DE3526992A1 - Einrichtung zum ein- und ausschalten eines elektrischen verbrauchers sowie verwendung einer solchen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Ein- und Aus­ schalten eines elektrischen Verbrauchers gemäß dem Ober­ begriff des Anspruches 1 sowie die Verwendung einer solchen Einrichtung an einer Kochmulde.

Einrichtungen zum Ein- und Ausschalten eines elektrischen Verbrauchers haben in der Regel einen von Hand betätigbaren Schalter, welcher in einer Einschaltstellung das Verbinden des Verbrauchers mit dem Netz herbeiführt und in einer Ausschaltstellung für ein Trennen des Verbrauchers vom Netz sorgt. Neben direkt handbetätigten Schaltern mit einer entsprechenden Anzahl von Kontakten sind auch Ein­ richtungen bekannt, z. B. Schaltfolien, bei welchen durch Berühren eines markierten Eingabefeldes ein entsprechendes Steuersignal erzeugt wird, welches dann zur Ansteuerung einer Leistungsstufe verwendet werden kann. Derartige flächige Schaltfelder umfassen als eigentliche Schalt­ elemente entweder Mikroschalter oder kapazitive oder induk­ tive Aufnehmer. Derartige Aufnehmer reagieren aber auf Netzstörungen und Änderungen in der Netzspannung, wie sie bei starken Belastungsschwankungen im Drehstromnetz auftreten können. Auch gegen Umwelteinflüsse wie Feuchtig­ keit und Temperatur sind derartige bekannte Einrichtungen empfindlich.

Durch die vorliegende Erfindung soll eine Einrichtung zum Ein- und Ausschalten eines elektrischen Verbrauchers gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 dahingehend weiter­ gebildet werden, daß unabhängig von elektrischen, mechani­ schen, chemischen und thermischen Umwelteinflüssen ein sicheres Schalten des Verbrauchers durch den Benutzer gewährleistet ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Ein­ richtung gemäß Anspruch 1.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung werden als die Schalt­ bewegung des Benutzers registrierende Schaltmittel in Reflexion arbeitende IR-Lichtschranken verwendet. Diese Schaltmittel arbeiten ohne jegliche mechanische Bewegung, völlig unabhängig von elektrischen Störeinflüssen und unabhängig von Feuchtigkeitsschwankungen und Temperatur­ schwankungen der Umgebung. Um zu verhindern, daß durch einen in der Ansprechachse einer IR-Lichtschranke abgelegten Gegenstand der Verbraucher unbeabsichtigt eingeschaltet wird, ist zusätzlich ein Signallängendiskriminator vorge­ sehen, der zwangsweise dann ein Ausschaltsignal bereit­ stellt, wenn die zugeordnete IR-Lichtschranke über eine Zeit hinweg anspricht, die größer ist als eine normale Schalter-Antippzeit.

Dieser Signallängendiskriminator gewährleistet nicht nur ein sicheres Arbeiten der Einrichtung, er ermöglicht es auch, ein und dieselbe IR-Lichtschranke sowohl zum Ein­ schalten als auch zum Ausschalten des Verbrauchers zu verwenden: Wird die IR-Lichtschranke durch den Finger des Benutzers nur für eine kurze Zeitspanne aktiviert ("angetippt"), so wird der Verbraucher eingeschaltet; wird die IR-Lichtschranke über längere Zeit hinweg aktiviert, so wird der Verbraucher ausgeschaltet. Man hat somit ein elektro-optisches Analogon zu den bekannten mechanischen Zweistellungs-Druckschaltern.

Da die erfindungsgemäße Einrichtung im Infraroten arbeiten­ de Lichtschranken enthält, läßt sich die gesamte Anordnung in eine Vielzahl von für infrarotes Licht transparenten Materialien dicht einkapseln oder hinter aus solchem Mate­ rial gefertigen Platten störungsgeschützt anordnen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unter­ ansprüchen angegeben.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 ist es möglich, von einem gemeinsamen Bedienungsfeld her ver­ schiedene Funktionen des Verbrauchers anzusteuern. So können z. B. durch verschiedene der IR-Lichtschranken die verschiedenen Bewegungen eines Hebezeuges oder Roboters gesteuert werden, oder es können verschiedene Heizleistun­ gen eines elektrischen Heizelementes vorgegeben werden.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 ist gewährleistet, daß das Anfordern einer bestimmten Arbeits­ funktion des Verbrauchers zwangsläufig zum Beenden der zuvor angeforderten Arbeitsfunktion führt.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 ist im Hinblick auf ein sehr rasches Abschalten des Verbrauchers von Vorteil, da durch das Ausgangssignal der zusätzlichen IR-Lichtschranke ein Ausschaltsignal sofort erzeugt wird und nicht erst das Ansprechen eines Signallängendiskrimi­ nators abgewartet werden muß. Insbesondere bei umfang­ reicheren Bedienungsfeldern ist es auch vorteilhaft, das Ausschalten verschiedener Arbeitsfunktionen an einem fest vorgegebenen Platz des Bedienungsfeldes vornehmen zu können.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 wird auf an sich bekannte Weise die Ausschaltung von Tageslicht und Kunstlicht erhalten, während zugleich gewährleistet ist, daß die Signallängendiskriminatoren mit derart ge­ formten Signalen beaufschlagt sind, daß an ihnen die seit dem Aktivieren der bestreffenden IR-Lichtschranke verstriche­ ne Zeit abgelesen werden kann.

Bei einer Einrichtung gemäß Anspruch 6 wird schon in der Einrichtung selbst ein kurzes Antippen der IR-Lichtschranken in ein bleibendes Einschaltsignal umgesetzt, durch welches eine nachgeordnete Leistungsstufe direkt angesteuert werden kann.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 7 wird erreicht, daß ein Wiedereinschalten des elektrischen Ver­ brauchers nach einer als unzulässig erkannten Betätigung der Lichtschrankenanordnung zunächst unterbunden wird.

Bei einer Einrichtung gemäß Anspruch 8 kann die Wieder­ aktivierung der Einrichtung für ein anschließendes Ein­ schalten des Verbrauchers einfach durch Beaufschlagung der zweiten bistabilen Kippschaltung mit einem Aktivierungs­ signal erfolgen.

Gemäß Anspruch 9 wird dieses Aktivierungssignal automatisch dann bereitgestellt, wenn sämtliche der IR-Lichtschranken frei sind, also ein etwa über den Lichtschranken abgelegter Gegenstand entfernt worden ist.

Bei einer Einrichtung gemäß Anspruch 10 wird mit dem Anlegen der Netzspannung zwangsläufig dafür gesorgt, daß zunächst kein Einschaltsignal bereitgestellt wird.

Gemäß Anspruch 11 können die Signallängendiskriminatoren aus zwei einfachen digitalen Schaltelementen aufgebaut werden.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf eine Ceran-Kochplatte mit integrierter Warmhalteplatte und Bedienungs­ feld für die letztere; und

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Einrichtung zum Ein- und Ausschalten der Warmhalteplatte der in Fig. 1 gezeigten Kochmulde.

Die in Fig. 1 gezeigte Kochmulde hat eine glatt durchgehende Muldenplatte 10, welche aus einem glasartigen, hochtemperatur­ festen Material hergestellt ist. Derartige Materialien sind für infrarotes Licht durchlässig.

Auf der Muldenplatte 10 sind vier Kochstellen 12, 14, 16, 18 in bekannter Weise angebracht. Zusätzlich befindet sich im rechten Teil der Muldenplatte 10 eine Warmhalte­ stelle 20 und vor dieser ein dieser zugeordnetes Bedienungs­ feld. Letzteres besteht aus drei Lichtschranken 22 a, 22 b, 22 c, deren Achsen senkrecht auf der Zeichenebene verlaufen und die in Fig. 1 schematisch durch Kreuze angedeutet sind. Die Lichtschrankenachsen umgebend sind auf der Mulden­ platte 10 ringförmige Markierungen 24 a, 24 b, 24 c vorge­ sehen, bei welchen zusätzlich die Beschriftungen "0". (für Ausschalten), "I" (kleine Heizleistung) und "II" (große Heizleistung) vorgesehen sind.

Nachstehend werden unter Bezugnahme auf Fig. 2 Einzelheiten der Einrichtung zum Ein- und Ausschalten der Warmhalte­ stelle 20 beschrieben, wobei funktionell äquivalente Teile von den Lichtschranken nachgeschalteten Signalverarbeitungs­ kreisen wieder durch die angehängten Buchstaben "a", "b" und "c" unterschieden sind. Soweit die nachstehenden Aus­ führungen gleichermaßen für alle derartigen funktionell äquivalenten Bauelemente gelten, werden nachstehend nur die Bezugszeichen ohne angehängten derartigen Buchstaben angesprochen.

Die Lichtschranken 22 enthalten jeweils eine IR-Licht­ quelle, z. B. eine Licht emitierende Diode. Die IR-Licht­ quellen 26 sind an den Ausgang eines Versorgungskreises 28 angeschlossen, welcher ein Wechsel-Speisesignal mit einer Frequenz von charakteristischerweise 10 kHz bereit­ stellt. Mit den IR-Lichtquellen arbeiten IR-Detektoren 30 zusammen, welche wiederum durch entsprechende Halbleiter­ bauelemente gebildet sein können. Die Achsen der IR-Licht­ quellen und der IR-Detektoren sind so gegeneinander geneigt, daß ihr Schnittpunkt bei der Oberseite der Muldenplatte 10 liegt. Da letztere aus IR-durchlässigem Material besteht, erreicht von einer IR-Lichtquelle 26 abgegebenes Licht normalerweise nicht den zugeordneten IR-Detektor. Setzt dagegen der Benutzer einen Finger auf den durch eine Markie­ rung 24 umschlossenen Oberflächenabschnitt der Muldenplatte 10, so wird das von der zugeordneten IR-Lichtquelle 26 abgegebene Licht von der Fingerkuppe reflektiert und gelangt so auf den zugeordneten IR-Detektor 30.

Die Ausgänge der IR-Detektoren 30 gelangen über ein RC- Filter 32, welches so ausgelegt ist, daß neben Gleichspannungs­ komponenten auch von Kunstlicht herrührende 100-Hz-Kompo­ nenten ausgefiltert werden, und über Verstärker 34 auf Signalformkreise 36, welche z. B. Triggerstufen sein können. Die Ausgänge der Signalformkreise 36 stellen Signale bereit, deren Amplitude die Weiterverarbeitung in übliche digi­ tale Schaltkreise ermöglicht und deren zeitlicher Verlauf die Einhüllende des Ausgangssignales der IR-Detektoren 30 wiedergibt.

Die Ausgänge der IR-Detektoren 30 b und 30 c sind über UND- Glieder 38 b, 38 c mit den Setzeingängen "S" von bistabilen Kippschaltungen 40 b, 40 c verbunden, deren "1"-Ausgänge mit den Steuerklemmen steuerbarer Schalter 42 b, 42 c ver­ bunden sind, über welche zwei den unterschiedlichen Heiz­ leistungen der Warmhaltestelle 20 zugeordnete Heizwider­ stände 44 b, 44 c mit dem Netz verbindbar sind.

Die Ausgangssignale der Signalformkreise 36 werden ferner auf die Eingänge von Verzögerungskreisen 46 b, 46 c gegeben, welche an ihren Ausgängen ein um eine vorgegebene Zeit­ spanne gegenüber dem Eingangssignal verzögertes Signal bereitstellen. Die Verzögerungszeit ist im Hinblick auf die bei normaler Betätigung des Bedienungsfeldes zu erwarten­ de maximale "Antippzeit" gewählt. In der Praxis kann diese Zeitspanne 10 Sekunden betragen. Das Ausgangssignal der Verzögerungskreise 46 b und 46 c und das Ausgangssignal des zugeordneten Signalformkreises 36 b bzw. 36 c werden durch UND-Glieder 48 b, 48 c zusammengefaßt. Man erhält somit am Ausgang der UND-Glieder 48 immer dann ein Signal, wenn eine der IR-Lichtschranken 22 b, 22 c für länger als 10 Sekunden betätigt wird, was dann der Fall ist, wenn auf dem Bedienungsfeld ein Gegenstand (z. B. ein Kochbuch oder der Deckel eines Topfes) abgelegt wird. Unter diesen Bedingungen muß ein Einschalten der Warmhaltestelle 20 verhindert werden, und hierzu sind die Ausgänge der UND- Glieder 48 b, 48 c mit der Rückstellklemme "R" der zugeordneten bistaben Kippschaltung 40 b bzw. 40 c verbunden.

Diese Verbindung erfolgt über ODER-Glieder 50 b, 50 c, wobei ein weiterer Eingang des ODER-Gliedes 50 b mit dem Ausgang des Signalformkreises 36 c, ein weiterer Eingang des ODER- Gliedes 50 c mit dem Ausgang des Signalformkreises 36 b und dritte Eingänge der ODER-Glieder 50 b und 50 c mit dem Ausgang des Signalformkreises 36 a verbunden sind. Damit erfolgt ein Rückstellen der bistabilen Kippschaltungen 40 b und 40 c immer dann, wenn die zugeordnete Lichtschranke länger als die maximale Antippzeit von 10 Sekunden akti­ viert bleibt, wenn eine andere Heizleistung angefordert wird oder durch Betätigen der Lichtschranke 22 a ein Aus­ schalten der Warmhaltestelle 20 angefordert wird.

Die Ausgänge der UND-Glieder 48 b und 48 c sind mit den Eingängen eines weiteren ODER-Gliedes 52 verbunden, dessen Ausgang auf die Rückstellklemme "R" einer weiteren bi­ stabilen Kippschaltung 54 arbeitet. Der "1"-Ausgang der bistabilen Kippschaltung 54 ist mit den zweiten Eingängen der UND-Glieder 38 b und 38 c verbunden, so daß die ersten bistabilen Kippschaltungen 40 b und 40 c auch durch ordnungs­ gemäßes Betätigen der Lichtschranken 22 b und 22 c dann nicht mehr gesetzt werden können, wenn zuvor eine unzulässig lange Aktivierung einer dieser Lichtschranken festgestellt wurde.

Das Wiederaktivieren der Einrichtung durch Setzen der bistabilen Kippschaltung 54 erfolgt automatisch dann, wenn sämtliche der Lichtschranken 22 frei sind. Hierzu ist die Setzklemme "S" der bistabilen Kippschaltung 54 mit dem Ausgang eines NAND-Gliedes 56 verbunden, dessen drei Eingänge mit den drei Ausgängen der drei Signalform­ kreise 36 verbunden sind.

Um ein unbeabsichtigtes Einschalten der Warmhaltestelle 20 beim Anlegen der Netzspannung an das Bedienungsfeld zu verhindern, ist ein Impulsgeber 58 vorgesehen, der beim Anlegen der Netzspannung einmalig einen Impuls abgibt, der ebenso wie das Ausgangssignal des Signalformkreises 36 auf die dritten Eingänge der ODER-Glieder 50 b und 50 c gegeben wird, wodurch die bistabilen Kippschaltungen 40 b und 40 c zwangsläufig zurückgesetzt werden.

Falls gewünscht, können bei der oben beschriebenen Ein­ richtung die IR-Lichtschranke 22 a und die nachgeschalteten Bauelemente 32 a, 34 a und 36 a entfallen; in diesem Falle erfolgt dann das Ausschalten der Warmhaltestelle 20 dadurch, daß man eine oder beide der Lichtschranken 22 b und 22 c für eine Zeit aktiviert, die länger ist als die durch die Zeitkonstante der Verzögerungskreise 46 b und 46 c vor­ gegebene maximale Antippzeit. Das Ausschalten der Warmhalte­ stelle 20 erfolgt dann zwar um größenordnungsmäßig 10 Sekunden verzögert (verglichen mit der Betätigung der Lichtschranke 22 a), was aber im Hinblick auf die thermische Trägheit der Warmhaltestelle 20 hingenommen werden kann.

Für Einsatzbedingungen, bei denen mit starkem Störlicht zu rechnen ist, kann vor dem Fenster der IR-Detektoren 30 zusätzlich ein IR-Filter angeordnet werden, wie bei 60 angedeutet.

Es versteht sich ferner, daß man die Anzahl geschalteter Funktionen durch Erhöhung der Lichtschranken und der nach­ geordneten Signalverarbeitungskanäle in analoger Abwandlung des Ausführungsbeispieles nach Fig. 2 erhöhen kann. Dabei brauchen auch nicht die Ausgangssignale aller anderen Signalformkreise 36 auf das ODER-Glied 50 eines betrachteten Signalverarbeitungskanales gegeben zu werden; eine der­ artige Verkettung wird nur für solche Funktionen vorge­ nommen, deren gleichzeitige Betätigung ausgeschlossen werden soll. Wäre z. B. bei einem Heißluftherd der Ver­ braucher 44 b einem Grill und der Verbraucher 44 c dem Wider­ standsheizer des Heißluftherdes zugeordnet, so könnte die eine gleichzeitige Betätigung beider Verbraucher ver­ hindernde Verkettung zwischen den Signalkanälen b und c entfallen.

Vorteilhaft an der oben beschriebenen Einrichtung zum Ein- und Ausschalten eines Verbrauchers ist insbesondere, daß sie durch eine vollständig glatte und gut abgedichtete Abdeckplatte hindurch betätigt werden kann. Dieser Vorteil führt in Verbindung mit einer Kochmulde zu einer auch über lange Zeiten hinweg störungsfrei arbeitenden Steuerung von Heizstellen, da die Steuerung gegen Störeinflüsse sehr gut geschützt ist. Es versteht sich, daß man von diesem Vorteil auch auf anderen Einsatzgebieten Gebrauch machen kann, wo widrige Umwelteinflüsse von einer Steuerung absolut ferngehalten werden müssen.

Claims (12)

1. Einrichtung zum Ein- und Ausschalten eines elektrischen Verbrauchers, mit einem von Hand betätigbaren Schaltmittel, welches bei Betätigung ein Einschaltsignal erzeugt, und einem von Hand betätigbaren Schaltmittel, welches bei Betätigung ein Ausschaltsignal erzeugt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schaltmittel mindestens eine in Reflexion arbeitende IR-Lichtschranke (22) mit einer IR-Lichtquelle (26) und einem IR-Detektor (30) umfassen, wobei das Ein­ schaltsignal vom Ausgangssignal des IR-Detektors (30) abgeleitet ist, und daß der Ausgang des IR-Detektors (30) jeweils mit einem Signallängendiskriminator (46-48) ver­ bunden ist, welcher dann ein Ausschaltsignal bereitstellt wenn die Länge des auf ihn gegebenen Signales einen vor­ gegebenen Wert überschreitet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl in Reflexion arbeitender IR-Lichtschranken (22) vorgesehen ist, welche unterschiedliche Einschalt­ signale für unterschiedliche Arbeitsfunktionen des Ver­ brauchers (44) bereitstellen.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschaltsignal, welches am Ausgang einer der IR-Detektoren (30) erhalten wird, jeweils über ein ODER- Glied (48) mit dem Ausschaltsignal der den übrigen Licht­ schranken (22) zugeordneten Signallängendiskriminatoren (46, 48) zusammengefaßt wird.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Ausschalt-IR-Licht­ schranke (22 a) vorgesehen ist und das Ausgangssignal von deren IR-Detektor (30 a) mit den Ausgangssignalen der den Einschalt-IR-Lichtschranken (22 b, 22 c) zugeordneten Signal­ längendiskriminatoren (46, 48) über jeweils ein ODER-Glied (50 b, 50 c) zusammengeschaltet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die IR-Lichtquellen (26) mit einem Wechselsignal (28) erregt werden und den IR-Detektoren (30) Signalformkreise (32-36) nachgeschaltet sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Einschaltsignale bereitstellenden IR-Detektoren (30) jeweils mit den ersten Steuereingängen zugeordneter bistabiler Kippschaltungen (40) und die Ausgänge der Signallängendiskriminatoren (46, 48) mit den zweiten Eingängen dieser bistabilen Kipp­ schaltungen (40) verbunden sind und das Einschaltsignal an einem der Ausgänge dieser bistabilen Kippschaltungen (40) bereitgestellt wird.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Signallängen­ diskriminatoren (46, 48) auf einen Steuerkreis (38, 52, 54) zum bleibenden Unterdrücken von Einschaltsignalen gegeben wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 7 in Verbindung mit Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis zum bleibenden Unterdrücken der Einschaltsignale eine zweite bistabile Kippschaltung (54) aufweist, deren erster Eingang mit einem Aktivierungssignal beaufschlagt ist, deren zweiten Eingang mit den Ausgangssignalen der Signallängendiskrimina­ toren (46, 48) beaufschlagt ist und deren erster Ausgang mit einem Eingang von UND-Gliedern (38) verbunden ist, welche am anderen Eingang mit dem Ausgangssignal des zugeord­ neten IR-Detektors (30) beaufschlagt sind und deren Ausgang jeweils mit der ersten Steuerklemme der zugeordneten bi­ stabilen Kippschaltung (40) verbunden ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ eichnet, daß der erste Eingang der zweiten bistabilen Kippschaltung (54) über ein NAND-Glied (56) mit den Aus­ gängen aller IR-Lichtdetektoren (30) verbunden ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Eingänge der ersten bi­ stabilen Kippschaltungen (40) mit dem Ausgang eines Impuls­ gebers (58) verbunden sind, welcher beim Anlegen der Netz­ spannung einmalig einen Steuerimpuls bereitstellt.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Signallängendiskriminatoren jeweils einen mit dem Ausgangssignal des Zugeordneten IR-Detektors (30) beaufschlagten Verzögerungskreis (46) und ein UND- Glied (48) aufweisen, dessen Eingänge mit dem Ausgang des zugeordneten IR-Detektors (30) bzw. dem Ausgang des zugeordneten Verzögerungskreises (46) verbunden sind und dessen Ausgang das Ausschaltsignal bereitstellt.

12. Verwendung einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 an einer Kochmulde, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtschrankenanordnung (22) und die ihr zugeordneten Signalverarbeitungskreise hinter einer IR-durchlässigen Abdeckplatte (10) angeordnet sind und auf der Abdeckplatte (10) die Ansprechachsen der Lichtschranken (22) umgebende Markierungen (24) aufgebracht sind.