DE3003455C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer an einer Wechselstromversorgung mit und ohne Gleichstromkomponente anschließbaren Leistungsschaltung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Aus der US-PS 40 46 991 ist eine gattungsgemäße Leistungs­ steuerschaltung bekannt, die in gemischt analog-digitaler Weise arbeitet. Sie enthält als Speicher für die vom Benutzer gewählte Leistungseinstellung der Herdplatte einen Dezimalzähler, an den Berührungsschalter angeschlossen sind. Durch wahlweises Betätigen der Be­ rührungsschalter wird der Zähler veranlaßt, auf- oder abzuzählen bzw. er wird auf Null zurückgesetzt. Der jeweilige Zählerinhalt wird in einem nachgeschalteten Digital-/Analogwandler in eine Analogspannung umgesetzt, die in einem Komparator mit einer Sägezahnspannung verglichen wird. Das aus dem Differenzverstärker erhaltene Signal ist ein pulsdauermoduliertes Rechtecksignal mit fester Frequenz, das dazu verwendet wird, einen Triac zu triggern. Der Triac liegt elektrisch in Serie mit dem Heizelement einer Herdplatte.

Durch einen weiteren, in der Verbindung zwischen dem Digital-/Analogwandler und dem Komparator liegenden Schaltkreis wird dafür gesorgt, daß jedesmal die Herdplatte mit ihrer maximalen Leistungseinstellung betrieben wird, wenn der Zähler im Sinne einer Vergrößerung der gewählten Leistungseinstellung verändert wird. Diese Betriebsweise der Herdplatte hält solange an, bis mit Hilfe eines Infrarotfühlers eine vorgegebene Temperatur der Herdplatte ermittelt wird. Nach Erreichen der Temperatur wird die Steuerschaltung entsprechend der vom Benutzer gewünschten Leistung der Herdplatte betrieben.

Die bekannte Leistungssteuerschaltung kann nur an Heizelementen betrieben werden, die eine große thermische Trägheit aufweisen und bei denen sich der Warmwiderstand wenig vom Kaltwiderstand unterscheidet. Nur unter diesen Bedingungen kann die Herdplatte bei jeder auf den Ausschaltzustand folgenden Leistungseinstellung mit einem Dauerstrom beaufschlagt werden, der sich aus einem hundertprozentigen Tastverhältnis bei dem Steuersignal für den Triac ergibt.

In der US-PS 40 10 412 ist eine Leistungsbegrenzungsschaltung beschrieben, die eine Stromüberlastung vermeiden soll, wenn mehrere Herdplatten gleichzeitig an ein Stromnetz angeschlossen werden. Jede Herdplatte ist mit einem eigenen Thermostatregler versehen, der die Temperatur der jeweiligen Herdplatte auf der vom Benutzer gewünschten Einstellung hält. Bei zwei oder mehr gleichzeitig eingeschalteten Herdplatten kann es geschehen, daß die Thermostatregler gleichzeitig mehrere Herdplatten an das Netz anschalten und eine Überlastung bewirken würden. Um dies zu vermeiden, liegt die Serie mit jeder Herdplatte ein Triac. Die Triacs erhalten ihre Steuersignale aus einem Programmschaltwerk, das nach Art eines Ringzählers aufgebaut ist, wobei an jede Stufe einer der Triacs angeschlossen ist. Dadurch wird sichergestellt, daß, zeitlich gesehen, jeweils nur ein Triac gezündet wird, während alle anderen abgeschaltet bleiben. Unabhängig von dem Schaltzustand des thermostatischen Reglers wird dadurch eine sequentielle Beaufschlagung der Herdplatten mit Strom erzwungen und eine gleichmäßigere Netzbelastung sichergestellt.

Auch diese Leistungssteuerschaltung setzt in den Herdplatten Heizelemente voraus, die eine große thermische Trägheit aufweisen und bei denen sich der Widerstand zwischen dem kalten und dem heißen Zustand nur wenig ändert. Andernfalls würde jedesmal beim Einschalten der Herdplatte über den zugeordneten thermostatischen Regler die Stromüberlastung zustandekommen, die durch das Programmschaltwerk an sich vermieden werden soll.

Aus der US-PS 39 12 905 ist es schließlich bekannt, als Material für die Heizelemente von Herdplatten MoSi₂ zu verwenden. Aus einem derartigen Material hergestellte Heizelemente haben eine sehr geringe thermische Trägheit, was sie insbesondere in Verbindung mit Glaskeramikkochplatten attraktiv macht. Der geringe spezifische Wärmewert von MoSi₂ und die hohe mit derartigen Heizelementen erreichbare Arbeitstemperatur geben die Möglichkeit für eine verbesserte thermische Effizienz bei Kochgeräten, bei denen eine Glaskeramikkochplatte vorgesehen ist. Jedoch ergeben diese dynamischen elektrischen und thermischen Eigenschaften Probleme bei der Steuerung der Stromzufuhr.

Der Widerstandswert durchläuft etwa eine Zehnerpotenz zwischen dem kalten und dem heißen Zustand des Heizelementes. Dabei liegt der Kaltwiderstand bei Raumtemperatur etwa bei 1 bis 1,5 Ohm. Unter der Annahme, daß die Stromversorgung mit einem üblichen 120-V-Wechselspannungshausnetz erfolgt, ändert sich folglich der Laststrom mit der Temperaturänderung des Heizelementes von Raumtemperatur auf die Arbeitstemperatur von einem anfänglichen Scheitelwert von rund 110 A auf einen stationären Strom in der Größenordnung von 8,5 A eff. Dieser anfängliche Strom von 110 A ist offensichtlich größer als das was mit Ausnahme für extrem kurze Zeitintervalle bei einem Haushaltsgerät hingenommen werden kann. Zweitens kühlt das Heizelement sehr schnell ab; die erste Zeitkonstante für die thermische Trägheit dieses Heizelementes liegt in dem Bereich zwischen 600 bis 1000 msec. Da das Heizelement mit einem parallellaufenden Widerstandsabfall schnell abkühlt, können erhebliche Überströme auch während des stationären Betriebes auftreten, da der Widerstand des Heizelementes zwischen zwei Stromeinschaltungen auf einen Wert absinken kann, der einen übermäßigen Strom während jedes nachfolgenden Stromschubes bedingt. Deshalb ist, um häufige erhebliche Stromspitzen zu vermeiden, ein sehr schneller Schalter erforderlich, der zur zeitlichen Begrenzung des übermäßigen Stromes während der Aufheizperiode des Heizelementes die Verwendung kurzer Einschaltzeiten und kurzer Ausschaltzeiten ermöglicht, um einen unbrauchbaren Widerstandsabfall während des stationären Betriebszustandes zu vermeiden.

Offensichtlich können die verhältnismäßig langsamen mechanischen Schaltvorgänge der üblicherweise verwendeten wärmeabhängigen Schalter die schnellen Schaltvorgänge nicht erbringen, die zur Vermeidung eines übermäßigen Stromes während jedes Stromeinschaltzyklus erforderlich sind. In ähnlicher Weise wurden die gebräuchlichen elektronischen Steuerungen zur Verwendung bei üblichen Heizelementen von Kochgeräten so gestaltet, daß sie verhältnismäßig lange Ein- und Ausschaltperioden verwenden.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Leistungssteuerschaltung zur Verwendung mit einer Vielzahl von insbesondere aus MoSi₂, Wolfram oder ähnlichem Material hergestellten Heizelementen eines Kochgerätes zu schaffen, die die sich wiederholenden Überströme während des Normalbetriebes minimiert, wobei durch eine koordinierte Steuerung der Stromzufuhr für jedes Heizelement der von allen Heizelementen gemeinsam entnommene Strom auf einem so kleinen Wert gehalten wird, daß keine Interferenz mit der Stromversorgung anderer Haushaltsgeräte auftritt und durch die koordinierte Steuerung der durch das Kochgerät entnommene Gesamtstrom minimiert ist, wenn eines oder mehrere Heizelemente, die sich auf Raumtemperatur befinden, eingeschaltet werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Leistungssteuerschaltung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet.

Bei der Leistungssteuerschaltung wird die Ausgangsleistung der Vielzahl von Heizelementen einer elektrisch beheizten Herdfläche, beispielsweise eines Elektroherdes, elektronisch gesteuert, um für jedes Heizelement eine Wärmemenge zu erzeugen, die der durch den Benutzer für jedes Heizelement getrennt ausgewählten Leistungseinstellung entspricht, wobei die Leistungseinstellung aus einer Vielzahl diskreter Leistungseinstellungen auswählbar ist. Die Heizelemente selbst sind vorzugsweise durch eine schnelle thermische und elektrische Reaktion gekennzeichnet, wie sie für Heizelemene aus MoSi₂ oder Wolfram typisch ist, und werden in Verbindung mit einer Glas-Keramik-Herdfläche verwendet. Für jedes Heizelement ist eine getrennte Eingabeeinrichtung für die Leistungeinstellung, vorzugsweise ein Tastenfeld, vorgesehen. Die Leistungssteuerschaltung weist zusätzlich zu der Bedienung von n in einem stationären Betriebszustand arbeitenden Heizelementen die Bedienung von n weiteren Heizelementen auf, die in zwei zusätzlich verfügbaren mit "Weichstart"- und "Sofort-Ein"-Modus bezeichneten Betriebsweisen gefahren werden.

Die Heizelemente werden mit jeweils eine Vollschwingung des Wechselspannungssignales umfassenden Stromimpulsen versorgt. Für die individuelle Steuerung der Stromimpulswiederholrate für jedes Heizelement ist eine elektronische Schaltung verwendet. Die Steuerlogik für jedes Heizelement erzeugt eine eindeutige Stromimpulswiederholrate für jede durch den Benutzer ausgewählte mögliche Leistungseinstellung.

In einem Speicher wird ein der für das jeweilige Heizelement ausgewählten Leistungseinstellung entsprechendes digitales Steuersignal gespeichert. Während des stationären Betriebes wird die Stromimpulswiederholrate für jedes Heizelement durch die Reaktion der Steuerlogik auf das jeweils zugehörige gespeicherte Steuersignal bestimmt.

Die koordinierte Steuerung der Stromversorgung für jedes Heizelement wird durch einen Haupttakt erreicht, der sicherstellt, daß die Steuerlogik für jedes der n- Heizelemente einmal für jeweils n-Stromeinschaltzyklen durchlaufen wird. Diese Staffelung der Steuerlogikverarbeitung für jedes Heizelement bewirkt, daß jedes Heizelement gegenüber den anderen Heizelementen um wenigstens eine Netzschwingung in der Phase versetzt ist.

Diese Art des Betriebes minimiert das Überlappen von Stromeinschaltimpulsen. Somit wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit vier Heizelementen bei einer Impulswiederholrate von ¼ oder geringer während jeder Schwingung der Netzspannung höchstens einem Heizelement ein Stromimpuls zugeführt. Folglich werden, wenn alle vier Heizelemente im stationären Betrieb mit einer Leistungseinstellung arbeiten, die eine Impulswiederholrate von ¼ erfordert, während jeder Schwingung der Netzspannung Stromimpulse einem anderen Heizelement zugeführt, anstatt während einer Schwingung allen vier Heizelementen einen Stromimpuls zuzuführen, so daß alle vier dann drei Schwingungen mit Strom unbeaufschlagt sind.

Der "Weichstart"-Modus wird für ein Heizelement immer dann initialisiert, wenn die Leistungseinstellung für dieses Heizelement von einer "AUS"-Einstellung in eine andere Leistungseinstellung geändert wird. Arbeitet das Heizelement in dem "Weichstart"-Modus, so wird die Stromimpulswiederholrate unabhängig von der tatsächlich ausgewählten und in dem Speicher abgespeicherten Leistungseinstellung dadurch gesteuert, daß die zu der tatsächlichen Leistungseinstellung gehörige Stromimpulswiederholrate durch eine vorgegebene Stromimpulswiederholrate ersetzt wird. Diese "Weichstart"-Stromimpulswiederholrate ermöglicht eine maximale Stromzufuhr zu dem kalten Heizelement, ohne daß die Stromabgabefähigkeit des Netzes überschritten wird, weil der Widerstand des Heizelementes von seinem verhältnismäßig niedrigen Wert bei Raumtemperatur auf den verhältnismäßig hohen Wert bei Betriebstemperatur übergeht. Die "Weichstart"-Überwachungseinrichtung für n-Heizelemente verhindert die Stromzufuhr zu allen übrigen Heizelementen, wenn während einer Schwingung der Netzspannung der Strom für ein in dem "Weichstart"-Modus arbeitendes Heizelement eingeschaltet ist. Folglich wird ein von dem Gerät entnommener übermäßiger Gesamtstrom aufgrund von einem oder mehreren in dem transienten "Weichstart"-Modus arbeitenden Heizelementen vermieden. Nachdem eine vorbestimmte Zeit vergangen ist, beendet die Leistungssteuerschaltung den "Weichstart"-Betriebszustand und initialisiert einen "Sofort-Ein"-Betriebszustand.

Der Zweck des "Sofort-Ein"-Betriebszustandes liegt darin, eine nahezu sofortige optische Anzeige für den Benutzer in Form eines Aufglühens des Heizelementes dafür zu geben, daß das Heizelement aus der "AUS"-Einstellung in eine andere Leistungseinstellung umgeschaltet wurde. In dem "Sofort-Ein"-Betriebszustand wird für eine vorbestimmte Zeit die Stromimpulswiederholrate für die tatsächliche Leistungseinstellung durch die Stromimpulsrate für die maximale Leistungseinstellung ersetzt, wodurch das Heizelement sofort nach der Beendigung des "Weichstart"-Modus hell aufglüht. Der "Sofort-Ein"- Modus wird beendet, ehe nennenswerte Energie auf die Herdfläche übertragen ist, um so eine Überhitzung zu vermeiden, falls die niedrigste Leistungseinstellung ausgewählt ist. Nachdem für den "Sofort-Ein"-Betriebszustand eine vorbestimmte Zeit vergangen ist, beendet die Leistungssteuerschaltung diesen Betriebszustand und die Stromimpulswiederholrate kehrt zu der tatsächlich ausgewählten Stromimpulswiederholrate zurück, womit der stationäre Betriebszustand gestartet wird. Es ist außerdem eine Vorkehrung getroffen, um vorzeitig den "Sofort-Ein"-Betriebszustand zu beenden, wenn während dieses Betriebes die Leistungseinstellung auf eine niedrigere Leistungseinstellung umgeschaltet wird.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Leistungssteuerschaltung ergibt ein lieferfähig programmierter Mikroprozessor die Steuerlogik. Darüber hinaus ist ein alternatives Ausführungsbeispiel beschrieben, in dem eine Steuerlogik verwendet wird, die diskrete logische Schaltungen verwendet.

Die Leistungssteuerschaltung kann somit vorteilhaft zur Steuerung mehrerer Heizelemente, die aus MoSi₂, Wolfram oder ähnlichen Materialien hergestellt sind, verwendet werden und minimiert durch elektronische Steuerung das erneute Auftreten von Überströmen während des normalen Betriebs. Außerdem ist damit die Steuerung von Heizelementen möglich, die einen verhältnismäßig hohen (über dem normalen Haushaltsmaximum) liegenden Strom beim Einschalten mit Raumtemperatur ziehen. Durch das schnelle Schalten wird die Steuerung der einzelnen Heizelemente koordiniert und der gesamte von den diversen Heizelementen gezogene Scheitelstrom während des stationären Betriebs minimiert, um die Interferenz mit anderen Haushaltsgeräten zu verringern. Hierzu sind die Ströme der einzelnen Heizelemente um wenigstens einen Zyklus gegeneinander in der Phase versetzt. Weil während einer ersten vorbestimmten Zeit einem kalten Heizelement unabhängig von der ausgewählten Leistungseinstellung der Strom entsprechend dem "Weichstart"- Modus zugeführt wird, wird eine anfängliche Stromüberlastung dieses Heizelementschaltkreises verhindert, wobei gleichzeitig die Stromzufuhr zu den anderen Heizelementen gesperrt ist, wenn ein Heizelement in dem "Weichstart"- Modus arbeitet. Hierdurch wird eine Stromüberlastung des Gerätes vermieden.

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

Fig. 1 eine Herdfläche mit einer Vielzahl von Heizelementen mit der Leistungssteuerschaltung in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 ein verallgemeinertes Blockdiagramm für ein Kochgerät mit einer Leistungssteuerschaltung,

Fig. 3 Stromverläufe, die zu verschiedenen durch den Benutzer auswählbaren Leistungseinstellungen gehören,

Fig. 4 die Staffelung, in der die Stromimpulse bei der Leistungseinstellung (5) jedem der vier Heizelemente zugeführt werden,

Fig. 5A das Blockdiagramm der Leistungssteuerschaltung,

Fig. 5B ein erweitertes Blockdiagramm einer der Steuerlogik­ schaltungen des Blockdiagrammes nach Fig. 5A,

Fig. 6 die jedem der vier Heizelemente zugeführten Stromimpulse, wenn eines von ihnen in dem "Weichstart"- Modus und die anderen drei auf der Leistungseinstellung 7 arbeiten,

Fig. 7 das Blockdiagramm der Leistungssteuerschaltung mit einem Mikroprozessor als Kern,

Fig. 8 die Querbeziehungen zwischen den unterschiedlichen Programmroutinen nach den Fig. 9 bis 17,

Fig. 9 Flußdiagramme der Netzeinschalt-, Abfrage-, Eingabedaten-, Vergleichs-, Leistungssteuer-, Leistungsvergleich-, Null-Durchgangs-, Ausgangs- und Shiftroutinen,

Fig. 18A weitere Einzelheiten des Tastenfeldes und des Digital-Signalgenerators für das Ausführungsbeispiel der Leistungssteuerschaltung mit logischen Bauelementen gemäß Fig. 5A in einem Blockdiagramm,

Fig. 18B das Logikdiagramm des Haupttaktes nach Fig. 5A für das Ausführungsbeispiel der Leistungssteuerschaltung mit diskreten logischen Bauelementen,

Fig. 19 das Logikdiagramm des Speichers und der Erkennungseinrichtung nach Fig. 5B für das Ausführungsbeispiel der Leistungssteuerschaltung mit diskreten Logikbauelementen,

Fig. 20 das Logikdiagramm des Steuerwortgenerators nach Fig. 5B für das Ausführungsbeispiel der Leistungssteuerschaltung mit diskreten Digital-Bauelementen,

Fig. 21 das Logikdiagramm des "Weichstart"-Flipflops, des "Weichstart"-Timers, des "Sofort-Ein"- Flipflops und des "Sofort-Ein"-Timers nach Fig. 5B für die Leistungssteuerschaltung mit diskreten Logikbauelementen,

Fig. 22 das Logikdiagramm der Ausgangslogik nach Fig. 5A für die Leistungssteuerschaltung mit diskreten Logikbauelementen,

Fig. 23 das Logikdiagramm der Sperrlogik nach Fig. 5A für die Leistungssteuerschaltung mit diskreten Logikbauelementen und

Fig. 24 das Zeitdiagramm für die verschiedenen in der Leistungssteuerschaltung mit diskreten digitalen Bauelementen auftretenden Zeitsteuersignale.

Insgesamt geht es hier um die koordinierte Steuerung der Leistungsabgabe von mehreren Widerstandsheizelementen, und zwar um ein Steuersystem zur Steuerung der Kochtemperatur einer Glas-Keramik-Herdfläche oder -Kochplatte mit mehreren Widerstandsheizelementen, die aus MoSi₂, Wolfram oder anderem Material mit ähnlchen thermodynamischen und elektrischen Eigenschaften hergestellt sind, wobei die Leistungsabgabe jedes der Heizelemente durch eine offene Steuerschleife gesteuert ist.

Hierbei wird die Kochtemperatur durch eine Steuerung der Impulswiederholrate der jedem Heizelement zugeführten Stromimpulse gemäß der Leistungseinstellung geregelt, die von dem Benutzer aus einer Vielzahl diskreter Leistungseinstellungen für jedes Heizelement getrennt auszuwählen ist. Es gibt einen Bereich diskreter Leistungseinstellungen, der einen zweckmäßigen Kochtemperaturbereich umfaßt, wobei jeder Leistungseinstellung eine spezielle Stromimpulswiederholrate zugeordnet ist. Die Steuerung jedes Heizelementes ist mit denen der anderen Heizelemente insoweit verknüpft, als jedes Heizelement für eine ganze Anzahl von Zyklen außerhalb der Einschaltphase der übrigen Heizelemente arbeitet.

Die Steuerung kennt drei Arbeitszustände, nämlich den gleichbleibenden Betrieb, den weichen Start und den "Sofort EIN"-Modus. Der weiche Start 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 für dieses Heizelement 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. 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 oder Leistungstransistoren zerstört werden. 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 erwünscht, die einen optimalen Kompromiß zwischen diesen sich 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 Steuerung keine Temperaturfühler verwendet, ist ein 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 Bedienenden ausgewählt ist, das Heizelement so schnell auskühlt, daß es bis auf Raumtemperatur abgekühlt ist (das Heizelement und nicht die gläserne Herdfläche), ehe der Bedienende physisch eine andere Einstellung auswählen kann. Somit gibt das Vorliegen eines AUS-Wählzustandes 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.

Obwohl die in diesem Betriebszustand verwendete Impulswiederholrate den durch das jeweilige Heizelement entnommenen Strom während der vorübergehenden Aufheizperiode innerhalb brauchbarer Grenzen hält, kann es geschen, daß, wenn andere Heizelemente gleichzeitig arbeiten, insbesondere wenn sie mit höheren Leistungseinstellungen arbeiten, die Hinzunahme der vorübergehenden, zu der Stromentnahme durch die anderen Heizelemente hinzukommenden Stromspitzen für das im Weichstart-Betriebszustand arbeitende Heizelement bewirken kann, daß der gesamte von dem Gerät entnommene Strom, und zwar entweder als Augenblickswert oder als Mittelwert, die akzeptierbaren Grenzen übersteigt. Deshalb ist eine Vorkehrung getroffen, um während eines Stromzyklus, bei dem ein Stromimpuls einem in dem Weichstart-Betriebszustand arbeitenden Heizelement zugeführt wird, die Stromzufuhr zu allen übrigen Heizelementen gesperrt ist.

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 sichtbar 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 8½ 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 anderen "Nicht-AUS"-Einstellung führt zu einem Wechsel der Impulswiederholrate, die zu der neuerlich ausgewählten Leistungseinstellung gehört, wobei kein vorübergehender Ersatz dieser Impuls­ wiederholrate verwendet wird.

Wie oben beschrieben, gehören zu jedem Heizelement ein eigenes Tastenfeld für die Auswahl der Leistungen 1 bis 7. Somit kann die Leistungseinstellung für jedes Heizelement von dem Benutzer unabhängig frei eingestellt werden. Jedoch wird die Weitergabe der Eingabeinformation von dem durch den Benutzer betätigten Tastenfeld zu der Steuerlogik so koordiniert, daß die Steuerung jedes Heizelementes wenigstens eine und höchstens drei Stromzyklen aus der Phase mit jedem der anderen drei Heizelemente ist. Dies spreizt oder staffelt die Stromspitzen des durch das Gerät entnommenen Gesamtstromes über ein vier Zyklen umfassendes Steuerintervall, so daß der durch das Gerät bei jedem Zyklus entnommene Spitzenstrom verringert ist.

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

In Fig. 1 ist eine Herdfläche, eine Steuertafel und eine Anzeigetafel eines Elektroherdes 7 veranschaulicht, der eine im wesentlichen horizontale Glas-Keramik- Herdfläche 9 aufweist. Strahlenförmige Muster 11 kennzeichnen die relative seitliche Lage jedes von vier (nicht gezeigten) Oberflächenheizelementen, die unmittelbar unter der Herdfläche 9 angeordnet sind. Die Steuer- und Anzeigetafel 12 enthält für jedes Heizelement einen vollständigen Satz kapazitativer Berührungsschaltertasten 5 und eine Leuchtdioden-7-Segment- Digitalanzeige.

Fig. 2 veranschaulicht schematisch das zu steuernde System. Jedes der vier, vorzugsweise aus MoSi₂ oder Wolfram hergestellten Widerstandsheizelemente ist über Netzleitungen L 1 und N sowie einen der Triacs 3 a bis 3 d und einen strombegrenzenden Trennschalter 6 mit dem Haushaltsnetz von 120 V 60 Hz Wechselstrom verbunden, wobei die Heizelemente 1 a bis 1 d parallel zueinander angeordnet sind. Die Triacs 3 a bis 3 d sind von gewöhnlicher Bauart und können den Strom in jeder Richtung, gleichgültig welche Polarität die Spannung an ihren Hauptanschlüssen 3(1) und 3(2) aufweist, leiten, wenn sie entweder durch eine positive oder eine negative, den Gateanschlüssen 3(3) zugeführte Spannung getriggert werden. Um die Verdrahtung gegen übermäßigen Strom zu schützen, sind die gebräuchlichen Trennschalter 6 vorgesehen. Jeder Trennschalter 6 öffnet, wie dies für diese Geräte üblich ist, den Stromkreis, sobald der mittlere Strom für ein beschränktes Zeitintervall den Nennwert übersteigt, wobei die Trennschalter jedoch Stromimpulse mit hohen Scheitelwerten zulassen, wenn diese nur sehr kurze Zeit dauern und zeitlich einen genügend weiten Abstand voneinander haben, damit der Strommittelwert so begrenzt ist, daß er kleiner ist als es für die Auslösung des Trennschalters erforderlich ist. Die Steuerung 4 regelt die den Heizelementen 1 a bis 1 d zugeführte Leistung, indem sie die Rate steuert, mit der gemäß den gewählten Leistungseinstellungen, die für jedes Heizelement über das Tastenfeld 5 durch den Benutzer eingegeben sind, den Gateanschlüssen 3(3) Torimpulse zugeführt werden. Die aus Tasten gebildeten und mit S/U 1 bis S/U 4 bezeichneten Spalten liefern die Steuereingaben für die Heizelemente 1 a bis 1 d.

Bei dem unten beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die den Heizelementen 1 a bis 1 d zugeführten Stromimpulse Vollwellen mit 120 V und 60 Hz Wechselstrom. Jedoch können in gleicher Weise auch Stromimpulse mit abweichenden Frequenzen und Spannungen verwendet werden. Es können ebenfalls zur Stromversorgung Halbwellen eingesetzt werden.

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, für jedes Heizelement 1 vorhanden. Die Tabelle 1 zeigt die Impulswiederholungsrate und die Heizleistung, die zu jeder Leistungseinstellung gehört, jeweils ausgedrückt in Prozenten der Gesamtleistung.

Tabelle I

Die Signale a bis g nach Fig. 3 entsprechen der dem Heizelement 1 bei jeder Leistungseinstellung 1 bis 7 zugeführten Spannung. Das Signal h entspricht dem ins­ gesamtverfügbaren Spannungsverlauf. Die Impulse mit eingeschalteter Spannung sind durch ausgezogene Linien wiedergegeben, während diejenigen Schwingungen des Eingangssignales, zu denen der Triac nichtleitend ist, gestrichelt veranschaulicht sind.

Wie in Tabelle 1 und Fig. 3 gezeigt ist, variieren die Impulswiederholungsraten von einer Impulswiederholungsrate von ¹/₆₄, d. h. einem Stromimpuls pro 64 Stromschwingungen bei der Leistungseinstellung 1, nämlich der kleinsten "Nicht-Aus"-Leistungseinstellung bis auf eine Wiederholungsrate von ¹/₁, d. h. einem Stromimpuls bei jeder Schwingung für die Leistungseinstellung 7, nämlich der maximalen Leistungseinstellung. Beispielsweise führt die Wahl der Leistungseinstellung 3 für ein Heizelement 1 zu dem Spannungssignal (c) nach Fig. 3, das einer Impulswiederholrate von ¹/₁₆ entspricht, mit der das ausgewählte Heizelement versorgt wird.

Fig. 4 zeigt den Signalverlauf der den vier Heizelementen zugeführten Spannungen, wenn alle vier Heizelemente in dem stationären Betriebszustand mit der Leistungseinstellung 5 arbeiten, die eine Impulswiederholrate von ¼ erfordert. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, daß jedes Heizelement wenigstens einen Stromimpulszyklus gegenüber der Phase jedes anderen Heizelementes versetzt ist. Folglich ist, obwohl alle vier Heizelemente eingeschaltet sind, der von dem Gerät entnommene maximale Gesamtscheitelstrom gleich dem Scheitelstrom der von einem einzelnen Heizelement entnommen wird. Ohne diese Eigenschaft des gestaffelten Betriebs könnte es geschehen, daß der maximale Scheitelstrom viermal so groß wie dieser Wert wäre, was geschehen würde, wenn die Stromimpulse während derselben Schwingung allen vier Heizelementen zugeführt werden. Zusätzlich zu dem sich hieraus ergebenden hohen Scheitelstrom würde diese Stromspitze von drei Schwingungen gefolgt werden, in denen die Heizelemene abgeschaltet sind. Dies könnte zu einem unerwünschten sichtbaren Flackern der Hausbeleuchtung führen, wobei dieses Phänomen bei kleinen Leistungseinstellungen wegen der niedrigen Impulswiederholungsrate der Stromimpulse noch ausgeprägter sein könnte.

Die koordinierte Steuerung, die dieses Staffelungsverhalten ergibt, wird dadurch erreicht, daß die Steuerlogik nur für ein Heizelement je Zyklus sequentiell wiederkehrend durchlaufen wird und folglich die Steuerlogik für jedes einzelne Heizelement einmal pro vier Zyklen durchlaufen wird.

Bei der Ausführung der verschiedenen Impulswiederholungsraten trifft das Steuersystem 4 nur für eines der vier Heizelemente 1 (a) bis 1 (d) je Schwingung der Netzspannung, im folgenden als Steuerintervall bezeichnet, eine Steuerentscheidung. Folglich wird für jedes einzelne Heizelement einmal pro vier Steuerintervalle eine Steuerentscheidung getroffen. Diese vier Steuerintervalle lange Periode ist im folgenden mit Steuerperiode bezeichnet. Die richtige Ausführung der Impulswiederholungsraten erfordert, daß eine Entscheidung über eine Triggerung, d. h. die Entscheidung, ob dem jeweiligen Heizelement 1 (a) bis 1 (d) ein Stromimpuls zugeführt oder nicht zugeführt werden soll, am Beginn jedes Steuerintervalls getroffen werden muß. Dies wird durch eine Steuerentscheidung erreicht, die durch ein 4-Bit-Digital-Steuerwort gekennzeichnet ist, indem der Zustand jedes Bits eine Entscheidung repräsentiert, ob dem zugehörigen Heizelement ein Stromimpuls zugeführt wird oder nicht. Durch sequentielles Prüfen eines jeweils anderen Bits dieses Steuerwortes innerhalb jedes Steuerintervalls der Steuerperiode wird für jedes Steuerintervall eine Triggerentscheidung erhalten. Die Steuerentscheidung besteht somit tatsächlich aus vier Triggerentscheidungen, die gleichzeitig oder parallel einmal innerhalb jedes der vier Steuerintervalle getroffen werden, jedoch sequentiell oder seriell als eine Triggerentscheidung je Steuerintervall ausgeführt werden. Während jedes Steuerintervalles wird ein Bit jedes der Steuerworte für das jeweilige Heizelement abgefragt. Die Entscheidung, einen Stromimpuls einem speziellen Heizelement zuzuführen, wird dadurch ausgeführt, daß dem Gate des jeweils zugehörigen Triacs 3 (a) bis 3 (d) ein Triggerimpuls zugeführt wird. Wenn die Entscheidung lautet, keinen Stromimpuls zuzuführen, wird der zugehörige Triac 3 (a) bis 3 (d) nicht getriggert und bleibt somit während des nächsten Steuerintervalles gesperrt.

Die Triggerung des Triacs 3 (a) bis 3 (d) ist, wie üblich, mit dem positive Steigung aufweisenden Null-Durchgang des Netzspannungssignales synchronisiert, um die Triaczuverlässigkeit zu verbessern und die elektromagnetische Interferenz zu minimieren, die sich aus dem Schaltübergang ergibt.

Das Steuersystem 4 nach Fig. 5A enthält vier untereinander gleiche Steuerlogiknetzwerke 4 (a) bis 4 (d), von denen jedes abhängig von der Benutzereingabe über das Tastenfeld 5 Steuerworte erzeugt. Jedes der Steuerlogiknetzwerke 4 (a) bis 4 (d) ist eindeutig nur einer aus Tasten gebildeten Spalte des Tastenfeldes 5 und einem der Triacs 3 (a) bis 3 (d) zugeordnet, d. h. die Steuerlogiknetzwerke 4 (a) bis 4 (d) erzeugen zur Steuerung der Stromimpulswiederholrate für die Heizelemente 1 (a) bis 1 (d) (Fig. 2) Steuerworte, und zwar in Abhängigkeit von der Eingabe der vom Benutzer ausgewählten Leistungseinstellung mit Hilfe der Spalten S/U 1 bis S/U 4 des Tastenfeldes 5 (Fig. 2).

Wie bereits erwähnt, wird einmal für jeweils vier Steuerintervalle ein 4-Bit-Steuerwort für das jeweilige Heizelement 1 (a) bis 1 (d) erzeugt, wobei die vier Steuerintervalle enthaltende Periode, wie gesagt, als Steuerperiode bezeichnet ist.

Jedes der Steuerworte wird in der Stromsteuerlogik 24 in einem eigenen Speicherregister gespeichert. Die Bits des Steuerwortes werden nacheinander, beginnend mit dem höchstwertigen Bit, bis hin zu dem niedrigstwertigen Bit bitweise pro Wort geprüft, so daß am Beginn jedes Steuerintervalles insgesamt vier Bits überprüft sind. Der Zustand des geprüften Bits entscheidet, ob der Strom zu dem zugehörigen Heizelement während des Steuerintervalles eingeschaltet werden soll.

Während eines von jeweils vier Steuerintervallen wird jeweils ein spezielles Steuerlogiknetzwerk 4 (a) bis 4 (d) durchgegangen, während die die durch die Logiknetzwerke 4 (a) bis 4 (d) erzeugten Steuerworte speichernde Ausgangslogik 24 einmal pro Steuerintervall durchlaufen wird. Diese zeitliche Zuordnung ist durch einen Null-Durchgangsdetektor 10 und einen Haupttakt 12 synchronisiert. Der Null-Durchgangsdetektor 10 enthält eine gebräuchliche Schaltung, die das 60-Hz-Wechselspannungssignal überwacht und bei ins Positive gehendem Null-Durchgang der Netzspannung einen Null-Durchgangsimpuls erzeugt, der, wie in Fig. 3 bei i veranschaulicht, zu der Erzeugung eines Null-Durchgangsimpulses am Beginn jeder Netzspannungsschwingung führt. Diese Null-Durchgangsimpulse werden der Ausgangslogik 24 und dem Haupttakt 12 zugeführt. In der Funktion bedeutet dies, daß der Null-Durchgangsimpuls in der Ausgangslogik 24 den Zustand der Testbits an die Ausgangsanschlüsse des Ausgangsnetzwerks 24 bringt.

Der Haupttakt 12 arbeitet als 2-Bit-Ringzähler mit vier Ausgangsleitungen 12 (a) bis 12 (d), von denen jede einem Zählerinhalt entspricht. Der Haupttakt 12 zählt die Null-Durchgangsimpulse des Null-Durchgangsdetektors 10 und liefert einen Sperrimpuls an der Ausgangsleitung, die zu dem aktuellen Zählerstand gehört. Somit wird aufeinanderfolgend an jedem Ausgang einmal für jeweils vier Null-Durchgänge ein Freigabeimpuls erzeugt. Die Ausgangsleitungen 12 (a) bis 12 (d) sind mit dem jeweils zugehörigen Steuerlogiknetzwerk 4 (a) bis 4 (d) verbunden. Das Erscheinen eines Freigabesignales an einem Eingang eines der genannten Steuerlogiknetzwerke 4 (a) bis 4 (d) initialisiert den Logikzyklus, durch den ein Steuerwort erzeugt wird. Auf diese Weise gibt der Haupttakt 12 nacheinander die Steuerlogiknetzwerke 4 (a) bis 4 (d) frei, wobei jeweils ein Steuerlogiknetzwerk 4 (a) bis 4 (d) am Beginn jedes Steuerintervalles in Abhängigkeit von den Null-Durchgangsimpulsen des Null-Durchgangsdetektors 10 freigegeben ist.

Jedes der Steuerlogiknetzwerke 4 (a) bis 4 (d) erzeugt zusätzlich zu dem Steuerwort ein Tastenfeldabtastsignal und ein Weichstart-Ausgangssignal. Das Tastenfeldabtastsignal wird derjenigen Spalte von Tasten des Tastenfeldes 5 zugeführt, die zu dem jeweiligen Steuerlogiknetzwerk 4 (a) bis 4 (d) gehört, um festzustellen, ob über diese Spalte ein Benutzereingabesignal eingegeben ist. Auf diese Weise wird jede Spalte während desjenigen Steuerintervalles, zu dem das zugehörige Steuerlogiknetzwerk 4 (a) bis 4 (d) freigegeben ist, abgetastet. Folglich wird jede Spalte einmal pro Steuerperiode, d. h. einmal alle vier Steuerintervalle, abgetastet. Das Ausgangssignal des Tastenfeldes 5 liefert an den Decoder 50 eine Abtastinformation. Der Decoder 50 wandelt das Eingangssignal von dem Tastenfeld 5 in eine binärcodierte Dezimalzahl (BCD) und gibt das decodierte Signal an die Eingänge aller vier Steuerlogiknetzwerke 4 (a) bis 4 (d) weiter. Jedoch reagiert während eines Steuerintervalles nur eines der Steuerlogiknetzwerke 4 (a) bis 4 (d) auf dieses Eingangssignal und zwar das Steuerlogiknetzwerk 4 (a) bis 4 (d), das während des jeweiligen Steuerintervalles durch den Haupttakt 12 freigegeben ist.

Das "Weichstart"-Ausgangssignal jedes zugehörigen Steuerlogik­ netzwerkes 4 (a) bis 4 (d) gelangt an ein Sperrlogiknetzwerk 22. Der Zustand dieses Ausgangssignales gibt an, ob das zugehörige Heizelement in dem "Weichstart"- Arbeitszustand arbeitet. Falls keines der Heizelemente in dem "Weichstart"-Betriebszustand ist, durchläuft das Ausgangssignal der Ausgangslogik 24 für jedes Heizelement 1 (a) bis 1 (d) unverändert das Sperrlogiknetzwerk 22 und gelangt über Triactreiberschaltungen 26 zu den entsprechenden Triacs 3 (a) bis 3 (d). Für den Fall, daß sich jedoch eines oder mehrere Heizelemente in dem "Weichstart"-Modus befinden, sperrt das Sperrlogiknetzwerk 22 die Triggerung aller übrigen Triacs 3 (a) bis 3 (d) während desjenigen Steuerintervalles, zu dem der Triac in den Leitzustand gebracht ist, der zu dem in dem "Weichstart"-Modus arbeitenden Heizelement gehört.

Fig. 6 zeigt die Spannungsverläufe aller vier Heizelemente, wenn eines der Heizelemente in dem "Weichstart"-Modus arbeitet, während die übrigen drei Elemente im stationären Modus mit der Leistungseinstellung 7 arbeiten. Fig. 6 veranschaulicht, daß die Stromzufuhr zu den drei in dem stationären Modus arbeitenden Heizelementen während desjenigen Zyklus gesperrt ist, in dem der Strom für das in dem "Weichstart"-Modus arbeitende Heizelement eingeschaltet ist.

Fig. 5B zeigt stellvertretend für die Steuerlogiknetzwerke 4 (a) bis 4 (d) weitere Einzelheiten des Steuerlogiknetzwerkes 4 (a). Von dem Timer 15 werden Taktsignale zur Synchronisierung des Durchtaktens des Steuerlogiknetzwerkes 4 (a) erzeugt. Ein erster Taktimpuls wird in den Decoder 50 eingespeist, und zwar um diesen zu normieren und zum Empfang des nächsten Eingangssignales von dem Tastenfeld 5 vorzubereiten. Dann wird von dem Takt 15 ein Abtastimpuls erzeugt, der der zu dem Steuerlogiknetzwerk 4 (a) gehörenden Spalte S/U 1 des Tastenfeldes 5 zugeführt wird. Dieser Abtastimpuls veranlaßt den Ausgang des Tastenfeldes 5, den Zustand der Tasten in dieser Spalte wiederzugeben. Wenn eine Taste betätigt ist, identifiziert das Ausgangssignal des Tastenfeldes 5 die ausgewählte Leistungseinstellung; wenn keine Taste betätigt ist, zeigt das Ausgangssignal des Tastenfeldes 5 eine leere Eingabe an. Der Decoder 50 verschlüsselt das Ausgangssignal von dem Tastenfeld 5 in ein BCD-Signal, das zu einem Speicher 18 übertragen wird. Der Speicher 18 enthält eine (nicht dargestellte) temporäre Speicherzelle KB sowie eine (ebenfalls nicht dargestellte) permanente Speicherzelle PM zur Speicherung der Daten. Das neuerlich eingegebene digitale Steuersignal des Decoders 50 wird zunächst in der mit KB bezeichneten temporären Speicherzelle abgespeichert, die durch ein Torsignal von dem Takt 15 freigegeben ist. Nachdem dieses abgespeicherte Signal in einer noch zu beschreibenden Weise durch eine Erkennungseinrichtung 30 überprüft ist, kann das in der Zelle KB gespeicherte Signal (abhängig von der unten erläuterten Überprüfung) in die permanente Speicherzelle PM des Speichers übertragen werden, in der es so lange unbegrenzt aufbewahrt wird, bis es durch ein Steuersignal ersetzt wird, das einer nachfolgend ausgewählten Leistungseinstellung entspricht.

Die Erkennungseinrichtung 30 überwacht die in der Zelle KB gespeicherten Eingangsdaten, um festzustellen, ob das Eingangssignal eine leere Eingabe, d. h. keine neue Eingabe, eine "AUS"-Einstellung, eine "EIN"-Einstellung oder eine der Leistungseinstellungen 1 bis 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 von der Erkennungseinrichtung 30 eine neue Eingabe erkannt ist, beispielsweise eine "AUS"-Einstellung, wird diese bei der Adresse PM abgespeichert und ersetzt die vorher eingegebene Einstellung.

Falls jedoch entweder eine "EIN"-Einstellung oder eine der Leistungseinstellungen 1 bis 7 erkannt ist, wird eine zusätzliche Überprüfung auf den Inhalt der Speicherzelle PM durchgeführt, ehe der Inhalt von KB nach PM übertragen wird, um festzustellen, ob ein transienter Modus begonnen oder beendet werden muß. Diese zusätzliche Überprüfung ist zusammen mit den "Weichstart"- und den "Sofort-Ein"-Betriebszuständen beschrieben.

Während des ersten Steuerintervalles seiner Steuerperiode erzeugt ein Steuerwortgenerator 16 eines der in Tabelle 2 aufgelisteten 4-Bit-Worte. Die Stromimpuls­ wiederholungsraten für die Leistungseinstellungen 5, 6 und 7 können durch wiederholte Erzeugung eines dieser Steuerworte ausgeführt werden; die Leistungseinstellungen 1, 2, 3 und 4 können durch wiederholte Erzeugung der richtigen Folge der Worte (1000) und (0000) ausgeführt werden.

Tabelle II

Steuerworte

Es wird darauf verwiesen, daß für jede Steuerperiode ein Bit pro Wort abgefragt wird. Bei diesem Satz von Steuerworten führt das Testbit mit dem Zustand logisch Eins zu einer Entscheidung, den Triac zu triggern; wenn der logische Zustand Null ist, erfolgt die Entscheidung nicht zu triggern. Der sequentielle Test der Bits erfolgt mit dem höchstwertigen Bit beginnend.

Es ist ersichtlich, daß die Leistungseinstellungen AUS und 5 bis 7 durch die Erzeugung eines der Steuerworte (0000), (1000), (1010) und (1111) pro Steuerperiode implementiert werden können, was zu Impulswiederholraten von 0, ¼, ½, und ¹/₁ führt.

Die Leistungseinstellungen 1 bis 4 erfordern die richtige wiederholte Aufeinanderfolge der Steuerworte (1000) und (0000). Im einzelnen erfordert die Leistungseinstellung 4 eine wiederholte Sequenz des Wortes (1000) gefolgt von einem nachfolgenden Wort (0000); die Leistungseinstellung 3 wiederum erfordert die Wiederholung einer Sequenz, die ein Wort (1000) gefolgt von drei Worten mit (0000) enthält; ferner benötigt die Leistungseinstellung 2 die Wiederholung einer Sequenz, die ein Wort (1000) gefolgt von sieben nachfolgenden Worten (0000) enthält und schließlich wird für die Leistungseinstellung 1 die Wiederholung einer Sequenz benötigt, die ein Wort (1000) gefolgt von fünfzehn aufeinanderfolgenden Worten (0000) beinhaltet. Somit wird für die Leistungseinstellung 4 das Wort (1000) nach jeder zweiten Steuerperiode, bei der Leistungseinstellung 3 das Wort (1000) nach jeder vierten Steuerperiode, bei der Leistungseinstellung 2 das Wort (1000) nach jeder achten Steuerperiode und schließlich für die Leistungseinstellung 1 das Wort (1000) nach jeder sechzehnten Steuerperiode erzeugt. Oder kürzer ausgedrückt, das Steuerwort (1000) wird alle 2 ⁿ Steuerperioden erzeugt, wobei n für die Leistungseinstellungen 4 bis 1 (Tabelle I) zwischen 1 und 4 liegt. Zur Bildung der richtigen Sequenz der Worte (1000) und (0000) wird ein Binärzähler verwendet, bei dem nach 2 ⁿ Zählschritten der gleiche Zustand der ersten weniger als n-wertigen Bits des Zählwertes auftritt. Beispielsweise ist das weniger als 1-wertige Bit des Zählerinhalts alle 2¹ oder 2 Zählschritte gleich Null, während die ersten weniger als 2-wertige Bits alle 2² oder 4 Zählschritte Null ist usw.

Ein als Null-Durchgangshauptzähler 14 ausgebildeter Ringzähler dient dazu, immer wieder eine vorbestimmte Anzahl von Freigabeimpulsen des Hauptzählers 12 zu zählen und zurückzusetzen. Die augenblicklichen, dem laufenden Zählerstand des Zählers 14 entsprechenden Inhalte sind mit ZCM bezeichnet. Für die Leistungseinstellungen 1 bis 4 führt der Steuerwortgenerator 16 die gewünschten wiederholten Sequenzen der Worte (1000) und (0000) mit Hilfe eines logischen Vergleiches auf den ersten weniger als n-wertigen Bit des Zählerinhaltes des Zählers 14 aus, wobei für die Leistungseinstellungen 4 bis 1 n zwischen 1 und 4 liegt (Tabelle I).

Wenn festgestellt wird, daß die ersten weniger als n- wertigen Bits alle in dem Zustand logisch Null sind, erzeugt der Steuergenerator 16 das Wort (1000), während, wenn nicht alle diese Bits gleich logisch Null sind, das Wort (0000) erzeugt wird. Beispielsweise ist für die Leistungseinstellung 3 n gleich 2 und deshalb erzeugt der Steuerwortgenerator 16 das Steuerwort (1000) bei jedem Auftreten des Zählerstandes, in dem die ersten weniger als 2-wertigen Bits logisch Null sind, was jedesmal nach vier Zählschritten auftritt. Da der Hauptzähler 14 die Freigabeimpulse zählt, erzeugt der Steuerwortgenerator in diesem Beispiel das Wort (1000) in jeder vierten Steuerperiode, so daß eine Sequenz von Steuerworten erzeugt wird, in dem ein Bit mit logisch Eins alle vier Worte oder sechzehn Bits auftritt, was zu der gewünschten Stromimpulswiederholungsrate von ¹/₁₆ führt.

Insofern ist die Arbeitsweise des stationären Betriebes beschrieben. Im folgenden ist die funktionelle Implementierung des "Weichstart"- und des "Sofort-Ein"-Modus beschrieben.

Die mit "Weichstart" und "Sofort-Ein" bezeichneten transienten Betriebszustände werden durch die Erkennungseinrichtung 30 gestartet. Wie gesagt, werden diese transienten Betriebszustände ausgeführt, wenn die Leistungseinstellung von dem AUS in den EIN und darüber hinaus in eine bestimmte andere Leistungseinstellung geändert ist. 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 bis 7 auswählen kann.

Wie bereits beschrieben, überwacht die Erkennungseinrichtung 30 die neuen bei KB gespeicherten Abtastergebnisse. Wenn bei KB eine "EIN"-Eingabe erkannt ist, prüft die Testeinrichtung das bei PM gespeicherte Signal, um festzustellen, ob das gerade ausgeführte Steuerwort eine "AUS"-Einstellung wiedergibt, die anzeigt, daß die Einstellung von dem "AUS"-Zustand in eine andere Einstellung gewechselt werden soll. Wenn das bei PM gespeicherte Signal keiner "AUS"-Einstellung entspricht, was anzeigt, daß die Einstellung nicht aus einer "AUS"-Einstellung umgeschaltet wird, wird die "EIN"-Eingabe ignoriert und der Inhalt von PM bleibt unverändert. Wenn PM ein einer "AUS"-Einstellung entsprechendes Signal enthält, besteht der erste Schritt bei der Ausführung des "Weichstart"- Modus in einem Umspeichern des "EIN"-Signales von KB nach PM. Der zweite Schritt erfolgt, wenn ein einer Leistungseinstellung von 1 bis 7 entsprechendes Signal in KB eingegeben ist. Die Erkennungseinrichtung 30 prüft beim Erkennen eines einer Leistungseinstellung 1 bis 7 entsprechenden Signales den Inhalt von PM, ob dieser einem "EIN"-Signal entspricht. Wenn das "EIN"-Signal erkannt ist, gibt die Erkennungseinrichtung 30 ein Setzsignal an ein "Weichstart"-Flipflop (SSL) 32 ab, womit die Initialisierung des "Weichstart"-Modus abgeschlossen ist. Der Inhalt von KB wird dann nach PM umgespeichert. Solange jedoch SSL gesetzt bleibt, erzeugt, unabhängig von dem Inhalt von PM, der Steuerwortgenerator 16 ein Steuerwort, das den "Weichstart"-Modus kennzeichnet. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dieses Bitmuster identisch mit dem Wort für die Leistungseinstellung 5. Folglich ist die Stromimpulswiederholungsrate während des "Weichstart"-Modus dieselbe, die auch der Leistungseinstellung 5 zugeordnet ist, nämlich ein Stromimpuls pro vier Steuerintervalle. Es wurde empirisch festgestellt, daß diese Stromimpulswiederholungsrate eine optimale Wiederholungsrate ist, mit der ein kaltes MoSi₂- Heizelement angesteuert werden kann, ohne daß die Strom­ abgabefähigkeit des Stromnetzes überschritten wird, wobei diese Stromimpulswiederholungsrate dem Heizelement auch ermöglicht, den Widerstandswert des stationären Zustands zu erreichen.

Durch das Setzen von SSL 32 wird ein "Weichstart"-Timer (SST) 34 freigegeben. SST 34 steuert durch Zählen einer vorbestimmten Anzahl von Freigabeimpulsen des Haupttaktes 12 die Dauer des "Weichstart"-Betriebszustandes. Wenn dieser vorbestimmte Zählerstand erreicht ist, erzeugt SST 34 ein Ausgangssignal, das sowohl SST 34 als auch SSL 32 zurücksetzt, womit der "Weichstart"-Betriebszustand beendet ist, und das ein "Sofort-Ein"- Flipflop (IOL) 36 setzt, was den "Sofort-Ein"-Betriebszustand startet. IOL 36 veranlaßt, wenn es gesetzt ist, den Steuerwortgenerator 16, die größte Leistungseinstellung auszuführen, und zwar unabhängig von der ausgewählten Leistungseinstellung. Ferner gibt IOL 36 den "Sofort-Ein"-Timer (IOT) 38 frei. IOT 38 bestimmt durch Zählen einer vorbestimmten Anzahl von Freigabeimpulsen des Haupttaktes 12 die Dauer des "Sofort-Ein"-Betriebszustandes und erzeugt dann ein Rücksetzsignal, das sowohl IOT 38 als auch IOL 36 zurücksetzt, womit der "Sofort-Ein"-Betriebszustand beendet ist. 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"-Betriebszustand beendet werden, obwohl der "Sofort-Ein"-Betriebszustand noch in der Ausführung begriffen ist. Die Erkennungseinrichtung 30 erbringt diese Funktion wie folgt. Wenn ein einer Leistungseinstellung 1 bis 7 entsprechendes Signal bei KB erkannt ist, wird der Inhalt von PM auf die Leistungseinstellung hin überprüft. Enthält PM ein Signal, das einer Leistungseinstellung entspricht, die anzeigt, daß die neue Eingabe einen Wechsel der Leistungseinstellung von einer auf eine andere Einstellung zwischen 1 und 7 wiedergibt, so wird ein Größenvergleich der Inhalte 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 Erkennungseinrichtung 30 ein Rücksetzsignal an IOL 36 und IOT 38, so daß der "Sofort- Ein"-Betriebszustand beendet wird. Der Inhalt von KB wird nach PM umgespeichert, und es erfolgt die Ausführung der neuerlich eingegebenen Leistungseinstellung im stationären Modus.

Immer wenn ein "AUS" bei KB eintrifft, werden alle Flipflops und Timer sofort zurückgesetzt und der "Weichstart"- Modus und der "Sofort-Ein"-Modus beendet.

Fig. 7 veranschaulicht schematisch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Steuerschaltung für den Elektroherd nach Fig. 1 mit einer Glas-Keramik-Herdfläche und vier MoSi₂-Heizelementen, bei dem die Leistungssteuerung elektronisch durch einen Mikroprozessor oder Chip der TMS-1000-Serie erfolgt. Der Mikroprozessor der TMS-1000- Serie ist im Handel von Texas Instruments, Inc. oder anderen Herstellern erhältlich. Technische Einzelheiten des Mikroprozessors sind der Texas Instruments Veröffentlichung mit dem Titel "TMS-1000 Series Data Manual", erschienen im Dezember 1975, zu entnehmen.

In Fig. 7 veranschaulicht ein Chip 40 einen Mikroprozessor der TMS-1000-Serie, der durch die bleibende Konfigurierung seines ROM-Speichers für die Ausführung des Steuerschemas entsprechend verwendbar gemacht worden ist.

Das Tastenfeld 5 ist ein kapazitives Tastenfeld mit vier Spalten aus jeweils neun Tasten. Die Spalten zur Steuerung der Heizelemente 1 (a) bis 1 (d) sind mit S/U 1 bis S/U 4 bezeichnet. Die Tasten ermöglichen es dem Benutzer, zusätzlich zu den Zuständen "EIN" und "AUS" für jedes Heizelement 1 (a) bis 1 (d) Leistungseinstellungen 1 bis 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 notwendig ist. Jede Taste des Tastenfeldes 5 enthält eine obere und zwei untere Flächen. Die obere Fläche ist von den unteren Flächen durch ein dielektrisches Material getrennt, womit von der Wirkung her zwei in Serie liegende Kondensatoren gebildet sind. Die obere Fläche stellt eine gemeinsame Platte für jede der beiden unteren Flächen dar. Eine der unteren Flächen jeder Taste ist mit einer Eingangsleitung verbunden, die für alle Tasten der Spalte gemeinsam ist. Die andere untere Fläche liegt an einer Ausgangsleitung, die sie mit allen Tasten der Zeile teilt. Somit weist das Tastenfeld 5 eine Eingangsleitung für jede Spalte, an die alle Tasten dieser Spalte angeschlossen sind, sowie neun Ausgangsleitungen auf, von denen jeweils eine zu einer Zeile von Tasten gehört. Jede Spalte des Tastenfeldes 5 wird durch periodisches Einspeisen einer Abtastspannung in die Eingangsleitung dieser Spalte abgetastet. Diese Spannung wird an alle Ausgangsleitungen aller unberührten Tasten im wesentlichen unverändert übertragen. Das Ausgangssignal einer berührten Taste wird sich jedoch unterscheiden, da es durch die zusätzliche Kapazität gedämpft ist, die von der Berührung der oberen Fläche durch den menschlichen Benutzer herrührt.

Bei der Schaltung nach Fig. 7 wird nacheinander an den Ausgängen R 0 bis R 3 des Chips 4 ein Eingangs- oder Abtastimpuls zur Verfügung gestellt; diese Impulse werden bei ihrem Erscheinen an den Ausgängen R 0 bis R 3 zu den zugehörigen Eingängen eines Tastenfeldtreibers 46 übertragen. Der Tastenfeldtreiber 46 besteht aus einer üblichen Treiberschaltung, die zur Verstärkung der Impulse aus den Ausgängen R 0 bis R 3 verwendet ist. Die verstärkten Impulse werden von dem Tastenfeldtreiber 46 an die entsprechende Spalteneingangsleitung des Tastenfeldes 5 übertragen. Auf diese Weise wird jede Spalte des Tastenfeldes 5 nach neuen Eingaben abgesucht, d. h. sie wird periodisch nach betätigten Tasten mit einer Geschwindigkeit abgesucht, die durch das in dem ROM-Speicher des Chips 40 enthaltene Steuerprogramm bestimmt ist. Wie aus der folgenden Beschreibung der Steuerroutine ersichtlich ist, wird jede Spalte einmal alle vier Steuerintervalle abgesucht.

Der Ausgang des Tastenfeldes 5 ist über ein einfaches strombegrenzendes Widerstandsnetzwerk 50(2) und ein kapazitives Interface 50(1) mit dem Chip 40 verbunden. Das Widerstandsnetzwerk 50(2) legt nur einen großen, strombegrenzenden Widerstand in der Größenordnung von 10 kOhm in Serie mit jeder Ausgangsleitung des Tastenfeldes 5. Das kapazitive Interface 50(1) dient den diversen Funktionen wie der Priorisierung der Tastenfeldausgangssignale, der Umcodierung des Tastenfeldausgangssignales in ein durch den Chip 40 erkennbares Digitalformat und dem Multiplexen 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 Steuerfunktionen mit den Null- Durchgängen der Netzwechselspannung zu synchronisieren.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das kapazitive Interface 50(1) eine integrierte Schaltung TMS 1976, die von Texas Instruments, Inc. auf dem Markt ohne weiteres erhältlich ist. Da die Einzelheiten dieser integrierten Schaltung in bezug auf die beschriebene Steuerung nicht kritisch sind, ist deren Betriebsweise nur insoweit beschrieben, wie es für das Verständnis 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(1) enthält, kurz gefaßt, neun kapazitive Eingänge C 1 bis 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 sind so gestaltet, daß sie negative Übergänge einer extern erzeugten Referenzspannung erkennen. Jeder Eingangspuffer liefert einen Setzbefehl an sein zugehöriges internes (nicht dargestelltes) Flipflop, wenn er an seinem C-Eingang eine Eingangsspannung erkennt, die von der Referenzspannung abweicht. Das Ausgangssignal dieser Flipflops wird intern an einen (nicht dargestellten) Codierer übertragen, der wiederum die Funktionen der Priorisierung und Codierung erbringt. Dem Eingang C 1 ist die höchste Priorität und dem Eingang C 9 ist die niedrigste Priorität zugewiesen. 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(1) wird über den mit ISR bezeichneten Eingang gesteuert. Wenn ISR auf einem niedrigen Potential liegt, wird das BCD-Wort an die Ausgänge Y 1 bis 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 Rücksetzbedingung 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 Eingangs F an dem Ausgang Y 1. Diese Funktion des Eingangs ISR, nämlich der Auswahl zwischen den C-Eingängen und dem F-Eingang ermöglicht es, daß diese Eingänge für den Chip 40 gemultiplext werden. Die Steuerung dieser Multiplexfunktion wird über einen Chipausgangsanschluß R 8 erreicht, der elektrisch über einen ISR-Treiber 47 mit dem Eingang ISR des Interface 50(1) gekoppelt ist.

Der Chip 40 erhält von dem Interface 50(1) das BCD-codierte 4-Bit-Signal, das an den Eingängen K 1, K 2, K 4 und K 5 dem abgetasteten Ausgangssignal des Tastenfeldes 5 entspricht, wozu die Eingänge K 1, K 2, K 4 und K 8 elektrisch mit den Ausgängen Y 1 bis Y 4 des Interface 50(1) verbunden sind. Wie bereits beschrieben, verbindet auch der Eingang K 1 den Chip 40 über den F-Eingang des Interface 50(1) mit dem Null-Duchgangsdetektor 10.

Die Ausgangssignale des Chips 40 werden an Ausgängen O 0 bis O 7, R 0 bis R 3 sowie R 4 bis R 7 und R 8 abgegeben. Die Ausgänge O 0 bis O 7 liefern über Segmentanzeigetreiber 41 eine Anzeigeinformation für gebräuchliche 7-Segment-Leuchtdiodenanzeigen 44. Die Ausgänge R 0, R 3 sind, wie bereits beschrieben, an die Spalten S/U 1 bis S/U 4 über den Tastenfeldtreiber 46 angeschlossen. Der Ausgang R 8 liegt über dem ISR-Treiber 47 an dem ISR-Eingang des Interface 50(1). Ferner sind die Ausgänge R 0 bis R 3 mit dem Eingang eines gebräuchlichen Digital-Anzeigetreibernetzwerks 42 verbunden, das die Anzeige 44 freigibt. Die Ausgänge R 4 bis R 7 verbinden schließlich den Chip 40 über gebräuchliche Triactreiber 26 mit den Gateanschlüssen der Stromsteuertriacs 3 (a) bis 3 (d). Der Triactreiber 26 verstärkt das aus den Ausgängen R 4 bis R 7 kommende Ausgangssignal und isoliert den Chip 40 gegen die Netzleitung.

Durch die bleibende Konfigurierung des ROM-Speichers des Chips 40 für die Ausführung eines vorgegebenen Befehlssatzes ist, wie gesagt, der Chip 40 für die Ausführung der Steuerfunktionen vorbereitet. In den Fig. 9 bis 18 sind Flußdiagramme veranschaulicht, die die in dem Mikroprozessor implementierten Steuerroutinen veranschaulichen, um die von dem Tastenfeld 5 über das Interface 50(1) kommenden Eingabedaten entgegenzunehmen, zu speichern und zu verarbeiten und um die Steuersignale zur Triggerung der Triacs 3 (a) bis 3 (d) in der Weise zu erzeugen, daß diejenige Stromimpuls­ wiederholungsrate erhalten wird, die für die, für das jeweilige Heizelement 1 (a) bis 1 (d) ausgewählte, Leistungseinstellung erforderlich ist. Aufgrund dieser Diagramme kann leicht das Programm für die bleibende Speicherung in dem ROM des Mikroprozessors 40 geschrieben werden mit dem der Mikroprozessor 40 in der Lage ist, die entsprechenden Steuerfunktionen auszuführen.

Steuerprogramm

Das Steuerprogramm besteht aus einer Folge von in den Flußdiagrammen nach den Fig. 9 bis 18 veranschaulichten Routinen, die in dem ROM-Speicher enthalten sind. Der RAM-Speicher des TMS 1000 enthält 64 Speicherworte, die zu vier Sätzen angeordnet sind, von denen jeder Satz 16 4-Bit-Worte beinhaltet. Zur Adressierung des RAM werden zwei Register verwendet: Das X-Register zur Adressierung eines der vier Sätze und das Y-Register zur Adressierung eines der 16 Worte in einem Satz.

Nach den Fig. 5A und 5B ist, wie gesagt, jedem Heizelement ein Steuerlogiknetzwerk 4 (a) bis 4 (d) zugeordnet, die insgesamt in einer gestaffelten Weise abgearbeitet werden, wobei jeweils in einem Steuerintervall ein anderes Steuerlogiknetzwerk 4 (a) bis 4 (d) in der Weise durchgetaktet wird, daß ein bestimmtes Steuerlogiknetzwerk 4 (a) bis 4 (d) nur einmal alle vier Steuerintervalle abgearbeitet wird.

Die vier Steuerlogiknetzwerke 4 (a) bis 4 (d) sind in der Steuerroutine dieses Ausführungsbeispieles unter Verwendung unterschiedlicher Sätze des RAM für das jeweilige Steuerlogiknetzwerk implementiert. Die Speicherplätze in jedem Satz des RAM dienen zur Nachbildung der Funktionen, die durch den Speicher 18, den Hauptzähler 14, die Testeinrichtung 30, den Steuerwortgenerator 16, die Flipflops 32 und 36 sowie die Timer 34 und 38 jedes Steuerlogiknetzwerkes erbracht werden. Die Funktionen des Steuerlogiknetzwerkes 4 (a) bis 4 (d) werden durch Programmbefehle ausgeführt, die auf den Sätzen 0-3 des RAM arbeiten. Der Satz der Programmbefehle wird einmal während jedes Steuerintervalles durchlaufen. Die Staffelung wird dadurch erreicht, daß das Satzregister als Ringzähler arbeitet, der von Null bis drei zählt und bei jedem Steuerintervall erhöht wird. Dies bewirkt, daß die Steuerbefehle bei jedem Steuerintervall auf einem anderen Satz im RAM arbeiten, wobei jeder einzelne Satz einmal alle vier Steuerintervalle bearbeitet wird. Lediglich die Speicherstellen in jedem Satz des RAM, die das Steuerwort für diesen Satz speichern, werden bei der Durchführung der Funktionen der Ausgangslogik 34 und der Sperrlogik 22 bei jedem Steuerintervall ausgewertet. Obwohl das jeweilige Steuerwort jedes Satzes nur einmal alle vier Steuerintervalle erzeugt wird, wird das höchstwertige Bit jedes der Steuerworte in jedem Steuerintervall geprüft und dann wird jedes Steuerwort in jedem Steuerintervall um ein Bit nach links geschoben, so daß in dem jeweils nachfolgenden Steuerintervall ein neues Bit geprüft wird.

Der Initialisierungsprogrammdurchlauf wird durch das Einschalten des Stromes an das System, beispielsweise durch Einstecken des Gerätes in eine Netzsteckdose, gestartet. Es ist ersichtlich, daß solange das Gerät eingesteckt ist, die Steuerschaltung ständig, unabhängig von der ausgewählten Leistungseinstellung, mit Strom versorgt ist. Beim Eintreten in die Null-Durchgangsroutine (Fig. 15) wird das Progamm angehalten, um das Auftreten des nächsten Null-Durchganges der Netzspannung abzuwarten. Beim Erkennen eines Null-Durchgangssignales werden die Triggerentscheidungen für die Triacs durch Setzen oder Rücksetzen der Ausgangsflipflops R 4 bis R 7 an die Triactreiber übermittelt, anschließend werden die Steuerworte (Ausgangsroutine, Fig. 17) geshiftet und das Programm kehrt in die Abfrageroutine (Fig. 10) zurück, um den nächsten Durchlauf durch das Programm zu beginnen.

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

Programmbeschreibung 1. Netzeinschaltroutine - Fig. 9

Diese Routine setzt alle internen Timer, Flipflops und Register zurück, wenn die Netzspannung eingeschaltet wird, beispielsweise wenn der Herd eingesteckt wird oder wenn die Spannung nach einer Unterbrechung der Stromversorgung wiederkehrt. Diese Routine wird nur nach einer Wiederkehr der Netzversorgung oder einem Ersteinschalten der Netzversorgung erneut abgearbeitet.

2. Abfrageroutine - Fig. 10

Diese Routine, die üblicherweise von der Shiftroutine (Fig. 17) angeworfen wird, steuert die Eingabe der Daten von dem kapazitiven Interface 50(1) und auch die Ausgabe der Ausgabedaten für das Anzeigeelement 44, auf dem die auszuführende Leistungseinstellung angezeigt wird.

Die Dateneingabe von dem Interface 50(1) wird von der folgenden Befehlssequenz erbracht. Zunächst wird das kapazitive Interface 50(1) durch Umschalten des Ausgangsflipflops R 8 in den Zustand logisch Eins zurückgesetzt (Block 90). Dies setzt die internen Eingangspuffer des Interface 50(1) zurück. Als nächstes wird der SU-Zähler weitergeschaltet (Block 92). Der SU-Zähler ist ein Satzregister, der so gestaltet ist, daß er immer wieder von Null bis drei zählt und auf Null zurückgesetzt wird (Blöcke 94 und 96). Der durch SU adressierte Satz des RAM wird ausgewählt (Block 98), was ermöglicht, daß bei jedem Durchlauf durch das Programm ein unterschiedlicher Satz des RAM bearbeitet wird, wie dies in dem Steuerprogrammüberblick ausgeführt ist. Daran anschließend wird das Tastenfeldabfragesignal aus dem vorhergehenden Durchlauf (R(SU-1) zurückgesetzt (Block 100). Das kapazitive Interface 50(1) wird nunmehr durch Umschalten des Ausgangsflipflops R 8 auf logisch Null gesetzt (Block 101), womit die internen Flipflops in dem kapazitiven Interface 50(1) zur Aufnahme neuer Eingabedaten vorbereitet sind. Die der aktuell ausgeführten Leistungseinstellung entsprechenden Ausgabedaten werden dann an die Ausgänge O 0 bis O 7 (Block 102) übertragen. Als nächstes wird die Abfrage des Tastenfeldes 5 nach neuen Eingabedaten für das Heizelement, das zu dem Zählerstand in dem SU-Satzregister gehört, gestartet, indem der Abfrageausgang bei R(SU) (Block 104) betätigt wird. Hierdurch wird die richtige Tastenfeldspalte und die richtige Anzeigeziffer freigegeben. Schließlich werden die neuen Daten des kapazitiven Interface 50(1) eingelesen (Block 106) und vorübergehend in den Speicher KB (Block 107) abgespeichert. Nachdem die Übernahme der Eingabedaten von der zu dem Heizelement mit der Adresse SU gehörenden Tastenfeldspalte abgeschlossen ist, verzweigt das Programm in die Eingabedatenroutine (Fig. 11).

3. Eingabedatenroutine - Fig. 11

Diese Routine stellt fest, ob die neuerlich eingegebenen von der Abfrageroutine erhaltenen und kurzzeitig bei KB gespeicherten Daten eine leere Eingabe, d. h. keine Tastenfeldeingabe, eine "AUS"-Eingabe, eine "EIN"- Eingabe oder eine Leistungseinstellung 1 bis 7 wiedergeben.

Für den Fall, daß das neue Datum eine leere Eingabe (Block 111) wiedergibt, bleibt das langfristige Speicherregister, das das zur Zeit ausgeführte Steuersignal enthält, unverändert und das Programm verzweigt in die Leistungssteuerroutine (Fig. 13).

Wenn das neue Datum bei KB eine "AUS"-Eingabe (Block 112) repräsentiert, wird dieses Datum nach PM umgespeichert (Block 114), die dem "Weichstart"- und dem "Sofort-Ein"- Flipflop und deren Timer entsprechenden Variablen werden zurückgesetzt (Blöcke 115 a bis d) und das Programm verzweigt in die Leistungssteuerroutine (Fig. 13).

Wenn andererseits das neue Datum eine "EIN"-Eingabe (Block 116) enthält, wird eine zusätzliche Überprüfung vorgenommen, um die Notwendigkeit der Ausführung eines "Weichstart"-Modus festzustellen. Das bei PM gespeicherte Steuersignal wird geprüft (Block 118), um auf diese Weise festzustellen, ob die vorher eingegebene Einstellung eine "AUS"-Eingabe war. Wenn dies der Fall ist, wird die bei KB gespeicherte neu eingegebene "EIN"-Eingabe nach PM umgespeichert (Block 120). Falls die obige Bedingung nicht zutrifft, bleibt der Inhalt von PM unverändert und das Programm verzweigt ebenfalls wieder in die Stromsteuerroutine (Fig. 13). Der letztere Zustand zeigt an, daß die Eingabe entweder von "EIN" nach "EIN" oder von einer Leistungseinstellung zwischen 1 und 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 das neue Datum eine Leistungseinstellung zwischen 1 und 7 repräsentieren, 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. 13). Diese Bedingung zeigt an, daß ein Versuch gemacht wurde, von dem "AUS"-Zustand in eine Leistungseinstellung 1 bis 7 überzugehen, ohne zunächst eine "EIN"-Eingabe auszuwählen. Bei derartigen Fällen wird die neue Leistungseinstellung ignoriert. Wenn die Bedingung bei Block 117 nicht erfüllt ist, zeigt dies an, daß die vorhergehende Einstellung entweder eine "EIN"-Einstellung oder eine Leistungseinstellung 1 bis 7 war, woraufhin das Programm in die Vergleichsroutine (Fig. 12) verzweigt.

4. Vergleichsroutine - Fig. 12

Diese Routine wird nur angeworfen, wenn die neue Eingabe eine Leistungseinstellung 1 bis 7 enthält. Die Hauptaufgabe dieser Routine ist die Initialisierung des "Weichstart"-Modus und der Beendigung des "Sofort-Ein"- Modus, wenn dies angebracht ist. Diese Funktion wird in der folgendenWeise erreicht. Block 122 prüft den Inhalt von PM auf eine "EIN"-Einstellung. Wenn PM eine "EIN"-Einstellung enthält, die anzeigt, daß die Leistungseinstellung von "EIN" auf eine Leistungseinstellung 1 bis 7 umgeschaltet wurde, wird SSL (Block 124) gesetzt. Die neu eingegebene und übergangsweise bei KB gespeicherte Leistungseinstellung wird dann nach PM (Block 125) übertragen und das Programm verzweigt in die Leistungssteuerroutine (Fig. 13).

Wenn festgestellt wurde, daß PM eine andere Einstellung als eine "EIN"-Einstellung enthält (Block 122) (oder eine "AUS"-Einstellung, wie oben bei der Eingabedatenroutine beschrieben), die einen Wechsel von einer auf eine andere Leistungseinstellung 1 bis 7 anzeigt, ist es notwendig, festzustellen, ob die neu eingegebene Leistungseinstellung kleiner als die gegenwärtig ausgeführte Leistungseinstellung ist. Es sei wiederum darauf hingewiesen, daß ein Merkmal des Steuerschemas darin besteht, daß der "Sofort-Ein"-Modus umgehend beendet wird, wenn eine neue Leistungseinstellung eingegeben wird, die kleiner als die alte Leistungseinstellung ist, falls das Gerät in dem "Sofort-Ein"-Modus arbeitet. Wie in Tabelle I angegeben, entsprechen die Leistungseinstellungen 1 bis 7 einem BCD-Code, der wiederum der dezimalen Einstellungsbezeichnung entspricht. Somit wird auf den bei PM und KB gespeicherten Daten ein Größenvergleich durchgeführt (Block 126). Wenn das bei KP gespeicherte, codierte Signal kleiner als dasjenige bei PM ist, ist die neue Leistungseinstellung niedriger und IOL und IOT werden zurückgesetzt (Blöcke 128 und 129). Wenn jedoch das bei KB gespeicherte Signal nicht kleiner ist als das von PM, bleiben IOL und IOT unverändert. In beiden Fällen wird das eingangs bei KB gespeicherte, neu eingegebene Datum nach PM übertragen (Block 125). Das Programm verzweigt dann in die Leistungssteuerroutine (Fig. 13).

5. Leistungssteuerroutine - Fig. 13

Die Hauptfunktionen der Leistungssteuerroutine sind das Weiterschalten des Hauptzählers bei jeder Steuerperiode und die Ausführung der "Weichstart"- und "Sofort-Ein"- Routinen, so es erforderlich ist. Nach dem Erhöhen des Hauptzählers (Block 150), der wie ein Ringzähler arbeitet und fortwährend von Null bis fünfzehn zählt, wird die SSL- Variable geprüft (Block 152). Wenn die den Betrieb im "Weichstart"-Modus anzeigende SSL-Variable gesetzt ist, wird die SST-Variable erhöht (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 Wert der Konstanten übersteigt, werden die SSL-Variable (Block 157) und die SST-Variable (Block 158) zurückgesetzt, sowie die IOL-Variable gesetzt (Block 159). Um eine Sekunde zu erreichen, wird die Konstante "Zeitende" auf 15 gesetzt. Der Inhalt des Registers MKB, ein Register, das bei der Ausführung des "Sofort-Ein"-Modus, wie weiter unten beschrieben, verwendet wird, wird an dieser Stelle gegen den Inhalt von PM ausgetauscht (Block 115), da die IOL-Variable in dieser Schleife das erstemal gesetzt ist und die Inhalte dieser Register in ähnlicher Weise innerhalb der Leistungsvergleichsroutine (Block 168, Fig. 14B) ohne Durchlaufen des Blockes 164 der "Sofort-Ein"- Schleife ausgetauscht wurden. Das Programm verzweigt dann in den Block 146 der Leistungsvergleichsroutine, mit der die "Weichstart"-Wiederholungsrate unabhängig von der tatsächlichen bei PM gespeicherten Leistungseinstellung ausgeführt wird.

Wenn die SSL-Variable nicht gesetzt ist, wird die IOL- Variable geprüft (Block 160). Wenn diese den Betrieb im "Sofort-Ein"-Modus anzeigende Variable gesetzt ist, 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 (Block 161) ist. Die IOT-Variable wird dann um eins erhöht (Block 162) und (Block 163) geprüft, um festzustellen, ob der Variablenwert ein vorgegebenes Maximum (MAXTIME) überstiegen hat. Wenn dies nicht der Fall ist, werden die Inhalte von MKB und PM ausgetauscht (Block 164), womit PM anstelle der tatsächlichen Leistungseinstellung das der Leistungseinstellung 7 entsprechende Signal enthält, womit unabhängig von der tatsächlichen Leistungseinstellung die dem "Sofort-Ein"-Modus zugeordnete Stromimpulswiederholungsrate ausgeführt wird. Wenn die IOT-Variable den Maximalwert übersteigt, wird durch Rücksetzen der IOL- und der IOT-Variablen (Blöcke 165 und 166) der "Sofort-Ein"-Modus beendet. Zum Erreichen einer Dauer von 8½ sec wird die Variable MAXTIME auf 128 gesetzt. In jedem Falle geht das Programm dann in die Leistungsvergleichsroutine (Fig. 14A und B).

6. Leistungsvergleichsroutine -Fig. 14A und 14B

In dieser Routine wird ein 4-Bit-Steuerwort (POW) erzeugt, das für die Ausführung der richtigen Stromimpulswiederholungsrate benötigt wird. Wenn eine der Leistungseinstellungen 5 bis 7 ausgewählt ist, wie durch den Inhalt von PM=5 bis 7 angezeigt (Blöcke 130 bis 132), wird POW auf (1000), (1010) oder (1111) gesetzt (Blöcke 146 bis 148). Wie oben erläutert, werden die für diese Leistungseinstellungen erforderlichen Wiederholungsraten durch wiederholte Erzeugung des jeweils richtigen Steuerwortes ausgeführt. In ähnlicher Weise wird der "Weichstart"-Modus durch Setzen der POW-Variablen gleich (1000) (Block 146) ausgeführt, wenn die SSL-Variable gesetzt ist (Block 152, Fig. 13).

Um die Leistungseinstellungen 1 bis 4 auszuführen, ist es notwendig, wiederholt Sequenzen aus Worten (1000) und (0000) zu erzeugen. Die richtige Sequenz wird durch Überprüfen der Inhalte von PM und der Zählerstandsvariablen ZCM des Hauptzählers erzeugt. Für die Leistungseinstellung 4 ist die richtige Sequenz abwechselnd (1000) und (0000). Die Abfrage des ersten niedrigwertigsten Bit der ZCM-Variablen auf 0 (Block 140) ergibt bei jedem übernächsten Zählerstand eine JA-Antwort. Wenn die Bedingung erfüllt ist und der Inhalt von PM=4 (Block 133), wird die POW-Variable auf (1000) gesetzt (Block 138). Wenn die Bedingung nicht erfüllt ist, wird die POW-Variable auf (0000) gesetzt (Block 139). Somit wechselt bei der Leistungseinstellung 4, bei der PM=4 ist, die Variable POW bei jeder Steuerperiode zwischen (1000) und (0000).

Für den Fall, daß das erste nullwertige Bit gleich Null ist, der Inhalt von PM jedoch ungleich Null, wird das nächst höherwertige Bit nach einer Null abgefragt (Block 141). Eine erfüllte Bedingung bedeutet, daß die ersten beiden niedrigstwertigen Bis Null sind, ein Ereignis, das nur einmal alle vier Zählerschritte auftritt. Wenn die Bedingung erfüllt ist und der Inhalt von PM=3, was anzeigt, daß die Leistungseinstellung 3 ausgewählt ist, wird POW auf (1000) gesetzt. Wenn das zweite niedrigstwertige Bit ungleich Null ist, wird POW auf (0000) gesetzt. Somit ist, wenn der Inhalt von PM=3 ist, POW gleich (1000) einmal alle vier Steuerperioden und (0000) sonst, womit die gewünschte Sequenz für die Leistungseinstellung 3 mit (1000) gefolgt durch drei aufeinanderfolgende Worte mit (0000) erzeugt wird.

Für den Fall, daß die Bedingung bei Block 134 nicht erfüllt ist, bedeutet dieses, daß die Leistungseinstellung keine der Leistungseinstellungen 3 bis 7 ist, und daß die ersten zwei niedrigstwertigen Bits von ZCM gleich Null sind. Der nächste Programmschritt besteht nunmehr darin, das dritte niedrigstwertige Bit von ZCM auf Null abzufragen (Block 142). Wenn die Bedingung nicht erfüllt ist, wird POW auf (0000) gesetzt. Eine erfüllte Bedingung gibt an, daß die ersten drei niedrigstwertigen Bits Null sind, was einmal alle acht Zählschritte auftritt. Wenn die Bedingung erfüllt ist und die Leistungseinstellung 2 ausgewählt wurde, d. h. PM=2 (Block 135), wird POW auf (1000) gesetzt. Folglich ist für die Leistungseinstellung 2 einmal alle acht Steuerperioden POW gleich (1000) und (0000) sonst, womit die gewünschte Sequenz von einem Wort (1000) gefolgt von sieben nachfolgenden Worten (0000) erzeugt ist.

Im Falle, daß schließlich die drei niedrigstwertigen Bits von ZCM Null sind und der Inhalt von PM ungleich 2, 3, 4, 5 oder 7, wird das vierte niedrigstwertige Bit (Block 143) auf Null abgefragt. Wenn die Bedingung erfüllt ist, und somit angezeigt ist, daß die ersten vier niedr 70061 00070 552 001000280000000200012000285916995000040 0002003003455 00004 69942igstwertigen Bits Null sind, was einmal alle sechzehn Zählschritte auftritt und die Leistungseinstellung 1 ausgewählt ist (PN=1) (Block 136) wird POW auf (1000) gesetzt. Somit ist bei der Leistungseinstellung 1 POW einmal alle sechzehn Steuerperioden gleich (1000) und (0000) sonst, womit die gewünschte Sequenz, bestehend aus einem Wort mit (1000) gefolgt von fünfzehn anschließenden Worten mit 0000 erzeugt ist.

Eine unerfüllte Bedingung bei Block 136 bedeutet, daß die Leistungseinstellung "AUS" eingegeben wurde und daß POW auf (0000) zu setzen ist.

Nach der Erzeugung des entsprechenden Steuerwortes für die Steuerperiode bleibt das Programm in dieser Routine, um durch Abfrage der IOL-Variablen (Block 167) festzustellen, ob das Heizelement in dem "Sofort-Ein"-Modus arbeitet. Wenn diese Variable gesetzt ist, ist es notwendig, die Inhalte von MKB und PM miteinander zu vertauschen, um dem anfänglichen Austausch entgegenzuwirken, der bei der Ausführung des "Sofort-Ein"-Modus in der Leistungssteuerroutine ausgeführt wurde. Das Programm verzweigt dann in die Null-Durchgangsroutine (Fig. 15).

7. Null-Durchgangsroutine -Fig. 15

Diese Routine setzt vor dem nächsten Null-Durchgang der Netzspannung (Block 170) die Triac-Trigger-Flipflops R 4 bis R 7 zurück. Der Ausgang R 8 ist auf hohes Potential geschaltet (Block 171), um den ISR-Eingang des kapazitiven Interface 50(1) zu setzen, damit das Durchschleifen des F-Einganges des Interface 50(1) an den Y-Ausgang freigegeben ist. Hierdurch wird es möglich, daß der Null-Durchgangsimpuls an dem K 1-Eingang erscheint. Das Programm wartet, bis dieser Impuls bei K 1 erscheint (Blöcke 172 und 173). Wenn der Null-Durchgangsimpuls empfangen ist, wird die ISR-Eingabe für das Interface 50(1) zurückgesetzt (Block 174) und das Programm verzweigt in die Leistungsausgaberoutine (Fig. 16).

8. Leistungsausgangsroutine -Fig. 16

Diese Routine erbringt die Funktionen des Ausgangslogiknetzwerks 24 und des Sperrlogiknetzwerks 22 (Fig. 5A). Beim stationären Betrieb werden in dieser Routine die Steuerworte POW (a) bis POW (d) für die vier Heizelemente (Blöcke 181 bis 184) adressiert und das höchstwertige Bit jedes Steuerwortes abgefragt (Blöcke 185 bis 188). Diejenigen Ausgangsflipflops R 4 bis R 7, die zu Steuerworten gehören, deren höchstwertiges Bit in dem Zustand logisch Eins ist, werden gesetzt (Blöcke 191 bis 194). Diejenigen Ausgangsflipflops R 4 bis R 7, die zu Steuerworten gehören, deren höchstwertiges Bit in dem Zustand logisch Null ist, werden nicht gesetzt. Im letzteren Fall bleiben diese Flipflops in dem zurückgesetzten Zustand, da jedes der Flipflops R 4 bis R 7 vorher in der Null-Durchgangsroutine (Block 170, Fig. 15) zurückgesetzt worden ist. Das Setzen eines Ausgangsflipflops bewirkt, daß der zugehörige Triac in den leitenden Zustand umgeschaltet wird. Triacs, die zu in dem zurückgesetzten Zustand gehörenden Flipflops gehören, bleiben nichtleitend. Auf diese Weise wird während des stationären Betriebszustandes bei jedem Durchlauf durch das Steuerprogramm das höchstwertige Bit jedes der vier Steuerworte abgefragt. Folglich wird bei jedem Steuerintervall die Entscheidung durchgeführt, ob der jeweilige Triac zu triggern oder nicht zu triggern ist.

Der "Weichstart"-Modus einschließlich der Sperrfunktion wird ebenfalls von dieser Routine ausgeführt. Es ist nochmals erwähnt, daß in dem "Weichstart"-Modus arbeitenden Heizelementen Stromimpulse mit einer Geschwindigkeit von einem Impuls pro vier Steuerintervalle zugeführt werden. Während dieses Steuerintervalles, in dem einem in dem "Weichstart"-Modus arbeitenden Heizelement Strom zugeführt wird, werden den anderen Heizelementen unabhängig von der Leistungseinstellung für diese anderen Heizelemente keine Stromimpulse zugeführt. Diese Sperrfunktion wird von der Routine, wie folgt, ausgeführt. Beim Eintreten in diese Routine wird die zu dem durch den SU-Zähler identifizierten Heizelement gehörenden SSL- Variable (Block 180) abgefragt. Wenn sie gesetzt ist, was anzeigt, daß das Heizelement in dem "Weichstart"- Modus arbeitet, wird das zu dem als R(SU+4) identifizierte Heizelement gehörige Ausgangsflipflop R 4 bis R 7 gesetzt, wobei SU der Zählerstand ist, der das jeweilige Heizelement identifiziert und das Programm verzweigt in die Shiftroutine (Fig. 17). Die übrigen durch die Null-Durchgangsroutine (Block 170, Fig. 15) zurückgesetzten Ausgangsflipflops bleiben unverändert, da die Blöcke, die über den stationären Zustand entscheiden, nämlich die Blöcke 181 bis 188 und 191 bis 194 umgangen werden, wenn die SSL-Variable gesetzt ist. Auf diese Weise wird die Stromzufuhr zu allen übrigen Heizelementen unabhängig von deren Leistungseinstellung gesperrt, weil nur das zu dem im "Weichstart"-Modus arbeitende Heizelement gehörende Ausgangsflipflop R 4 bis R 7 gesetzt ist.

9. Shiftroutine - Fig. 17

Diese Routine adressiert und shiftet die Steuerworte für jedes Heizelement um eine Bitstelle nach links. Die Leistungsausgangsroutine und die Shiftroutine (Fig. 16 und 17) sorgen für das sequentielle von links nach rechts fortschreitende Abfragen der Steuerwortbits, indem sie die Stelle des jeweils höchstwertigen Bits jedes Steuerwortes prüfen und dann die Bits jedes Steuerwortes bei jedem Steuerintervall nach links verschieben. Auf diese Weise wird die Steuerlogik für jedes Heizelement innerhalb jeder Steuerperiode abgearbeitet, jedoch die Entscheidung zum Ein- und Ausschalten wird in jedem Steuerintervall durchgeführt. Das Programm kehrt dann in die Abfrageroutine (Fig. 10) zurück und führt die Befehle für den nächsten Satz aus dem RAM aus.

Weiteres Ausführungsbeispiel

Aus Kostenüberlegungen stellt ein Mikroprozessor das Hauptsteuerelement in der Steuerschaltung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles dar. Der durch die funktionalen Blockdiagramme nach den Fig. 5A und 5B sowie den Flußdiagrammen der Fig. 9 bis 17 veranschaulichte Steuerablauf kann aber auch unter Verwendung einer fest verdrahteten Digital-Logik ausgeführt werden, wobei Schaltungsbauelemente verwendet werden, die ohne weiteres auf dem Markt verfügbar sind.

Die Fig. 18 bis 23 veranschaulichen die logische Schaltung für ein weiteres Ausführungsbeispiel unter Verwendung einer fest verdrahteten logischen Schaltung anstelle eines Mikroprozessors. Solche Bauelemente, die bereits beschrieben sind, behalten ihr ursprüngliches Bezugszeichen. Die veranschaulichten logischen Schaltungen weisen untereinander die allgemein in dem Blockdiagramm nach den Fig. 5A und 5B veranschaulichten Schnittstellen auf.

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

Zeitsteuerung

Bei dem Mikroprozessorausführungsbeispiel ergibt sich die zeitliche Steuerung der logischen Ereignisse von der Natur her als Konsequenz der seriellen Arbeitsweise des Mikroprozessors. Jeder Befehl wird in einer Abfolge ausgeführt, wobei nur ein Befehl zu einem Zeitpunkt ausgeführt werden kann. Somit geht, wenn das Steuerintervall durch die Eingabe eines Null-Durchgangsimpulses gestartet ist, der Mikroprozessor schrittweise durch die in dem ROM gespeicherten Befehle. Die richtige Reihenfolge der Ausführung der in dem ROM gespeicherten Befehle gibt die zeitliche Abfolge vor.

Bei dem Ausführungsbeispiel mit der fest verdrahteten Digital-Logik werden die Ereignisse innerhalb jedes Steuerintervalles durch eine Steuerschaltung in jedem der Steuernetzwerke 4 (a) bis 4 (d) gesteuert. Jede Zeit­ steuerschaltung erzeugt sechs Zeitsteuersignale TS 1 bis TS 6, wie sie in dem Zeitsteuerdiagramm nach Fig. 24 für das Logiknetzwerk 4(a) gezeigt sind. Jede Zeitsteuerschaltung erzeugt diese Zeitsteuerimpulse während des ersten Steuerintervalles der zu seinem Logiknetzwerk und dem zugehörigen Heizelement gehörenden Steuerperiode. Es ist nochmals erwähnt, daß die Steuerperiode jedes Heizelementes nicht in Phase mit einem der anderen Heizelemente ist und daß auf diese Weise die internen Zeitsteuersignale während jedes Steuerintervalles nur für ein Steuerlogiknetzwerk erzeugt werden. Dies wird durch von dem Haupttakt 12 erzeugte Freigabesignale MTS(a) bis (d) gesteuert, die aufeinanderfolgend die vier Steuerlogiknetzwerke 4 (a) bis 4 (d) freigeben. Das Freigabesignal MTS(a) ist in Fig. 24 gezeigt.

Benutzereingabeschaltung

Fig. 18A zeigt schematisch die Schaltung für die Implementierung der Funktionen des Tastenfeldes 5 und des Decoders 50 aus Fig. 5A. Die Schaltung nach Fig. 18A ist dieselbe Grundschaltung, wie sie oben zusammen mit dem Mikroprozessorausführungsbeispiel (Fig. 7) beschrieben ist, nämlich ein kapazitives Berührungstastenfeld 5 mit einem Decoder 50, der ein Widerstandsnetzwerk 50(2) und ein kapazitives Interface 50(1) enthält. Der Unterschied besteht darin, daß das Interface 50(1) die Codierung und Priorisierungsfunktion ausführt, jedoch nicht das Multiplexen des Null-Durchgangsimpulses mit den Steuersignaldaten erbringt, wie dies bei dem Mikroprozessorausführungsbeispiel der Fall ist. Die Tastenfeld- und ISR-Betätigungssignale werden durch die Timerschaltung jedes Steuerlogiknetzwerkes erzeugt. Das erste Zeitsteuersignal TS 1 (Fig. 24) von jedem Steuerlogiknetzwerk ist über ein ODER-Gatter 47(1) und den ISR-Treiber 47 an den ISR-Eingang gelegt. Folglich liegt an den ISR-Eingang bei jedem Steuerintervall ein Signal an. Ein zweites Zeitsteuersignal TS 2 (Fig. 24) wird der zu dem aktuell freigegebenen Steuerlogiknetzwerk zugehörigen Spalte über eine Treiberschaltung 46 zugeführt, um diese nach betätigten Tasten abzufragen. Somit wird bei jedem Steuerintervall nur eine Spalte überprüft. Tabelle I zeigt die Beziehung zwischen der Leistungseinstellung und dem Ausgangssignal des kapazitiven Interface 50(1). Das durch das Interface 50(1) erzeugte 4-Bit-Ausgangssignal liegt an dem Eingang jedes der vier Speicherregister 18(1) des Speichers 18 (Fig. 19), von denen eins für jedes Steuerlogiknetzwerk 4(a) bis 4 (d) vorgesehen ist. Wie anhand der einzelnen Steuerlogiknetzwerke noch ausführlicher beschrieben, werden diese Daten an alle vier logischen Steuernetzwerke in jedem Steuerintervall übertragen, werden aber nur in das spezielle Register desjenigen Netzwerkes übernommen, das während dieses speziellen Steuerintervalles durch den Haupttakt 12 freigegeben ist.

Haupttakt

Bezugnehmend auf die Fig. 5A und 5B ist nochmals erwähnt, daß die Funktion des Haupttaktes 12 darin besteht, sequentiell die vier Steuerlogiknetzwerke 4 (a) bis 4 (d) freizugeben, und zwar ein Steuerlogiknetzwerk je Steuerintervall. Die durch den Haupttakt 12 erzeugten und mit MTS(a) bis MTS(d) bezeichneten Freigabesignale für die Netzwerke 4 (a) bis 4 (d) initialisieren die Steuerperiode für das freigegebene Steuernetzwerk.

Fig. 18B zeigt schematisch die logische Schaltung, die die Funktion des Haupttaktes 12 erbringt. Der Zähler 12(1) ist ein üblicher 4-Bitzähler, der dazu dient, die Null-Durchgangsimpulse von dem Nulldurchgangsdetektor 10 zu zählen. Die vier Ausgänge des Zählers 12(1) sind an einen Decoder 12(2) angeschlossen, der ein gebräuchlicher, ohne weiteres als integrierte Schaltung mit der Serienbezeichnung SN 7442 verfügbarer BCD-nach- Dezimaldecoder mit vier Eingangs- und zehn Ausgangsleitungen ist. Die mit 12 (a) bis 12 (d) bezeichneten Ausgänge und die die Zählerstände 0 bis 3 repräsentierenden Ausgangssignale des Decoders 12(2) ergeben die Freigabesignale MTS(a) bis MTS(d). Der dem Zählerstand 4 entsprechende Ausgang ist mit dem Rücksetzeingang des Zählers 12(1) verbunden. Durch diese Anordnung zählt der Zähler 12(1) von 0 bis 3 und wird bei jedem vierten Null-Durchgangsimpuls auf 0 zurückgesetzt. Da der Zähler 12(1) von 0 bis 3 zählt, erscheint an dem Ausgang 12 (a) bis 12 (d), der dem jeweiligen Zählerstand des Zählers 12(1) entspricht, ein Freigabesignal. Die Ausgangssignale 12 (a) bis 12 (d) liegen an den Freigabeeingängen der Timer 50 jedes Steuerlogiknetzwerkes 4 (a) bis 4 (d). Auf diese Weise wird sequentiell für jedes Steuerlogiknetzwerk 4 (a) bis 4 (d) ein Freigabesignal erzeugt, so daß nur ein Netzwerk je Steuerintervall freigegeben ist. Die durch den Haupttakt 12 erzeugten Freigabesignale initialisieren die Erzeugung interner Steuersignale für das jeweils freigegebene Steuerlogiknetzwerk 4 (a) bis 4 (d).

Steuerlogiknetzwerk

Wie in Fig. 5A dargestellt, sind vier einzelne Steuerlogiknetzwerke 4 (a) bis 4 (d) vorgesehen, von denen jedes einem zugehörigen Heizelement 1 (a) bis 1 (d) zugeordnet ist. Die folgende Beschreibung betrifft die logischen Schaltungen, die bei diesen Ausführungsbeispielen diese Netzwerke bilden. Die Beschreibung bezieht sich auf das Netzwerk 4 (a). Die Betriebsweise der Schaltung dieses Netzwerks ist für dasjenige Steuerintervall beschrieben, währenddessen das Netzwerk 4 (a) freigegeben ist. Wie bereits ausgeführt, sind die Netzwerke 4 (a) bis 4 (d) nacheinander durch den Haupttakt 12 freigegeben, und zwar nur ein Netzwerk während jedes Steuerintervalls. Somit ist die Beschreibung der Betriebsweise der Schaltung dieses Steuerlogiknetzwerkes 4 (a) in gleicher Weise auf die übrigen Steuerlogiknetzwerke 4 (b) bis 4 (d) während der nachfolgenden Steuerintervalle anwendbar.

Zeitsteuereinrichtung

Jedes Steuerlogiknetzwerk 4 (a) bis 4 (d) enthält eine Zeitgeberschaltung, die abhängig von dem Freigabesignal des Haupttaktes 12 arbeitet und eine Serie von sechs Zeitsteuersignalen TS 1 bis TS 6 erzeugt, wie in dem Zeitdiagramm nach Fig. 24 veranschaulicht ist, um den Betrieb des Steuerlogiknetzwerkes 4(a) bis 4 (d) zu synchronisieren. Das Freigabesignal des Haupttaktes 12 für das Steuerlogiknetzwerk 4 (a) ist mit MTS(a) in Fig. 24 beschrieben. Wie dargestellt, werden die sechs Zeitsteuerintervalle TS 1 bis TS 6 nur in demjenigen Steuerintervall erzeugt, in dem der MTS-Impuls empfangen ist. Die Einzelheiten der Zeitgeberschaltung sind nicht unmittelbar Gegenstand der Erfindung, und deshalb wird die Zeitgeberschaltung nur bezüglich ihrer Funktionen beschrieben. Zur Erzeugung der Zeitsteuersignale gemäß dem Zeitdiagramm nach Fig. 24 kann eine der vielen bekannten und gebräuchlichen Zeitsteuerschaltungsanordnungen verwendet werden. Eine Kurve ZCP nach Fig. 24 entspricht dem Ausgangssignal des Null-Durchgangsdetektors 10 (Fig. 5A). Die Kurve MTS(a) entspricht einer der vier Ausgangssignale des Haupttaktes 12. Die Signale TS 1 bis TS 6 dienen der Synchronisierung des Betriebes des Steuerlogiknetzwerkes innerhalb jedes Steuerintervalls. TS 1 ist ein ins Negative gehender oder fallender Impuls, der dem ISR-Eingang des kapazitiven Interface 50(1) zugeführt wird. Der ins Negative gehende Impuls muß eine ausreichende Breite aufweisen, so daß er lang genug auf logisch Null bleibt, damit das Tastenfeld 5 durch TS 2 abgefragt werden kann, und die Ergebnisse dieser Abfrage in das durch TS 3 freigegebene Register 18(1) des Speichers 18 eingetragen werden können, d. h. 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 liegt über ein UND-Gatter 30(1) der Erkennungseinrichtung 30 (Fig. 19) an dem Freigabeeingang des Registers 18(2). Das Zeitsteuersignal TS 5 wird dem Takteingang des "Weichstart"-Flipflops 32 und des "Sofort-Ein"-Flipflops 36 zugeführt, um die Ausgangssignale dieser Flipflops in Abhängigkeit der neuen Abfrageergebnisse (Fig. 21) zu aktualisieren. Die Vergleichseinrichtung 16 aktualisiert dann ihr Ausgangssignal entsprechend der aktualisierten Flipflop- Information. Das Zeitsteuersignal TS 6 liegt an der Ausgangslogik (Fig. 5A und 22), um die Übertragung des Steuerwortes in das zugehörige Steuerwortspeicherregister 24(1) (a) freizugeben. Anschließend wartet die Zeitsteuerschaltung auf den nächsten Freigabeimpuls des Haupttaktes 12, der die nächste Steuerperiode dieses Steuerlogiknetzwerkes 4 (a) initialisiert.

Speicher

Fig. 19 veranschaulicht die logische Schaltung für die Implementierung des Speichers 18 und der Testeinrichtung 30 nach Fig. 5B. Bei diesem Ausführungsbeispiel enthält der Speicher 18 einen mit KB bezeichneten, temporären Speicher 18(1) und einen mit PM bezeichneten permanenten Speicher 18(2). Es ist ersichtlich, daß der Speicher KB bei jeder Steuerperiode aktualisiert wird und die Ergebnisse der Abfrage der zugehörigen Tastenfeldspalte speichert. PM wird jedoch nur dann aktualisiert, wenn während der Abfrage dieser Spalte eine betätigte Taste identifiziert ist. Jedes dieser Bauelemente besteht im wesentlichen aus einem 4-Bit-Parallel-Ein/Ausgabe­ speicherregister, das ohne weiteres als integrierte Schaltung mit der Bezeichnung SN 74194 erhältlich ist.

Das Speicherregister 18(1) empfängt und speichert das von dem Interface 50(1) kommende Steuersignal. Dieses Signal wird durch das Zeitsteuersignal TS 3 gemäß dem Zeitdiagramm nach Fig. 24 zum Ausgang des Registers 18(1) weitergetaktet. Das Ausgangssignal des Registers 18(1) wird in der beschriebenen Weise durch die Testeinrichtung 30 abgefragt. Ein Ausgangssignal des Gatters 30(2) der Testeinrichtung 30 gibt, wenn die Bedingung erfüllt ist, das Register 18(2) frei, in dem ein Impuls zu dem Freigabeeingang (E) des Registers 18(2) gesendet wird, womit das Einlesen des codierten in dem Register 18(1) gepeicherten Signales in das Register 18(2) freigegeben wird. Der Inhalt des Registers 18(1) bleibt bei diesem Vorgang unverändert.

Erkennungseinrichtung

Die Erkennungseinrichtung 30 ermöglicht es, daß das neue, temporär in dem Register 18(1) gespeicherte Signal in das Register 18(2) nur dann übertragen werden kann, wenn: erstens das neue gespeicherte Signal ein "AUS"- Signal ist, oder zweitens das neue Signal ein "EIN"- Signal ist und das vorhergehende in dem Register 18(2) gespeicherte Signal ein "AUS"-Signal ist, oder drittens, wenn das neue Signal eine der Leistungseinstellungen zwischen 1 und 7 ist und das alte gespeicherte Signal kein "AUS"-Signal ist. Zusätzlich setzt die Testeinrichtung 30 das "Weichstart"-Flipflop und das "Sofort- Ein"-Flipflop zurück, wenn in dem Register 18(2) ein "AUS"-Signal gespeichert ist. Aufgrund der Bedingung (1) wird ein "AUS"-Signal immer in das Register 18(2) eingelesen; die Bedingung (2) stellt sicher, daß die "EIN"-Einstellung vor einer der Leistungseinstellungen 1 bis 7 auszuwählen ist, wenn ausgehend von einer "AUS"- Bedingung umgeschaltet wird, und sie stellt außerdem sicher, daß eine "EIN"-Einstellung unberücksichtigt bleibt, wenn das alte Signal eine der Leistungseinstellungen zwischen 1 und 7 ist; Bedingung (3) gestattet schließlich ein Umschalten in eine andere Leistungseinstellung 1 bis 7. Es ist ersichtlich, daß eine leere Eingabe, die eine Bedingung darstellt, in der keine der Tasten betätigt ist, von Natur aus dadurch ausgeschlossen ist, daß die Freigabe des Registers 18(2) nur unter den Bedingungen (1), (2) oder (3), wie oben beschrieben, ermöglicht wird.

Erkennungseinrichtung

Die Erkennungseinrichtung 30 dieses Ausführungsbeispieles ist anhand des Logikschaltbildes nach Fig. 19 beschrieben. Der Ausgang des UND-Gatters 30(1) ist mit dem Freigabeeingang des Registers 18(2) verbunden. Wenn das Ausgangssignal des Gatters 30(2) eine logische Eins ist, wird der Inhalt des Registers 18(1) in das Register 18(2) übertragen. Das Gatter 30(1) dient der Synchronisierung der Freigabe des Registers 18(2) mit dem Zeitsteuersignal TS 2 (Fig. 24), indem das Signal TS 4 mit dem Ausgangssignal des ODER-Gatters 30(2) UND-verknüpft wird, wobei dieses Ausgangssignal den Zustand logisch Eins aufweist, wenn eine der Bedingungen (1), (2) oder (3) erfüllt ist. Das Vorliegen eines "AUS"-Signals (1000) in dem Register 18(1) wird durch das UND-Gatter 30(3) erkannt, dessen Eingangssignale die vier Ausgangssignale des Registers 18(1) sind. Die Eingangssignale für das Gatter 30(3), die den drei niedrigstwertigen Bits des Signales aus dem Register 18(1) entsprechen, sind invertiert. Somit ist das Ausgangssignal des Gatters 30(3) gleich logisch Eins, wenn ein durch das Wort (1000) dargestelltes "AUS"-Signal in dem Register 18(1) gespeichert ist. Das Ausgangssignal des Gatters 30(3) liegt über die Gatter 30(2) und 30(1) an dem Freigabeeingang des Registers 18(2).

Das Vorliegen 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. Die Eingangssignale des Gatters 30(4), die den Bits mit der Wertigkeit 1 und 2 des Signales des Registers 18(1) entsprechen, sind invertiert. Folglich ist das Ausgangssignal des Gatters 30(4) auf logisch Eins, wenn ein "EIN"-Signal (1000) in dem Register 18(1) gespeichert ist. Das Ausgangssignal des Gatters 30(4) liegt über die Gatter 30(6), 30(2) und 30(1) an dem Freigabeeingang des Registers 18(2). Ein in dem Register 18(2) gespeichertes "AUS"-Signal wird durch ein UND-Gatter 30(5) erkannt, dessen Eingänge an die vier Ausgänge des Registers 18(2) angeschlossen sind. Hierbei sind ebenfalls die Eingangssignale des Gatters 30(5), die den drei niedrigstwertigen Bit des Signales aus dem Register 18(2) entsprechen, invertiert. Somit ist das Ausgangssignal des Gatters 30(5) logisch Eins, wenn in dem Register 18(2) ein "AUS"-Signal (1000) gespeichert ist. Die Ausgangssignale der Gatter 30(4) und 30(5) sind durch ein UND- Gatter 30(6) miteinander verknüpft. Folglich ist das Ausgangssignal des Gatters 30(6) logisch Eins, wenn das neue Signal in dem Register 18(1) ein "EIN"-Signal ist, während das alte Signal in dem Register 18(2) ein "AUS"- Signal ist. Das Ausgangssignal des Gatters 30(6) ist in den Freigabeeingang des Registers 18(2) über die Gatter 30(2) und 30(1) eingekoppelt.

Das Vorhandensein eines Signales, das einer der Leistungseinstellungen 1 bis 7 in dem Register 18(1) entspricht, wird durch Gatter 30(7) und 30(8) erkannt. Die Eingänge eines ODER-Gatters 30(7) sind mit denjenigen Ausgängen des Registers 18(1) verbunden, die den drei niedrigstwertigen Bits entsprechen. Folglich ist das Ausgangssignal an dem Gatter 30(7) für jedes von Null verschiedene Signal in dem Register 18(1) gleich logisch Eins. Ein UND-Gatter 30(8) verknüpft das Ausgangssignal des Gatters 30(7) mit einem invertierten Eingangssignal, das dem höchstwertigen Bit des Registers 18(1) entspricht. Wie Tabelle I zeigt, ist bei den Einstellungen "EIN" und "AUS" das höchstwertige Bit gleich logisch Eins, während es für die Leistungseinstellungen 1 bis 7 gleich logisch Null ist. Folglich ist das Ausgangssignal des Gatters 30(8) logisch Eins, wenn das Signal in dem Register 18(3) eine der Leistungseinstellungen 1 bis 7 repräsentiert, während es sonst logisch Null ist. Ein UND-Gatter 30(9) verknüpft das Ausgangssignal des Gatters 30(8) mit dem invertierten Ausgangssignal des Gatters 30(5). Dementsprechend ist das Ausgangssignal des Gatters 30(9) logisch Eins und das Ausgangssignal von Gatter 30(5) gleich logisch Null, womit angezeigt ist, daß das Signal in dem Register 18(1) einer Leistungseinstellung zwischen 1 und 7 entspricht und das Signal in dem Register 18(2) kein "AUS"-Signal ist. Das Ausgangssignal des Gatters 30(9) liegt über die Gatter 30(2) und 30(1) an dem Freigabeeingang des Registers 18(2).

Die Erkennungseinrichtung 30 setzt das "Weichstart"-Flipflop 32 (Fig. 21), wenn (a) das Register 18(1) ein einer Leistungseinstellung zwischen 1 und 7 entsprechendes Signal enthält; und (b) das Register 18(2) ein "EIN"- Signal speichert. 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) erkannt, dessen Eingänge mit den Ausgängen des Registers 18(2) verbunden sind, wobei das ein- und das zweiwertige Bit 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 verknüpft. Der mit 30 (a) bezeichnete Ausgang des UND- Gatters 30(11) ist mit dem Setzeingang des "Weichstart"- Flipflops 32 (Fig. 21) verbunden. Eine logische Eins liegt somit dann an dem "Weichstart"-Flipflop 32, wenn die obigen Bedingungen (a) und (b) erfüllt sind.

Wenn das in dem Register 18(1) gespeicherte Signal eine geringere Leistungseinstellung repräsentiert, als die durch das in dem Register 18(2) repräsentierte Signal, setzt die Testeinrichtung 30 des "Sofort-Ein"-Flipflop 36 (Fig. 21) zurück. Dies wird durch einen Komparator 30(12) erreicht, der einen Größenvergleich der Inhalte der beiden Register 18(1) und 18(2) durchführt.

In der Blockschaltung nach der Fig. 19 wird diese Funktion durch den Komparator 30(12), die Gatter 30(5), 30(8) und 30(13) bis 30(15) zustandegebracht. Die Inhalte der Register 18(1) und 18(2) werden ständig durch den Komparator 30(12) verglichen, der ein gebräuchlicher 4-Bit-Komparator ist, der als integrierte Schaltung unter der Bezeichnung SN 7485 zu beschaffen ist. Wenn die Größe des Inhalts des Registers 18(1) kleiner ist als die Größe des Inhaltes des Registers 18(2), was dann zutrifft, wenn die neu eingegebene Leistungseinstellung kleiner als die vorherige Leistungseinstellung ist, ist das Ausgangssignal des Komparators 30(12) gleich logisch Eins. Dieses Ausgangssignal liegt an dem UND- Gatter 30(50), das es mit den Ausgangssignalen der UND-Gatter 30(8) und 30(14) logisch verknüpft. Wie bereits beschrieben, ist das Ausgangssignal des UND-Gatters 30(8) gleich logisch Eins, wenn innerhalb des Registers 18(1) eine der Leistungseinstellungen zwischen 1 und 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 gleich logisch Eins, wenn das Register 18(2) einen Code enthält, der eine der Leistungseinstellungen 1 bis 7 repräsentiert, wobei das ODER- Gatter 30(13) die drei niedrigstwertigen Bits des Registers 18(2) logisch zusammenführt. Folglich verknüpft das Gatter 30(15) die Ergebnisse des Vergleiches, um immer, wenn beide Register 18(1) und 18(2) Signale enthalten, die eine der Leistungseinstellungen zwischen 1 und 7 enthalten, über das ODER-Gatter 30(16) den Eingang des "Sofort-Ein"-Flipflops 36 (Fig. 21) zurückzusetzen. Wenn die obige Bedingung erfüllt ist und die durch den Inhalt des Registers 18(1) wiedergegebene Leistungseinstellung kleiner ist als die des Registers 18(2), ist das Ausgangssignal des Gatters 30(50), und folglich das Ausgangssignal 30 (c) des Gatters 30(16), logisch Eins, was zu einem Rücksetzen des "Sofort-Ein"-Flipflops 36 führt.

Das Ausgangssignal des Gatters 30(5) liegt ebenfalls an dem Rücksetzeingang des "Sofort-Ein"-Flipflops 36, und zwar über das ODER-Gatter 30(16). Somit wird das "Sofort-Ein"-Flipflop 36 in entsprechender Weise zurückgesetzt, wenn in dem Register 18(2) ein "AUS"- Signal (1000) gespeichert ist.

Schließlich ist der mit 30 (b) bezeichnete Ausgang des Gatters 30(5) unmittelbar mit dem Rücksetzeingang des "Weichstart"-Flipflops 32 verbunden. Hieraus folgt, daß das "Weichstart"-Flipflop 32 zurückgesetzt wird, wenn in dem Register 18(2) ein "AUS"-Signal gespeichert ist.

Hauptzähler

Der Hauptzähler 14 nach Fig. 5B ist bei diesem Ausführungsbeispiel mit Hilfe eines 4-Bit-Binärzählers implementiert, der die durch den Haupttakt 12 (Fig. 18B) erzeugten Impulse zählt. Es ist ersichtlich, daß der Freigabeimpuls für ein spezielles Steuerlogiknetzwerk alle vier Steuerintervalle erzeugt wird. Der Hauptzähler 14 kann eine unter der Typenbezeichnung SN 7493 zu beziehende integrierte Schaltung sein.

Steuerwortgenerator

Die logische Schaltung bei diesem Ausführungsbeispiel des Steuerwortgenerators 16 (Fig. 5B) enthält, wie in Fig. 20 veranschaulicht ist, im wesentlichen einen BCD-Dezimaldecoder 16(1) mit vier Eingangs- und zehn Ausgangsleitungen sowie ein Netzwerk von logischen Gattern, das die Gatter 16(4) (a) bis 16(4) (d) umfaßt, die als Zählgatter bezeichnet sind und in Abhängigkeit der vier mit 14 (a) bis 14 (d) bezeichneten Ausgangssignale des Haupttaktes 14 arbeiten, die die vier Bits des Zählerstandes repräsentieren; sie enthält ferner mit Vergleichsgatter bezeichnete Gatter 16(2) (a) bis 16(2) (d), die in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Zählgatter 16(4) (a) bis 16(4) (d) sowie den Ausgangssignalen des Decoders 16(1) arbeiten, dessen Ausgangssignale die Leistungseinstellungen 1 bis 5 repräsentieren; außerdem enthält sie mit Codiergatter bezeichnete Gatter 16(9) (a) bis 16(9) (d), deren Ausgangssignale das 4-Bit-Steuerwort enthalten; und schließlich enthält sie Koppelgatter 16(5), 16(6), 16(7) und 16(8).

Diese Schaltung erzeugt während des ersten Steuerintervalles ihrer Steuerperiode eines der folgenden 4-Bit- Steuerworte (0000), (1000), (1010) oder (1111). Das jeweils erzeugte Steuerwort ist eine Funktion der ausgewählten Leistungseinstellung, des Zählerstandes des Hauptzählers und des Betriebszustandes, wobei letzterer von dem Zustand des "Weichstart"-Flipflops 32 und des "Sofort-Ein"-Flipflops 36 (Fig. 21) bestimmt ist.

Wie bereits ausgeführt, sind die Leistungseinstellungen 5 bis 7, der "Weichstart"- sowie der "Sofort-Ein"-Modus mittels der wiederholten Erzeugung eines der jeweils zutreffenden oben beschriebenen Steuerworte implementiert; für die Leistungseinstellungen 1 bis 4 hingegen müssen eine Folge aus (1000) und (0000) wiederholt erzeugt werden. Die spezielle zu der jeweiligen Leistungseinstellung gehörende Sequenz ist dieselbe, wie sie oben für das Mikroprozessorausführungsbeispiel beschrieben ist.

Gemäß Fig. 20 entschlüsselt der Decoder 16(1) die auszuführende Leistungseinstellung, indem er das an den Leitungen 18 (a) bis 18 (d) anstehende Ausgangssignal des Registers 18(2) des Speichers 18 (Fig. 20) decodiert. Wie ausgeführt, speichert das Register 18(2) ein BCD- Signal, das die auszuführende Leistungseinstellung repräsentiert. Jedes Ausgangssignal des Decoders 16(1) ist eindeutig einer jeweiligen Leistungseinstellung zugeordnet. Die Ausgangssignale 1 bis 7 des Decoders 16(1) gehören dementsprechend zu den Leistungseinstellungen 1 bis 7 (die Anschlüsse 0, 8 und 9 werden bei diesem Ausführungsbeispiel nicht verwendet). Die dem codierten Eingangssignal für den Decoder 16(1) entsprechende Leistungseinstellung wird durch eine logische Null an dem zugehörigen Decoderausgang angezeigt. Die Ausgangssignale aller anderen Ausgangsleitungen sind logisch Eins. Wenn beispielsweise das codierte Eingangssignal der Leistungseinstellung 3 entspricht, ist das Ausgangssignal an dem Anschluß 3 des Decoders 16(1) gleich logisch Null, während die Ausgangssignale an den übrigen Anschlüssen alle gleich logisch Eins sind. Der Decoder 16(1) ist ein üblicher BCD-Dezimaldecoder, der unter der Bezeichnung SN 7442 zu erhalten ist.

Die Codiergatter 16(9) (a) bis 16(9) (c) erzeugen an den Ausgängen CW 1 bis CW 4 ein Steuerwort, wobei CW 1 das höchstwertige Bit und CW 4 das niedrigstwertige Bit darstellt.

Das Ausgangssignal des Codiergatters 16(9) (c) liegt über ODER-Gatter 16(9) (a) bzw. 16(9) (b) an den Ausgängen CW 1 und CW 3 und bildet unmittelbar die Ausgangssignale CW 2 und CW 4. Folglich erzeugt eine logische Eins am Ausgang des Gatters 16(9) (c) ein Steuerwort (1111), das an den Ausgängen CW 1 bis CW 4 ansteht. Das Gatter 16(9) (c) ist ein UND-Gatter, das das invertierte Ausgangssignal des "Weichstart"-Flipflops 32 (SSL) (Fig. 5B) mit dem Ausgangssignal des ODER-Gatters 16(8) verknüpft. Das ODER-Gatter 16(8) setzt das invertierte Ausgangssignal 7 des Decoders 16(1) mit dem Ausgangssignal des "Sofort-Ein"-Flipflops 36 (IOL) (Fig. 21) logisch in Beziehung zueinander. Folglich ist das Ausgangssignal des UND-Gatters 16(9) (c) nur dann logisch Eins, wenn das "Weichstart"- Flipflop 32 zurückgesetzt ist (d. h. das Ausgangssignal ist gleich logisch Null) und Ausgang 7 des Decoders 16(1) auf logisch Null (freigegeben) liegt oder wenn das "Sofort-Ein"-Flipflop 36 gesetzt ist. In ähnlicher Weise sind das Ausgangssignal des Gatters 16(9) (c) und folglich die Ausgangssignale CW 2 und CW 4 gleich logisch Null (gesperrt), wenn entweder das "Weichstart"- Flipflop 32 gesetzt ist oder wenn eine andere Leistungseinstellung als 7 ausgewählt ist und das "Sofort-Ein"- Flipflop 36 zurückgesetzt ist.

Die Codiergatter 16(9) (a) und 16(9) (b) verknüpfen die Ausgangssignale des UND-Gatters 16(7) mit den Ausgangssignalen CW 1 bzw. CW 3. Das UND-Gatter 16(7) verknüpft das invertierte Ausgangssignal 6 des Decoders 16(1) und das Ausgangssignal des "Weichstart"-Flipflops 32. Somit sind das Ausgangssignal des Gatters 16(7) und folglich die Ausgangssignale der Gatter 16(9) (a) und 16(9) (b) gleich logisch Eins, wenn der Ausgang 6 des Decoders 16(1) logisch Null und das "Weichstart"-Flipflop 32 zurückgesetzt ist, womit an den Ausgängen CW 1 bis CW 4 das Steuerwort (1010) erzeugt wird.

Das Steuerwort (1000) wird unter den folgenden drei Bedingungen erzeugt: (1) der "Weichstart"-Modus befindet sich in Ausführung, d. h. das "Weichstart"-Flipflop 32 ist gesetzt; (2) für den stationären Betriebszustand ist die Leistungseinstellung 5 ausgewählt; oder (3) eine der Leistungseinstellungen 1 bis 4 ist ausgewählt und ein entsprechender Zählerstand des Zählers 14 wird erkannt. Die Bedingung (3) ist weiter unten im einzelnen beschrieben. Bei der Bedingung (1) ist das Ausgangssignal des "Weichstart"-Flipflops 32 logisch Eins, wenn es gesetzt ist. Dieses Ausgangssignal liegt über das ODER- Gatter 16(9) (a) an dem Ausgang CW 1. Folglich ist CW 1 gleich logisch Eins, wenn das "Weichstart"-Flipflop 32 gesetzt ist. Das Ausgangssignal des "Weichstart"-Flipflops 32 ist ferner, wie oben beschrieben, ein invertiertes Eingangssignal für die UND-Gatter 16(7) und 16(9) (c). Dementsprechend sind, wenn das Ausgangssignal des "Weichstart"-Flipflops 32 logisch Eins ist, die Ausgangssignale dieser UND-Gatter 16(7) und 16(9) (c) logisch Null. Demgemäß sind auch CW 2 bis CW 4 gleich logisch Null. Somit steht an den Ausgängen CW 1 bis CW 4 das Steuerwort (1000) an.

Wenn bei der Bedingung (2) die Leistungseinstellung 5 ausgewählt ist, liegt der Ausgang 5 des Decoders 16(1) auf logisch Null, während seine übrigen Ausgänge auf logisch Eins liegen. Während des stationären Betriebszustandes sind ferner sowohl das "Weichstart"-Flipflop 32 als auch das "Sofort-Ein"-Flipflop 36 zurückgesetzt. Folglich sind die Ausgangssignale der Gatter 16(7) und 16(9) (c) logisch Null und bewirken eine logisch Null an den Ausgängen CW 2 bis CW 4. Das Ausgangssignal des Ausganges 5 des Decoders 16(1) ist invertiert und liegt über das ODER-Gatter 16(6) und das UND-Gatter 16(9) (a) an dem Ausgang CW 1. Hiermit liegt an CW 1 eine logische Eins, wenn der Ausgang 5 auf logisch Null liegt, womit an den Ausgängen CW 1 bis CW 4 das Steuerwort (1000) liegt.

Wie ausgeführt, werden bei der Bedingung (3) für die Leistungseinstellungen 1 bis 4 wiederholt Sequenzen bestehend aus Steuerworten (1000) und (0000) erzeugt. Um die gewünschte Steuerwortsequenz für die jeweilige Leistungseinstellung zu erzeugen, wird die Beziehung zwischen der Wiederholrate für das Steuerwort (1000) allgemein ausgedrückt zu ½ ⁿ und dem binären Zählerstand des Hauptzählers 15 ausgenutzt, der eine Steuerwortwiederholrate von ½ ⁿ auszuführen ermöglicht, indem immer dann ein Steuerwort (1000) erzeugt wird, wenn die ersten n-niedrigstwertigen Bits des Zählers 14 logisch Null sind. Beispielsweise erfordert die Leistungseinstellung 4 eine Wiederholung der Steuerwortsequenz, die mit einem Steuerwort (1000) beginnt, das von sieben nachfolgenden Steuerworten (0000) gefolgt wird bzw. eine Wiederholrate für das Steuerwort (1000) von ⅛ aufweist, was ½ ⁿ entspricht mit n = 3. Die gewünschte Wiederholrate von ⅛ wird dadurch erreicht, daß immer, wenn die ersten drei niedrigstwertigen Bits des Zählers logisch Null sind, was einmal alle acht Zählerschritte erfolgt, das Steuerwort (1000) erzeugt wird.

Zur Ausführung dieser Sequenz wird der Zählerstand des Zählers 14 in der folgenden Weise durch die Zählgatter 16(4) (a) bis 16(4) (d) verarbeitet. Die Eingangssignale auf den Leitungen 14 (a) bis (d) des Zählers 14 entsprechen dem ersten bis vierten niedrigstwertigen Bit des Zählerstandes. Das Gatter 16(4) (a) ist ein Inverter, dessen Ausgangssignal logisch Eins ist, wenn das erste niedrigstwertige Bit logisch Null ist. Das Ausgangssignal des Inverters 16(4) (a) ist durch das UND-Gatter 16(4) (b) mit dem invertierten Eingangssignal auf 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 Null sind. In gleicher Weise ist das Ausgangssignal des UND-Gatters 16(4) (b) durch das UND-Gatter 16(4) (c) mit dem invertierten Eingangssignal auf der Leitung 14 (c) verknüpft, womit das Ausgangssignal des Gatters 16(4) (c) nur dann logisch Eins ist, wenn die ersten drei niedrigstwertigen Bits gleich logisch Null sind. Dieses Schaltmuster ist in ähnlicher Weise für das Gatter 16(4) (d) wiederholt.

Die Vergleichsgatter 16(2) (a) bis 16(2) (d) erbringen eine UND-Verknüpfung der einzelnen Ausgangssignale der Zählgatter 16(4) (a) bis 16(4) (d) mit den invertierten Ausgangssignalen 4-1 des Decoders 16(1), d. h. das UND-Gatter 16(2) (a) verknüpft das Ausgangssignal des Gatters 16(4) (a) mit dem invertierten Ausgangssignal am Anschluß 4, während das UND-Gatter 16(2) (b) das Ausgangssignal des Gatters 16(4) (b) mit dem Ausgangssignal des Decoders 16(1) am Ausgang 3 verknüpft usw. Jedes der Vergleichsgatter 16(2) (a) bis 16(2) (d) kann als typisch derjenigen speziellen Leistungseinstellung zugeordnet betrachtet werden, die durch ihre Ausgangsleitung von dem Decoder 16(1) repräsentiert ist. Bei einer Anordnung in dieser Weise kann das Ausgangssignal höchstens eines der Vergleichsgatter 16(2) (a) bis 16(2) (d) in jedem Steuerintervall gleich logisch Eins sein, wobei das Ausgangssignal jedes der Vergleichsgatter 16(2) (a) bis 16(2) (d) nur dann logisch Eins sein kann, wenn das zu dieser Leistungseinstellung gehörige Muster der niedrigstwertigen Bits auftritt, das zu dem entsprechenden Vergleichsgatter gehört. Wenn beispielsweise die Leistungseinstellung 3 ausgeführt werden soll, ist der Ausgang 3 des Decoders 16(1) logisch Null, während seine übrigen Ausgänge logisch Eins sind. Folglich ist das invertierte Decoderausgangssignal, das das Eingangssignal für das Vergleichsgatter 16(2) (b) bildet, logisch Eins, während die übrigen invertierten Eingangssignale für die anderen Vergleichsgatter logisch Null sind. Folglich bleiben die Ausgangssignale von anderen Vergleichsgattern als dem Vergleichsgatter 16(2) (b) auf logisch Null, unabhängig von Stand des Zählers 14. Jedoch ist das Ausgangssignal des Vergleichsgatters 16(2) (b) immer, wenn die ersten zwei niedrigstwertigen Bits des Zählers 14 logisch Null sind, wie dies durch eine logische Eins an dem Ausgang des Gatters 16(4) (b) angezeigt ist, gleich logisch Eins. Hieraus folgt, daß bei der Leistungseinstellung 3 das Ausgangssignal des Gatters 16(2) (b) einmal alle vier Zählerschritte logisch Eins ist.

Die Ausgangssignale der Vergleichsgatter 16(2) (a) bis 16(2) (d) liegen über ODER-Gatter 16(5), 16(6) und 16(9) (a) an dem Ausgang CW 1 des Steuerwortgenerators 16. Die ODER-Gatter 16(5) verknüpfen die Ausgangssignale der Vergleichsgatter 16(2) (a) bis 16(2) (d) und dementsprechend ist das Ausgangssignal des Gatters 16(5) logisch Eins, wenn das Ausgangssignal eines der Vergleichsgatter 16(2) (a) bis 16(2) (d) logisch Eins ist. Eine logische Eins an dem Ausgang des ODER-Gatters 16(5) führt zu der Erzeugung des Steuerwortes (1000).

Flipflops und Timer

Wie bereits beschrieben, werden zur Initialisierung der zeitlichen Festlegung und der Beendigung des "Weichstart"- und des "Sofort-Ein"-Modus Flipflops und Timer verwendet.

Fig. 21 veranschaulicht den Teil der Steuerschaltung, der bei diesem Ausführungsbeispiel das "Weichstart"- Flipflop 32 (SSL), den "Weichstart"-Timer 34 (SST), das "Sofort-Ein"-Flipflop 36 (IOL) und den "Sofort-Ein"- Timer 38 (IOT) enthält. Die Flipflops 32 und 36 sind gebräuchliche J-K-Flipflops, die unter der Bezeichnung SN 7470 erhältlich sind.

Wie aus den Fig. 19 und 21 hervorgeht, ist der J-Eingang von SSL 32 an den Ausgang 30 (a) des Gatters 30(11) der Testeinrichtung 30 angeschlossen. Der Q-Ausgang von SSL 32 liegt über die Leitung 32 (a) an einem Eingang der Gatter 16(6), 16(7) und 16(9) (c). Ferner ist der Q-Ausgang an den Timer 34 angeschlossen.

Wenn beim Betrieb die Erkennungseinrichtung 30 feststellt, daß die Ausführung des "Weichstart"-Modus erforderlich ist, erscheint eine logische Eins an dem Ausgang des Gatters 30(11) der Erkennungseinrichtung 30 (Fig. 19). Der Q-Ausgang von SSL 32 schaltet dann, getaktet durch das Zeitsteuersignal TS 5 (Fig. 24), auf eine logische Eins um und bleibt so lange auf der logischen Eins, bis nachfolgend über den K-Eingang von SSL 32 eine logische Eins eingetaktet wird. Wenn SSL 32 zurückgesetzt wird, schaltet sein Ausgangssignal auf die logische Null um und bleibt solange Null, bis der "Weichstart"-Modus wieder erforderlich ist.

Der Timer 34 steuert durch Zählen einer vorbestimmten Anzahl von Zeitsteuersignalen TS 2 (Fig. 24) die zeitliche Dauer des Betriebes im "Weichstart"-Modus, wenn er durch den gesetzten Zustand von SSL 32 freigegeben ist, wobei er sich und SSL 32 nachfolgend zurücksetzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Dauer von etwa einer Sekunde erforderlich. Dies wird durch die Verwendung eines 4-Bit-Zählers 34(1) und der Verwendung des Ausgangssignales eines UND-Gatters 34(2) erreicht, das die vier Ausgangssignale des Zählers 34(1) miteinander verknüpft, um SSL 32 und den Zähler 34(1) zurückzusetzen. Beim 16. Zählschritt erscheint eine logische Eins auf der Leitung 34(3), womit das Ausgangssignal des UND-Gatters 34(2) ein Rücksetzen des Zählers 34(1) und von SSL 32 bewirkt. Wie bereits erwähnt, wird das Zeitsteuersignal TS 2 synchron mit Freigabeimpulsen des Haupttaktes 12 erzeugt, die jedem der Steuerlogiknetzwerke einmal alle vier Steuerintervalle zugeführt werden. Folglich beträgt die Frequenz des Zeitsteuersignales TS 2 15 Hz. Die Zählung von 15 Impulsen genügt deshalb, um das gewünschte Ein-Sekunden-Intervall befriedigend anzunähern.

Die Zählung der TS 2-Signale durch den Zähler 34(1) des Timers 34 wird durch das Ausgangssignal von SSL 32 freigegeben, das über ein UND-Gatter 34(4) mit dem Zeitsteuersignal TS 2 UND-verknüpft ist. Demzufolge werden die Signale TS 2 zu dem Takteingang des Zählers 34(1) durch das Gatter 34(4) durchgelassen, wenn SSL 32 gesetzt ist und gesperrt, wenn SSL 32 zurückgesetzt ist.

Beim Auftreten eines der folgenden Ereignisse werden SSL 32 und der Zähler 34(1) des Timers 34 zurückgesetzt: Das Zählen von einer vorbestimmten Anzahl von Zählschritten; oder das Eintreffen eines "AUS"-Signales in dem Register 18(2) (Fig. 19). Das ODER-Gatter 32(1) verknüpft das Ausgangssignal 30 (b) der Testeinrichtung 30 mit dem Ausgangssignal 34(3) für den K-Eingang von SSL 32. Somit führt eine logische Eins entweder am Ausgang 30 (b), was das Eingeben einer "AUS"- Eingabe anzeigt, oder eine logische Eins auf der Leitung 34(3), die das Auftreten des 16. Zählschrittes signalisiert zu einer logischen Eins an dem Ausgang des ODER-Gatters 32(1), so daß SSL 32 zurückgesetzt wird.

Eine logische Eins an dem Ausgang des Gatters 32(1) setzt außerdem synchron mit dem Zeitsteuersignal TS 5 (Fig. 24) den Zähler 34(1) zurück. Das Ausgangssignal des Gatters 32(1) liegt über ein UND-Gatter 34(5) an dem Rücksetzeingang des Zählers 34(1), wobei durch dieses UND-Gatter das Ausgangssignal des Gatters 32(1) mit dem Zeitsteuersignal TS 5 verknüpft wird. Eine logische Eins an dem Ausgang des Gatters 34(5) setzt den Zähler 34(1) zurück.

Die Betriebsweise des "Sofort-Ein"-Flipflops 36 (IOL) und des "Sofort-Ein"-Timers 38 (IOT) ist sehr ähnlich derjenigen von SSL 32 und des Timers 34, die eben beschrieben ist. IOL 36 wird durch dasselbe Signal gesetzt, das SSL zurücksetzt, nämlich einer logischen Eins an dem Ausgang 34(3) des Zählers 34(2), der mit dem J-Eingang von IOL 36 verbunden ist. Das Setzen von IOL 36 gibt aufgrund des Durchschaltens des Zeitsteuersignales TS 2 zu dem Eingang des Timers 38 über ein UND-Gatter 38(1) diesen frei. Die zeitliche Dauer des "Sofort-Ein"-Modus wird durch den eine vorbestimmte Anzahl von TS 2- Impulsen zählenden Timer 38 gesteuert. Erreicht wird dies durch die Verwendung zweier 4-Bit-Zähler 38(2) und 38(3), die hintereinandergeschaltet als 8-Bit-Zähler arbeiten. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die gewünschte Dauer des "Sofort-Ein"-Modus von 8½ sec durch die Zählung von 128 Impulsen TS 2 sehr gut angenähert. Beim Beginn des 129. Zählschrittes ist der Ausgang des Zählers 38(3), der mit 38(5) bezeichnet ist, und dem höchstwertigen Bit entspricht, logisch Eins. Das Ausgangssignal von 38(5) liegt über das ODER-Gatter 36(1) an dem K-Eingang von IOL 36. Damit wird nach dem Zählen von 128 Zeitsteuerimpulsen TS 2 IOL 36 zurückgesetzt. Das UND-Gatter 38(1) sperrt dann bis zum erneuten Setzen von IOL 36 weitere Impulse für den Timer 38.

Das Zurücksetzen der Zähler 38(2) und 38(3) des Timers 38 wird dadurch erreicht, daß das Ausgangssignal des Gatters 36(1) jedem der Rücksetzeingänge beider dieser Zähler über ein UND-Gatter 38(6) zugeführt wird. Das UND-Gatter 38(6) synchronisiert durch eine UND-Verknüpfung der Signale von dem Gatter 36(1) mit dem Zeitsteuersignal TS 5 das Rücksetzen dieser Zähler 38(2) und 38(3).

IOL 36 wird auch zusätzlich entweder durch eine logische Eins an dem Ausgang 30 (c) der Testeinrichtung 30 (Fig. 19) zurückgesetzt, was die Auswahl einer niedrigeren Leistungseinstellung signalisiert oder IOL 36 wird durch eine logische Eins an dem Ausgang 30 (b) zurückgesetzt, die der Eingabe eines "AUS"-Signales entspricht. Diese Ausgangssignale liegen über das ODER-Gatter 36(1) an dem K-Eingang von IOL 36.

Die in den Timern 34 bzw. 38 verwendeten Zähler 34(1) sowie 38(2) und 38(3) sind unter der Typenbezeichnung SN 5493 erhältliche integrierte Schaltungen.

Ausgangslogik

Das in Fig. 22 veranschaulichte Logikschaltbild erbringt die Funktion der Ausgangslogik 24 nach Fig. 5A. Schiebe-(Shift-) register 24(1) (a) bis 24(1) (d) empfangen die Steuerworte CW(a) bis CW(d) von den Steuerlogiknetzwerken 4 (a) bis 4 (d) in aufeinanderfolgenden Steuerintervallen und speichern diese Steuerworte. Ein 4-Bit-Steuerwort wird in das jeweils zugehörige Shiftregister 24(1) bis 24(4) eingegeben, wenn das Zeitsteuersignal TS 6 des Timers 15 des jeweils zugehörigen Steuerlogiknetzwerkes 4 (a) bis 4 (d) dem Freigabeeingang (E) dieses Shiftregisters zugeführt wird. Dieses Zeitsteuersignal TS 5 wird jeweils während des ersten Steuerintervalles derjenigen Steuerperiode erzeugt, die zu dem jeweiligen Heizelement 1 (a) bis 1 (d) gehört. Das Steuerwort des nächsten Steuerlogiknetzwerkes wird in sein zugehöriges Shiftregister 24(1) (a) bis 24(1) (d) bei dem nächsten Steuerintervall übergeben, das das erste Steuerintervall seiner Steuerperiode ist. Dies geschieht aufeinanderfolgend für alle vier Steuerlogiknetzwerke 4 (a) bis 4 (d) in periodischer Weise, wobei der Ablauf, wie beschrieben, durch den Haupttakt 12 synchronisiert ist.

Da die Steuerperioden für die jeweiligen Heizelemente 1 (a) bis 1 (d) während eines jeweiligen Steuerintervalles gestaffelt sind, ist eines der Shiftregister freigegeben, um ein neues Steuerwort zu übernehmen, während die Inhalte der anderen drei Shiftregister vor der Abfrage des höchstwertigen Bits um eine Stelle nach links geshiftet sind. Dies ermöglicht es, daß jedes Bit jedes Steuerwortes sequentiell von links nach rechts jeweils ein Bit je Steuerintervall abgefragt wird.

Das dem Freigabeeingang des zugehörigen Shiftregisters zugeführte Zeitsteuersignal liegt außerdem über ein ODER-Gatter 24(3) an dem Shifteingang der jeweils anderen drei Shiftregister. Während des ersten Steuerintervalles der Steuerperiode für das Heizelement 1 (a) erzeugt beispielsweise das Steuerlogiknetzwerk 4 (a) ein Steuerwort CW(a), das als 4-Bit-Signal an dem Dateneingang des Shiftregisters 24(1) (a) anliegt. Der Timer 15 des Steuerlogiknetzwerkes 4 (a) gibt einen Zeitsteuerimpuls TS 6 (a) ab, der dem Freigabeeingang des Shiftregisters 24(1) (a) zugeführt wird und es diesem gestattet, das neue Steuerwort zu übernehmen. Dieses Zeitsteuersignal TS 6 (a) gelangt außerdem über ODER -Gatter 24(3) (b) bis 24(3) (d) zu den Links-Shifteingängen der Shiftregister 24(1) (b) bis 24(1) (d) und bewirkt, daß die Inhalte dieser Shiftregister um eine Stelle nach links geshiftet werden.

Der dem höchstwertigen Bit entsprechende Ausgang jedes der Shiftregister 24(1) (a) bis 24(1) (d) liegt unmittelbar an dem J-Eingang eines jeweils zugehörigen Flipflops 24(2) (a) bis 24(2) (d) und über einen jeweils zugehörigen Inverter 24(4) (a) bis 24(4) (d) an dem K-Eingang des jeweils selben Flipflop. Eine logische Eins an der Stelle des höchstwertigen Bits setzt das jeweils zugeordnete Flipflop 24(2) (a) bis 24(2) (d) beim Auftreten des nächsten Null-Durchgangsimpulses des Null-Durchgangsdetektors 10 (Fig. 5A), während in ähnlicher Weise umgekehrt beim Empfang des nächsten Null-Durchgangsimpulses eine logische Null in dieser Bitposition das entsprechende Flipflop zurücksetzt.

Die Shiftregister 24(1) (a) bis 24(1) (d) sind als integrierte Schaltungen mit der Bezeichnung SN 74194 erhältlich. Die Flipflops 24(4) (a) bis 24(4) (d) sind gebräuchliche J-K-Flipflops, wie sie für das "Weichstart"-Flipflop und das "Sofort-Ein"-Flipflop beschrieben sind.

Die Ausgänge 24 (a) bis 24 (d) der Flipflops 24(2) (a) bis 24(2) (d) sind mit den Gate-Anschlüssen des Triacs 3 (a) bis 3 (d) über das Sperrlogiknetzwerk 22 und Triactreiber 126 verbunden. Auf diese Weise ist die Triggerung der Triacs 3 (a) bis 3 (d) mit dem Netzspannungs-Null-Durchgang synchronisiert.

Sperrlogik

Die in Fig. 23 veranschaulichte logische Schaltung arbeitet als Sperrlogik 22 (Fig. 5A). Wegen der oben beschriebenen gestaffelten Art und Weise, in der die vier Heizelemente 1 (a) bis 1 (d) gesteuert sind, wird während beliebiger Steuerintervalle beim Betrieb in dem "Weichstart"- Modus höchstens ein Heizelement mit Strom versorgt. Die Funktion der Sperrlogik 24 besteht darin, diejenigen Steuerintervalle zu erkennen, in denen Strom für ein in dem "Weichstart"-Modus arbeitendes Heizelement eingeschaltet ist, und die Stromzufuhr zu den anderen drei Heizelementen während dieses Steuerintervalles zu sperren.

Die Erkennungsfunktion der Schaltung nach Fig. 23 wird durch UND-Gatter 22(3) (a) bis 22(3) (d) erbracht, die die Triggerausgangssignale 24 (a) bis 24 (d) der Ausgangslogik 24 nach Fig. 22 mit den Ausgangssignalen 32 (a) bis 32 (d) der "Weichstart"-Flipflops der Steuerlogiknetzwerke 4 (a) bis 4 (d) miteinander UND-verknüpfen. Ein Ausgangssignal logisch Eins von einem der UND-Gatter 22(3) (a) bis 22(3) (d) zeigt an, daß das zugehörige Triggersignal logisch Eins und daß das zugehörige "Weichstart"-Flipflop gesetzt ist. Somit ist, wenn das Ausgangssignal eines der UND-Gatter 22(3) (a) bis 22(3) (d) logisch Eins ist, das Triggersignal für die übrigen Triacs gesperrt.

Die Sperrfunktion leisten die als Sperrgatter bezeichneten UND-Gatter 22(1) (a) bis 22(1) (d) zusammen mit NOR-Gattern 22(2) (a) bis 22(2) (d). Die Sperrgatter 22(1) (a) bis 22(1) (d) ergeben eine UND-Verknüpfung der Eingangssignale auf den Leitungen 24 (a) bis 24 (d) mit den Ausgangssignalen der UND-Gatter 22(2) (a) bis 22(2) (d).

Der Ausgang jedes UND-Gatters 22(3) (a) bis 22(3) (d) für die Erkennung ist, mit Ausnahme des jeweils zugehörigen Sperrgatters, über die NOR-Gatter 22(2) mit allen übrigen Sperrgattern 22(1) verbunden. Der Ausgang des UND-Gatters 22(3) (a) ist beispielsweise über die NOR-Gatter 22(2) (b) bis 22(2) (d) mit den Sperrgattern 22(1) (b) bis 22(1) (d) verbunden. Folglich führt ein Ausgangssignal logisch Eins eines speziellen UND-Gatters 22(3) (a) bis 22(3) (d) zu einer logischen Null an einem der Eingänge und folglich zu einer logischen Null an den Ausgängen jedes der Sperrgatter 22(1) mit Ausnahme des zu dem jeweiligen Gatter für die Erkennung zugehörigen Sperrgatter 22(1).

Die Ausgangssignale 22 (a) bis 22 (d) der Gatter 22(1) (a) bis 22(1) (d) liegen über übliche Triactreiber 26 an den Gate-Anschlüssen der Triacs 3 (a) bis 3 (d). Eine logische Eins an einem der Ausgänge bewirkt, daß der zugehörige Triac in den leitenden Zustand umgeschaltet wird, während eine logische Null als Ausgangssignal dazu führt, daß der zugehörige Triac bei dem nächsten Null-Durchgang des Wechselspannungssignales nichtleitend wird.

Als Beispiel für die Schaltungsbetriebsweise sei angenommen, daß das Heizelement 1 (a) in dem "Weichstart"- Modus arbeitet. Demzufolge ist das Eingangssignal 32 (a) logisch Eins. Während desjenigen Steuerintervalles, während dessen, bestimmt durch die Ausgangslogik 24, der Strom dem Heizelement 1 (a) zugeführt ist, ist das Eingangssignal 24 (a) ebenfalls logisch Eins mit der Folge, daß das Ausgangssignal des UND-Gatters 22(3) (a) logisch Eins ist, während die Ausgangssignale der NOR-Gatter 22(2) (b) bis 22(2) (d) Null und folglich die Ausgangssignale der Sperrgatter 22(1) (b) bis 22(1) (d) ebenfalls Null sind. Die Ausgangssignale der Gatter 22(3) (b) bis 22(3) (d) sind notwendigerweise ebenfalls logisch Null, da, wie bereits erwähnt, höchstens eines dieser Gatter während jeweils eines Steuerintervalles logisch Eins sein kann, was dazu führt, daß das Ausgangssignal des NOR-Gatters 22(2) (a) logisch Eins ist. Folglich ist das Ausgangssignal 22 (a) des UND-Sperrgatters 22(1) (a) logisch Eins. Hieraus folgt, daß der Triac 3 (a) getriggert und leitend ist, während die Triacs 3 (b) bis 3 (d) unabhängig von dem Zustand der Signale 24 (b) bis 24 (d) von der Ausgangslogik 24 in dem nichtleitenden Zustand sind.

Es ist ersichtlich, daß, falls keines der Heizelemente 1 (a) bis 1 (d) in dem "Weichstart"-Modus arbeitet, das Ausgangssignal jedes der NOR-Gatter 22(2) (a) bis 22(2) (d) logisch Eins ist, womit alle Ausgangssignale 24 (a) bis 24 (d) der Ausgangslogik 24 unmittelbar durch das Sperrnetzwerk zu den Triactreibern gelangen können.

Bei den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen ist als Steuerintervall eine volle Schwingung der Netzspannung verwendet. Es ist jedoch ersichtlich, daß auch ein einer Halbschwingung entsprechendes Steuerintervall verwendet werden könnte. In diesem Falle würden die zugeführten Stromimpulse nur eine halbe Schwingung der Stromversorgung dauern, anstelle einer ganzen Schwingung. Der Vorteil der Verwendung eines einer halben Schwingung entsprechenden Steuerintervalles besteht darin, daß für denselben Bereich von Kochtemperaturen die Verwendung dieses Steuerintervalles zwischen den Stromeinschaltzyklen AUS-Zustände gestattet, die mit Ausnahme der 100%-Leistungseinstellung bei jeder anderen Leistungseinstellung halb so groß sind wie im Falle des der Vollschwingung entsprechenden Steuerintervalle. Folglich ist die von Überströmen herrührende Belastung der Schaltungsbauelemente bei der Verwendung von Halbschwingungen entsprechenden Steuerintervallen verringert. Jedoch hat die "Halbschwingungslösung" für die bei diesem Ausführungsbeispiel vorgesehene Stromimpulswiederholungsrate den Nachteil, daß die Stromimpulse mit Ausnahme der Maximalleistungseinstellung dieselbe Polarität aufweisen, so daß ein Strom mit einer Gleichspannungskomponente dem Netz entnommen wird. Es ist offensichtlich, daß die Verwendung des einer Vollschwingung entsprechenden Steuerintervalles diese Gleichspannungskomponente vermeidet.

Claims (17)

1. An eine Wechselstromversorgung mit und ohne Gleichkomponente anschließbarer Leistungssteuerschaltung zur Steuerung der Heizleistung einer Anzahl von Heizelementen, mit einer Benutzereingabeeinrichtung (5, 50), die für jedes Heizelement (1 a . . . 1 d) neben einer "AUS"- Einstellung eine Reihe von Leistungseinstellungen aufweist, wobei die für ein gegebenes Zeitintervall einem jeweiligen Heizelement zugeführte elektrische Leistung eine Funktion der Einstellung der Benutzereingabeeinrichtung für dieses Heizelement ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine eine Impulskette (i) erzeugende Schaltung vorhanden ist, bei der der zeitliche Abstand zwischen den Impulsen ein Steuerintervall festlegt,
daß an die Benutzereingabeeinrichtung (5, 50) eine Logikschaltung (4 a . . . 4 d) angeschlossen ist, die ein der Leistungseinstellung für das jeweilige Heizelement (1 a . . . 1 d) entsprechendes mehrstelliges binäres Steuerwort erzeugt, das in eine Steuerschaltung (24, 22, 26, 3 a . . . 3 d) gelangt, die entsprechend dem Zustand eines festgelegten Bits des dem Heizelement zugeordneten binären Steuerwortes die dem Heizelement (1 a . . . 1 d) zugeführte elektrische Leistung steuert,
daß jedem Heizelement (1 a . . . 1 d) eine Erkennungseinrichtung (30), die einen Übergang aus der "AUS"- Einstellung in eine beliebige andere Leistungseinstellung für dieses Heizelement (1 a . . . 1 d) erkennt, sowie eine mit der Erkennungseinrichtung (30) in Verbindung stehende Zeitsteuereinrichtung (32, 34, 36, 38) zugeordnet ist, die durch die Erkennungseinrichtung (30) gestartet wird und für das zugehörige Heizelement (1 a . . . 1 d) eine Übergangszeit mit festgesetzter Länge festlegt und
daß eine Sperrschaltung (22) vorgesehen ist, die während aller jener Steuerintervalle, während derer für ein Heizelement (1 a . . . 1 d) die Übergangszeit läuft, die Leistungszufuhr zu den anderen Heizelementen (1 a . . . 1 d) sperrt.

2. Leistungssteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Steuerung der Stromzufuhr zu den Heizelementen (1 (a) . . . 1 (d)) Schaltglieder enthält, durch die die jeweiligen Heizelemente (1 (a) . . . 1 (d)) mit der Stromversorgung verbindbar sind, wenn das ausgewählte Bit in einem ersten Zustand ist und durch die die jeweiligen Heizelemente (1 (a) . . . 1 (d)) von der Stromversorgung abschaltbar sind, wenn sich das jeweils ausgewählte Bit in dem zweiten Zustand befindet.

3. Leistungssteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsteuereinrichtung (33, 34, 36, 38) ein in Abhängigkeit von der Erkennungseinrichtung (30) arbeitendes Flipflop (32), das bei der Erkennung des Übergangs aus der AUS-Leistungseinstellung in eine andere Leistungseinstellung (EIN, 1 bis 7) in den gesetzten Zustand umschaltbar ist, sowie ein Zeitglied (34) aufweist, das mit dem Flipflop (32) verbunden und so gestaltet ist, daß es beim Erreichen einer vorgegebenen Anzahl von gezählten Impulsen der Impulskette (i) das Flipflop (32) in den Rücksetzzustand umschaltet.

4. Leistungssteuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschaltung (22) mit dem Flipflop (32) verbundene Gatter (22(3) (a) . . . 22(3) d)) enthält, die abhängig von dem Schaltzustand des Flipflops (32) und dem ausgewählten Bit des Steuerwortes ein Sperrsignal erzeugen, das bei gesetztem Flipflop (32) und in dem einen Zustand befindlichen ausgewählten Bit des Steuerwortes in einem ersten Zustand und sonst in einem zweiten Zustand ist.

5. Leistungssteuerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschaltung (22) Gatter (22(2) (a) . . . 22(2) d)), (22(1) (a) . . . 22(1) d)) enthält, durch die bei in dem einen Zustand befindlichen Sperrsignal für ein Heizelement (1 (a) . . . 1 (b)) die Stromzufuhr für alle übrigen Heizelemente (1 (a) . . . 1 (b)) sperrbar ist.

6. Leistungssteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (1 (a) . . . 1 (d)) eine geringe thermische Trägheit und bei Arbeitstemperatur einen verhältnismäßig großen Widerstand sowie bei Raumtemperatur einen verhältnismäßig geringen Widerstand aufweisen, der beim Einschalten eines Heizelementes (1 (a) . . . 1 (d)) mit Raumtemperatur einen verhältnismäßig großen Strom hervorruft.

7. Leistungssteuerschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Übergangszeit derart bemessen ist, daß innerhalb dieser Zeitspanne der Widerstand des in dem Übergangsbetrieb arbeitenden Heizelementes (1 (a) . . . 1 (d)) von dem relativ kleinen Wert auf einen nahe bei dem relativ hohen Widerstandswert liegenden Wert ansteigt.

8. Leistungssteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während jedes Steuerintervalls ein binäres Steuerwort erzeugt wird, daß zum Speichern der Steuerworte mehrere gleiche Schieberegister (24(1) (a) . . . 24(1) (d)) vorgesehen sind, die gleichbenannte Bitstellen aufweisen und durch einen Takt gemeinsam verschoben werden, und daß eine Abfrageeinrichtung (24(2) (a) . . . 24(2) (d)) vorhanden ist, die während jedes gegebenen Steuerintervalls in allen Schieberegistern (24(1) (a) . . . 24(1) (d)) die gleichbezeichneten Bitstellen abfragen.

9. Leistungssteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Haupttakt (12) vorhanden ist, durch den sich wiederholende, jeweils eine vorgegebene Anzahl von Steuerintervallen aufweisende Steuerperioden festgelegt sind, und daß die Logikschaltung (4 (a) . . . 4 (d)) das Steuerwort für jedes Heizelement (1 (a) . . . 1 (d)) einmal während jeder Steuerperiode aktualisiert.

10. Leistungssteuerschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Steuerintervalle je Steuerperiode gleich der Anzahl der Heizelemente (1 (a) . . . 1 (d)) ist.

11. Leistungssteuerschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Bits in jedem Steuerwort gleich der Anzahl der Steuerintervalle je Steuerperiode ist.

12. Leistungssteuerschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Heizelement (1 (a) . . . 1 (d)) eine Steuerperiode zugeordnet ist, daß die Steuerperiode für jedes jeweilige Heizelement (1 (a) . . . 1 (d)) gleichzeitig mit der Erzeugung des Steuerwortes für das jeweilige Heizelement (1 (a) . . . 1 (d)) beginnt und daß die Anzahl der Steuerintervalle innerhalb einer Steuerperiode gleich der Anzahl der Bits des Steuerwortes ist.

13. Leistungssteuerschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Bits in jedem Steuerwort gleich der Anzahl der Heizelemente (1 (a) . . . 1 (d)) ist.

14. Leistungssteuerschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bits jedes Steuerwortes in aufeinanderfolgenden Steuerintervallen nacheinander abgefragt werden.

15. Leistungssteuerschaltung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerworte in Shiftregistern (24(1) (a) . . . 24(1) (d)) gespeichert werden und die Abfrageeinrichtung (24(2) (a) . . . 24(2) (d)) dieselbe Bitstelle in jedem der Shiftregister (24(1) (a) . . . 24(1) (d)) abfragt und das Steuerwort in jedem Shiftregister (24(1) (a) . . . 24(1) (d)) während jedes Steuerintervalls um eine Bitstelle verschiebt, derart, daß während jedes Steuerintervalls ein anderes Bit jedes Steuerwortes abgefragt ist.

16. Leistungssteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Impulskette (i) erzeugende Schaltung (10) zur Erzeugung von Impulsketten beim Nulldurchgang der Wechselspannung der Netzspannung eingerichtet ist.

17. Leistungssteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulskette (i) synchron mit der Netzspannung ist.