalles leitend. Wenn POL 24 nicht gesetzt ist, wird, wenn der nächste Null-Durchgangsimpuls erzeugt wird, kein Impuls durch das UND-Gatter 28 durchgeschaltet. Somit wird dem Triacgate 3(3) kein Triggerimpuls zugeführt, womit der Triac 3 während dieses Steuerintervalles nichtleitend bleibt. In dieser Weise wird die Entscheidung, ob dem Heizelement 1 ein Stromimpuls zugeführt werden soll oder nicht, während eines Steuerintervalles getroffen und zu Beginn des nächsten Steuerintervalles ausgeführt.

Damit sich bei gewöhnlichen Heizelementen ein gewünschter Bereich von Kochtemperaturen ergibt, wird für die Steuerung dieser Heizelemente die Auswahl eines entsprechenden Bereiches von Stromimpulswiederholungsraten entsprechend der linearen Beziehung zwischen der Stromeinschaltzeit und der Ausgangsleistung getroffen. Jedoch ist bei aus MoSi₂, Wolfram oder ähnlichem Material hergestellten Heizelementen ein Bereich von Stromimpulswiederholungsraten erforderlich, der in geeigneter Weise die nichtlineare für Heizelemente dieser Art typische Beziehung zwischen der Stromeinschaltzeit und der Ausgangsleistung des Heizelementes kompensiert. Die nichtlineare Beziehung ist eine Folge der schnellen thermischen Reaktion dieser Heizelemente. Bei den niedrigeren Stromimpulswiederholungsraten neigt das Heizelement zum Abkühlen zwischen den Stromeinschaltzyklen. Die Verringerung des Widerstandes, die die Verringerung der Heizelementtemperatur begleitet, führt zu einem größeren, durch das Heizelement entnommenen Strom während jedes Stromeinschaltzyklus. Es wurde empirisch festgestellt, daß die Stromimpulswiederholungsraten nach Tabelle I Ausgangsleistungen ergeben, die für solche Heizelemente einen befriedigenden Bereich von Kochtemperaturen ergeben.

Die in Tabelle I aufgelisteten Stromimpulswiederholungsraten können mit 1/2 ⁿ beschrieben werden, wobei für die Leistungseinstellungen 1-7 n zwischen 6 und 0 liegt. Beispielsweise ist für die Leistungseinstellung 1 n = 6; für n = 6 ergibt sich aus 1/2 ⁿ die Gleichung zu 1/2⁶ oder 1/64, was die gewünschte Stromimpulswiederholungsrate für die Leistungseinstellung 1 darstellt; in ähnlicher Weise gilt für die Leistungseinstellung 3 n = 4; für n = 4 ist jedoch 1/2 ⁿ = 1/2⁴ oder 1/16, der gewünschten Stromimpulswiederholungsrate für die Leistungseinstellung 3.

Zur Implementierung der Stromimpulswiederholungsraten nach Tabelle I wird von der Eigenschaft eines Binärzählers Gebrauch gemacht, daß nach allen 2 ⁿ Zählschritten derselbe Zustand der ersten weniger als n-wertigen Bits auftritt. Beispielsweise sind die ersten drei niedrigstwertigen Bits des Zählerinhaltes alle 2³ oder 8 Zählschritte 0, während die ersten vier niedrigstwertigen Bits alle 2⁴ oder 16 Zählschritte 0 sind usw. Die Vergleichseinrichtung 16 führt die Stromimpulswiederholungsrate mit Hilfe eines logischen Vergleiches der ersten weniger als n-wertigen Bits des Zählerstandes ZCM des Hauptzählers 14 aus, wobei, wie in Tabelle I gezeigt, der Wert für n durch das Steuersignal bestimmt ist, das der ausgewählten Leistungseinstellung 1-7 entspricht.

Wenn festgestellt ist, daß die ersten weniger als n-wertigen Bits alle in dem Zustand logisch Null sind, erzeugt die Vergleichseinrichtung 16 ein Triggersignal, während kein Triggersignal erzeugt wird, wenn nicht alle diese Bits in den Zustand logisch Null sind. Beispielsweise steuert das Steuersignal für die Leistungseinstellung 4, die eine Stromimpulswiederholungsrate von 1/2³ oder 1/8 mit n = 3 erfordert, die Vergleichseinrichtung 16 so, daß sie die ersten weniger als 3-wertigen Bits abfragt, womit bei jedem wiederholten Auftreten eines Zählerstandes, in dem die ersten drei niedrigstwertigen Bits logisch Null sind, ein Triggerimpuls abgegeben wird, was einmal alle acht Zählschritte auftritt. Da der Hauptzähler 14 die Null-Durchgangsimpulse zählt, erzeugt die Vergleichseinrichtung 16 bei diesem Ausführungsbeispiel je acht Steuerintervalle einen Triggerimpuls.

Hiermit ist die Arbeitsweise des stationären Betriebes funktionell beschrieben. Im folgenden ist nun die funktionelle Implementierung des "Weichstart"- und des "Sofort-EIN"-Modus ausgeführt.

Die mit "Weichstart" und "Sofort EIN" bezeichneten transienten Betriebszustände werden durch die Testeinrichtung 30 gestartet. Wie gesagt, werden diese transienten Betriebszustände ausgeführt, wenn die Leistungseinstellung von der AUS-Einstellung in eine andere Leistungseinstellung umgeschaltet wird. Es ist darauf hinzuweisen, daß, wenn der Benutzer von dem AUS-Betriebszustand in irgendeine andere Leistungseinstellung umschaltet, er zunächst den EIN-Betriebszustand auswählen muß und dann eine der gewünschten Leistungseinstellungen 1-7 auswählen kann. Folglich muß die EIN-Einstellung nur ausgewählt werden, wenn ein Wechsel von einer AUS-Einstellung in eine andere Leistungseinstellung erfolgt. Bei der Implementierung des "Weichstart"-Modus wird von dieser Ablauffolge Gebrauch gemacht.

Wie bereits beschrieben, überwacht die Testeinrichtung 30 die neuen, in der Zelle KB temporär gespeicherten Abfrageergebnisse. Wenn bei KB eine "EIN"-Einstellung erkannt ist, prüft die Testeinrichtung 30 das bei PM gespeicherte Signal, um festzustellen, ob das vorher eingegebene Steuersignal einer AUS-Einstellung entspricht, die anzeigt, daß die Einstellung von AUS nach EIN umgeschaltet ist. Wenn das bei PM gespeicherte Signal keine AUS-Einstellung wiedergibt, und somit angezeigt wird, daß die Leistungseinstellung nicht von einer AUS-Einstellung ausgehend umgeschaltet wird, wird die EIN-Eingabe ignoriert und der Inhalt von PM bleibt unverändert. Wenn PM ein Steuersignal enthält, das einer AUS-Einstellung entspricht, besteht der erste Schritt bei der Ausführung des "Weichstart"-Modus in einem Umspeichern des EIN-Steuersignales von KB nach PM. Der zweite Schritt erfolgt, wenn bei KB ein der Auswahl einer Leistungseinstellung 1-7 entsprechendes Steuersignal eingegeben ist. Wenn die Testeinrichtung bei KB ein Signal erkennt, das eine der Leistungseinstellungen 1-7 repräsentiert, prüft sie den Inhalt von PM auf ein Steuersignal, das einem EIN-Steuersignal entspricht. Falls ein EIN-Steuersignal erkannt wird, gibt die Testeinrichtung 30 ein Setzsignal an das "Weichstart"-Flipflop 32 (SSL) ab, womit die Initialisierung des "Weichstart"-Modus abgeschlossen ist. Der Inhalt von KB wird dann nach PM umgespeichert. Die Vergleichseinrichtung 16 setzt POL 24 in einem vorbestimmten zeitlichen Muster, das den "Weichstart"-Modus kennzeichnet bzw. setzt es entsprechend dem Muster zurück.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dieses Muster identisch mit dem Code für die Leistungseinstellung 5. Folglich ist während des Betriebs im "Weichstart"-Modus die Stromimpulswiederholungsrate die gleiche wie sie zur Leistungseinstellung 5 gehört, nämlich ein Stromimpuls pro vier Steuerintervalle. Es wurde empirisch festgestellt, daß diese Stromimpulswiederholungsrate eine optimale Rate ist, die zuverlässig einem kalten MoSi₂- oder Wolfram-Heizelement zugeführt werden kann, ohne daß die Überstrombelastbarkeit eines üblichen Hausnetzes überschritten wird. Die Verwendung dieser optimalen Stromimpulswiederholungsrate ermöglicht es, daß das Heizelement schnell seinen Widerstandswert des stationären Betriebszustand erreicht. Es ist offensichtlich, daß die Stromimpulswiederholungsrate abhängig von den Auslösegrenzen der Netzüberstromschutzeinrichtungen und den Stromwerten der elektrischen Schaltungskomponenten variieren kann.

Durch das Setzen von SSL 32 wird ein "Weichstart"-Timer 34 (SST) freigegeben. SST 34 steuert die Dauer des Betriebes im "Weichstart"-Modus, indem er eine vorbestimmte Anzahl von Null-Durchgangsimpulsen des Null-Durchgangsdetektors 10 zählt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird bei der oben erwähnten Stromimpulswiederholungsrate eine Betriebszeit im "Weichstart"-Modus von etwa 1 sec verwendet. Wenn dieser vorbestimmte Zählerstand erreicht ist, erzeugt SST 34 ein Ausgangssignal und setzt sich zurück. Dieses Signal setzt SSL 32 zurück, womit der "Weichstart"-Modus beendet wird; außerdem setzt dieses Signal ein "Sofort EIN"-Flipflop 36 (IOL), wodurch der "Sofort EIN"-Modus initialisiert wird. IOL 36 veranlaßt, wenn es gesetzt ist, die Vergleichseinrichtung 16, unabhängig von der tatsächlich ausgewählten Leistungseinstellung, die maximale Leistungseinstellung auszuführen. Ferner gibt IOL 36, einen "Sofort EIN"-Timer 38 (IOT) frei. IOT 38 bestimmt durch Rücksetzen und Zählen einer vorbestimmten Anzahl von Null-Durchgangsimpulsen die zeitliche Dauer des "Sofort EIN"-Modus. Als Zeit für diesen "Sofort EIN"-Modus wurde bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel 8 1/2 sec mit der beschriebenen maximalen Stromimpulswiederholungsrate gewählt. Wenn sich IOT 38 zurücksetzt, wird von ihm ein Rücksetzsignal abgegeben, das auch IOL 36 zurücksetzt und den "Sofort EIN"-Modus beendet. Daran anschließend arbeitet der stationäre Betriebszustand wie oben beschrieben weiter.

Falls ein Umschalten der Leistungseinstellung von einem höheren Wert auf einen niedrigeren Wert erfolgt, soll, wie gesagt, der "Sofort EIN"-Modus beendet werden, obwohl dieser Betriebszustand noch in der Ausführung begriffen ist. Die Testeinrichtung 30 erbringt diese Funktion wie folgt: Wenn ein einer Leistungseinstellung 1-7 entsprechendes Steuersignal bei KB erkannt ist, wird ein Größenvergleich zwischen dem Inhalt von KB und PM durchgeführt. Ist die Größe des Signales bei KB kleiner als die bei PM, was anzeigt, daß die neue Leistungseinstellung niedriger als die vorher gewählte ist, gibt die Testeinrichtung 30 ein Rücksetzsignal an IOL 36 und beendet somit den "Sofort EIN"-Betriebszustand. Der Inhalt von KB wird nach PM umgespeichert und es erfolgt die Ausführung der neuerlich eingegebenen Leistungseinstellung im stationären Modus.

Um beispielhaft die Betriebsweise des Systems zu zeigen, sei angenommen, daß die letzte eingegebene Leistungseinstellung eine AUS-Einstellung war und das Heizelement mit der Leistungseinstellung 6 arbeiten soll. Der Benutzer betätigt zunächst die EIN-Taste und dann die Taste 6 des Tastenfeldes 5. Die Betätigung der EIN-Taste bewirkt, daß der Signalgenerator 20 ein digital codiertes Signal erzeugt, das der EIN-Einstellung entspricht. Dieses Steuersignal wird in der temporären Speicherzelle KB des Speichers 18 gespeichert. Die Testeinrichtung 30 reagiert auf diese Eingabe in den Speicher 18 mit einem Prüfen von PM auf ein eine AUS-Einstellung entsprechendes Steuersignal. Da die vorhergehende Eingabe eine AUS-Einstellung war, wird das EIN-Steuersignal nach PM übertragen. Die Betätigung der Taste 6 bewirkt, daß nunmehr der Signalgenerator 20 ein der Leistungseinstellung 6 entsprechendes Steuersignal an die Zelle KB des Speichers 18 überträgt. Nachdem die Testeinrichtung 30 erkannt hat, daß in der Zelle KB ein einer Leistungseinstellung 1-7 entsprechendes Steuersignal vorliegt und in PM ein EIN-Steuersignal enthalten ist, setzt sie nunmehr SSL 34. Die Vergleichseinrichtung 16 reagiert mit der Ausführung der Leistungseinstellung 5 nach Tabelle I, um die gewünschte Stromimpulswiederholungsrate des "Weichstart"-Modus von 1/4 zu erzeugen. Die Vergleichseinrichtung 16 arbeitet in dieser Weise etwa 1 sec lang, woraufhin SST 34 abläuft, SSL 34 zurücksetzt und IOL 36 setzt, um damit den "Weichstart"-Modus zu beenden und den "Sofort EIN"-Modus zu starten. Das Setzen von IOL 36 gibt IOT 38 frei und veranlaßt die Vergleichseinrichtung 16, die Leistungseinstellung 7 auszuführen.

Während der Dauer des "Sofort EIN"-Modus ist die Stromimpulswiederholungsrate entsprechend der Leistungseinstellung 7, 1/1. Nach etwa 8 1/2 sec läuft IOT 38 ab und setzt IOL 36 zurück. Der "Sofort EIN"-Modus ist hiermit beendet und es folgt der stationäre Betrieb. Im stationären Betrieb ergibt das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 16 eine Stromimpulswiederholungsrate von 1/2, die zu der Leistungseinstellung 6 gehört.

Wenn bei dem obigen Beispiel während der Ausführung des "Sofort EIN"-Modus anschließend die Leistungseinstellung 4 eingegeben wird, reagiert die Testeinrichtung 30 auf diese neue Eingabe damit, daß sie das Signal in der Zelle KB mit dem in der Zelle PM vergleicht. Dieser Vergleich würde zeigen, daß das Signal bei KB kleiner ist als das von PM. Die Testeinrichtung 30 würde dann das Signal von KB nach PM übertragen und sowohl IOL 36 als auch IOT 38 zurücksetzen, um auf diese Weise den "Sofort EIN"-Modus zu beenden und den stationären Betrieb zu starten.

Fig. 4 veranschaulicht schematisch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Steuerschaltung für eine Glas-Keramik-Heizplatte mit einem einzelnen aus MoSi₂ hergestellten Heizelement, bei dem die Leistungssteuerung elektronisch durch einen Mikroprozessor oder Chip der Serie TMS 1000 erfolgt. Der TMS 1000 Mikroprozessor ist von Texas Instruments, Inc. oder anderen Firmen erhältlich. Technische Einzelheiten dieses Chips sind der Veröffentlichung von Texas Instruments, Inc. mit dem Titel "TMS 1000 Series Data Manual", veröffentlicht Dezember 1975, zu entnehmen.

In Fig. 4 veranschaulicht ein Chip 40 einen Mikroprozessor der TMS 1000 Serie, der durch die bleibende Programmierung seines ROM-Speichers für die Ausführung des Steuerablaufes entsprechend verwendbar gemacht worden ist.

Das Tastenfeld 5 ist ein kapazitives Berührungstastenfeld mit einer einzigen Spalte von neun Tasten. Die Tasten ermöglichen es einem Benutzer, zusätzlich zu den Eingaben EIN und AUS die Leistungseinstellungen 1-7 auszuwählen. Das Tastenfeld 5 arbeitet in der bekannten üblichen Weise kapazitiver Berührungstastenfelder und ist hier nur in dem Maße beschrieben, wie es zum Verständnis der Eingabeerzeugung für das Steuersystem erforderlich ist. Jede Taste des Tastenfeldes 5 enthält eine obere und zwei untere Flächen (nicht dargestellt). Die obere Fläche ist von den unteren Flächen durch ein dielektrisches Material getrennt, so daß von der Wirkung her zwei in Serie geschaltete Kondensatoren gebildet sind. Die obere Platte bildet eine gemeinsame Platte für beide untere Platten. Die eine untere Platte jeder Taste ist mit einer gemeinsamen Eingangsleitung verbunden. Die andere untere Platte hat ihre eigene Ausgangsleitung. Somit weist das Tastenfeld 5 eine Eingangsleitung, in die sich alle Tasten teilen und neun Ausgangsleitungen auf, von denen je eine zu einer Taste gehört. Das Tastenfeld wird durch das Anlegen einer Abtastspannung an die Eingangsleitung periodisch abgefragt. Diese Spannung wird im wesentlichen unverändert zu den Ausgangsleitungen aller unberührten Tasten übertragen. Das Ausgangssignal einer betätigten Taste unterscheidet sich jedoch, da es durch eine zusätzliche Kapazität gedämpft ist, die von dem Anfassen des Benutzers an die obere Berührungsfläche herrührt.

Bei der Schaltung nach Fig. 4 wird der Eingabe- oder Abfrageimpuls durch den Chip 40 an seinem Ausgang R 0 erzeugt. Dieser Impuls wird periodisch von P 0 zu dem Eingang des Tastenfeldtreibers 46 übertragen. Die Treiberschaltung 46 ist eine gebräuchliche Treiberschaltung, die dazu verwendet wird, den von R 0 kommenden Impuls zu verstärken. Der verstärkte Abfrageimpuls wird von der Treiberschaltung 46 zu der Eingangsleitung des Tastenfeldes 5 übertragen. Auf diese Weise wird das Tastenfeld 5 nach neuen Eingaben abgefragt, d. h. es wird mit einer durch den ROM des Chip 40 bestimmten Geschwindigkeit periodisch nach betätigten Tasten abgefragt.

Der Ausgang des Tastenfeldes 5 ist über ein einfaches, strombegrenzendes Widerstandsnetzwerk 48 und ein kapazitives Interface mit dem Chip 40 verbunden. Das Widerstandsnetzwerk 50 legt nur einen großen, strombegrenzenden Widerstand in der Größenordnung von 10 Kohm in Serie mit jeder Ausgangsleitung des Tastenfeldes 5. Das kapazitive Interface 50 dient den diversen Funktionen, wie der Priorisierung der Tastenfeldausgangssignale, der Umcodierung des Tastenfeldausgangssignales in ein durch den Chip 40 erkennnbares Digitalformat und dem in gegenseitige Beziehung setzen dieser Eingabe für den Chip 40 mit dem Null-Durchgangsimpuls von dem Null-Durchgangsdetektor 10, so daß der Chip 40 in die Lage gebracht wird, seine Steuerfunktion mit den Null-Durchgängen der Netzwechselspannung zu synchronisieren.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das kapazitive Interface 50 eine integrierte Schaltung TMS 1976, die von Texas Instruments, Inc. ohne weiteres erhältlich ist. Da die Einzelheiten dieser integrierten Schaltung nicht kritisch sind, ist deren Betriebsweise nur insoweit beschrieben, wie es für das Verständnis der Schaltung notwendig ist. Einzelheiten über die Wirkungsweise dieser Schaltung als Interface für ein kapazitives Berührungstastenfeld sind in der Texas Instruments Veröffentlichung von 1977 mit dem Titel "TMS 1976 Capacitive Touch Keyboard Interface Manual" veröffentlicht.

Das Interface 50 enthält neun kapazitive Eingänge C 1-C 9, die intern mit neun (nicht dargestellten) internen Puffern gekoppelt sind. Jeder Eingang ist über einen sehr großen Widerstand an eine hohe Eingangsspannung gelegt und somit mit einem hohen Potential vorgespannt. Die internen Puffer dienen dazu, negative Übergänge, d. h. eine fallende Spannung einer extern erzeugten Referenzspannung zu erkennen. Jeder Eingangspuffer liefert einen Setzbefehl an sein zugehöriges internes (nicht dargestelltes) Flipflop, wenn er an seinem C-Eingang eine Eingangsspannung erkennt, die negativer als die Referenzspannung ist. Die Ausgangssignale dieser Flipflops werden intern an einen Codierer (nicht dargestellt) übertragen, der wiederum die Funktionen der Priorisierung und Codierung erbringt. Der Eingangsleitung C 1 ist die höchste Priorität und der Eingangsleitung C 9 die niedrigste Priorität zugeordnet. Die empfangene Eingabe mit der jeweils höchsten Priorität wird als 4-Bit BCD-Wort verschlüsselt und zu einem internen Multiplexer übertragen.

Der Multiplexerteil des Interface 50 wird über einen mit ISR bezeichneten Eingang gesteuert. Wenn ISR auf einem niedrigen Potential liegt, wird das BCD-Wort an die Ausgänge Y 1-Y 4 übertragen. Ein hohes Potential an dem Eingang ISR setzt ohne Vorbedingung alle, in Abhängigkeit von den C-Eingangsleitungen arbeitenden internen Flipflops zurück und hält diese Rücksetzbedingungen solange aufrecht, bis der ISR-Eingang wiederum zu einem niedrigen Potential zurückkehrt. Wenn alle Flipflops zurückgesetzt sind, ist das von ihnen erzeugte Signal dasselbe, wie wenn keine Tasten betätigt sind. Wenn der Eingang ISR auf hohem Potential liegt, erscheint zusätzlich das Signal des Einganges F an dem Ausgang Y 1. Diese Funktion des Einganges ISR, nämlich der Auswahl zwischen den C-Eingängen oder dem F-Eingang, ermöglicht es, daß diese Eingaben für den Chip 40 miteinander in Beziehung gesetzt werden. Die Steuerung dieser Multiplex-Funktion wird über den Chip-Ausgangsanschluß R 0 erreicht, der elektrisch mit der ISR-Eingangsleitung des Interface 50 verbunden ist.

Der Chip 40 erhält von dem Interface 50 das BCD-codierte 4-Bit-Signal, das dem Abtastausgangssignal des Tastenfeldes 5 entspricht, wozu die Eingangsleitungen K 1, K 2, K 4 und K 8 mit den Ausgängen Y 1-Y 4 des Interface 50 elektrisch verbunden sind. Wie bereits beschrieben, verbindet der Eingang K 1 den Chip 40 über den F-Eingang des Interface 50 mit dem Null-Durchgangsdetektor 10.

Die Ausgangssignale des Chip 40 werden von den Ausgängen 00-07, R 0 und R 4 abgegeben. Die Ausgänge 00-07 liefern eine Anzeigeinformation für eine übliche 7-Segment-Leuchtdiodenanzeige 8. Die Leitung R 0 ist, wie bereits beschrieben, mit dem Eingang ISR des Interface 50 und dem Eingang des Tastenfeldtreibers 46 verbunden. Außerdem liegt der Anschluß R 0 an dem Eingang eines üblichen Anzeigetreibers 42, der die Anzeige 8 ansteuert. Der Ausgang R 4 verbindet den Chip 40 über einen normalen Triactreiber 26 mit dem Gateanschluß des Netzstromsteuertriacs 3, wobei der Triactreiber 26 in jeder bekannten Schaltung ausgeführt sein kann, die das Ausgangssignal von R 4 verstärkt und den Chip 40 gegenüber der Netzleitung isoliert.

Es ist nochmals darauf hingewiesen, daß der Chip 40 zur Ausführung der Steuerfunktionen durch die bleibende Programmierung seines ROM dadurch einsatzfähig gemacht worden ist, daß ein vorbestimmter Satz von Steuerbefehlen implementiert wurde. Die Fig. 5 bis 11 enthalten Flußdiagramme, die die in dem Mikroprozessor implementierten Steuerroutinen veranschaulichen, um die von dem Tastenfeld 5 über das Interface 50 kommenden Eingabedaten entgegenzunehmen, zu speichern, zu verarbeiten und um Steuersignale zu erzeugen, die den Triac 3 in der Weise triggern, daß sich die für die jeweilige ausgewählte Leistungseinstellung erforderliche Stromimpulswiederholungsrate ergibt. Aufgrund dieser Diagramme kann leicht das Programm für die bleibende Speicherung in dem ROM des Mikroprozessors 40 geschrieben werden.

Steuerprogramm

Das Steuerprogramm besteht aus einer Folge von in den Flußdiagrammen nach Fig. 5 bis 11 veranschaulichten Routinen. Jede der Routinen wird mit Ausnahme der Netzeinschaltroutine einmal während jedes Steuerintervalles durchlaufen. Der Initialisierungsdurchlauf durch dieses Programm wird durch das Anschalten der Netzspannung an das Steuersystem gestartet, beispielsweise indem das Gerät in die Netzsteckdose eingesteckt wird. Es ist ersichtlich, daß, solange das Gerät eingesteckt ist, die Steuerschaltung ständig unabhängig von der ausgewählten Leistungseinstellung mit Strom versorgt ist. Nach dem Einstieg in die Netzeinschaltroutine pausiert das Programm, um auf das Auftreten des nächsten Null-Durchgangsimpulses der Netzspannung zu warten. Beim Erkennen eines Null-Durchgangssignales wird die Triggerentscheidung für den Triac an den Triactreiber 26 durch Setzen oder Rücksetzen des Ausgangsflipflops R 4 übermittelt, woraufhin dann das Programm in die Abfrageroutine zurückkehrt, um den nächsten Programmdurchlauf zu beginnen.

Eine Beschreibung jeder Routine ist im folgenden anhand des Flußdiagrammes gegeben.

Netzeinschaltroutine

Diese Routine setzt alle internen Flipflops sowie Timer zurück und normiert die Register, wenn die Netzspannung das erstemal eingeschaltet wird, beispielsweise, wenn das Kochgerät eingesteckt wird oder wenn die Spannung nach einer Unterbrechung der Netzstromversorgung wiederkehrt. Diese Routine läuft nur nach einer Wiederkehr der Netzversorgung erneut an.

Abfrageroutine - Fig. 6

Diese Routine, die üblicherweise zu Beginn jedes Steuerintervalles von der Leistungsausgangsroutine angeworfen wird, steuert die Dateneingabe von dem kapazitiven Interface 50, die Datenausgabe für das Anzeigeelement 44, auf dem die auszuführende Leistungseinstellung angezeigt wird.

Die Dateneingabe von dem Interface 50 wird durch die folgende Befehlssequenz erbracht. Zunächst wird die Tastenfeldabfrage durch Umschalten des Ausgangsflipflops R 0 nach logisch Eins (Block 100) zurückgesetzt. Hierdurch werden die internen Eingangspuffer des Interface 50 zurückgesetzt. Daraufhin wird die Tastenfeldabfrage durch Umschalten des Ausgangsflipflops R 0 nach logisch Null (Block 104) gesetzt. Dies ermöglicht die Datenübertragung der verschlüsselten Daten des C-Einganges an die Ausgänge Y 1-Y 4 des Interface 50. Schließlich werden die Daten auf diesen Leitungen gelesen und in die temporäre Speicherzelle KB (Blöcke 106-107) gebracht. Nachdem die Übernahme der Dateneingabe von dem Tastenfeld abgeschlossen ist, verzweigt das Programm in die Eingabedatenroutine. Während dieser Routine werden die Anzeigedaten, die der gerade in der permanenten Zelle PM gespeicherten Leistungseinstellung entsprechen, an die Anzeigeausgänge 00-07 (Block 102) übertragen.

Eingabedatenroutine - Fig. 7

Diese Routine bestimmt, ob die neu eingegebenen, von der Abfrageroutine entgegengenommenen und temporär bei KB gespeicherten Daten eine leere Eingabe, d. h. keine Tastenfeldeingabe, eine AUS-Einstellung, eine EIN-Einstellung oder eine Leistungseinstellung 1-7 repräsentieren.

Für den Fall, daß die neuen Daten eine leere Eingabe (Block 110) wiedergeben, bleibt der Inhalt der permanenten Zelle PM, die das gerade auszuführende Steuersignal enthält, unverändert und das Programm verzweigt in die Leistungssteuerroutine (Fig. 9).

Wenn die neuen Daten von KB eine AUS-Einstellung (Block 112) wiedergeben, werden sie nach PM (Block 114) übertragen, die "Weichstart"- und "Sofort EIN"-Flipflops und -Timer zurückgesetzt (Block 115) und das Programm verzweigt in die Leistungssteuerroutine (Fig. 9).

Wenn die neuen Eingabedaten eine EIN-Einstellung (Block 116) repräsentieren, wird eine zusätzliche Abfrage durchgeführt, um festzustellen, ob es notwendig ist, den "Weichstart"-Modus auszuführen. Das bei PM gespeicherte Steuerwort (Block 118) wird abgefragt, um festzustellen, ob die vorher eingegebene Einstellung eine AUS-Einstellung war. Wenn dies der Fall ist, wird die neu eingegebene und bei KB gespeicherte EIN-Einstellung nach PM umgespeichert (Block 120). Falls nicht, bleibt der Inhalt von PM unverändert und das Programm verzweigt in die Leistungssteuerroutine (Fig. 9). Der letzte Zustand zeigt an, daß die Einstellung entweder von EIN nach EIN oder von einer Leistungseinstellung 1-7 nach EIN geändert wurde, wobei dann jedoch die neue EIN-Eingabe ignoriert wird.

Wenn das neue Datum weder eine leere Eingabe noch eine AUS-, noch eine EIN-Eingabe repräsentiert, wie dies durch den NEIN-Ausgang an dem Block 116 angezeigt ist, muß die neue Information eine der Leistungseinstellungen 1-7 wiedergeben, womit es notwendig ist, das bei PM gespeicherte Signal zu prüfen und festzustellen, ob die vorher eingegebene Einstellung eine AUS-Eingabe war (Block 117). Bei erfüllter Bedingung bleibt der Inhalt von PM unverändert und das Programm verzweigt in die Leistungssteuerroutine (Fig. 9). Diese Bedingung zeigt an, daß ein Versuch gemacht wurde, von dem AUS-Zustand in eine Leistungseinstellung 1-7 umzuschalten, ohne zunächst eine EIN-Einstellung auszuwählen. In diesen Fällen wird die neue Leistungseinstellung ignoriert. Eine NEIN-Antwort bei Block 117 zeigt an, daß die vorhergehende Einstellung entweder eine EIN-Einstellung oder eine Leistungseinstellung 1-7 war, womit das Programm dann in die Eingabevergleichsroutine (Fig. 8) übergeht.

Eingabevergleichsroutine - Fig. 8

Diese Routine wird nur angesteuert, wenn die neue Eingabe eine Leistungseinstellung 1-7 enthält. Die Hauptaufgabe dieser Routine ist die Initialisierung des "Weichstart"-Modus und die Beendigung des "Sofort Ein"-Modus, wenn dies angebracht ist. Diese Funktion wird in der folgenden Weise erreicht. Block 122 überprüft PM nach einer EIN-Einstellung. Wenn PM eine EIN-Einstellung enthält, die anzeigt, daß die Leistungseinstellung von EIN nach einer der Leistungseinstellungen 1-7 umgeschaltet wurde, wird die dem "Weichstart"-Flipflop entsprechende Variable SSL gesetzt (Block 124). Die neu eingegebene und vorübergehend bei KB gespeicherte Leistungseinstellung wird nunmehr nach PM übertragen (Block 125) und das Programm verzweigt in die Leistungssteuerroutine.

Wenn festgestellt wurde, daß PM eine andere Einstellung als eine EIN-Einstellung enthält und somit ein Wechsel von einer auf eine andere Leistungseinstellung 1-7 angezeigt wird, ist es notwendig, zu prüfen, ob die neu eingegebene Leistungseinstellung kleiner als die gerade ausgeführte Leistungseinstellung ist. Es sei wiederum darauf hingewiesen, daß ein Merkmal des Steuerablaufes darin besteht, daß der "Sofort EIN"-Modus umgehend beendet wird, wenn eine neue Leistungseinstellung eingegeben wird, die kleiner als die alte Leistungseinstellung ist, obwohl der "Sofort EIN"-Modus noch in Ausführung begriffen ist. Wie in Tabelle I angegeben, entsprechen die Leistungseinstellungen 1-7 einem BCD-Code, der wiederum der dezimalen Einstellungsbezeichnung entspricht. Somit wird auf den bei PM und KB gespeicherten Signalen ein Größenvergleich durchgeführt (Block 126). Wenn das codierte Signal bei KB kleiner ist als dasjenige bei PM, ist die neue Leistungseinstellung kleiner und IOL sowie IOT werden zurückgesetzt (Blöcke 128 und 129). Wenn das bei KB gespeicherte Signal nicht kleiner ist als das von PM, bleiben IOL und IOT unverändert. In jedem Falle wird das neu eingegebene und zunächst bei KB gespeicherte Signal nach PM umgespeichert (Block 125). Das Programm geht dann in die Leistungssteuerroutine (Fig. 9).

Leistungssteuerroutine - Fig. 9

Die Hauptfunktionen der Leistungssteuerroutine sind das Weiterschalten des Hauptzählers bei jedem Steuerintervall und die Ausführung der "Weichstart" sowie der "Sofort EIN"-Routinen, wenn dies angezeigt ist. Nach dem Erhöhen des Hauptzählers (Block 150), der als Ringzähler arbeitet und immer wieder von 0-63 zählt, wird die SSL-Variable abgefragt (Block 152). Wenn die den Betrieb im "Weichstart"-Modus anzeigende SSL-Variable gesetzt ist, wird SST weitergeschaltet (Block 154) und ihr Wert mit einer mit Zeitende bezeichneten Bezugskonstanten mit dem Zweck verglichen, die Dauer des "Weichstart"-Modus (Block 156) zu begrenzen. Wenn der Wert der SST-Variablen den Bezugswert übersteigt, werden die SSL- und SST-Variablen zurückgesetzt sowie die IOL-Variable gesetzt (Blöcke 157-159). Bei Block 155 wird der Inhalt von MKB einem Register, das, wie weiter unten beschrieben ist, zur Ausführung des "Sofort EIN"-Modus verwendet wird, mit dem Inhalt von PM getauscht, um die Aktion von Block 147 der Leistungsvergleichsroutine (Fig. 10B) auszugleichen, die angesteuert wird, wenn IOL gesetzt ist. Das Programm verzweigt dann nach Block 141 der Leistungssteuerroutine und führt unabhängig von der bei PM gespeicherten, aktuellen Leistungseinstellung die Stromimpulswiederholungsrate für den "Weichstart"-Modus aus.

Wenn SSL nicht gesetzt ist, wird IOL abgefragt (Block 160). Wenn diese Variable gesetzt ist und somit der Betrieb im "Sofort EIN"-Modus angezeigt wird, wird das mit MKB bezeichnete Register mit dem Code für die höchste Leistungseinstellung geladen, der bei diesem Ausführungsbeispiel der BCD-Code für die Leistungseinstellung 7 ist (Block 161). IOT wird dann um 1 erhöht und abgefragt, um festzustellen, ob ihr Wert ein vorbestimmtes Maximum überschritten hat (Blöcke 162, 163). Wenn dies nicht der Fall ist, werden die Inhalte von MKB und PM ausgetauscht (Block 164), was bewirkt, das PM das der Leistungseinstellung 7 entsprechende Steuersignal anstelle der tatsächlichen Leistungseinstellung enthält, womit die zu dem "Sofort EIN"-Modus gehörende Stromimpulswiederholungsrate unabhängig von der tatsächlichen Leistungseinstellung ausgeführt wird.

Wenn die IOT-Variable einen maximalen Stand (MAXTIME) überschreitet, wird durch Rücksetzen von IOL und IOT der "Sofort EIN"-Modus beendet (Blöcke 165 und 166). Um etwa 8 1/2 sec zu erreichen, wird MAXTIME auf 1020 gesetzt. In jedem Falle geht das Programm dann in die Leistungsvergleichsroutine.

Leistungsvergleichsroutine - Fig. 10A und 10B

Diese Routine führt den Vergleich von PM und ZCM durch, um zu prüfen, ob das Ausgangsflipflop R 4 (Fig. 4) zu setzen ist, was zu einer Triggerung des Triacs 3 in den leitenden Zustand führt, oder ob das Ausgangsflipflop R 4 zurückzusetzen ist, was zu einem Sperren des Triacs 3 bei dem nächsten Null-Durchgang führt, um auf diese Weise die nötige Stromimpulswiederholungsrate richtig auszuführen. Die oben beschriebene Vergleichsfunktion ist bei diesem Ausführungsbeispiel wie folgt implementiert: PM wird zunächst auf PM = 7 abgefragt, was anzeigt, daß die Leistungseinstellung 7 ausgewählt wurde (Block 130). Falls die Bedingung erfüllt ist, wird die POL-Variable gesetzt (Block 138), Fig. 10B) und es ist kein weiterer Vergleich notwendig, da der Triac bei jedem Steuerintervall zu triggern ist. Falls die Bedingung nicht erfüllt ist, wird das erste niedrigstwertige Bit (LSB) von ZCM auf eine logische Null untersucht (Block 140). Falls dieses Bit nicht logisch Null ist, sind keine weiteren Vergleiche notwendig und Pol wird zurückgesetzt (Block 139, Fig. 10B). Wenn dieses Bit jedoch logisch Null ist, wird PM nach einer 6 abgefragt (Block 131), die die Auswahl der Leistungseinstellung 6 repäsentiert. Wenn PM = 6 ist, wird POL gesetzt. Das erste niedrigstwertige Bit ist bei jedem zweiten Zählschritt Null; folglich wird Block 140 bei jedem zweiten Zählschritt angesteuert. Demzufolge wird, wenn die Leistungseinstellung 6 ausgewählt ist, bei jedem zweiten Zählschritt eine Entscheidung zum Triggern getroffen, die die gewünschte Stromimpulswiederholungsrate von 1/2 erzeugt. Wenn der Inhalt von PM nicht = 6 ist, werden die ersten zwei niedrigstwertigen Bits von ZCM auf logisch Null geprüft (Block 141). Da dieser Entscheidungsblock nur erreicht wird, wenn die ersten niedrigstwertigen Bits in dem Zustand logisch Null vorgefunden werden, bestimmen die Ergebnisse, ob beide, das erste und das zweite niedrigswertige Bit logisch Null sind. Somit zeigt die JA-Bedingung dieses Blocks an, daß beide Bits logisch Null sind, was einmal alle vier Zählschritte auftritt. Wenn die Bedingung erfüllt ist und entweder die Leistungseinstellung 5 ausgewählt (Block 132) oder SSL gesetzt ist (Block 127), die den Betrieb im "Weichstart"-Modus anzeigt, wird POL gesetzt und somit die gewünschte Stromimpulswiederholungsrate von 1/4 erzeugt. Es ist ersichtlich, daß, wenn SSL gesetzt ist, das Programm von der Leistungssteuerroutine umittelbar nach Block 141 verzweigt und die Blöcke 130 und 131 überspringt. Wenn beide Bits logisch Null sind, jedoch weder SSL gesetzt, noch die Leistungseinstellung 5 ausgewählt ist, werden die ersten drei niedrigstwertigen Bits von ZCM auf logisch Null abgefragt, woraufhin, wenn eine logische Null gefunden ist, eine Abfrage nach PM = 4 folgt (Block 133). Wenn bei dem dritten niedrigstwertigen Bit keine logische Null gefunden wird, wird die Abfrage nach PM = 4 nicht ausgeführt. Dieses Abfragemuster wird solange fortgesetzt, bis zwischen der richtigen Anzahl von niedrigstwertigen Bits von ZCM in dem Zustand logisch Null und der bei PM vorgefundenen Leistungseinstellung eine Übereinstimmung gefunden wurde, die zu einer Triggerentscheidung führt, d. h. ein Setzen von POL und dem internen Flipflop, oder wenn keine Übereinstimmung gefunden wurde, die Entscheidung getroffen wird, nicht zu triggern, d. h. POL zurückzusetzen.

Nach Abschluß der Vergleiche und dem Setzen oder Rücksetzen von POL wird IOL geprüft (Block 146). Wenn diese Variable gesetzt ist, ist es notwendig, die Inhalte von MKB und PM wieder auszutauschen, um bei PM den ursprünglichen, der tatsächlichen Leistungseinstellung entsprechenden Wert wieder herzustellen, der vor dem Austausch vorlag, da der Austausch dazu verwendet wird, in der Leistungssteuerroutine den "Sofort EIN"-Modus auszuführen.

Das Programm verzweigt anschließend in die Leistungsausgangsroutine.

Leistungsausgangsroutine - Fig. 11

Die Funktion dieser Routine ist die Synchronisierung der Triactriggerung mit den Null-Durchgängen der Netzspannung. Beim Eintreten in diese Routine ist das Ausgangsflipflop R 4 (Fig. 4), das mit dem Triacgate in Verbindung steht, zurückgesetzt (Block 170). Das Flipflop R 0 ist auf logisch Eins gesetzt (Block 171) und für den ISR-Eingang des Interface 50 (Fig. 4) wird ein Signal mit logisch Eins erzeugt, um den F-Eingang von dem Null-Durchgangsdetektor 10 für den Eingang K 1 des Chip 40 miteinander zu verknüpfen. Das Steuerprogramm fragt nunmehr den Eingang K 1 ab und wartet auf den Empfang einer logischen Eins, die den Empfang eines Null-Durchgangsimpulses von dem Detektor 10 signalisiert (Blöcke 172 und 173). Beim Empfang des Null-Durchgangsimpulses wird R 0 nach logisch Null umgeschaltet und ISR zurückgesetzt (Block 174) sowie POL abgefragt (Block 175).

Wenn POL gesetzt ist, wird das Ausgangsflipflop R 4 ebenfalls gesetzt (Block 176) und somit wird über den Triactreiber 26 (Fig. 4) dem Triacgate eine Triggerspannung zugeführt. Wenn POL nicht gesetzt ist, bleibt das Ausgangsflipflop R 4 in dem zurückgesetzten Zustand und der Triac 3 wird nicht in den leitenden Zustand geschaltet. Das Programm fällt dann in die Abfrageroutine zurück und wiederholt den Zyklus.

Weiteres Ausführungsbeispiel

Aus Kostenüberlegung stellt ein Mikroprozessor das Hauptsteuerelement in der Steuerschaltung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles dar. Der durch das funktionale Blockdiagramm nach Fig. 3 und die Flußdiagramme nach den Fig. 5 bis 11 veranschaulichte Steuerablauf kann unter der Verwendung einer fest verdrahteten, digitalen logischen Schaltung ausgeführt werden, wobei Schaltungsbauelemente verwendet werden, die ohne weiteres auf dem Markt verfügbar sind.

Die Fig. 13 bis 16 und 18 veranschaulichen die logische Schaltung eines alternativen Ausführungsbeispieles unter der Verwendung einer fest verdrahteten logischen Schaltung anstelle eines Mikroprozessors. Bauelemente, die funktionell den bereits beschriebenen Bauelementen entsprechen, behalten dasselbe Bezugszeichen. Die veranschaulichten logischen Schaltungen weisen untereinander die allgemein in dem Blockdiagramm nach Fig. 3 dargestellten Schnittstellen auf.

Wie bei dem vorausgehenden Ausführungsbeispiel ist das Steuerintervall die Zeitspanne zwischen Vorderflanken aufeinanderfolgender Null-Durchgangsimpulse. Die logische Schaltung wird einmal während jedes Steuerintervalles abgearbeitet. Die Zeitsteuersignale zum Takten der Flipflops und Register werden für die Synchronisierung des Schaltungsbetriebes innerhalb des Steuerintervalles durch übliche Schaltungen erzeugt. Einzelheiten der Zeitsteuerschaltung sind nicht gezeigt, da diese spezielle Schaltung kein wesentlicher Bestandteil ist und derartige Schaltungen allgemein bekannt sind.

Bei der im folgenden beschriebenen logischen Schaltung ist die Interface-Schaltung aus Gründen der Klarheit weggelassen, da eine solche Schaltung wiederum konventionell und bekannt ist.

Zeitsteuerung

Bei dem Mikroprozessor-Ausführungsbeispiel ergibt sich die zeitliche Steuerung der logischen Ereignisse von der Natur her als Konsequenz der seriellen Arbeitsweise des Mikroprozessors. Jeder Befehl wird in einer Sequenz ausgeführt, wobei nur ein Befehl zu einem Zeitpunkt ausgeführt werden kann. Somit arbeitet der Mikroprozessor, wenn das Steuerintervall durch die Eingabe eines Null-Durchgangsimpulses in den Chip gestartet ist, schrittweise die in dem ROM gespeicherten Befehle ab. Die richtige Ausführungsreihenfolge der Befehle löst das Zeitsteuerproblem.

Bei dem Ausführungsbeispiel mit der fest verdrahteten Digital-Logik werden die Ergebnisse innerhalb jedes Steuerintervalles durch die Verwendung einer Zeitsteuerschaltung kontrolliert, die 6 Zeitsteuersignale von der Art abgibt, wie sie in dem Zeitsteuerdiagramm nach Fig. 7 gezeigt sind. Eine übliche Schaltung mit einem Zähler und einem Oszillator kann die Zeitsteuersignale gemäß dem Zeitsteuerdiagramm nach Fig. 17 in bekannter Weise erzeugen. Da Einzelheiten einer derartigen Schaltung nicht Bestandteil der beschriebenen Einrichtung sind, ist die Zeitsteuerschaltung nur bezüglich ihrer Ausgangssignale beschrieben.

Die Kurve ZCP nach Fig. 17 veranschaulicht das Ausgangssignal des Null-Durchgangsdetektors 10. Die Stromimpulswiederholungsrate dieses Null-Durchgangsimpulses beträgt 120 Impulse pro Sekunde. Die Signale TS 1-TS 6 werden zur Synchronisierung des Schaltungsbetriebes innerhalb jedes Steuerintervalles verwendet. TS 1 ist ein fallender, d. h. nach Minus gehender Impuls, der dem ISR-Eingang des kapazitiven Interface 50 (Fig. 13) zugeführt wird. Der fallende oder negative Impuls muß eine genügende zeitliche Dauer aufweisen, um lange genug auf einem niedrigen Potential zu verweilen, damit das Tastenfeld durch TS 2 abgefragt werden kann, das dem Tastenfeldeingang (Fig. 13) zugeführt wird, und damit die Ergebnisse dieser Abfrage in das Speicherregister 18(1) des Speichers 18 eingelesen werden können, der durch das TS 3-Signal freigegeben ist, das in seinen Freigabeeingang (Fig. 14) eingespeist wird. Das bedeutet, TS 1 muß sich mit TS 2 und TS 3 überlappen. TS 4 dient als Freigabesignal für das Register 18(2) des Speichers 18. Dieses Signal wird über ein UND-Gatter 30(2) der Testeinrichtung 30 (Fig. 13) an den Freigabeeingang des Registers 18(2) gelegt und über das Gatter geschaltet. Zum Aktualisieren der Ausgangssignale des "Weichstart"-Flipflops 32 und des "Sofort EIN"-Flipflops 36 (Fig. 18A) in Abhängigkeit von den neuen Abfrageergebnissen wird das Zeitsteuersignal TS 5 den Takteingängen dieser Flipflops zugeführt. Die Vergleichseinrichtung 16 aktualisiert dann ihr Ausgangssignal entsprechend der aktualisierten Flipflopinformation. Das Zeitsteuersignal TS 6 liefert einen Impuls an den Takteingang der Stromeinschaltflipflops 24 (POL, Fig. 18B), damit das Ausgangssignal dieses Flipflops freigegeben wird und es das aktualisierte Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 30 wiedergibt. Sobald POL 24 getaktet ist, wartet die Schaltung auf den nächsten Null-Durchgangsimpuls, der das nächste Steuerintervall startet. Das Ausgangssignal von POL 24 wird durch den Null-Durchgangsimpuls (Fig. 3) für den Gateanschluß 3(3) des Triacs 3 zeitlich gesteuert.

Steuersignalgenerator

Fig. 13 veranschaulicht die für die Implementierung der Funktionen des Steuersignalgenerators nach Fig. 3 verwendete Schaltung. Es wird wieder darauf hingewiesen, daß die Funktion des Steuersignalgenerators 20 darin besteht, ein 4-Bit-Digital-Signal zu erzeugen, daß der Leistungseinstellung entspricht, die durch die Betätigung einer Taste des Tastenfeldes 5 durch den Benutzer ausgewählt ist. Dies wird bei der Schaltung nach Fig. 3 durch die Verwendung derselben Grundschaltelemente erreicht, wie sie oben zusammen mit dem Mikroprozessorausführungsbeispiel beschrieben sind, nämlich einem kapazitiven Berührungstastenfeld 5, einem Widerstandsnetzwerk 48 sowie einem kapazitiven Interface 50. Der Unterschied besteht im wesentlichen nur darin, daß das Interface 50 zwar die Codierungs- und Priorisierungsfunktionen wie oben beschrieben ausführt, jedoch nicht, wie bei dem vorigen Ausführungsbeispiel, den Null-Durchgangsimpuls mit den Steuersignaldaten in Beziehung setzt. Die (nicht gezeigte) Zeitsteuerschaltung dient dazu, für das Tastenfeld 5 ein Zeitsteuersignal TS 2 und ein geeignetes Steuersignal TS 1 (Fig. 17) für den ISR-Eingang zu erzeugen, damit das Tastenfeld 5 einmal in jedem Steuerintervall abgefragt werden kann. Wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel zeigt die Tabelle I die Beziehung zwischen der Leistungseinstellung und dem codierten, von dem kapazitiven Interface 50 abgegebenen Digital-Signal.

Speicher

Fig. 14 zeigt die logische Schaltung zur Implementierung des Speichers 18 und der Testeinrichtung 30 nach Fig. 3. Bei diesem Ausführungsbeispiel enthält der Speicher 18 eine mit KB bezeichnete temporäre Speicherzelle 18(1) und eine mit PM bezeichnete permanente Speicherzelle 18(2). Es ist ersichtlich, daß KB bei jedem Steuerintervall aktualisiert wird, um die Ergebnisse jeder Tastenfeldabfrage zu speichern. PM wird jedoch nur aktualisiert, wenn eine betätigte Taste erkannt ist. Jede dieser Speicherzellen enthält im wesentlichen ein 4-Bit-Parallel-Ein/Parallel-Aus-Speicherregister, das unter der Bezeichnung SN74194 als integrierte Schaltung erhältlich ist.

Das Register 18(1) empfängt und speichert das Steuersignal von dem Steuersignalgenerator 20. Das Steuersignal wird durch das Zeitsteuersignal TS 3 nach dem Zeitsteuerdiagramm von Fig. 17 in das Register 18(1) eingelesen. Das Ausgangssignal des Registers 18(1) wird durch die Testeinrichtung in der unten beschriebenen Weise überprüft. Wenn entsprechende Bedingungen erfüllt sind, gibt ein Ausgangssignal der Testeinrichtung 30 das Register 18(2) dadurch frei, daß es einen Impuls zu dem Freigabeeingang (E) des Registers 18(2) sendet, so daß das Umspeichern des codierten Steuersignales von dem Register 18(1) in das Register 18(2) freigegeben wird. Hierdurch bleibt der Inhalt des Registers 18(1) unverändert.

Testeinrichtung

Die Testeinrichtung 30 ermöglicht es, daß das neue, temporär in dem Register (18(1) gespeicherte Signal nur dann in das Register (18)(2) umgespeichert werden kann, wenn (1) das neue gespeicherte Signal eine AUS-Einstellung ist; oder (2) das neue Signal eine EIN-Einstellung ist und das alte in dem Register 18(2) gespeicherte Signal eine AUS-Einstellung; oder (3) das neue Signal eine der Leistungseinstellungen 1-7, während das alte Signal keine AUS-Einstellung ist. Zusätzlich setzt die Testeinrichtung 30 SSL 32 und IOL 36 zurück, wenn in dem Register 18(2) eine AUS-Eingabe gespeichert ist. Aufgrund der Bedingung (1) wird eine AUS-Einstellung immer in das Register 18(2) übertragen; die Bedingung (2) stellt sicher, daß eine EIN-Einstellung vor einer der Leistungseinstellungen 1-7 ausgewählt werden muß, wenn, ausgehend von einer AUS-Einstellung, umgeschaltet wird und die Bedingung (2) stellt ferner sicher, daß eine EIN-Einstellung ignoriert wird, wenn das alte Signal eine der Leistungseinstellungen von 1-7 ist; schließlich gestattet die Bedingung (3) den Wechsel von einer auf eine andere Leistungseinstellung 1-7. Es ist ersichtlich, daß eine leere Eingabe, die einer Bedingung entspricht, in der keine Taste betätigbar ist, von der Natur her dadurch ausgeschlossen ist, daß die Freigabe des Registers 18(2) nur, wie beschrieben, unter den Bedingungen (1), (2) oder (3) gestattet ist.

Die Testeinrichtung 30 dieses Ausführungsbeispieles ist anhand des Logikdiagrammes nach Fig. 14 beschrieben. Der Ausgang eines UND-Gatters 30(1) liegt an dem Freigabeeingang des Registers 18(2). Wenn das Ausgangssignal des UND-Gatters 30(1) logisch Eins ist, wird das in dem Register 18(1) enthaltene Signal in das Register 18(2) übernommen. Das UND-Gatter 30(1) dient der Synchronisierung der Freigabe des Registers 18(2) mit dem Zeitsteuersignal TS 4 (Fig. 17), indem dieses Signal mit dem Ausgangssignal eines ODER-Gatters 30(2) logisch UND-verknüpft wird, wobei das Ausgangssignal des ODER-Gatters 30(1) in dem Zustand logisch Eins ist, wenn eine der Bedingungen (1), (2) oder (3) erfüllt ist. Das Vorliegen eines AUS-Signales (1000) in dem Register 18(1) wird durch ein UND-Gatter 30(3) erkannt, dessen Eingangssignale die vier Ausgangssignale des Registers 18(1) sind. Die Eingänge des Gatters 30(3), die den drei letzten niedrigwertigsten Bits des Signales aus dem Register 18(1) entsprechen, sind invertiert. Somit ist das Ausgangssignal des UND-Gatter 30(3) logisch Eins, wenn ein AUS-Signal, das durch das Signal (1000) wiedergegeben ist, in dem Register 18(1) gespeichert ist. Das Ausgangssignal des Gatters 30(3) liegt über Gatter 30(2) und 30(1) an dem Freigabeeingang des Registers 18(2).

Das Vorhandensein eines EIN-Signales in dem Register 18(1) wird durch ein UND-Gatter 30(4) erkannt, dessen Eingänge mit den Ausgängen des Registers 18(1) verbunden sind. Diejenigen Eingangsanschlüsse des Gatters 30(4), die dem zweiten und dem dritten niedrigstwertigen Bit des Signales aus dem Register 18(1) entspricht, sind invertiert. Folglich ist das Ausgangssignal des Gatters 30(4) logisch Eins, wenn ein EIN-Signal (1001) in dem Register 18(1) gespeichert ist. Das Ausgangssignal des Gatters 30(4) liegt über Gatter 30(6), 30(2) und 30(1) an dem Freigabeeingang des Registers 18(2). Ein AUS-Signal in dem Register 18(2) wird durch ein UND-Gatter 30(5) festgestellt, dessen Eingänge an den vier Ausgängen des Registers 18(2) liegen. Hierbei sind diejenigen Eingänge des Gatters 30(5) invertiert, die den drei niedrigstwertigen Bits des Registers 18(2) entsprechen. Somit ist das Ausgangssignal des Gatters 30(5) logisch Eins, wenn ein Ausgangssignal (1000) in dem Register 18(2) gespeichert ist. Das UND-Gatter 30(6) verknüpft das Ausgangssignal des Gatters 30(4) mit dem Ausgangssignal des Gatters 30(5). Somit ist das Ausgangssignal des Gatters 30(6) gleich logisch Eins, wenn das neue Signal in dem Register 18(1) ein EIN-Signal und das in dem Register 18(2) gespeicherte, alte Signal ein AUS-Signal ist. Das Ausgangssignal des Gatters 30(6) liegt über die Gatter 30(2) und 30(1) an dem Freigabeeingang des Registers 18(2).

Das Vorhandensein eines Signales in dem Register 18(1), das einer der Leistungseinstellungen 1-7 entspricht, wird durch Gatter 30(7) und 30(8) erkannt. Ein ODER-Gatter 30(7) liegt mit seinen Eingängen an den den drei niedrigstwertigen Bits entsprechenden Ausgängen des Registers 18(1). Hieraus folgt, daß das Ausgangssignal des Gatters 30(7) für jedes Signal in dem Register 18(1), das keine binäre Null darstellt, logisch Eins ist. Das UND-Gatter 30(8) verknüpft das Ausgangssignal des ODER-Gatters 30(7) mit einem invertierten, dem höchstwertigen Bit des Registers 18(1) entsprechenden Eingangssignal. Wie in Tabelle I gezeigt, ist das höchstwertige Bit für die Einstellungen EIN und AUS gleich logisch Eins und für die Leistungseinstellungen 1-7 logisch Null. Demzufolge ist das Ausgangssignal des Gatters 30(8) logisch Eins, wenn das Signal in dem Register 18(1) eine der Leistungseinstellungen zwischen 1 und 7 entspricht, während es sonst logisch Null ist. Das UND-Gatter 30(9) verknüpft das Ausgangssignal des Gatters 30(8) mit dem invertierten Ausgangssignal des Gatters 30(5). Als Folge hiervon ist das Ausgangssignal des Gatters 30(9) gleich logisch Eins, wenn das Ausgangssignal des Gatters 30(8) logisch Eins und das Ausgangssignal des Gatters 30(5) logisch Null ist, womit angezeigt ist, daß das in dem Register 18(1) enthaltene Signal einer der Leistungseinstellungen 1-7 entspricht und das in dem Register 18(2) gespeicherte Signal keine AUS-Einstellung wiedergibt. Das Ausgangssignal des Gatters 30(9) liegt über die Gatter 30(2) und 30(1) an dem Freigabeeingang des Registers 18(2).

Die Testeinrichtung 30 setzt SSL 32 (Fig. 18A) zurück, wenn (a) das Register 18(1) ein einer Leistungseinstellung 1-7 entsprechendes Signal enthält und (b) in dem Register 18(2) ein EIN-Signal gespeichert ist. Die Bedingung (a) wird durch eine logische Eins an dem Ausgang des UND-Gatters 30(8) erkannt, wie dies oben beschrieben ist.

Die Bedingung (b) wird durch ein UND-Gatter 30(10) festgestellt, dessen Eingänge an den Ausgängen des Registers 18(2) liegen, wobei die dem zweiten und dem dritten niedrigstwertigen Bit entsprechenden Eingangsleistungen invertiert sind, so daß das Ausgangssignal des Gatters 30(10) nur dann logisch Eins ist, wenn das in dem Register 18(2) gespeicherte Signal ein EIN-Signal (1001) ist. Die Ausgangssignale der Gatter 30(8) und 30(10) sind durch ein UND-Gatter 30(11) miteinander logisch UND-verknüpft. Der mit 30 (a) bezeichnete Ausgang des UND-Gatters 30(11) ist mit dem Setzeingang von SSL 32 (Fig. 18A) verbunden. Somit wird SSL 32 zum Setzen eine logische Eins zugeführt, wenn die obigen Bedingungen (a) und (b) erfüllt sind.

Wenn das in dem Register 18(1) gespeicherte Signal einer kleineren Leistungseinstellung entspricht als das durch das im Register 18(2) wiedergegebene Signal, setzt die Testeinrichtung 30 IOL 36 (Fig. 18A) zurück. Dies wird durch einen Komparator 30(12) erreicht, der einen Größenvergleich der Inhalte der beiden Register 18(1) und 18(2) durchführt.

Bei der Schaltung nach Fig. 14 wird diese Funktion durch den Komparator 30(12), UND-Gatter 30(5), 30(8) sowie Gatter 30(13)-30(15) erbracht. Der Komparator 30(12), der ein gebräuchlicher 4-Bit-Komparator mit der Typenbezeichnung SN 7485 ist, führt ständig einen Inhaltsvergleich der Register 18(1) und 18(2) aus. Wenn der Wert des Inhalts des Registers 18(1) kleiner als der Wert des Inhalts des Registers 18(2) ist, was immer dann geschieht, wenn die neu eingegebene Leistungseinstellung kleiner als die vorher eingegebene Leistungseinstellung ist, ist das Ausgangssignal des Komparators 30(12) logisch Eins. Dieses Ausgangssignal liegt an dem UND-Gatter 30(15), das dieses Ausgangssignal mit den Ausgangssignalen der UND-Gatter 30(8) und 30(14) miteinander UND-verknüpft. Wie gerade beschrieben, ist das Ausgangssignal des UND-Gatters 30(8) logisch Eins, wenn der Inhalt des Registers 18(1) einer der Leistungseinstellungen 1-7 entspricht. Das Ausgangssignal des UND-Gatters 30(14), das das invertierte höchstwertige Bit des Registers 18(2) mit dem Ausgangssignal des ODER-Gatters 30(13) verknüpft, ist entsprechend logisch Eins, wenn das Register 18(2) ein Signal enthält, das einer der Leistungseinstellungen 1-7 entspricht, wobei durch das ODER-Gatter 30(13) die drei niedrigstwertigen Bits des Registers 18(2) miteinander verknüpft werden. Folglich schaltet das Gatter 30(15) die Ergebnisse des Vergleiches über das ODER-Gatter 30(16) für den Rücksetzeingang von IOL 36 (Fig. 5) durch, immer wenn die Register 18(1) und 18(2) einen einer Leistungseinstellung 1-7 entsprechenden Code enthalten. Wenn die obige Bedingung erfüllt ist und die in dem Register 18(1) enthaltene Leistungseinstellung 1-7 kleiner ist als die des Registers 18(2), ist das Ausgangssignal des Gatters 30(15) und folglich das mit 30 (c) bezeichnete Ausgangssignal des Gatters 30(16) logisch Eins, was zu einem Rücksetzen von IOL 36 führt.

Das Ausgangssignal des Gatters 30(5) liegt außerdem über das ODER-Gatter 30(16) an dem Rücksetzeingang von IOL 36. Demzufolge ist IOL 36 in ähnlicher Weise zurückgesetzt, wenn in dem Register 18(2) eine AUS-Einstellung (1000) gespeichert ist.

Schließlich wird das mit 30 (b) bezeichnete Ausgangssignal des Gatters 30(5) unmittelbar in den Rücksetzeingang von SSL 32 eingespeist. Hieraus folgt, daß SSL 32 zurückgesetzt wird, wenn in dem Register 30(2) ein AUS-Signal gespeichert ist.

Hauptzähler

Der Hauptzähler 14 nach Fig. 3 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als 8-Bit-Ringzähler ausgeführt, der die von dem Null-Durchgangsdetektor 10 (Fig. 3) erzeugten Null-Durchgangsimpulse zählt. Der 8-Bit-Hauptzähler 14 wird durch Hintereinanderschalten zweier 4-Bit-Binärzähler gebildet, wie dies in Fig. 15 dargestellt ist. Die Ausgänge (A-D) des Zählers 14(1) ergeben das erste bis vierte niedrigstwertige Bit des Hauptzählers 14, während die Ausgänge (E-F) des Zählers 14(2) das fünfte und sechste niedrigstwertige Bit erzeugen. Das Ausgangssignal des Null-Durchgangsdetektors 10 wird in den Takteingang des Zählers 14(1) eingeschleift. Die unten beschriebene Vergleichseinrichtung 16 empfängt die den ersten sechs niedrigstwertigen Bits des Zählerstandes entsprechenden Ausgangssignale 14 A-14 F. Die Zähler 14(1) und 14(2) sind unter der Typenbezeichnung SN 7493 erhältliche integrierte Schaltungen.

Vergleichseinrichtung

Wie in Fig. 16 veranschaulicht, enthält die Vergleichseinrichtung 16 bei diesem Ausführungsbeispiel im wesentlichen ein Netzwerk logischer Gatter 16(4)(a)-16(4)(f), die als Zählgatter bezeichnet sind und in Abhängigkeit von den ersten sechs niedrigstwertigen Bits des Ausgangssignales des Hauptzählers 14 arbeiten; ein üblicher BCD-Dezimaldecoder 16(1) mit vier Eingangs- und zehn Ausgangsleitungen arbeitet abhängig von dem Ausgangssignal des Registers 18(2) des Speichers 18; und schließlich ist ein Netzwerk aus als Vergleichsgatter bezeichneten logischen Gattern 16(2)(a)-16(2)(f) vorgesehen, die in Abhängigkeit der Ausgangssignale der Zählgatter und des Decoders arbeiten. Die Ausgangssignale der Vergleichsgatter 16(2)(a)-16(2)(f) werden über logische Gatter 16(5)-16(7) in POL 24 (Fig. 3) eingespeist. Logische Gatter 16(8) und 16(9) koppeln die Ausgangssignale von SSL 34 und IOL 36 (Fig. 3) in noch zu beschreibender Weise in die Vergleichseinrichtung ein.

Vor der ausführlichen Beschreibung der Schaltung nach Fig. 16 ist es zweckmäßig, die Funktion der Vergleichseinrichtung des Steuersystems nach Fig. 3 und die Art und Weise, in der die Funktion erbracht wird, nochmals kurz zu erläutern. Die Funktion der Vergleichseinrichtung 16 nach Fig. 3 besteht in der Feststellung, ob während des laufenden Steuerintervalles der Triac 3 (Fig. 1, 3) in dem nächsten Steuerintervall in den leitenden Zustand umgeschaltet werden soll oder nicht. Aus Fig. 3 kann entnommen werden, daß das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 16 über POL 24, das UND-Gatter 28 und den Triactreiber 26 an dem Gateanschluß des Triacs 3 liegt. Wenn das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 16 gleich logisch Eins ist, ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel POL 24 gesetzt (das Ausgangssignal von POL 24 ist gleich logisch Eins, wenn das Flipflop gesetzt ist). Beim Auftreten des nächsten Null-Durchganges der Netzspannung wird von dem Null-Durchgangsdetektor ein Null-Durchgangsimpuls erzeugt, der mit Hilfe des UND-Gatters 28 mit dem Ausgangssignal von POL 24 verknüpft wird und bewirkt, daß das Ausgangssignal des UND-Gatters 28 gleich logisch Eins wird. Wenn dieses Ausgangssignal des UND-Gatters 28, das logisch Eins ist, über den Triactreiber 26 verstärkt und dem Gateanschluß des Triacs 3 zugeführt wird, wird dieser in den leitenden Zustand geschaltet. Wenn hingegen das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 16 logisch Null ist, wird POL 24 zurückgesetzt (das Ausgangssignal ist dann logisch Null), womit das Ausgangssignal des UND-Gatters 28 ebenfalls logisch Null ist. Folglich wird dem Gateanschluß des Triacs 3 kein Triggersignal zugeführt und dieser wird beim Auftreten des nächsten Null-Durchgangs der Netzspannung in den nichtleitenden Zustand überführt. Hieraus ergibt sich, daß die Rate, mit der das Ausführungssignal der Vergleichseinrichtung 16 nach logisch Eins umschaltet, die Stromimpulswiederholungsrate bestimmt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel, ebenso wie bei dem vorhergehenden, ermöglicht es die Vergleichseinrichtung 16, daß eine Stromimpulswi 24949 00070 552 001000280000000200012000285912483800040 0002003003452 00004 24830ederholungsrate von 1/2 ⁿ durch Triggerung des Triacs 3 ausgeführt wird, wenn die ersten n-niedrigstwertigen Bits des Haupttaktes 14 alle gleich logisch Null sind. Beispielsweise erfordert die Leistungseinstellung 4 eine Stromimpulswiederholungsrate von 1/8 oder 1/2 ⁿ mit n = 3. Die gewünschte Stromimpulswiederholungsrate von 1/8 wird dadurch erreicht, daß der Triac 3 immer dann getriggert wird, wenn die ersten drei niedrigstwertigen Bits des Haupttaktes 14 logisch Null sind, was einmal alle acht Zählschritte auftritt.

Bei der Schaltung nach Fig. 16 stellt der Decoder 16(1) die auszuführende Leistungseinstellung fest; die Zählgatter 16(4)(a)-16(4)(f) geben an, wieviele der niedrigstwertigen Bits bei jedem Zählerstand des Hauptzählers 14 Null sind; und schließlich bestimmen die Vergleichsgatter 16(2)(a)-16(2)(f), ob die Verknüpfung der Leistungseinstellung und der niedrigstwertigen Bits des betreffenden Zählerstandes ein Umschalten des Triacs 3 (Fig. 3) in den leitenden Zustand erfordern.

Durch die Decodierung des Ausgangssignales des Registers 18(2) von Speicher 18 (Fig. 13) identifiziert der Decoder 16(1) die Leistungseinstellung. Wie bereits gesagt, speichert das Register 18(2) ein der auszuführenden Leistungseinstellung entsprechendes BCD-Signal. Bei dem Decoder 16(1) ist jeweils eine Ausgangsleitung eindeutig einer der Leistungseinstellungen 1-7 zugeordnet. Die Ausgangsleitungen 1-7 entsprechen den Leistungseinstellungen 1-7 (bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Leitungen 0, 8 und 9 nicht verwendet). Die Leistungseinstellung 1-7, die durch das codierte Eingangssignal des Decoders 16(1) dargestellt ist, wird durch eine logische Null auf der zugehörigen Decoderausgangsleitung 1-7 gekennzeichnet. Alle übrigen Ausgangsleitungen 1-7 sind logisch Eins. Wenn das codierte Eingangssignal beispielsweise der Leistungseinstellung 3 entspricht, ist das Ausgangssignal des Decoders 16(1) an seinem Anschluß 3 gleich logisch Null, während die Ausgangssignale an den übrigen Anschlüssen alle logisch Null sind. Somit identifiziert derjenige Ausgangsanschluß des Decoders 16(1), dessen Zustand logisch Null ist, die in dem Register 18(2) jeweils gespeicherte Leistungseinstellung 1-7. Der Decoder 16(1) ist ein üblicher BCD-Dezimaldecoder mit vier Ein- und zehn Ausgängen, der unter der Typenbezeichnung SN 7442 ohne weiteres erhältlich ist.

Der Inhalt des Hauptzählers 14 wird in der folgenden Weise durch die Zählgatter 14(4)(a)-14(4)(f) verarbeitet. Das Eingangssignal auf den Leitungen 14 (a)-14 (f), die von dem Hauptzähler 14 kommen, führen die ersten sechs niedrigstwertigen Bits des Zählerstandes. Das Gatter 16(4)(a) ist ein Inverter, dessen Ausgangssignal logisch Eins ist, wenn das niedrigstwertige Bit logisch Null ist. Das Ausgangssignal des Inverters 16(4)(a) wird mit Hilfe des UND-Gatters 16(4)(b) mit dem invertierten Eingangssignal von der Leitung 14 (b) derart verknüpft, daß das Ausgangssignal des UND-Gatters 16(4)(b) nur dann logisch Eins ist, wenn die ersten zwei niedrigstwertigen Bits logisch Null sind. In ähnlicher Weise ist das Ausgangssignal des UND-Gatters 16(4)(b) mit dem invertierten Eingangssignal auf der Leitung 14 (c) mit Hilfe des UND-Gatters 16(4)(c) verknüpft und bewirkt, daß das Ausgangssignal des UND-Gatters 16(4)(c) nur dann logisch Eins ist, wenn die ersten drei niedrigstwertigen Bits logisch Null sind. Dieses Muster wiederholt sich für die Gatter 16(4)(d)-16(4)(f).

Die Vergleichsgatter 16(2)(a)-16(2)(f) werden dazu verwendet, die einzelnen Ausgangssignale der Zählgatter 16(4)(a)-16(4)(f) mit den invertierten Ausgangssignalen 6-1 des Decoders 16(1) zu verknüpfen, d. h. das UND-Gatter 16(2)(a) verknüpft das Ausgangssignal des Gatters 16(4)(a) mit dem invertierten Ausgangssignal von Anschluß 6 des Decoders 16(1); das UND-Gatter 16(2)(b) verknüpft das Ausgangssignal des Gatters 16(4)(b) mit dem invertierten Ausgangssignal von Anschluß 5 des Decoders 16(1) usw. Jedes der UND-Gatter 16(2)(a)-16(2)(f) kann als eindeutig derjenigen speziellen Leistungseinstellung 1-7 zugeordnet betrachtet werden, die durch das Ausgangssignal von dem Decoder 16(1) repräsentiert ist. Höchstens eines der Ausgangssignale der UND-Gatter 16(2)(a)-16(2) (f) kann während eines Steuerintervalles logisch Eins sein, wobei das Ausgangssignal dieser Gatter 16(2)(a)-16(2) (f) nur dann logisch Eins ist, wenn das zu dieser Leistungseinstellung gehörige Muster der niedrigstwertigen Bits auftritt, dem das jeweilige, vergleichende UND-Gatter 16(2)(a)-16(2)(f) zugeordnet ist. Wenn beispielsweise die Leistungseinstellung 3 ausgeführt werden soll, ist das Ausgangssignal an Anschluß 3 des Decoders 16(1) logisch Null, während die Ausgangssignale an seinen übrigen Ausgängen logisch Eins sind. Folglich ist das Ausgangssignal des Decoders 16(1) hinter dem invertierten Eingang des Gatters 16(2)(d) logisch Eins, während die invertierten Eingangssignale der übrigen, den Vergleich durchführenden UND-Gatter 16(2)(a)-16(2)(c) logisch Null sind. Daraus ergibt sich, daß die Ausgangssignale aller anderen Vergleichsgatter 16(2)(a)-16(2)(c) als dem Vergleichsgatter 16(2)(d), unabhängig von dem Zählerstand, logisch Null bleiben. Das Ausgangssignal des Gatters 16(2)(d) wird jedoch nur dann logisch Eins, wenn die ersten vier niedrigstwertigen Bits des Hauptzählers 14 logisch Null sind, wobei dies durch eine logische Eins an dem Ausgang des Gatters 16(4)(d) angezeigt wird. Als Folge hiervon ist bei der Leistungseinstellung 3 das Ausgangssignal des Gatters 16(2)(d) einmal alle 16 Zählerschritte logisch Eins.

Das ODER-Gatter 16(5) verknüpft die Ausgangssignale der Gatter 16(2)(a)-16(2)(f) miteinander und dementsprechend in sein Ausgangssignal immer logisch Eins, wenn das Ausgangssignal eines der Gatter 16(2)(a)-16(2)(f) logisch Eins ist. Es ist an dieser Stelle ersichtlich, daß insoweit die Beschreibung dieser Schaltung auf die Ausführung der Leistungseinstellungen 1-6 beschränkt ist. Zu der Leistungseinstellung 7 gehört eine Stromimpulswiederholungsrate von 1/1. Demgemäß muß das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 16 beim Arbeiten im stationären Zustand bei der Leistungseinstellung 7 bei jedem Zählschritt logisch Eins sein. Dies wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch den Anschluß des Ausganges 7 des Decoders 16(1) an das ODER-Gatter 16(5) über das ODER-Gatter 16(9) erreicht. Das Ausgangssignal des ODER-Gatters 16(9) wird immer, wenn eine logische Null an seinem invertierten Eingang erscheint, logisch Eins. Folglich wird das Ausgangssignal des ODER-Gatters 16(5) immer dann logisch Eins, wenn die Leistungseinstellung 7 auszuführen ist.

Im folgenden ist die Implementierung des "Weichstart"- und des "Sofort EIN"-Modus in die Vergleichseinrichtung 16 beschrieben. Wie bereits ausgeführt ist, soll in dem "Weichstart"-Modus, wenn SSL 32 gesetzt ist, eine vorbestimmte Stromimpulswiederholungsrate unabhängig von der ausgewählten Leistungseinstellung ausgeführt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel, ebenso wie bei dem Mikroprozessor gesteuerten Ausführungsbeispiel, wird die der Leistungseinstellung 5 entsprechende Stromimpulswiederholungsrate von 1/4 ausgeführt, wenn der "Weichstart"-Modus abläuft.

Das mit 32 (a) bezeichnete Eingangssignal für die Vergleichseinrichtung 16, das von SSL 32 herkommt (Fig. 18A), ist logisch Eins, wenn dieses Flipflop gesetzt ist und logisch Null, wenn das Flipflop zurückgesetzt ist. Folglich ist das Ausgangssignal des ODER-Gatters 16(8), das das invertierte Ausgangssignal von SSL 32 mit dem Ausgangssignal am Anschluß 5 des Decoders 16(1) verknüpft, logisch Null, wenn entweder SSL 32 gesetzt oder wenn die Leistungseinstellung 5 ausgewählt ist. Demgemäß ist das Ausgangssignal des zu der Leistungseinstellung 5 gehörigen Gatters 16(2)(a) logisch Eins, wenn die ersten zwei niedrigstwertigen Bits Null sind und entweder SSL 32 gesetzt oder die Leistungseinstellung 5 auszuführen ist.

Um im "Weichstart"-Modus die tatsächlichen Leistungseinstellung 1-7 zu unterdrücken, verknüpft das UND-Gatter 16(6) das Ausgangssignal des Gatters 16(5) mit dem invertierten Ausgangssignal von SSL 32. Hieraus ergibt sich, daß, wenn SSL 32 gesetzt ist, das Ausgangssignal des Gatters 16(6) unabhängig von dem Ausgangssignal des Gatters 16(5) logisch Null ist. Die Folge davon ist, daß für die Ankopplung des Ausgangssignales des Gatters 16(2)(b) an den Ausgang der Vergleichseinrichtung 16 über das ODER-Gatter 16(7) ein alternativer Signalweg erzeugt ist.

Wie bereits gesagt, wird beim Betrieb im "Sofort EIN"-Modus eine der Leistungseinstellung 7 entsprechende Stromimpulswiederholungsrate von 1/1 unabhängig von der tatsächlich ausgewählten Leistungseinstellung ausgeführt. Dies wird bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel wie folgt erreicht. Das mit 36 (a) bezeichnete Ausgangssignal von IOL 36 ist logisch Eins, wenn dieses Flipflop gesetzt ist und logisch Null, wenn es zurückgesetzt ist. Das Ausgangssignal von IOL 36 wird mit dem invertierten Ausgangssignal von Leitung 7 des Decoders 16(1) verknüpft, wobei dieser Ausgang des Decoders 16(1) der Leistungseinstellung 7 entspricht. Folglich ist das Ausgangssignal des Gatters 16(9) und dementsprechend das Ausgangssignal des Gatters 16(5) logisch Eins, wenn entweder IOL 36 gesetzt ist oder die Leistungseinstellung 7 ausgeführt werden soll.

Flipflops und Timer

Wie bereits beschrieben, werden zur Initialisierung, zeitlichen Bestimmung und Beendigung des "Weichstart"- und des "Sofort EIN"-Modus Flipflops und Timer verwendet. Zusätzlich wird POL 24 verwendet, um das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 16 zu speichern und dieses Ausgangssignal an den Gateanschluß des Triacs 3 (Fig. 3) anzulegen.

Fig. 18A zeigt denjenigen Teil der Steuerschaltung, der bei diesem Ausführungsbeispiel SSL 32, SST 34, IOL 36 und IOT 38 enthält. SSL 32 und IOL 36 sind gebräuchliche J-K-Flipflops, die unter der Bezeichnung SN 7470 als integrierte Schaltungen erhältlich sind.

Wie in den Fig. 14, 16 und 18A gezeigt, liegt der J-Eingang von SSL 32 an dem Ausgang 30 (a) des Gatters 30(8) der Testeinrichtung 30. Der Q-Ausgang des Gatters 16(8) der Vergleichseinrichtung 16. Ferner liegt der Q-Ausgang an SST 34.

Wenn beim Betrieb die Testeinrichtung 30 feststellt, daß die Ausführung des "Weichstart"-Modus erforderlich ist, erscheint an dem Ausgang des Gatters 30(8) der Testeinrichtung 30 (Fig. 13) eine logische Eins. Der Q-Ausgang von SSL 32 schaltet in der Folge dann auf eine logische Eins um, wenn SSL 32 durch das Zeitsteuersignal TS 5 (Fig. 17) getaktet wird, wobei das Ausgangssignal solange logisch Eins bleibt, bis über den K-Eingang von SSL 32 eine logische Eins durchgetaktet wird. Beim Zurücksetzen schaltet der Ausgang von SSL 32 auf logisch Null um und bleibt logisch Null, bis der "Weichstart"-Modus nachfolgend wieder benötigt wird.

SST 34 steuert die Dauer des Betriebes im "Weichstart"-Modus, indem er eine vorbestimmte Anzahl von Null-Durchgangsimpulsen zählt, wenn er durch den gesetzten Zustand von SSL 32 freigegeben ist, und sowohl sich als auch SSL 32 anschließend zurücksetzt. Bei dem Ausführungsbeispiel ist eine Zeitspanne von etwa 1 sec erforderlich. Diese Zeitspanne wird durch Hintereinanderschaltung zweier 4-Bit-Zähler 34(1) und 34(2) erreicht, die als 8-Bit-Zähler arbeiten, wobei ein Ausgang 34(3), der dem höchstwertigen Bit des Zählerstandes entspricht, verwendet wird, um SSL 32 und die Zähler 34(1) und 34(2) zurückzusetzen. Bei dem 128. Zählschritt erscheint eine logische Eins an dem Ausgang 34(3) und bewirkt, daß über die UND-Gatter 32(1) und 34(5) die Zähler 34(1) und 34(2) sowie SSL 32 beim Auftreten des nächsten Zeitsteuersignales TS 5 zurückgesetzt werden. Die Frequenz der Null-Durchgangsimpulse beträgt 120 Hz. Somit nähert das Zählen von 128 Impulsen in ausreichender Weise die gewünschte 1-sec-Zeitspanne an.

Die Zählung der Null-Durchgangsimpulse durch die Zähler 34(1) und 34(2) von SST 34 wird durch das Ausgangssignal von SSL 32 freigegeben, das mit Hilfe eines UND-Gatters 34(4) mit dem Ausgangssignal des Null-Durchgangsdetektors 10 (Fig. 3) logisch UND-verknüpft wird. Folglich werden die Null-Durchgangsimpulse über das Gatter 34(4) zu dem Takteingang des Zählers 34(1) durchgeschaltet, wenn SSL 32 gesetzt ist, während sie gesperrt werden, wenn SSL 32 zurückgesetzt ist.

Beim Auftreten eines der folgenden Ereignisse werden SSL 32 und die Zähler 34(1) sowie 34(2) von SST 34 zurückgesetzt: Das Zählen einer vorbestimmten Anzahl von Zählschritten oder die Eingabe einer AUS-Einstellung in das Register 18(2) (Fig. 14). Das ODER-Gatter 32(1) verbindet für den K-Eingang von SSL 32 das Ausgangssignal 30 (b) der Testeinrichtung 30 mit dem Ausgangssignal auf der Leitung 34(3), die dem höchstwertigen Bit des Zählers 34(2) entspricht. Folglich führt entweder eine logische Eins an dem Ausgang 30 (b), die die Eingabe einer AUS-Einstellung anzeigt, oder eine logische Eins an dem Ausgangsanschluß 34(3), die das Auftreten des 129. Zählschrittes anzeigt, zu einer logischen Eins an dem Ausgang des Gatters 32(1), womit SSL 32 zurückgesetzt wird.

Eine logische Eins an dem Ausgang des Gatters 32(1) setzt ferner die Zähler 34(1) und 34(2) synchron mit dem Zeitsteuersignal TS 5 (Fig. 17) zurück. Das Ausgangssignal des Gatters 32(1) liegt über UND-Gatter 34(5) an den Rücksetzeingängen des Zählers 34(1) und 34(2), wobei das UND-Gatter 34(5) das Ausgangssignal des Gatters 32(1) mit dem Zeitsteuersignal TS 5 verknüpft. Eine logische Eins an dem Ausgang des Gatters 34(5) setzt die Zähler 34(1) und 34(2) zurück.

Die Funktionsweise von IOL 36 und IOT 38 ist ähnlich der von SSL 32 und SST 34, die oben beschrieben ist. IOL 36 wird durch eine logische Eins an dem Ausgang 34(3) des Zählers 34(2) gesetzt. Das Setzen von IOL 36 gibt IOT 38 dadurch frei, daß über ein UND-Gatter 38(1) Null-Durchgangsimpulse zu dem Eingang von IOT 38 durchgeschaltet werden. Von 4-Bit-Zählern 38(2)-38(4), die hintereinandergeschaltet als 12-Bit-Zähler arbeiten, wird eine vorbestimmte Anzahl von Null-Durchgangsimpulsen gezählt. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die gewünschte Dauer des "Sofort EIN"-Modus von 8 1/2 sec durch das Zählen von 1024 Null-Durchgangsimpulsen angenähert. Alle 1024 Zählschritte schaltet das zweite höchstwertige Bit des 12-Bit-Zählers nach logisch Eins. Der diesem Bit entsprechende Ausgang 38(5) ist über ein ODER-Gatter 36(1) mit dem K-Eingang von IOL 36 verbunden. Beim Auftreten des 1024. Zählschrittes wird deshalb IOL 36 zurückgesetzt. Das UND-Gatter 38(1) sperrt dann solange weitere Null-Durchgangsimpulse für IOT 38, bis IOL 36 erneut gesetzt ist. IOL 36 wird ferner durch eine logische Eins an dem Ausgang 30 (c) der Testeinrichtung 30 Fig. 14) zurückgesetzt, die die Auswahl einer kleineren Leistungseinstellung signalisiert und die über ein ODER-Gatter 36(1) in den K-Eingang von IOL 36 eingeschleift ist. Durch die Ankopplung des Ausgangssignales des UND-Gatters 36(1) an die Rücksetzeingänge jeder der Zähler 38(2)-38(4) von IOT 38 über das UND-Gatter 38(6) werden diese Zähler zurückgesetzt. Das UND-Gatter 38(6) synchronisiert das Rücksetzen der Zähler 38(2)-38(4) mit dem Zeitsteuersignal TS 5, indem es das Ausgangssignal des Gatters 36(1) mit dem Zeitsteuersignal TS S verknüpft.

Die Zähler 34(1) und 34(2) sowie 38(2)-38(4), die für SST 34 und IOT 38 verwendet werden, sind die gleichen, wie die Zähler 14(1) und 14(2), wie sie bei dem Hauptzähler 14 nach Fig. 14 beschrieben sind.

Fig. 18B zeigt weitere Einzelheiten von POL 24. Das Flipflop selbst ist ein J-K-Flipflop, wie es für das "Weichstart"- und das "Sofort EIN"-Flipflop beschrieben ist. Das Ausgangssignal 16 (a) des Gatters 16(7) der Vergleichseinrichtung 16 (Fig. 16) liegt unmittelbar an dem J-Eingang von POL 24 und über einen Inverter 24(1) an dem K-Eingang. Das Zeitsteuersignal TS 6 (Fig. 17) wird dem Takteingang zugeführt.

Wenn beim Betrieb ein Signal logisch Eins der Vergleichseinrichtung 16 POL 24 setzt, erscheint an dem Q-Ausgang dieses Flipflops eine logische Eins, die eine logische Eins an einem Eingang des Gatters 28 erzeugt. Diese logische Eins wird bei dem Auftreten des nächsten Null-Durchgangsimpulses, der dem anderen Eingang des UND-Gatters 28 zugeführt wird, zu dem Triactreiber 26 durchgeschaltet und triggert somit den Triac 3 synchron mit dem Null-Durchgang der Netzspannung. Wenn das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung logisch Null ist, steht an dem J-Eingang eine logische Null und an dem K-Eingang von POL 24 eine logische Eins an, womit das Flipflop zurückgesetzt wird (und der Q-Ausgang nach logisch Null umgeschaltet wird). An einem Eingang des UND-Gatters 28 liegt daraufhin eine logische Null und es wird beim Auftreten des nächsten Null-Durchgangsimpulses kein Signal zu dem Triactreiber 26 durchgeschaltet. Der Triac 3 bleibt somit während des nächsten Steuerintervalles nichtleitend.

Die beschriebenen, erläuternden Ausführungsbeispiele verwenden als Steuerintervall die Dauer einer Halbschwingung. Jedoch ist es ohne weiteres ersichtlich, daß in ähnlicher Weise als Steuerintervall eine Vollschwingung verwendet werden kann. In diesem Falle dauern die zugeführten Stromimpulse eine Vollschwingung der Netzspannung an, anstatt nur eine Halbschwingung. Der Vorteil der Verwendung eines einer Halbschwingung entsprechenden Steuerintervalles besteht darin, daß ein zweckmäßiger Bereich von Kochtemperaturen mit einer maximalen Ausschaltzeit zwischen aufeinanderfolgenden Stromimpulsen erzeugt werden kann, der 63 Halbschwingungen umfaßt. Um etwa denselben Bereich von Kochtemperaturen mit Vollschwingungssteuerintervallen zu erzeugen, sind die Ausschaltzeiten zwischen Stromimpulsen bei den jeweiligen Leistungseinstellungen mit Ausnahme der 100%-Einstellung zweimal so groß wie in dem Halbschwingungsfall. Folglich ist die Belastung der Schaltungskomponenten, die von Überströmen herrührt, bei der Verwendung von Vollschwingungssteuerintervallen etwa größer. Außerdem ist während des Betriebs im "Weichstart"-Modus mit Halbschwingungszyklen die Belastung der Schaltungskomponenten kleiner, da die dem kalten Heizelement zugeführten Stromimpulse nur die Hälfte dessen sind, was bei der Vollschwingungslösung an Stromimpulsen zugeführt werden würde.

Der Nachteil der Halbschwingungslösung für die Stromimpulswiederholungsrate besteht bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel darin, daß die Stromimpulse mit Ausnahme der maximalen Leistungseinstellung immer dieselbe Polarität aufweisen und somit ein Strom mit einer Gleichspannungskomponente dem Netz entnommen wird. Offensichtlich wird diese Gleichspannungskomponente vermieden, wenn ein Vollschwingungssteuerintervall verwendet wird.

Claims (12)

1. Heiz- oder Kochgerät mit einem eine relativ schnelle thermische Reaktion aufweisenden Heizelement, das beim Einschalten des Stromes mit einer vorgegebenen Stärke nahezu sofort sichtbar aufglüht, und einer Leistungssteuereinrichtung, die zur Steuerung der Ausgangsleistung des Heizelementes eine Reihe von durch den Benutzer auswählbaren Leistungseinstellungen einschließlich einer AUS-Einstellung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Leistungssteuereinrichtung (4) vor der Stromzufuhr zu dem Heizelement (1) mit der von dem Benutzer gewählten Stärke während eines vorbestimmten Zeitintervalls dem Heizelement (1) ein Strom mit der Stärke zuführbar ist, die das Heizelement (1) sofort aufglühen läßt.

2. Heiz- oder Kochgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungssteuereinrichtung (4) auf einen Übergang von der AUS-Einstellung in eine andere Leistungseinstellung anspricht.

3. Heiz- oder Kochgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungssteuereinrichtung (4) beim Wechsel der Leistungseinstellung von der AUS-Einstellung in eine andere Leistungseinstellung während eines zweiten Zeitintervalles, das vor dem ersten vorbestimmten Zeitintervall liegt, die elektrische Leistung für das Heizelement (1) mit einer zweiten festgelegten Stufe einschaltet.

4. Heiz- oder Kochgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Stufe dem Heizelement (1) weniger elektrische Leistung zugeführt wird als in der Leistungsstufe, bei der das Heizelement aufglüht.

5. Heiz- oder Kochgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungssteuereinrichtung (4) beim Wechsel der Leistungseinstellung innerhalb des ersten Zeitintervalles, während dem ein Strom mit der Stärke zugeführt wird, die das Heizelement (1) sichtbar aufglühen läßt, die Energiezufuhr mit der Leistungsstufe, die zum Aufglühen führt, beendet.

6. Heiz- oder Kochgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungssteuereinrichtung (4) eine Schaltung zur Steuerung der Stromimpulswiederholungsrate enthält, durch die dem Heizelement (1) während des ersten Intervalles Stromimpulse mit einer ersten Wiederholungsrate und während des zweiten Intervalles Stromimpulse mit einer zweiten Wiederholungsrate zuführbar sind, die kleiner als die erste Wiederholungsrate ist.

7. Heiz- oder Kochgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Leistungssteuereinrichtung (4) die Rate, mit der Stromimpulse mit jeweils konstanter Länge dem Heizelement (1) zugeführt werden, veränderbar ist.

8. Heiz- oder Kochgerät nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromimpuls die Dauer eines Spannungsimpulses der an das Heizelement (1) angeschalteten Stromquelle (2) aufweist.

9. Heiz- oder Kochgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Intervall länger als das zweite Intervall ist.

10. Heiz- oder Kochgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (1) Wolfram enthält.

11. Heiz- oder Kochgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (1) MoSi₂ enthält.

12. Heiz- oder Kochgerät nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromimpuls die Dauer einer Vollschwingung der Wechselspannung der an das Heizelement (1) angeschalteten Stromversorgung (2) aufweist.