-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen RC-Oszillator mit
einer regelbaren Oszillatorfrequenz, wobei dieser Oszillator die nachfolgenden
Elemente umfasst: eine Reihenschaltung aus einem Kondensator und einem Widerstand,
und eine Signalquelle zum Liefern eines Schrittsignals zu der Reihenschaltung, wobei
die Oszillatorfrequenz im Betrieb abhängig ist von der Zeit, die vergeht, bis der
Kondensator auf einen bestimmten Wert aufgeladen ist.
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf einen elektrischen
Brotröster, der die nachfolgenden Elemente umfasst: ein elektrisches Heizelement,
Mittel zum Verbinden des Heizelementes mit einer elektrischen Stromquelle, einen
einstellbaren Zeitschalter zum Abschalten des Heizelementes von der elektrischen
Stromquelle nach Ablauf einer einstellbaren Zeit, wobei der einstellbare Zeitschalter
einen derartigen RC-Oszillator umfasst.
-
Ein derartiger RC-Oszillator und ein derartiger Brotröster sind bekannt,
beispielsweise aus der Europäischen Patentanmeldung EP-A-0 086 624. Dieser
bekannte Brotröster hat einen Zeitschalter, mit dessen Hilfe die Röstzeit eingestellt
werden kann. Der Zeitschalter umfasst einen RC-Oszillator und eine Teilerschaltung,
welche die relativ hohe Oszillatorfrequenz des RC-Oszillators in ein Signal mit einer
niedrigen Frequenz und einer Periode aufteilt, deren Länge zum Rösten geeignet ist.
Die Erzeugung der Oszillatorfrequenz basiert auf die Zuführung einer Schrittspannung
zu einer Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator und auf dem
nachfolgenden Warten, bis die Spannung An dem Kondensator eine bestimmte
Schwellenspannung übersteigt. Bei dem bekannten RC-Oszillator wird der
Widerstand mit Hilfe eines Potentiometers variiert, damit die Periode der Oszillatorfrequenz
gesteuert werden kann. Die Schwellenspannung wird schneller überschritten und die
Periode wird kürzer, je nachdem der Widerstand abnimmt. Da der Widerstand eines
Potentiometers im Allgemeinen eine ziemlich große Toleranz hat, gibt es eine relativ
große Streuung in der von dem RC-Oszillator erzeugten Frequenz. Wenn ein
derartiges Potentiometer nun in dem Zeitschalter eines Brotrösters verwendet wird, wird die
erhaltene Röstzeit für eine bestimmte Einstellung des Einstellknopfes bzw. -schiebers
des Potentiometers von Brotröster zu Brotröster verschieden sein.
-
Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Lösung
für die oben genannten Probleme zu schaffen. Dazu weist der RC-Oszillator von dem
Typ der eingangs beschriebenen Art das Kennzeichen auf, dass die Signalquelle einen
einstellbaren Spannungsverteiler aufweist, wobei dieser Verteiler zu der Signalquelle
parallel geschaltet ist zum Verteilen der Amplitude des Schrittsignals und einen
Ausgang hat, der mit der Reihenschaltung verbunden ist zum Liefern eines verteilten
Schrittsignals zu der Reihenschaltung.
-
Die vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis der Tatsache
zugrunde, dass es die Amplitude der der Reihenschaltung aus dem Kondensator und dem
Widerstand zugeführten Schrittspannung ist, die variiert werden soll, statt des
Widerstandes, über den der Kondensator aufgeladen werden soll. Die Amplitude kann
verschiedenartig variiert werden, vorzugsweise mit Hilfe eines Potentiometers, das als
Spannungsteiler für die Schrittspannung wirksam ist. Die Toleranz dieses
Potentiometers ist nicht relevant, weil es nun das Verhältnis zwischen zwei gleichermaßen
ungenauen Widerständen ist, das zur Sache tut. Die Schrittspannung und folglich die
Oszillatorfrequenz sind nun direkt proportional zu der Einstellung des Potentiometers,
ungeachtet dessen Toleranz.
-
Die Amplitude der Schrittspannung kann auch auf andere Art und
Weise eingestellt werden, beispielsweise mit Hilfe eines Widerstandes in Reihe mit einer
Zener-Diode, die mit Hilfe eines Schalters aus einer Gruppe von wenigstens zwei
Zener-Dioden mit verschiedenen Zener-Spannungen gewählt wird. Auf diese Weise ist
es möglich, eine Anzahl diskreter Schrittspannungen zu erzeugen.
-
Der RC-Oszillator nach der vorliegenden Erfindung eignet sich für
Zeitschalter im Allgemeinen aber insbesondere für elektrische Geräte, die nach einer
bestimmten Zeit abgeschaltet werden sollen, wie Brotröster, Sonnenbanken und
dergleichen.
-
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der
Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
-
Fig. 1 ein Schaltbild des Prinzips eines RC-Oszillators nach der
vorliegenden Erfindung,
-
Fig. 2 ein Schaltbild eines bekannten regelbaren RC-Oszillators,
-
Fig. 3 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform eines regelbaren
RC-Oszillators nach der vorliegenden Erfindung,
-
Fig. 4 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform eines regelbaren
RC-Oszillators nach der vorliegenden Erfindung,
-
Fig. 5 einen Brotröster mit einem Zeitschalter auf Basis eines
regelbaren RC-Oszillators nach der vorliegenden Erfindung, und
-
Fig. 6 ein Schaltbild des Brotrösters nach Fig. 5.
-
In diesen Figuren haben entsprechende Elemente dasselbe
Bezugszeichen.
-
Fig. 1 zeigt das Schaltbild, wobei das Basisprinzip eines RC-Oszillators
dargestellt wird. Ein Kondensator 2 wird über einen Widerstände dadurch
aufgeladen, dass eine Schrittspannung Us von einer Spannungsquelle 6 zugeführt wird.
Sobald die Spannung an dem Kondensator 2 einen Schwellenwert erreicht hat, wird der
Kondensator 2 entladen, entweder dadurch, dass der Kondensator 2 mit Hilfe eines
Schalters entladen wird, wie dies in Zeitschalter-ICs von dem Typ "555" der Fall ist,
oder dadurch, dass die Schrittspannung Us umgekehrt wird, wie dies bei Zeitschaltern
von dem Typ "4060" üblich ist. Die Zeitkonstante der Reihenschaltung aus dem
Kondensator 2 und dem Widerstand 4 bestimmt die Frequenz des RC-Oszillators. Bei
Zeitschaltern mit einem Zeitbereich in der Größenordnung von Sekunden oder
Minuten ist es üblich, die Oszillatorfrequenz mit Hilfe eines Frequenzteilers zu reduzieren.
-
Wie aus dem Stand der Technik bekannt und in Fig. 2 dargestellt, kann
die Frequenz dadurch variiert werden, dass der Widerstandswert des Widerstandes 4
einstellbar gemacht wird. Der Widerstand 4 in dem Schaltbild nach Fig. 2 ist durch
einen festen Widerstand 10, einen regelbaren Widerstand 8 in Reihe mit diesem festen
Widerstand und einen festen Widerstand in Parallelschaltung mit dem regelbaren
Widerstand 8 ersetzt worden. Der regelbare Widerstand 8 ist üblicherweise ein Dreh-
oder Schiebepotentiometer, der aus Gründen des Gestehungspreises im Allgemeinen
eine ziemlich große Toleranz in Bezug auf den Nenn-Widerstandswert aufweist.
Dadurch haben der absolute Widerstandswert und folglich die Zeiteinstellung des
Zeitschalters für eine bestimmte Lage des Schiebers des Potentiometers auch eine große
Toleranz. Identische Geräte, die mit einem derartigen Zeitschalter versehen sind,
werden für dieselbe Lage des Zeiteinstellknopfes verschiedene Zeiteinstellungen zeigen.
-
Fig. 3 zeigt eine Lösung für dieses Problem. Das Toleranzproblem wird
dadurch gelöst, dass der Reihenwiderstand 4 nicht variabel gemacht wird, sondern die
Schrittspannung Us von der Spannungsquelle 6. Über die Spannungsquelle 6 ist ein
Potentiometer 14 vorgesehen und der Schieber desselben ist mit der Reihenschaltung
aus dem Kondensator 1 und dem Widerstand 4 verbunden. Der Schieber des
Potentiometers 14 verteilt den gesamten Widerstandswert des Potentiometers in zwei Teile,
deren Widerstandsverhältnis die Amplitude der ausgehenden Schrittspannung
bestimmt. Das Widerstandsverhältnis wird nur durch die mechanische Lage des
Schiebers bestimmt. Auf diese Weise wird der Einfluss der Toleranz des variablen
Widerstandes eliminiert.
-
Fig. 4 zeigt eine Abwandlung, wobei die Schrittspannung Us von der
Spannungsquelle 6 mit Hilfe eines Widerstandes 16 in Reihe mit einer Zener-Diode
variiert wird. Mit Hilfe betreffender Wahlschalter 22 und 24 kann die Zener-Diode
aus einer Gruppe von wenigstens zwei Zener-Dioden 18 und 20 mit verschiedenen
Zener-Spannungen selektiert werden. Die Zener-Dioden begrenzen die
Schrittspan
nung auf verschiedene Werte. Je kleiner die Zener-Spannung, umso länger dauert es,
bevor der Kondensator 2 auf die erforderliche Schwellenspannung aufgeladen ist und
1e niedriger die Oszillatorfrequenz ist.
-
Fig. 5 zeigt einen Brotröster mit einer einstellbaren Röstzeit. Die
Röstzeit ist mit Hilfe eines Drehknopfes 26, der auf der Spindel des Potentiometers 14
befestigt ist, einstellbar. Das Rösten wird dadurch gestartet, dass ein Heben 28
herunter gedrückt wird, wodurch das Brot in die Röstkammer eingeführt wird und aktiviert
dadurch auch den Zeitschalter des Brotrösters.
-
Fig. 6 zeigt das Schaltbild des Zeitschalters des Brotrösters. Der
Brotroster hat ein elektrisches Heizelement 30, das über einen Schalter 32 mit den AC-
Netzklemmen 34 und 36 verbunden werden kann. Der Schalter 32 wird geschlossen,
wenn der Hebel 28 (siehe Fig. 5) sich völlig in der unteren Lage befindet. Die
Wechselspannung an dem Heizelement 30 wird mit Hilfe einer Diode 38 und eines
Glättungskondensators 40 gleichgerichtet zum Liefern der Speisespannung für eine
Zeitschalter-IC 42 von dem Typ HEF 4060 ("14-Stage Ripple-Carry Binary
Counter/Divider and Oscillator"), erhältlich bei "Philips Semiconductors" oder von einem
ähnlichen Typ. Die Zeitschalter-IC 42 betreibt eine Spule 46 über einen PNP-
Transistor 44, wobei diese Spule den Hebel 28 verriegelt, bis die mit Hilfe des
Knopfes 26 eingestellte Zeit (siehe Fig. 5) vergangen ist. Der Hebel wird dann entriegelt.
Dadurch wird der Schalter 32 geöffnet und der Hebel 28 verlagert sich automatisch
aufwärts.
-
Die Zeitschalter-IC 42 wird mit Hilfe eines Kondensators 48 und eines
Widerstandes 50 an einem Stift P12 zurückgesetzt, wodurch der Ausgang an einem
Stift p3 niedrig wird und der PNP-Transistor 44 eingeschaltet wird, wodurch die Spule
46 angeregt wird. Mit Hilfe eines Schalters 52 kann der Basis-Emitter-Übergang des
PNP-Transistors 44 kurzgeschlossen werden, damit der Röstprozess vorzeitig beendet
werden kann. Die Zeitschalter-IC 42 umfasst einen Inverter mit einem Eingang, der
mit einem Stift p10 verbunden ist, und mit einem Ausgang, der mit einem Stift p9
verbunden ist. Im Betrieb trägt der Ausgangsstift p9 eine Schrittspannung, die mit
Hilfe des Potentiometers 14 und eines begrenzenden Widerstandes 54 zwischen dem
Stift p9 und der Signalerdung variabel ist. Die variable Schrittspannung an dem
Schieber des Potentiometers 14 wird über eine Reihenschaltung aus dem Kondensator
2 und den Widerständen 56, 58 und 60 zu dem Eingang p10 des Inverters
zurückgeführt, wobei ein temperaturempfindlicher Widerstand 62 zu dem Widerstand 58
parallel geschaltet ist, damit eine Korrektur für einen kalten und warmen Zustand des
Brotrösters geschaffen wird. Weiterhin ist zwischen einem Stift p11 der Zeitschalter-
IC 42 und dem Knotenpunkt zwischen dem Kondensator 2 und dem Widerstand 58
ein Widerstand 64 vorgesehen. Zwecks des Widerstandes 64 und für weitere
Einzelheiten über die Zeitschalter-IC 42 sei auf die betreffenden Datenblätter des Herstellers
verwiesen.
-
Nach einer Rückstellung über den Stift p12 zählt der innere Zähler der
Zeitschalter-IC 42 die Anzahl Perioden des RC-Oszillators. Nach bestimmter Zeit,
einstellbar mit Hilfe des Potentiometers 14, wird der Ausgang an dem Stift p3 hoch,
wodurch der PNP-Transistor 44 abgeschaltet wird. Die Spule 46 empfängt dann nicht
länger einen Erregungsstrom, so dass der Brotröster abgeschaltet wird.
-
Der Zeitschalter kann als selbständige Einheit verwendet werden, oder
er kann in elektrischen Geräten einverleibt sein. Der Zeitschalter ist offenbar nicht nur
zum Gebrauch in Brotröstern verwendbar, sondern auch in allen Arten von Geräten,
die nach Ablauf einer einstellbaren Zeit automatisch abgeschaltet werden sollen, wie
eine Sonnenbank, ein Ofen u. dgl.