Elektronisch gesteuerter Warenautomat Die auf dem Markt befindlichen Warenautomaten werden im allgemeinen, soweit elektrische Funktionen erforderlich sind, über Mikroschalter und Relais betätigt. Diese Kontaktmittel .sind mehr oder weniger an fällig durch Erschütterungen, Verschmutzungen, Oxy dation und mechanische Beschädigungen. Sie haben da her eine begrenzte Alterungsbeständigkeit.
Es sind auch Warenautomaten bekannt, die teilweise elektronische Steuerungsmittel verwenden. Aber auch in diesem Fall erfolgt die Kontaktgabe für die einzelnen Vorgänge über Mikroschalter oder Relais.
Man kann nach dem heutigen Stand der Technik ohne weiteres auch Schalttransistoren verwenden, mit denen man die Relais und Mikroschalter ersetzen kann. Benutzt man solche Schaltglieder, so ist praktisch für jedes Relais oder für jeden Mikroschalter ein besonde rer zusätzlicher elektronischer Aufwand zum Schalt transistor notwendig, so dass auch nach dem heutigen Stand der Technik die Wirtschaftlichkeit aus Preisgrün den gegenüber konventionellen Kontaktgebern in Frage gestellt bleibt.
Zweck der Erfindung ist es, einen Warenautomaten möglbhst vollständig mit elektronischen Hilfsmitteln schalt- und steuerbar zu machen, wodurch einerseits eine grössere Unempfindlichkeit gegenüber Störungen erzielt wird, die anderseits mit einer höheren Alterungsbestän- d'igkeit der Schaltmittel verbunden ist.
DieserZweck wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die der Münz- kontrolle und der Warenfreigabe oder Warenausgabe sowie der Leermeldung dienenden elektrischen Schalt- elemente im Niederspannungsbereich arbeitende Thyristo- renenthalten. Eine Einsparung dies .elektronischen Auf wandes lässt sich dadurch erreichen, dass ;
die Thyristoren so geschaltet werden, dass isie im Halbwellenibetrieb ar beiten, wodurch els möglich wird, mit einem Thyristor gleichzeitig verschiedene Funktionen zu steuern, wie beispielsweise ein Mischungsverhältnis bei der Ausgabe einer Flüssigkeit, wobei verschiedene Ventile zu ver schieden langen Zeiten geöffnet und geschlossen werden, indem der Thyristor durch die erste Halbwelle und durch die zweite Halbwelle je ein Ventil unabhängig voneinander betätigen kann, ohne Rücksicht darauf, dass sich hierbei verschiedene Öffnungszeiten ergeben.
Durch einen derartigen Einsatz von Thyristoren ist es aber nicht nur möglich, die Vorteile der Elektronik wirtschaftlich einzusetzen, sondern darüber hinaus lässt sich die gesamte automatische Anlage im gefahrlosen Niederspannungsbereich betätigen, wodurch weiterhin Sicherheit und Zuverlässigkeit des Betriebes heraufge setzt werden.
Falls es sich um einen Automaten zur Ausgabe von Flüssigkeiten, wie zum Beispiel' Getränken, handelt, so kann gegenüber den bekannten Automaten dadurch eine wesentliche Verbesserung erzielt werden, dass man eine ,elektronische Leerkontrolle verwendet, die :auch dann einwandfrei funktioniert, wenn mit ihr Medien ge messen werden sollen, deren Lichtdurchlässigkeit gegen über Luft etwa oder völlig gleich ist, was dann der Fall ist, wenn man nicht den Absorptionskoeffizienten, son dern den Brechungsindex zur Steuerung verwendet.
Soweit in Waren- oder Getränkeautomaten Vor gänge gesteuert werden müssen, die sich nach der Zeit abwickeln, so ist es bekannt, elektronische Zeitwerke zu verwenden, die mit RC-Kombinationen arbeiten, wobei die Auf-, Ent- oder Umladungskurve eines Kondensa- tors zur Zeitbestimmung herangezogen wird.
Für den Fall, dass zum Beispiel ein Getränk aus 4 verschiedenen flüssigen Medien besteht, zum Beispiel Wasser, Zucker, Kaffeekonzentrat und Milch oder Sahne, so müsste nach dem jetzigen Stand der Automatentechnik jedes einzelne Medium durch eine RC-Kombination gesteuert werden, wenn sich durch das gewünschte Mischungsverhältnis eine unterschiedliche Mengenaufteilung mit 4 verschie denen Zeiten ergibt.
Ergibt sich aus diesen 4 verschie denen, vorstehend angeführten Medien ein Gesamtvo lumen von beispielsweise 120 ccm und soll ein solches Gesamtvolumen erhöht werden auf beispielsweise 150 ccm, so müssten nach dem jetzigen Stand der Tech nik alle Medien entsprechend einzeln neu einreguliert werden. Nach der Erfindung ist es nun möglich, dass mit einer einzigen RC-Kombination beliebig viele verschie dene Zeitabläufe nebeneinander aus einer einzigen Um ladungskurve eines Kondensators gesteuert werden kön nen, wobei es möglich ist,
bei Veränderung .des ge wünschten Volumens mit einem Handgriff, beziehungs weise Vorgang die RC-Kombination :so zu verändern, dass in diesem Fall proportional alle verschieden einge stellten Medien sich auch bei Volumenänderung so ein stellen, dass das ursprünglich gewünschte Mischungs verhältnis erhalten bleibt.
Ferner lässt sich die Speicherung und Erfassung der Münzwerte nicht wie konventionell üblich mit elektro mechanisch arbeitenden Einrichtungen, wie Schrittzähl werken oder sogenannten Steppern, durchführen, son dern ebenfalls mit elektronischen Bauteilen, wobei aus- ser einem räumlich geringeren Aufwand und einer höhe ren Verschleissfestigkeit auch noch eine Kostenersparnis erzielt wird, indem auch für die Speicherung Thyristoren verwandt werden.
Im Zusammenhang mit dem elektronischen Spei cherwerk kann auch eine elektronische Münzkontrolle vorgesehen werden, wobei die Münzen durch einen Schacht geleitet werden. An diesem Schacht befindet sich eine elektronische Abtastvorrichtung, die induktiv, kapazitiv oder durch eine Kombination aus beiden eine Veränderung des Messfeldes bedingt. Die Art und Stärke der Feldveränderung wird durch die Masse in Kombination mit dem Material zur Definierung der her abgefallenen Münzen herangezogen und löst beim Er kennen der jeweils richtigen Münze einen Impuls aus.
Weiterhin soll, soweit Wasserkessel im Automaten erforderlich werden, um beispielsweise Heissgetränke auszugeben, auch der Füll- und Temperaturzustand elektronisch kontrolliert und gesteuert werden, und zwar in der Weise, dass auch mit diesem Vorgang gegenüber den konventionell angewandten Hilfsmitteln, wie Ver wendung eines Thermostaten, eines Schwimmers und der damit verbundenen Störanfälligkeit beispielsweise am Schwimmer oder am Thermostaten, Fehlerquellen in einem solchen Heisswasserkessel durch die Verwendung temperaturabhängiger NTC- oder PTC-Widerstände herabgesetzt werden.
Ein solches Verfahren besteht darin, dass der NTC- oder PTC-Widerstand ständig in Luft oder anderen Gasen aufgeheizt ist, und zwar auf eine Temperatur, die sich je nach der Empfindlichkeit des Widerstandes von der Temperatur des zu messenden Mediums unterscheidet und der temperaturabhängige Widerstand beim Berühren mit dem zu messenden Me dium durch dessen bessere Wärmeleitfähigkeit so abge kühlt wird, dass durch Veränderung der Widerstands- grösse ein Schalteffekt möglich ist. Hierbei ist die Lei stung für die Aufheizung des temperaturabhängigen Widerstandes so gering, dass eine praktische Wärmebe einflussung des zu messenden Mediums nicht erfolgt.
Sobald das Medium beispielsweise durch Abbau des Flüssigkeitsspiegels nicht mehr mit dem temperaturab hängigen Widerstand in direktem Kontakt steht, nimmt die Temperatur am NTC- oder PTC-Widerstand' zu, so dass erneut eine messbare Änderung am Innenwider stand erfolgt, wodurch mit bekannten Mitteln ein Schalt kommando durchgeführt werden kann; beispielsweise können Zuflussorgane geschaltet werden, Warnsignale ausgelöst werden usw.
Sobald beispielsweise durch öff- nung des Zuflussorgans der gewünschte Niveaustand im Behälter eintritt, kühlt der temperaturabhängige Wider stand wieder ab, und somit würde erneut ein Schalteffekt eintreten, der ein elektrisches Zuflussventil wieder schliessen.kann.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Er findung beschrieben.
Fig. 1 zeigt das Schaltbild einer mit Thyristoren auf gebauten Anordnung.
In der Fig. 1 ist mit 1 ein Eingangstransformator be zeichnet, 2 und 3 sind Gleichrichterdioden, die zur Ver meidung von Rückkoppelungen erforderlich sind, 4 und 5 sind Betätigungstaster, 6, 7 und 8 Schutzwiderstände, 9 und 10 zwei Elektroventile und 11 der Leistungsthy- ristor.
Wird am Eingangstransformator 1 Netzspannung angelegt, so ergibt sich am Thyristor der Spannungab- lauf nach der Fig. la. Der Thyristor bleibt gesperrt, da die eventuell im Thyristor vorhandenen Ladungsträger über den Widerstand 8 abfliessen können und im Thy- ristor kein Steuerstrom zur Verfügung gestellt wird.
Wird die Taste 4 betätigt, so fliesst in dem Augenblick Steuerstrom, wo die Leistungsdiode 2 durchlässig wird, das heisst, der Transformator 1 am unteren Ende posi tive Spannungen liefert. Dieser Steuerstrom fliesst nun mehr auf die Steuerelektrode des Thyristors 11. Beim Erreichen des für den Thyristor typischen Schaltwertes schaltet der Thyristor ein, das heisst, er geht vom Sperr zustand direkt in den leitenden Zustand über, und das Elektroventil 9 wird vom Strom durchflossen, so dass sein Magnetanker anzieht. In der nächsten Halbwelle wird zwar die Diode 3 leitend, die Diode 2 jedoch ge sperrt.
Dadurch erhält der Thyristor in dieser Halbwelle keinen Steuerstrom. Der Thyristor 11, der während des Nulldurchganges des Stromes sperrte, bleibt gesperrt. Die Spannung am Thyristor hat also den Ablauf, wie es in Fig. lb dargestellt ist. Durch die mechanische Träg heit des magnetischen Stössels des Elektroventils 9 bleibt dieser auch während der Sperrphase des Thyristors 11 gezogen.
Das Elektroventil 10 bleibt jedoch in Ruhestel lung, da über sein Solenoid kein Strom fliesst. Wird nun mehr die Taste 5 ebenfalls gedrückt, so wird auch in der zweiten Halbwelle der Thyristor, diesmal über die Taste 5 und den Widerstand 7, gezündet und das Elektroventil 10 öffnet ebenfalls. Die Spannung am Thyristor hat nun mehr den Verlauf, wie er in der Fig. 1c dargestellt ist.
Es ist auch ohne weiteres möglich, nur die Taste 5 zu drücken und das Ventil 10 unabhängig vom Ventil 9 zu betätigen oder aber auch nur eine gedrückte Taste nach der Betätigungszeit sofort wieder loszulassen, ohne das andere Ventil zu betätigen.
Hieraus ist ersichtlich, dass ein Thyristor praktisch zwei voneinander unabhängig arbeitende Relais oder Mikroschalter ersetzt.
Fig. 2 stellt eine Dosiervorrichtung dar für die Aus gabe von flüssigen Medien, beispielsweise Rahm, Milch, Fruchtsaft, Tee- oder Kaffeekonzentrat. Bei derartigen Konzentraten, die zumeist über einen hohen Anteil an Trockensubstanz verfügen, der sehr oft Kohlehydrate, Eiweissprodukte und ätherische Öle enthält, besteht im hohen Masse die Gefahr der chemischen und bakterio logischen Zersetzung, insbesondere auch hinsichtlich der Frage der Oxydation.
Sehr oft werden insbesondere bak- teriologische Unzulänglichkeiten hervorgerufen durch hygienische Unzulänglichkeiten, und zwar dadurch, dass Behälter mit Zu- und Ablaufleitungen versehen werden, die eine Reinigung erschweren oder gar unmöglich ma chen. Im Falle von Volumenmessungen und Ventilein satz gibt es besondere Messkammern oder Gefässe, die schon durch ihre Formgebung dazu neigen, in Ecken und Profilen zu verschmutzen. Der Behälter 12 besitzt an seinem Boden 12a eine rohrförmige Verlängerung 13.
Diese rohrförmige Verlängerung hat eine konische Aus trittsöffnung 14 und dient zur Aufnahme eines magne tischen, beispielsweise aus nicht rostendem Material her gestellten Stössels 15. Aussen am Rohr 13 befindet sich eine Magnetspule 16. Wenn die Magnetspule 16 für eine einstellbare Zeit erregt wird, zieht sie den Stössel 15 hoch und gibt damit den Auslauf aus dem Behälter 12 über die konische Austrittsöffnung 14 frei.
Dadurch, dass dieser Behälter am Boden oder in der Nähe des rohrförmig angeordneten Auslaufs 13 über ein Rohr 17 belüftet wird, gibt er unabhängig von seinem Füllzustand während :gleithen Zeiten immer gleiche Flüssigkeitsmen gen ab. Der Raum über dem Flüssigkeitsspiegel ist luft dicht abgeschlossen.
Es erfolgt nur eine Zudosierung derjenigen Luftmenge, die während der Öffnungszeit für den volumetrischen Ausfluss notwendig wird. Im Nicht betriebszustand bleibt also die grosse Oberfläche des Flüssiüeitsspiegels vor dem Zustrom neuen Sauerstoffs geschützt.
Ferner ist ersichtlich, dass durch die Tatsache, dass der Stössel 15 nicht in einem Ventilgehäuse, son dern in einem offen mit dem Behälter verbundenen Rohr freischwebend angeordnet ist, eine Reinigung mit weni gen Handgriffen, und zwar eine Reinigung des gesamten Dosierungssystems einschliesslich des Aufbewahrungs behälters dann möglich ist, wenn der rohrförmige Aus lauf 13 des Behälters 12 an diesem auf- und abschraub- bar angeordnet ist. In der Zeichnung ist das Belüftungs- rohr 17 im Deckel 12b des Behälters 12 befestigt.
Die Belüftung kann aber auch in gleicher Weise durch ein in der Nähe des rohrförmigen Austritts mündendes Be lüftungsrohr erfolgen, wenn dieses Rohr beispielsweise durch U-förmige Abknickung wiederum nach unten ge führt und in einer entsprechenden Öffnung des Bodens 12a eingesetzt ist.
Es ist also ersichtlich, dass, gleich welche Flüssigkeit sich in, :dem Behälter 12 befindet, die hygienischen Pro bleme praktisch entfallen, da Behälter und Ventil durch ein paar Schraubgriffe in alle Bestandteile zerlegbar sind, so dass auch ungeübte Fachkräfte die Reinigung durchführen können.
Besteht ausserdem das Material aus transparenten Stoffen, wie beispielsweise Glas oder Plexiglas, so kann eine fotoelektrische Flankierung um den rohrförmigen Auslauf 13 angeordnet werden, und zwar etwa in glei cher Weise wie die Magnetspule 16, so dass der Füllzu stand mit Sicherheit kontrolliert werden kann. Handelt es sich bei dem aufbewahrten Gut um transparente Me dien, wie beispielsweise Flüssigzucker, so zeigen die Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5 und Fig. 6, wie ohne aufwendige Verän derung die Leerkontrolle an dem rohrförmigen Auslauf 13 durchgeführt wird.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch das Rohr 13 mit zentrisch gegenüberliegend angeordneter Lichtquelle 61 und Fotozelle 62.
Fig. 4 zeigt eine gleiche Anordnung mit exzentrisch versetztem Lichtweg 63. Durch die Rohrwandung ist be reits eine Ablenkung des Lichtstrahls so erfolgt, dass der Lichtempfänger getroffen wird.
In Fig.3 trifft der Lichtstrahl senkrecht auf das Rohr 13.
In Fig. 4 ist durch die exzentrische Anordnung eine Ablenkung des Lichtstrahls erfolgt.
Fig.5 zeigt den gleichen Effekt wie Fig.3, auch wenn das Rohr 13 mit einer transparenten Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, gefüllt ist. Fig. 6 zeigt den Effekt, der eintritt bei der Anord nung der Fig. 4, wenn das Rohr mit einer transparenten Flüssigkeit 65 gefüllt wird und diese den Stand der foto elektrischen Anordnung erreicht hat. Dadurch, dass der Lichtstrahl nunmehr die Flüssigkeitssäule 65 zusätzlich durchdringen muss, erfolgt eine Ablenkung des Licht strahls 63 dergestalt, dass der Empfänger 62 nicht mehr von ihm getroffen wird, wodurch eine fotoelektrische Steuerung ausgelöst werden kann.
Aus Vorstehendem ergibt sich, dass eine fotoelek trische Steuerung in völliger Unabhängigkeit von der Lichtdurchlässigkeit eines Mediums ausgelöst werden kann. Es ist ebenfalls eine umgekehrte Durchführung des Beispiels möglich, indem die Anordnung so gewählt wird, dass statt des Empfängers 62 ein Empfänger 64 verwendet wird, der dann vom Lichtstrahl 63 getroffen wird, wenn das Rohr 13 mit Flüssigkeit 65 gefüllt ist.
Fig. 7 stellt ein Schema dar für die Steuerung be- klebg vieler (in diesem Fall 4) Vorgänge, soweit diese ab hängig werden von verschiedenen Zeitabläufen.
Diese Abszisse gibt die Zeit an und die Ordinale die jeweilige Spannung. Von den unendlich vielen möglichen Zeitkurven sind zwei dargestellt, und zwar die Kurve 30 und 31. Der Gesamtzeitablauf wird im Nulldurchgang a und damit praktisch am Ende des linearen Teils der Umladekurve beendet. Für die Kurve 30 ist dieser Punkt der Schnittpunkt der Linie b mit der Kurve 30 und für die Kurve 31 der Schnittpunkt der Linie c mit der Kurve 31.
Eine Teilzeit wird dadurch abgegriffen, dass ein Schmitt-Trigger oder eine ähnliche Schaltung den Span nungsdurchgang der jeweiligen Zeitkurve durch die vor eingestellte Spannung abgreift. So ergibt sich z. B. eine Teilzeit, dargestellt durch die Strecke 18 bis 19 durch den Durchgang der Kurve 30 durch diesen Spannungs bereich. Beim Nulldurchgang wird automatisch die ge samte Schaltung auf Null gestellt. Wird die Zeit verlän gert, siehe Kurve 31, so verlängert sich automatisch der Zeitablauf vom Durchgang durch die genannte Span nungslinie bis zum Nulldurchgang, siehe Strecke 20 bis 21. Das gleiche gilt für die Zeitstrecke 22/23 bzw. 24/25 und 26/27 bzw. 28/29.
Wie aus dem Spannungszeit-Diagramm dieser Fig. 7 hervorgeht, verändert sich also mit der Steilheit des Spannungsanstieges die Zeitkonstante auf der Abszisse, proportional dazu verhalten sich auch die Teilzeiten. Da die Teilzeiten gleichen Ursprungs sind, können sie ohne weiteres durch einfache Potentiometer verändert wer den. Das gleiche gilt für die Steilheit der Zeitfunktions- kurve.
Durch diese Kombination ist es möglich, auf ein fache Art und Weise zeitabhängige Funktionen indivi duell einzustellen. Gleichzeitig können im Rahmen einer Hauptfunktion beispielsweise die längste Zeit alle übri gen beliebig vielen Zeitfunktionen proportional zur Hauptfunktion verändert werden, soweit man die längste Zeit als Hauptfunktion bezeichnet.
In der Praxis heisst das, dass aus der Umladungskurve eines RC-Gliedes be liebig viele Ventile gesteuert werden können, dass jedes Ventil unabhängig von der Laufzeit des anderen Ventils ;gesteuert werden kann und dass gleichzeitigeine propor tionale Volumenänderung möglich ist, indem das Ventil mit längster Laufzeit in seiner gesteuerten Öffnungszeit verändert wird.
Fig.8 stellt den elektronischen Schaltaufbau eines mit Thyristoren bestückten Münzzählers und -speichers dar. Als Beispiel ist ein 3 Münzwerte umfassendes Schalt bild dargestellt, welches nach dem gleichen Prinzip für beliebig viele weitere Münzwerte erweitert werden kann.
In der Fig. 8 sind die Speisespannungszuführungen mit 32 und 33 bezeichnet. Der Taster 35 ist ein Lösch taster, der die Rückstellung des Speichers auf Null be wirkt. Dieser wird in der Maschine durch die Ausgabe einer gewählten Ware automatisch bewirkt.
Die Lampen 36, 37 und 38 sind Anzeigelampen und zeigen den eingeworfenen Münzwert an; sie könnten auch durch Widerstände ersetzt werden. Parallel zu den Lampen können die Auslösetaster angeschlossen wer den. Die Thyristoren 39, 40 und 41 sind die eigentlichen Schaltglieder, die durch ihre besondere Charakteristik, d. h., wenn sie einmal gezündet wurden, eingeschaltet bleiben, solange die Spannung anliegt, auch die Speiche rung des Münzwertes übernehmen.
Wird die Spannung eingeschaltet, so lädt der Wider stand 43 den Kondensator 49 auf, ohne dass ein so gros ser Strom zustande kommt, dass der Thyristor 40 gezün det wird. Der Widerstand 52 leitet die Aufladespannung ab. Das gleiche gilt für den Kondensator 50, der über den Widerstand 44 aufgeladen wird. Nicht aufgeladen ist lediglich ein Kondensator, nämlich der Kondensator 48. Erfolgt jetzt ein Münzeinwurf, so passiert diese Münze den Münzprüfer und löst damit einen Impuls auf die Leitung 34 aus. Dieser Impuls geht jetzt über den Kondensator 48 direkt auf die Zündelektrode des Thy- ristors 39. Der Thyristor 39 zündet und die Lampe 36 leuchtet auf.
Gleichzeitig erfolgt damit eine Spannungs absenkung am Thyristor 39 bis auf die Brennspannung des oben erwähnten Thyristors. Dadurch wird der Kon densator 49 über den Widerstand 43 entladen. Kommt ein nächster Münzimpuls, so ist nunmehr der Kondensa tor 49 entladen, und dieser Impuls kann über die Diode 46 direkt auf das Steuergitter des Thyristors 40 gelan gen. Der Thyristor 40 zündet ebenfalls. Dadurch leuch tet nunmehr auch die Lampe 37 auf. Über den Wider stand 44 wird der Kondensator 50 nunmehr wie vorbe- schrieben entladen.
Ein nächster Impuls vom Münzprüfer würde über die Diode 47 den Thrystor 41 zünden. Wird nunmehr aber eine Ware gewählt, die dem Münzbetrag von zwei eingeworfenen Münzen entspricht, so kann der hier nicht näher gezeigte Taster die Spannung von der Lampe 37 abnehmen und die Ausgabe innerhalb der Maschine bewirken. Gleichzeitig wird mit erfolgender Ausgabe die Taste 35 betätigt. Die Thyristoren 39 und 40 erlöschen und bleiben in dem gesperrten Zustand auch beim Wie dereinschalten durch die Taste 35. Dadurch werden die Wahltasten für die Warenausgabe wieder spannungslos. Erst ein erneuter Münzeinwurf bewirkt am Zähler wie der die gleichen Vorgänge wie oben beschrieben.
Dieses System kann nun beliebig weit ausgedehnt werden. Ein jeweils gezündeter Thyristor bewirkt die Entladung des Koppelkondensators in der Zündleitung des nächsten Thyristors. Somit zündet pro Impuls je weils ein weiterer Thyristor.
Diese Form des elektronischen Speichers mit Thy- ristoren stellt die einfachste Art der Zählung dar. Selbst verständlich kann man den Thyristorzähler auch mit einer Codierung versehen, d. h., ein zündender Thyristor kann einen oder mehrere andere durch seine Zündung löschen. Dadurch ist es möglich, einen Binärcode für die Zählung zu verwenden und damit ein Zählwerk mit 3 Thyristoren in die Lage zu versetzen z. B. 7 Münzwerte zu zählen und zu speichern.
Aus den vorstehenden Beschreibungen zu Fig. 1 bis 8 geht hervor, dass und auf welche Weise ein automati sches Verkaufsgerät völlig elektronisch und dadurch kontaktlos geschaltet werden kann, und zwar vom Be ginn des Münzeinwurfes bis zur Warenausgabe.