DE3118551A1 - Zeitsteuereinrichtung mit tip-tast-steuerung - Google Patents

Description

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JET SPRAY CORPORATION
Waltham, Mass./USA

Zeitsteuereinrichtung mit Tip-Tast-Steuerung

Die Erfindung betrifft eine Zeitsteuerung für den Abgabezyklus eines Warenausgabe-Automaten. Die Zeitsteuerung kann für die Ausgabe von solchen Produkten wie augenblicklich hergestelltem Kartoffelbrei, Kaffee, Säften oder Getränken eingesetzt werden. Speziell betrifft die Erfindung eine verbesserte Zeitsteuerung mit Taster-Steuerung.

Man strebt an, mit Hilfe der Erfindung einen Stromfluß aufrechtzuerhalten, der mit Steuerschaltern für eine Zeitsteuereinrichtung, wie sie mit derartigen Ausgabeautomaten verwendet werden, in Verbindung steht, welcher bei einem Fehler einen relativ niedrigen Wert, vorzugsweise weniger als 5 inA, haben soll. Eine bisher angewendete Technik, mit der Schalterfehlern beizukommen "versucht wird, sieht einen Isolations-Transformator vor, mit dem die Speisung für die Logik-Schaltung gegenüber der Netzspannung isoliert wird. Damit ist wenigstens verhindert, daß jemand, der mit metallischen Teilen der Tastschalter in Berührung kommt, einen tödlichen Stromschlag erhalten kann. Die Kosten derartiger Isolier-Transformatoren sind jedoch sehr hoch, speziell, wenn nicht nur die Speisung der Logik-Schaltung, sondern auch die Speisung für die übrigen, die Belastung stellenden elektrischen Bauteile isoliert werden soll. Die Belastung wird z. B. durch einen

Solenoid und einen Getriebe-Motor gebildet. Wenn über den Transformator nur die Speisung für die Logik-Schaltung zugeführt werden muß, dann werden getrennte Einrichtungen wie optische Koppler benötigt, die Last-Schalter von der Logik-Schaltung isolieren, die z. B. Triacs sein können. Auch für derartige Isolierungen sind erhebliche Kosten anzusetzen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Zeit-Steuereinrichtung speziell für die Zyklus-Steuerung von Ausgabeautomaten zu schaffen, bei der kein Transformator für die Isolierung der Speisung erforderlich ist.

Transformatorlose Gleichspannungs-Speisungen mit vom Netz trennenden Gleichrichtern sind bekannt. Das Wechselstrom/ Gleichstrom-Röhrenradio ist ein allgemein bekanntes Beispiel. Die Gefahr eines tödlichen Stromschlags ist bei diesen Radios dadurch herabgemindert, da.ß das Chassis durch ein isolierendes Gehäuse umgeben ist, und die Bedienungsknöpfe verhindern; daß der Benutzer unmittelbar mit Metall in Berührung kommt. Bei Abgabeautomaten kann man sich jedoch nicht darauf allein verlassen, daß die Steuerschalter die erforderliche elektrische Isolation für die Vermeidung des Stromschlags darstellen.

Es werden demzufolge bei der Erfindung Tastschalter vorgesehen, mit denen die einzelnen Schaltfunktionen der Zeitsteuereinrichtung bedient werden. So sind z. B. für ein Ausführungsbeispiel fünf Tastschalter vorgesehen, die mit "Heizwasser", "groß", "stop", "Dauer" und "klein" bezeichnet sind. Diese Schalter haben vorzugsweise eine leitfähige Membran, die mit einer Abstützplatte in Kontakt kommt. Die dünne Membran trennt die Finger des Benutzers von der elektrischen Schaltung, die mit einer Leerlauf-Spannung gegenüber Erde betrieben wird, welche der Netzspannung gleich ist. Die flexiblen Flächen der Schalter sind vorzugsweise gegenüber der Schalttafel durch ein Paar von Widerständen mit relativ hohem Wert,

vorzugweise in der Größenordnung von 150 kß, isoliert. Zwei Widerstände werden als Schutz für die Eventualität verwendet, daß einer einen ungenügend geringen Wert hat. Es ist damit zusätzlich die Sicherheit gegen einen Spannungs-Zusammenbruch gegeben, der auftreten könnte, wenn nur ein einziger Widerstand verwendet wird. Die Widerstandswerte werden so ausgewählt, daß für den ungünstigeren Fall der Strom unter 5 inA bleibt. Selbst unter der Annahme, daß bei Vandalismus sämtliche Schalter mit der gemeinsamen Abstützplatte in Berührung sind und alle metallischen Teile der Schalteinrichtung freiliegen, ist der Stromfluß immer noch auf weniger als 5 mA begrenzt. Das Problem bei Verwendung derart großer Widerstandswerte ist für übliche Logik-Schaltungen wie TTL-Schaltungen darin zu sehen, daß ausreichende Spannungswechsel nicht mehr möglich sind. Folglich ist die nach dem Gedanken der Erfindung auszusuchende Logik-Schaltung eine solche mit hoher Eingangsimpedanz. Vorzugsweise wird eine CMOS-Logik (Komplementär-Metalloxid-Halbleiter-Logik) verwendet, die eine hohe Eingangsimpedanz besitzt. Diese Impedanz ist vergleichbar mit der Reihenwiderstandskupplung der Tastschalter. Die hohe Impedanz der CMOS-Gates ermöglicht den Einsatz von Eingangs-Parallel-Widerständen von relativ hohem Wert, vorzugsweise über 1 ΜΩ. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel besitzen die Widerstände vorzugsweise einen Wert von 3,3 ΜΩ. Die Kombination der CMOS-Logik mit den Schalterkreisen von hohem Widerstand ergibt praktisch das stromschlagsichere System. Dies wird ohne teueren Transformations-Isolator oder eine Relais-Übergangsschaltung erzielt.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild einer Zeitsteuereinrichtung für einen Kaffee-Ausgabeautomaten;

Fig. 2 das Schaltbild der Zeitsteuerung für eine Kartoffelbreimaschine; und

Fig. 3 einen Schnitt durch einen in den Schaltungen der Figuren 1 und 2 verwendeten Tastschalter.

Die für einen Kaffee-Ausgabeautomaten, der für die Steuerung der Wasserzugabe einen Solenoid und außerdem einen Getriebe-Motor für die Steuerung der Kaffee-Pulver-Zugabe enthält, verwendete Schaltung zeigt die Fig. 1. Der Solenoid oder Elektromagnet und der Getriebemotor werden jeweils durch ein Triac Q1 und Q2 gesteuert. Die Triacs werden wiederum durch die in Fig. 1 gezeigte Logikschaltung gesteuert. Diese Logikschaltung enthält integrierte Zeitsteuerschaltungen IC1 und IC2 sowie mehrere Logik-Gatter IC3 und IC4, die in Fig. 1 sämtlich als NOR-Gatter dargestellt sind. Die NOR-Gatter IC3B und IC4B bilden einen bistabilen Schalter, der mit der Zeitsteuerschaltung IC1 verbunden ist. Die NOR-Gatter IC3C und IC4C bilden einen mit der Zeitsteuerschaltung IC2 verbundenen weiteren bistabilen Schalter. Die Zeitsteuerschaltungen IC1 und IC2 sind mit einstellbaren Schaltungen verbunden, welche Potentiometer R28 und R32 besitzen, über die die Steuerzeiten der Zeitsteuerschaltungen IC1 und IC2 eingestellt werden können. Die Zeitsteuerung IC1 kann als "groß"-Zeitsteuerung, die Steuerschaltung IC2 als "klein"-Zeitsteuerschaltung bezeichnet werden. Diese Bezeichnungen betreffen die Länge der Zeitspannen, die mit den Potentiometern R28 und R32 eingestellt werden können. Neben den Potentiometern wird mit anderen Schaltungsbauteilen wie Widerständen R 26 bis R 33 und Kondensatoren C11 und C13 die Zeitspanne der Zeitsteuerkreise gesteuert.

Neben der in Fig. 1 gezeigten Logik-Schaltung, die eine vollständige CMOS-Logik ist, sind mehrere gesonderte Netzwerke

vorgesehen, die sämtlich R-C-Netzwerke sind und die Verbindung 'zwischen der Logik-Schaltung und den einzelnen Schaltern auf der Tastschaltertafel herstellen. Der spezielle Aufbau der Schalter ist in Fig. 3 gezeigt und wird später erläutert.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 weist fünf derartige mit X1 bis X5 bezeichnete Schalter auf. Eine Seite dieser Schalter steht mit den jeweiligen R-C-Netzwerken, die andere Seite mit einer gemeinsamen Leitung aller Taster in Verbindung, die über Widerstände R20 und R21 mit einer Klemme COM für die gemeinsamen Speisung verbunden ist. Der Schalter X1 ist der "stop"-Schalter, der Schalter X2 der "klein"-Schalter, der Schalter X3 der "Heißwasser"-Schalter, der Schalter X4 der "Dauer"-Schalter, der Schalter X5 der "groß"-Schalter. Der Schalter X3 ist beispielsweise über die Widerstände R5 und R6 mit dem Kondensator C1 verbunden. Ein weiterer Parallel-Widerstand R7 liegt zum Kondensator C1 parallel. Über .dieses Netzwerk wird die Speisespannung dem NOR-Gatter IC3A zugeführt. Normalerweise wird das Gatter IC3A mit der Spannung -V beaufschlagt, was den logischen Wert Null bedeutet. Bei offenem Tastschalter X3 wird der Eingang des Gatters deshalb auf -V mit Hilfe des Parallelwiderstandes R7 gehalten, der vorzugsweise 3,3 ΜΩ beträgt. Ein Widerstand mit hohem Wert dieser Art läßt sich wegen der sehr hohen Eingangsimpedanz des Gatters IC3A verwenden. Wenn jedoch der Schalter X3 geschlossen wird, werden die Widerstände R5 und R6 über diesen Schalter mit der Taster-Speisungsklemme COM verbunden, die auf +12V liegt, mindestens jedoch auf einem gegenüber der gemeinsamen negativen Spannung positiven Potential. Die Spannung am Widerstand R7 wird dann

E₇ = 12 =· = 12 χ 0,846 = 10 V

3,3 χ 10^ö) + 6 χ 10

Die Differenz von 12V reicht vollkommen aus, um den logischen Wert 1 zu bilden. Wenn jedoch das verwendete ODER-Gatter statt dessen ein TTL-Gatter oder ein anderes bipolares Element wäre, müßte ein FET-Puffer vorgesehen werden.

Fig. 1 zeigt überdies eine Speisungsschaltung mit einer Zenerdiode Z1, einem Kondensator C1, Reihenwiderständen RI bis R4 und einer Diode D1. An den Eingang der Speisungsschaltung kann ein gewöhnliches 110 V-Gleichstrom-oder 220 V-Wechselstrom-Netz geführt sein. An einem Ausgang der Speisung steht die Spannung - V an. Die andere, von der Speisungsschaltung abgegebene Spannung ist das Tasterspeisungssignal COM in Abhängigkeit von der Zenerspannung.

Neben dem Schalter X3, der bereits erwähnt wurde, sind vier weitere Schalter vorhanden, die über R-C-Netzwerke mit Logik-Kreisen verbunden sind, wie es die Fig. 1 zeigt. Der Schalter X5 ist z. B. über Widerstände R8, R9 mit Konderisator C2 und Widerstand R10 als Parallelwiderstand zu C2 verbunden. Dieses R-C-Netzwerk führt auf den Setzeingang einer bistabilen Schaltung mit Gate IC3B. Der Stop-Eingang vom Schalter X1 ist über Widerstände R11 und R12 mit der Löschseite der beiden bistabilen Schaltungen verbunden. Genauer gesagt, führt von den Widerständen R11, R12 eine Verbindung zu den Gates IC4B und IC4C.

Der Dauerschalter X4 ist über Widerstände R13, R14 an die Parallel-Schaltung von Kondensator C3 und Widerstand R15 gelegt. Dieses Netzwerk ist mit einem Gate IC4A verbunden, um ein Freigabesignal an den Ausgangstriac über das Gate zu liefern. Schließlich besteht eine Verbindung vom "klein"-Schalter X2 über die Widerstände R16 und R17 zur Parallel-Schaltung von C4 und R18 und von dort zum Setzeingang der zweiten bistabilen Schaltung, genauer gesagt vom Gate IC3C.

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Die Zeitsteuerung ICI ist für die Abgabe einer großen Portion eingestellt, während mit Hilfe der Zeitsteuerung IC2 eine kleine Portion abgegeben wird. Die Zeitsteuerkreise mit den Potentiometern R28 und R32 dienen zur Einstellung der jeweiligen Zeitdauer. Bei Betätigung der "groß"-Taste wird die erste bistabile Schaltung gesetzt, wobei durch den Ausgang vom Gate IC3B das Zeitsteuerglied IC1 gesteuert und in Betrieb genommen wird. Die Zeitsteuerung IC1 läßt dann die Periode verstreichen und gibt am Ende ein Signal auf das Gate IC4B ab, wodurch die bistabile Verriegelung wieder zurückgestellt wird. Dadurch wird über das Gate IC4A direkt ein Signal an den Getriebemotor abgegeben, der während der durch IC1 bestimmten Zeitdauer arbeitet. Außerdem wird dasselbe Signal über den Inverter IC3D und das Gate IC3A verwendet, den Triac Q1 und den Abgabesolenoid zu betätigen. Bei Betätigung des Schalters für eine kleine Portion wird durch Tasten von X2 die andere bistabile Schaltung in Betrieb genommen. Dabei aktiviert ein Ausgangssignal vom Gate IC3C die Zeitsteuerschaltung IC2. Am Ende der vorbestimmten Zeitspanne wird ein Signal auf den Löscheingang der zweiten bistabilen Schaltung, welcher der Eingang des Gates IC4C ist, gegeben, durch das diese Schaltung rückgestellt wird. Hierdurch wird ein Signal auf das NOR-Gatter IC4A gesandt, wodurch der Getriebemotor und der Solenoid in bereits erwähnter Weise in Betrieb gesetzt werden. Das Gate IC4A kann auch durch den "Dauer"-Schalter X4 eingeschaltet werden. Dies bedeutet, daß das Gate IC4A solange freigeschaltet ist und eine Abgabe durch den Automaten mit Hilfe der aktivierten Triacs Q1 und Q2 erfolgt, als er gedrückt wird.

Bei Betätigung der Stop-Taste X1 werden durch über die Widerstände R11 und R12 an die Gates IC4B und IC4C gegebene Löschsignale die bistabilen Schaltungen zurückgestellt. Hiermit wird der Betrieb der Zeitsteuerschaltungen IC1 und IC2 aufgelöst, gleichgültig ob eine der beiden vorher in Gang gesetzt ist.

Die Werte von R20 und R21 und übriger Widerstände wie R5 und R6 werden ausreichend hoch gewählt, so daß bei Fehlfunktionen der Schalter der Strom bei einem eventuellen Stromschlag unter 5 mA bleibt. Auch wenn bei einer Zerstörung des Automaten alle fünf Taster gleichzeitig mit der gemeinsamen Rückplatte in Berührung sind, die anhand der Fig. 3 noch beschrieben wird, besteht keine Gefahr eines tödlichen Stromschlags. Mit der beschriebenen Anordnung würden sechs parallele Widerstandsbahnen von jeweils 300 kß bestehen, die die freiliegenden Metallteile mit der Speisung des Untersystems verbinden, die ihrerseits mit dem mit "weiß" bezeichneten Netzpol gemäß Fig. 1 in Verbindung steht. Dieser Netzpol kann um 120 V von Erde und dem Systemrahmen abweichen. In einigen Anwendungsfällen kann diese Spannung auch 240 V betragen. Betrachtet man den ungünstigsten Fall von 240 V, so wird der Strom durch sechs parallel 300 kß-Widerstände dennoch nur 4,8 mA. Hierdurch ist bewiesen, daß die Zeitsteuerung mit vereinfachten Mitteln unter Verwendung von Tastschaltern aufgebaut sein kann und kein Isolations-Transformator benötigt wird. Es wird eine Logik-Schaltung mit hoher Eingangsimpedanz zusammen mit bekannten Tastschaltern mit niedriger Impedanz verwendet. Durch die Verwendung der Logik-Schaltung mit hoher Eingangsimpedanz können Reihenwiderstände mit hinreichend hohen Widerstandswerten eingesetzt werden, um den Strom in der erforderlichen Weise zu begrenzen, ohne daß die Funktion der Logikschaltung und deren Schalten zwischen den verschiedenen Logik-Pegeln dadurch beeinfluß wird.

In der folgenden Tabelle sind die Bauteile der in Fig. 1 gezeigten Schaltung mit ihren Werten angegeben.

R1 3,3K 10% 1 Watt
R2 3,9K 10% 1 Watt

R3 3.9K 10% 1 Watt r4 3.3K 10% 1 Watt R5 150K 10% 1/4 Watt R6 150K 10% 1/4 Watt R7 3.3 MEG 10% 1/4 Watt R8 150K 10% 1/4 Watt R9 150K 10% 1/4 Watt RlO 3.3 MEG 10% 1/4 Watt RIl 150K 10% 1/4 Watt R12 150K 10% 1/4 Watt R13 150K 10% 1/4 Watt R14 150K 10% 1/4 Watt R15 3.3 MEG 10% 1/4 Watt R16 150K 10% 1/4 Watt R17 150K 10% 1/4 Watt R18 3.3MEG 10% 1/4 Watt R19 3.3 MEG 10% 1/4 Watt R20 150K 10% 1/4 Watt R21 150K 10% 1/4 Watt R22 47 OHM 10% 1/4 Watt R23 2.0K OHM 5% 1/4 Watt R24 47 OHM 10% 1/4 Watt R25 2.0K OHM 5% 1/4 Watt R26 16K OHM 5% 1/4 Watt R27 820K OHM 10% 1/4 Watt R28 500K OHM 20% 1/4 Watt Horz. Mount Trimmer R29 560K OHM 10% 1/4 Watt R30 16K OHM 5% 1/4 Watt R31 680K OHM 10% 1/4 Watt R32 250K OHM 20% 1/4 Watt Horz. Mount Trimmer R33 390K OHM 10% 1/4 Watt

Cl .02 UF + 80%-20% 20V Ceramic C2 .02 UF + 80%-20% 20V ceramic C3 .02 UF + 80%-20% 20V ceramic

C4 .02 UF + 80%-20% 20V ceramic C5 .02 UF + 80%-20% 20V ceramic C6 .005 UF GMV 1.6KV ceramic C7 .02 UF + 80%-20% 20V ceramic C8 .005 UF GMV 1.6KV ceramic C9 .02 UF + 80%-20% 20V ceramic ClO 10 UF 20% 16V Tantal - Spraque 199D CIl .022 UF + 10% 50V Polycarbonat Seacor #112 C12 10 UF 20% 16V Tantal - Spraque 199D C13 .005 UF + 10% Polystyrol Mallory SXM C14 50 UF + 80%-20% 16V Alum. Electrolytic Spraque 3OD

Ql T2301PD Triac Q2 T2301PD Triac

Zl 1N4742

Dl 1N2Ö71/1N4 D2 1N4148

ICl 4060BE IC2 4060BE IC3 4001BE IC4 4025BE

In den Figuren 2A und 2B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Zeitsteuerschaltung gezeigt, das etwas komplizierter aufgebaut ist als das zuvor beschriebene. Die Zeitsteuerung wird zur Abgabe eines augenblicklich hergestellten Kartoffelbreis benötigt.

Von der Schaltung der Fig. 2A werden die in der Schaltung nach Fig. 2B benötigten Speisespannungen +V1 und +V2 erzeugt. Die-

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se Speisungsschaltung arbeitet mit 115 V-Wechselspannungsnetz, das an die Parallelschaltung von Widerstand R1 und Diode D1 gelegt wird. Diese Schaltung bildet zusammen mit der Diode D2, der Zenerdiode Z1 und den Kondensatoren C1 und C2 eine Halbwellen-Gleichrichter-Schaltung, die eine konstante Spannung auf -der Leitung L1 hervorbringt. Der Transistor Q3 steuert den Triac Q1, der seinerseits den Motor M für den in der Zeichnung nicht gezeigten Förderer steuert, der das Produkt in eine Mischkammer des Abgabeautomaten fördert, in die außerdem durch den Solenoid K gesteuert Wasser zugeführt wird. Der Solenoid K eines Magnetventils wird vom Triac Q2 gesteuert, der seinerseits durch den Eingangstransistor Q4 gesteuert wird. Am Punkt A tritt eine stabile Spannung +V1 auf, die an den meisten Spannungs-Einspeisepunkten in der Schaltung der Fig. 2B benötigt wird.

Fig. 2A zeigt außerdem einen "STOP"-Eingang, der in Wirklichkeit ein Abstützkontakt des Schalters Y1 ist, und dazu dient, der Speisungszuführung Energie zuzuführen. Dieser Schalter wird für die "STOP"-Funktion der Zeitsteuereinrichtung benützt. Wenn die Klemme "STOP" Η-Pegel führt, dann erzeugt die Schaltung mit den Gates IC12A und IC12B eine relativ konstante positive Spannung, die, wenn sie über den Inverter IC12B geführt ist, an der Klemme T1 eine Masse- oder Null-Spannung liefert. Mit anderen Worten, wenn die Eingangsklemme auf Masse gelegt ist, tritt an der Klemme T1 ein positives Potential in der Größenordnung von 10V auf. Der Nutzen dieser Spannung + V2 aus der Schaltung wird später in Verbindung mit der Fig. 2B erläutert. ■

In der Fig. 2A sind zwei Leitungen L und P gezeigt, die man als Flüssigkeits- und Produkt-Leitungen bezeichnen kann. Tritt auf Leitung L ein Η-Signal auf, dann erhält die Steuerelektrode des Triacs Q2 einen Treiberstrom, wodurch der Triac leitend

wird, und durch Erregung des Magnetventils Wasser fließt. Herrscht L-Pegel auf der Leitung L, dann ist der Triac Q2 abgeschaltet, so daß auch durch das Magnetventil K der Wasserzustrom abgeriegelt wird. Das Signal auf der Produktleitung P arbeitet in gleicher Weise, indem nämlich bei Signalpegel H der Triac Q1 den Motor M in Bewegung setzt. Bei L-Signal auf der Leitung P steht hingegen der Motor still.

Die in Fig. 2B gezeigte Steuerschaltung liefert auf den Leitungen L und P die Signale. Eine erste bistabile Schaltung B1 versorgt die Leitung L, eine zweite bistabile Schaltung B2 die Leitung P. Die bistabile Schaltung Bl enthält ein Paar von NAND-Gattern G1 und G2, die in einer bistabilen Konfiguration miteinander kreuzweise verschaltet sind. Gleiches gilt für die NAND-Gatter G3 und G4 in der bistabilen Schaltung B2.

In der Schaltung nach Fig. 2B sind außerdem Schalter Y3 und Y4 für die Bestimmung einer kleinen bzw. großen Portion vorgesehen, was später noch beschrieben wird. Eine Anzahl von Zeitsteuervorrichtungen ist im einzelnen in einer später aufgeführten Tabelle genauer definiert. Diese Vorrichtungen enthalten Zeitsteuerglieder 10, 12, 14 und 16 und eine Haupttakt-Steuerung 18 sowie eine zweite Takt- oder Zeitsteuerung 20. Die Vorrichtungen 10, 12, 14 und 16 können gleicher Art sein, von denen sich die Vorrichtungen 18 und 20 unterscheiden. Den Zeitsteuereinrichtungen 10, 12. 14 und 16 sind Schalter S1 bis S4 zugeordnet. Der Schalter S1 hat zwei Funktionen, wobei ein Ausaana zur Leituna 22 in einen von zwei unterschiedlichen Zuständen einstellbar ist, typischerweise entweder einen Η-Zustand oder einen L-Zustand, um damit festzulegen, ob die Nachspülung positiv oder negativ ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2B für eine positive Nachspülung befindet sich Leitung 22 auf L-Pegel, während für eine negative Nachspülung Leitung 22 auf Η-Pegel ist. Die anderen drei Ausgän-

ge des Schalters S1 verbinden diesen mit drei Eingängen der Zeitsteuerschaltung 10. Diese drei Eingänge stellen in binärcodierter Dezimalform einen Anfangs-Zählwert dar, auf den die Vorrichtung 10 anfänglich eingestellt wird. An späterer Stelle folgt eine weitere Erläuterung der Arbeitsweise der Zeitsteuerschaltung 10 in Verbindung mit einem Wiederholungs-Zyklus gemäß einer Steuerung für die Abgabe größerer Portionen.

Der Schalter S2 hat vier Ausgänge und kann in 16 verschiedene Stellungen eingestellt werden, um so ein binär-codiertes Dezimalsignal an vier entsprechende Eingänge des Zeitsteuergliedes 12 geben zu können. Die Schalter S3 und S4 sind in gleicher Weise mit den Zeitsteuergliedern 14 und 16 verbunden. Der Schalter S2 steuert die VorSpülungsperiode in Verbindung mit Zeitsteuerglied 12. Dieser Schalter wird vorzugsweise über zehn Stellungen betätigt, wenngleich mehr Stellungen möglich sind. Bei einem Ausführungsbeispiel können mittels Schalter S2 und Zeitsteuerglied 12 Vorspülungsperioden von 0 bis 1,8 see in Stufen von 0,2 see eingestellt werden. Mit Schalter S3 wird die Dauer von Produkt- und Wasserzugabe gesteuert, wobei die kürzeste Periode beispielsweise 3,5 see beträgt, auch wenn der Schalter S3 in Null-Stellung steht. Von dieser Null-Stellung aus kann die Dauer bis zur Gesamtdauer von 5,3 see wiederum in 0,2 see Schritten verlängert werden. Schalter S4 steuert die Dauer einer positiven Nachspülperiode in Verbindung mit Zeitsteuerglied 16. Auch die positive Nachspülperiode kann aufgrund des gemeinsamen Takteinganges zu den Vorrichtungen 12, 14 und 16 von beispielsweise Null bis 1,8 see in 2 see Schritten gesteuert werden. Die Schaltung 3 0 dient zusammen mit der Taktgabe 20 und dem Potentiometer R15 dazu, die negative Nachspüldauer einzustellen, wenn mit dieser Arbeitsweise gearbeitet wird. Typischerweise ist diese Dauer zwischen 0,25 und 0,5 see eingestellt.

Es wird zunächst ein Arbeitsablauf über einen Grundzyklus mit Vorspülperiode, Hauptperiode und Nachspülperiode beschrieben. Außerdem ist für diesen Fall angenommen, daß die Schaltung für eine negative Nachspülung eingestellt ist. Dabei steuert die Schaltung die Leitungen L und P so, daß die Flüssigkeitszufuhr vor der Produktzufuhr endet.

Wenn bei Speisung zur Schaltung der Schalter Y3 geschlossen wird, erhält der Inverter 12 ein positives Signal. Dieses Signal kann mit Hilfe der aus Widerstand R16 und Kondensator C10 zusammengesetzten Schaltung tiefpaßgefiltert werden. Vom Inverter 12 wird dieses Η-Signal in ein L-Signal umgewandelt, das die bistabile Einrichtung B1 veranlaßt, an ihrem Q-Ausgang ein L-Signal abzugeben. Vom Inverter 13 wird das L-Signal invertiert, so daß auf der Leitung L eine positive Treüberspannung auftritt, die, wie an früherer Stelle ausgeführt, durch Betätigen des Magnetventils K den Wasserzufluß zur Mischkammer des Abgabeautomaten einsetzen läßt. Der Q-Ausgang der bistabilen Schaltung B1 bewirkt, daß vom Ausgang des NAND-Gatters G5 ein L-Signal an das Zeitsteuerglied 12 geht, wodurch dessen Rückwärtszählvorgang einsetzt, beginnend bei dem durch den Schalter S2 eingestellten Anfangswert. Das L-Signal, das das Zeitsteuerglied 12 vom Gatter G5 erhält, hebt im wesentlichen eine Löschbedingung auf, so daß das Zeitsteuerglied 12 von der Leitung 25 her getaktet wird, die über einen Inverter 14 das Ausgangssignal des Taktgebers 18 zuführt. Somit wird das Zeitsteuerglied 12 mit der Grundtaktrate von beispielsweise 0,2 see rückwärtsgezählt. Während dieses Rückwärtszählvorgangs herrscht auf der Leitung 34 als Ausgang des Zeitsteuergliedes 12 Η-Zustand, bis am Ende des Zählvorgangs das Signal auf Leitung 34 nach L umspringt, welches Signal nun der bistabilen Schaltung B2 zugeleitet wird und diese setzt. Wenn dies geschieht, tritt am Q-Ausgang ein L-Signal auf, das auf Leitung P über den Inverter 15 ein H-

Treibersignal erzeugt, wodurch der Motor M gespeist wird und die Produktzufuhr in die Kammer beginnt. Man erkennt also, daß die Dauer des Rückzählvorgangs des Zeitsteuergliedes 12 die Zeit zwischen dem Einsetzen der Flüssigkeitszufuhr aufgrund des Η-Signals auf der Leitung L und dem Einsetzen der Produktzufuhr aufgrund eines Η-Signals auf der Leitung P bestimmt. Das Rücksetzen der bistabilen Einrichtungen B1 und B2 an ihren jeweiligen Gates G2 und G4 bestimmt das Ende von Flüssigkeits- und Produktstrom.

Die Freigabe des Gatters G5 ist natürlich auch darauf abgestimmt, daß die anderen beiden Eingänge Η-Pegel behalten, was bedeutet, daß das Zeitsteuerglied 12 nur dann anfangen kann, wenn das Flip-Flop B2 und das Flip-Flop B3 gelöscht oder rückgesetzt sind. Das Flip-Flop B3 kann auch als Nachspülverriegelung bezeichnet werden. Es wird vom Ausgangssignal des Zeitsteuergliedes 14 betätigt, wie genauer noch beschrieben wird.

Der Taktgeber 18 hat zusätzlich zur Abgabe des Grundtaktsignals mit einer Periode von 0,2 see noch ein Ausgangssignal auf der Leitung 27, das einen Takt von längerer Dauer, z. B. 3,5 see, darstellt. Dieses Signal wird über Leitung an das NAND-Gate G6 gegeben und gibt dies frei, jedoch nur nach dem festen Intervall von 3,5 see, was die Minimaldauer darstellt, während der Flüssigkeit und Produkt abgegeben werden. Das Zeitsteuerglied 14 steuert im wesentlichen die Zeit nach Ablauf dieses Anfangsgrundintervalls von z. B. 3,5 see. Die anderen Eingänge des Gates G6 haben Bedeutung, wenn das Flip-Flop B2 qesetzt ist, was bedeutet, daß das Produkt abcregeben wird, und wenn außerdem die Einrichtung B3 rückqesetzt ist. Am Ende des 3,5-sec-Minimum-Intervalls wird das Zeitsteuerglied 14 dann vom Gate G6 freigegeben und erhält über die Leitung 25 Taktimpulse zugeführt, um den durch den

Schalter S3 eingestellten Anfangszählzustand schrittweise rückwärts zu zählen. Es sei noch festgehalten, daß am Ende des 3,5-sec-Zählintervalls kein Rücksetzen der Flip-Flops B1 oder B2 erfolgt. Nur am Ende des 3,5-sec-Intervalls und der durch das Zeitsteuerglied 14 vorgegebenen Zeitspanne erfolgt durch ein über die Ausgangsleitung 15 des Zeitsteuergliedes 14 abgegebenes Signal, das dem Flip-Flop B3 zugeführt wird, der Rückstellvorgang, indem das Flip-Flop B3 gesetzt wird und dieses an seinem Q-Ausgang ein Η-Signal und am Q-Ausgang ein L-Signal abgibt. Das Rückstellen der Flip-Flops °B1 und B2 erfolgt nun abhängig davon, ob mit positivem oder negativem Nachspülvorgang gearbeitet wird. Bei negativer Nachspülung ist Leitung 22 auf H-Pegel, so daß NAND-Gate G7 ein H-Freigabesignal erhält. Da das Flip-Flop B3 ebenfalls gesetzt ist, sind beide Eingänge des Gates G7 auf Η-Pegel, so daß auf der Leitung 21 ein L-Signal auftritt, wodurch die Taktschaltung 20 zu arbeiten beginnt. Während des Zeitsteuerintervalls der Taktvorrichtung 20 ist das Ausgangssignal auf der Leitung 32 L und geht am Intervall-Ende, bestimmt durch Schaltung 30, nach H. Dadurch geht das Ausgangssignal vom Inverter 16 nach L, wodurch über die Leitung 37 das Flip-Flop B2 rückgesetzt wird und die Produktabgabe endet. Davor iedoch und in dem Auqenblick, in dem das Flip-Flop B3 setzt, qelanqt vom Ausqanq des Gates G7 auf Leitunq 40 ein L-Siqnal zum Gate G2 und löscht das Flip-Flop B1, so daß zuerst die Flüssiqkeitszufuhr beendet wird. Nachdem die Flüssigkeitszufuhr beendet ist, endet eine kurze Zeitspanne zwischen 0,25 und 0,5 see später aufgrund des Signals auf Leitung 37 von der Vorrichtung 20 der Produktstrom. Die Spanne des negativen Nachspülzyklus ist durch die Einstellung am Potentiometer R15 der Schaltung 3 0 bestimmt.

Wenn das Flip-Flop B2 durch das Signal auf der Leitung 37 rückgesetzt ist, geht das Signal vom Inverter 15 auch zum Gate G8, dessen H-Signal-Ausgang durch den Inverter 17 zum L-

Signal umgewandelt wird, das dem Flip-Flop B3 zugeführt wird und dieses rücksetzt, womit das tatsächliche Ende des Basiszyklus angezeigt wird.

Das Zeitsteuerglied 16 wird bei Betrieb mit negativer Nachspülung nicht betätigt, da das Η-Signal auf der Leitung 22 das Zeitsteuerglied 16 mit Hilfe des Eingangs über die Diode D6 gelöscht hält. Die Dioden D6 und D7 stellen ein Gatter dar, die nur dann zulassen, daß das Zeitsteuerglied 16 arbeitet, wenn diese beiden Dioden durch L-Signal an ihren Eingangsanoden rückwärts vorgespannt sind.

Bei der letztmöglichen Betriebsablauffolge, bei der die Steuerung auf positive Nachspülung eingestellt ist, hat die Leitung 22 durch eine Einstellung des Schalters S1 L-Pegel. Dieses vom Gatter G7 kommende L-Signal verhindert die Taktschaltung 20, indem über die Leitung 21 am Eingang der Taktschaltung ein Η-Pegel aufrechterhalten wird. Bei Betrieb mit positiver Nachspülung unterscheidet sich der Anfangsabschnitt des Zyklus nicht von dem vorher beschriebenen mit negativer Nachspülung. Nachdem also das Zeitsteuerglied 14 seinen Zeitablauf beendet hat und das Flip-Flop B3 gesetzt ist, geschieht nichts durch das Gatter G7, doch das L-Signal am Q-Ausgang des Flip-Flops B3 bildet eine Gegenspannung an der Diode D7. Weil es sich um den positiven Nachspülvorgang handelt, sind beide Dioden D6 und D7 mit einer Gegenspannung beaufschlagt, wodurch am Zeitsteuerglied 16 ein L-Eingangssignal auftritt, so daß das Zeitsteuerglied entsprechend der Einstellung durch den Schalter S4 rückwärtszählt. Der Schalter S4 bestimmt die Dauer der Nachspülzeit. Wenn das Zeitsteuerglied 16 auf Null zurückgezählt hat, tritt auf der Leitung 43 ein Signal auf, das im Endzeitpunkt des Zählvorgangs von seinem normalen H-Pegel auf L-Pegel für die Rückstellung übergeht. Dieses L-Signal wird dem Gate G2 des Flip-Flops B1 zugeführt und dieses rückgesetzt. Das Rücksetzen erfolgt jedoch erst am Ende

der Nachspülzeit. Vor dem Rücksetzen des Flip-Flops B1 wird direkt beim Setzen der Nachspülverriegelung B3 das Flip-Flop B2 rückgesetzt. Es sei hier bemerkt, daß die Kathoden der Dioden D6 und D7 über die Leitung 45 mit dem Gatter G4 verbunden sind. Wenn die Kathoden dieser Dioden also auf Erdpotential kommen, weil beide Dioden mit Gegenspannung beaufschlagt sind, dann geht das Niveau auf der Leitung 4 5 nach L und löscht das bistabile Flip-Flop B2. Für den Ablauf mit positiver Nachspülung wird somit nach Beendigung des Hauptteils des Zyklus das Flip-Flop B3 gesetzt, und gleichzeitig wird Flop-Flop B2 aelöscht, wodurch der weitere Produkt-Strom aufhört. Das Zeitsteuerglied 16 beendet dann seinen Zeitzählvorgang , wodurch die Dauer der Nachspülung bestimmt wird, und am Ende dieser Dauer wird das Flip-Flop B1 gelöscht, damit dann auch der Flüssigkeitszustrom aufhört. Die Dauer des Nachspülintervalls wird durch Einstellung am Schalter S4 bestimmt, der in mehrere unterschiedliche Stellungen zwischen 0 und 1,8 see in 0,2-sec-Schritten eingestellt werden kann.

Wenn die Zeit am Zeitsteuerglied 16 abgelaufen ist, nimmt Leitung 43 L-Niveau an, und es wird ein verzögertes Signal über den Widerstand R20, verzögert durch Kondensator C9, auf einen Eingang des Gatters G8 gegeben, wodurch der Ausgang dieses Gatters nach H geht, was ein L-Ausgangssignal der Vorrichtung 17 zur Folge hat und ein Rücksetzen der Nachspülverriegelung B3 bewirkt.

Bis hierher wurde der Arbeitsablauf für einen einzigen Grundzyklus behandelt. Es sei aber bemerkt, daß das Setzen des Flip-Flops B1, wodurch praktisch alle Vorgänge eingeleitet werden, auch mittels einer zweiten Leitung 50 anstelle des Inverters 12 erreicht werden kann. Es kann auf der Leitung 50 ein L-Signal vom Ausgang des Gatters G9 erzeugt werden, wenn

dessen sämtliche Eingänge Η-Pegel haben. Einer der Eingänge des Gatters G9 zeigt an, daß das Flip-Flop B1 rückgesetzt ist, während ein anderer anzeigt, daß die Vorrichtung B3 rückgesetzt ist. Der dritte Eingang 51 ist mit einem weiteren Flip-Flop B4 verbunden, das die Gatter G10 und G11 enthält, die beide NAND-Gatter sind und eine übliche Kreuzschaltung aufweisen, damit sich ein bistabiler Betrieb ergibt. Somit ste steuert die Leitung 51 im wesentlichen den Wiederholungsvorgang, sobald die vorhergehende Flüssigkeitsphase beendet ist und die Nachspülverriegelung rückgesetzt worden ist.

Wie bereits erwähnt, besitzt der Schalter S1 drei Ausgänge, die mit dem Zeitsteuerglied 10 verbunden sind, das damit einen binär-codierten Dezimaleingang hat. Wenn der Benutzer des Automaten den Schalter Y4 für eine größere Portion als beim Schalter Y3 drückt, kommt über die Diode D5 ein positives Signal auf den Inverter 12, wodurch der Ablauf durch Setzen des Flip-Flops B1 begonnen wird. Gleichzeitig wird dieses Signal durch den Inverter 17 invertiert und damit das Flip-Flop B4 gesetzt, so daß die Leitung 51 Η-Signal führt, wodurch eine Zykluswiederholung durch erneutes Setzen des Flip-Flops B1 ermöglicht wird. Jedes Mal, wenn das Flip-Flop B1 gesetzt wird, tritt auf der Leitung 57 ein Zählsignal auf, das dem Glied 10 zugeführt wird, wodurch dessen Zählzustand um 1 verringert wird. Dieser Zählvorgang geht solange weiter, bis die Vorrichtung B4 in gesetzten Zustand kommt, wobei ein L-Signal vom Q-Ausgang des Gatters G11 auf die Vorrichtung kommt. Das Ausgangssignal von der Vorrichtung 10 auf der Leitung 59 ist während des Rückwärtszählens normalerweise H. Ist das Flip-Flop B1 für seinen letzten Zyklus jedoch gesetzt, so daß das Zeitsteuerglied 10 nun zu Ende gezählt hat, dann geht das Signal auf der Leitung 59 nach L, wodurch das Flip-Flop B4 gelöscht wird und auf der Leitung 51 das L-Signal auftritt, so daß nunmehr über die Leitung 50 kein weiterer Rücksetzvorgang des Flip-Flop B1 vorgenommen werden kann.

Bevor das Glied 10 in seine gelöschte Position zurückgezählt worden ist, führt Leitung 51 Η-Pegel, da die Vorrichtung B4 noch nicht rückgesetzt worden ist, und somit tritt jedes Mal, wenn die Verriegelung B3 über die Vorrichtung B1, welche ebenfalls rückgesetzt worden ist, gelöscht worden ist, auf der Leitung 50 ein erneutes Pegelsignal für abermalige Aktivierung und erneuten Start des nächsten Zyklus auf. Dieser Vorgang beginnt erneut, wenn die Vorrichtung 10 über Leitung 57 getaktet worden ist, sobald der neue Zyklus beginnt, wie durch Setzen der bistabilen Vorrichtung B1 signalisiert. Der Schalter S1 kann so eingestellt sein, daß die Vorrichtung 10 nur einmal zählt, oder so, daß die Vorrichtung jede vorgegebene Zahl zählt und der Basiszyklus für die Abgabe grösserer Portionen wiederholt wird. Bei einer Wiederholung des Basiszyklus mit positivem oder negativem Nachspülvorgang werden Flüssigkeit und Produkt jedes Mal mit Vorspülperiode von Flüssigkeit während jedes wiederholten Basiszyklus abgegeben. Durch diesen Vorgang wird ein Endprodukt mit vollkommen gleicher Konsistenz erzeugt, d.h. von viel besserer Konsistenz als durch Variation der Länge des Hauptabschnitts des Zyklus, wenn etwa die Länge des Ausgangssignals der Grundtakteinheit 18, die hier 3,5 see beträgt, variiert werden würde.

Zur Fig. 2 sei bemerkt, daß jedem Schalter Y1 bis Y4 R-C-Kreise zugeordnet sind. Vom Schalter Y1 besteht eine Verbindung zum Widerstand R19, über den die Leitung zum Kondensator C10 mit Parallelwiderstand R10 weiterführt. Die anderen Netzwerke, die beschrieben sind, sind im wesentlichen gleich aufgebaut mit einem Reihenwiderstand von bestimmtem Wert. Dieser Widerstand hat, wie die Widerstände R 21 und R 22, einen Wert von 330 ktl. Die Parallelwiderstände haben vorzugsweise Werte von 3,3 ΜΩ, wie in Verbindung mit Fig. 1 an früherer Stelle beschrieben. Die Logik-Gatter, die hier verwendet

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werden, nämlich die Gatter GI, G2, G10 und G11, sind sämtlich CMOS-Gatter mit hoher Eingangsimpedanz.

Nachfolgend ist eine Bauteile-Liste aufgeführt, aus der die verwendeten Schaltungskomponenten der Schaltung nach den Figuren 2A und 2B entnommen werden können.

Cl-3 22 uf, 16V, +80%-20% Tantal - G.E.#TA07E226KB C4-4 .005 uf, GMV, 1.6KV - Ceramic C6-10 .02 uf, 20V, +80%-20% - Ceramic CIl 5600 pf, +10%, lOOV Polycarbonat o, Polystyrol C12 680 pf, +10%, lOOV Polycarbonat o. Polystyrol C13 .02 uf_r 20V, +80%-20% - Ceramic Dl 1N4001

D2-5 1N4143 ICl-2 CMOS 4060BE IC3-6 CMOS 4029BE IC7 CMOS 4012BE IC8-9 CMOS 4023BE IClO-Il CMOS 4011BE IC12 CMOS 4069BE Ql-2 T2301PD T2301 R3, R4, 47 1/4 10% Rl 120 , IW 10% R2, R5 47 1/4 w, 10% R6 2.2 , l/4w, 10% R7, R9 6.5k , 1/4 w, 10% R-10, 12, 13, 14 3.3 Meg. , l/4w, 10% R17-18 2K , 1/4 10% R19, 21, 22 330K , 1/4 w, 10% R24 22K , 1/4 W, 10% R25 29K , 1/4 w, 5% R26 15 Element Netzwerk 56K ,AB 316A R27 Control 2OK .., 1/4 w Horz. Mount Trimmer Piher PT-IOV

R29 Control 5OK , 1/4 w Horz. Mount Trimmer Piher PT-10V

R20, 23, 30, 31 150K , 1/4 w 10%

S2-4 Binäre 10 Position EECO 23002G

Sl Dip 4PST Grayhill

Zl 1N4742

R28 - Control 5OK , 1/4 w. Horz. Mount Trimmer Piher PT-10V R8 - 5100 + 5%, 1/4 watt

RIl, R15 - 470K , 1/4 watt, 10%

Die Schalter X1 bis X5 in Fig. 1 und die Schalter Y1 bis Y4
in Fig. 2 können Tip-Tast-Schalter sein. Ein möglicher Aufbau ist im Prinzip in Fig. 3 dargestellt. Ein solcher Schalter weist eine gedruckte Sichtfläche 100 auf, die über einer flexiblen Fläche 102 angebracht ist, an deren Unterseite gedruckte Leiterbahnen 104 angeordnet sind. Diese Leiterbahnen haben von einer Kontaktplatte 106 den Abstand eines kapazitiven Luftspaltes 108. Durch einen Abstandshalter 110 wird für die Einhaltung dieses Spaltes 108 gesorgt. Die Kontaktplatte 106 sitzt auf einer gewöhnlichen Abstützplatte 112, die allen Schaltern gemeinsam ist, was in Fig. 1 durch eine gemeinsame Leitungsverbindung angedeutet ist. Ein Druck auf den
Tip-Tast-Schalter bewirkt, daß das flexible Element 102 sich so durchbiegt, daß die Kontaktbahnen 104 mit der Kontaktplatte 106 in Berührung kommen, wodurch der Schalter geschlossen wird. Beim Loslassen öffnet der Schalter wieder, weil die
Kontaktbahnen sich von der Kontaktplatte 106 wieder abheben.

Leerseite

Claims (11)

JET SPRAY CORPORATION Waltham, Mass. /USA Zeitsteuereinrichtung mit Tip-Tast-Steuerung Patentansprüche

1./ "Tip-Tast-Steuereinrichtung zum Betrieb einer· Zeitsteuerung mit mehreren verschiedenen Steuereingängen, gekennzeichnet durch eine Logik-Steuerschaltung, die mit jedem Steuereingang der Zeitsteuerung zum Steuern ihres Arbeitsablauf"s verbunden· ist, ein mit dem Eingang jeder Logik-Steuerschaltung verbundenes Widerstands-Netzwerk mit einem Reihenwiderstand von hohem Widerstandswert und eine Schalteranordnung»mit mehreren Tip-Tas-t-Schaltern, die jeweils- einen Offen- und einen Schließ-Zustand haben und getrennte Schaltkontakte aufweisen, die mit jeweils einem Netzwerk verbunden sind, und einen gemeinsamen Kontakt für alle Schalter haben, wobei die Logik-Steuerschaltung eine hohe Eingangsimpedanz besitzt.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsimpedanz der Logik-Steuerschaltung wenigstens in der Größenordnung von 100 kfi liegt.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennnzeichnet, daß die Logik-Steuerschaltung eine CMOS-Schaltung ist.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Logik-Steuerschaltung CMOS-Logik-Gatter enthält.

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schalter einen flexiblen Kontakt aufweisen, welcher einen kapazitiven Luftspalt bildet.

• 6. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Widerstandsnetzwerk ein Paar von Reihenwiderständen mit einem Gesamtwiderstandswert von wenigstens etwa 100 kß enthält.'"

7. Steuereinrichtung nach Anspruch'6, gekennzeichnet durch einen Parallel-Widerstand, dessen Wert größer als der Widerstandswert der Reihenwiderstände ist.

8. Steuereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallel-Widerstand einen Wert von wenigstens 1 ΜΩ besitzt.

9. Steuereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Parallel-Widerstandes etwa 3,3 ΜΩ beträgt.

10. Steuereinrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen vom Parallel-Widerstand parallel geschalteten Kondensator.

11. ·Steuereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem gemeinsamen Schalterkontakt ein weiterer Widerstand eingeschaltet ist.