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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen Toaster, der die nachfolgenden Elemente umfasst:
eine Toastkammer zum Empfangen eines zu toastenden Produktes, und
wenigstens ein Heizelement, vorgesehen in der Toastkammer zum Erhitzen des
Produktes.
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Toaster dieser Art sind allgemein
bekannt. Das zu toastende Brot wird in die Toastkammer eingeschoben
und wird der von dem Heizelement gelieferten Erhitzung ausgesetzt.
Die Anzahl Heizelemente ist abhängig
von dem Toastertyp. Es gibt Typen mit einem zentralen Heizelement,
wodurch es möglich ist,
dass eine Brotscheibe auf je einer Seite des Heizelementen eingeschoben
wird. Bei diesem Typ muss die Brotscheibe gewendet werden, damit
die beiden Seiten der Scheibe getoastet werden. Es gibt auch Typen
mit zwei Heizelementen, wobei die Scheibe zwischen die Heizelemente
geschoben wird und die beiden Seiten gleichzeitig getoastet werden. Es
gibt einen Trend zu und eine Nachfrage nach Toastern mit einer größeren Toastkammer,
damit es möglich
ist, möglichst
verschiedene Brottypen mit ebenso vielen verschiedenen Größen zu toasten. Eine
größere Toastkammer
erfordert größere Heizelemente
mit einer größeren Leistung,
damit die Leistungsdichte über
das größere Gebiet
beibehalten wird. Ein Nachteil ist, dass ein derartiger Toaster mehr
Strom verbraucht als üblicherweise
notwendig, dass ein kleineres Stück
Brot als normal schneller getoastet wird als im Schnitt für ein normales
Stück Brot und
dass relativ kleine Stücke
Brot durch das größere Heizgebiet
des Heizelementes intensiver erhitzt werden und zu dunkel werden
oder sogar verbrennen.
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Eine nicht vorveröffentlichte internationale Patentanmeldung
WO-A-9740729, ein
Dokument innerhalb des Rahmens des Artikels 54(3) EPC, beschreibt
einen Toaster mit Heizelementen, vorgesehen in einer Toastkammer
auf je einer Seite eines zu toastenden Produktes. Jedes Heizelement
ist in Teilelemente aufgeteilt, die einzeln aktiviert werden können. Die
Größe des zu
toastenden Produktes wird von einem Sensor detektiert. Die Teilelemente
werden selektiv in Abhängigkeit
von der detektierten Größe aktiviert.
Auf diese Weise wird der Stromverbrauch des Toasters an die Größe des Produktes
angepasst und Überhitzung
des Produktes vermieden.
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Es ist nun u. a. eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung einen Toaster zu schaffen, der zum Toasten
von Brot mit variierender Größe mehr
geeignet ist. Dazu ist nach der vorliegenden Erfindung ein Toaster
vorgesehen, der die nachfolgenden Elemente umfasst: eine Toastkammer
zum Empfangen eines zu toastenden Produktes, wenigstens ein Heizelement,
vorgesehen in der Toastkammer und angeordnet an einer Seite des
Produktes zum Erhitzen des Produktes, wobei das wenigstens eine
Heizelement aus einem einzigen Heizelement mit zwei Anschlüssen zum
Empfangen von Speisespannung besteht , Detektionsmittel zum Ermitteln
einer Abmessung des Produktes und Mittel zur Steuerung der Leistung
des wenigstens einen Heizelementes in Abhängigkeit von der Größe des Produktes.
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Die Detektionsmittel messen die Größe des zu
toastenden Brotes und die von den Heizelementen erzeugte Hitze wird
als die Größe des Brotstücks angepasst.
Die Toastzeit ist dann für
Brot verschiedener Abmessungen konstanter. Weiterhin wird Überhitzung
der Ränder
des Brotes und ein überflüssiger Stromverbrauch
vermieden.
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In Bezug auf die Detektionsmittel
weist eine Ausführungsform
des Toasters das Kennzeichen auf, dass die Detektionsmittel wenigstens
einen Sensor aufweisen, vorgesehen in der Toastkammer, zum Detektieren
des Vorhandenseins des zu toastenden Produktes in der Toastkammer.
Sensoren, die zu diesem Zweck geeignet sind, können als mechanische Sensoren
oder als optische Sensoren mit einem Photo-Emitter und einem Photoempfänger ausgebildet sein,
aber im Grunde sind auch andere Sensoren möglich. Das Brotstück gelangt
mit dem mechanischen Sensor in Berührung oder unterbricht den Lichtstrahl
des optischen Sensors beim Einschieben von Brot in den Toaster.
Im Falle einer Anzahl Sensoren, die an verschiedenen Stellen in
der Toastkammer vorgesehen sind, beispielsweise je zwei Zentimeter
von einer Bezugsstelle entfernt, kann zwischen verschiedenen Brotgrößen unterschieden
werden.
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Im Falle von Toastern von dem Typ
mit Elementen, in denen die Brotscheibe zwischen die Heizelemente
eingeschoben wird, wird das Brot im Allgemeinen mit Hilfe eines
Hebers in die Toastkammer eingeführt.
Dieser Heber kann von Hand betätigt
werden, es gibt aber auch motor-betriebene Versionen. Um die Größe des Brotes
zu ermitteln weist eine Ausführungsform
des Toasters nach der vorliegenden Erfindung das Kennzeichen auf,
dass der Toaster weiterhin die nachfolgenden Elemente umfasst: einen motor-betriebenen
Heber zum Eingeben des Produktes in die Toastkammer, Zeitmessmittel
zum Messen einer Aktivierungszeit des Sensors während der Bewegung des Produktes
längs des
Sensors, und Rechenmittel zum Berechnen der Größe des Produktes in Reaktion
auf die Aktivierungszeit und eine Transportgeschwindigkeit des motor-betriebenen
Hebers.
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Wenn der Heber in die Heizkammer
sinkt, bewegt das Brotstück
an dem Sensor entlang. Die Passierzeit wird gemessen und die Größe des Brotstücks wird
auf Basis der Transporgeschwindigkeit des Hebers berechnet. Auf
diese Weise kann das Vorhandensein eines motor-betriebenen Hebers
auf vorteilhafte Weise benutzt werden zum genauem Ermitteln der
Größe des Brotstücks.
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Da die Transportgeschwindigkeit einer Streuung
ausgesetzt sein kann, kann auch die berechnete Größe einer
Streuung ausgesetzt sein. Um dies zu ermöglichen weist eine weitere
Ausführungsform
des Toasters nach der vorliegenden Erfindung das Kennzeichen auf,
dass der motor-betriebene Heber dazu vorgesehen ist, das Produkt
in eine Endlage zu bringen, die sich in einem vorbestimmten Abstand von
dem Sensor befindet, und wobei der Toaster weiterhin die nachfolgenden
Elemente umfasst: weitere Zeitmessmittel zum Messen einer Transportzeit,
die vergeht zwischen dem Zeitpunkt, wo die Aktivierung des Sensors
anfängt
während
der Bewegung des Produktes an dem Sensor entlang, und dem Zeitpunkt,
an dem die Endlage erreicht wird, und weiterhin Rechenmittel zum
Berechnen der Transportgeschwindigkeit in Reaktion auf die Transportzeit
und den vorbestimmten Abstand. Dadurch, dass das Brot immer zu einer
festen Endlage gegenüber
dem Sensor transportiert wird, ist es möglich, die Transportgeschwindigkeit
dadurch zu berechnen, dass die Zeit berechnet wird, die erforderlich
ist um das Brot über den
bekannten Abstand zwischen dem Sensor und der Endlage zu verlagern.
Der genaue Wert der Transportgeschwindigkeit spielt dann nicht länger eine
Rolle in der Berechnung der Größe des Brotes.
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Das Ermitteln der Größe des Brotes
mit Hilfe eines motor-betriebenen Hebers macht es möglich, den
Toastprozess kleiner Brotstücke
zu optimieren. Dazu weist eine Ausführungsform des Toasters nach der
vorliegenden Erfindung das Kennzeichen auf, dass der motor-betriebene
Heber dazu vorgesehen ist, das Produkt nach Berechnung der Größe des Produktes
an eine vorbestimmte Stelle gegenüber dem wenigstens einen Heizelement
zu bringen. Auf diese Weise kann der motor-betriebene Heber ein kleines
Brotstück
heben, das sonst auf den Boden der Toastkammer abgesenkt werden
würde,
bis das Brotstück
sich in einer optimalen Lage gegenüber der Heizfläche des
Heizelementes befindet. Im Allge meinen wird die optimale Lage derart
sein, dass die Mitte des Brotstücks
der Mitte des Heizelementes entspricht.
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Für
eine noch bequemere Wirkungsweise des Toasters weist eine Ausführungsform
des Toasters nach der vorliegenden Erfindung das Kennzeichen auf,
dass der Toaster weiterhin Mittel aufweist zum Aktivieren des motor-betriebenen
Hebers in Reaktion auf ein Signal von dem Sensor. Der Zensor wird
aktiviert, wenn eine Brotscheibe in den Heber eingeführt wird,
wodurch der motor-betriebene Heber automatisch in Gang gesetzt wird.
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Die Größe des Brotstücks kann
auch mit Hilfe eines hand-betriebenen Hebers genau ermittelt werden.
Dazu weist eine Ausführungsform
des Toasters nach der vorliegenden Erfindung das Kennzeichen auf,
dass der Toaster weiterhin die nachfolgenden Elemente umfasst: einen
Heber zum Einführen des
Produktes in die Toastkammer, Mittel zum Detektieren einer Aktivierung
des Sensors während
der Bewegung des Produktes an dem Sensor entlang, Mittel zum Messen
der Fahrstrecke des Hebers während der
Aktivierung des Sensors, und Rechenmittel zum Berechnen der Größe des Produktes
in Reaktion auf die Aktivierung des Sensors und der Fahrstrecke
des Hebers.
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Beim Durchgang des Produktes, was
von dem Sensor detektiert wird, wird der von dem Heber in der Toastkammer
zurückgelegte
Abstand gemessen. Der Abstand kann mit Hilfe eines Bewegungssensors
gemessen werden, beispielsweise eines optischen oder mechanischen
Impulsgenerators, der Impulse erzeugt, solange der Heber in Bewegung
ist. Die Anzahl Impulse während
der Bewegung des Produktes an dem Sensor entlang ist ein Maß für die Größe des Produktes.
Die Verlagerungsstrecke des Hebers kann ebenfalls mit Hilfe eines
variablen Widerstandes gemessen werden, dessen Widerstandswert mit
der Position des Hebers in der Toastkammer variiert.
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In dem Typ mit zwei Elementen, wo
die Brotscheibe zwischen die Heizelemente geschoben wird, kann die
Bequemlichkeit der Verwendung verbessert werden mit einer Ausführungsform
des Toasters nach der vorliegenden Erfindung, die das Kennzeichen
aufweist, dass der Toaster zwei Heizelemente aufweist, vorgesehen
in der Toastkammer auf je einer Seite des zu erhitzenden Produktes,
und Mittel zur selektiven Aktivierung eines der zwei Heizelemente separat
oder der zwei Heizelemente gemeinsam.
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Dies ermöglicht es, Brot mit einer Kruste
auf einer Seite zu toasten, wie in der Länge geschnittenes Stockbrot.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden Fall
näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 einen
Schnitt durch eine Ausführungsform
eines Toasters nach der vorliegenden Erfindung,
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2 ein
elektrisches Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Toasters nach
der vorliegenden Erfindung,
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3 einen
Längsschnitt
durch eine Ausführungsform
eines Toasters nach der vorliegenden Erfindung,
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4 einen
Längsschnitt
durch eine Ausführungsform
eines Toasters nach der vorliegenden Erfindung,
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5 ein
Schaltbild einer elektrischen Schaltung zur Verwendung in einer
Ausführungsform eines
Toasters nach der vorliegenden Erfindung,
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6 ein
Schaltbild einer elektrischen Schaltung zur Verwendung in einer
Ausführungsform eines
Toasters nach der vorliegenden Erfindung, und
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7 einen
Längsschnitt
durch eine Ausführungsform
eines Toasters nach der vorliegenden Erfindung.
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In diesen Figuren sind Teile mit
der gleichen Funktion oder dem gleichen Zweck mit demselben Bezugszeichen
angegeben.
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1 ist
ein Schnitt durch eine Ausführungsform
eines Toasters nach der vorliegenden Erfindung. Der Toaster umfasst
ein Gehäuse 7,
das eine Toastkammer 4 enthält, in der zwei Heizelemente H1 und H2 auf
je einer Seite einer oder mehrerer Brotscheiben 5 vorgesehen
sind, die mit Hilfe eines Hebers 6 über einen Schlitz 3 in
dem Gehäuse 7 in
die Toastkammer 4 gegeben werden können. Die Größe des zu
toastenden Produktes wird mit Hilfe eines oder mehrerer mechanischer
Sensoren 2.1, 2.2, 2.3, vorgesehen an
geeigneten Stellen innerhalb der Toastkammer 4, ermittelt.
Die Anzahl Sensoren, die aktiviert werden, steigert sich, je nachdem
das Brotstück
größer ist.
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2 zeigt
ein elektrisches Blockschaltbild des Toasters. Der Zustand der Sensoren 2.1, 2.2, 2.3 wird
mit Hilfe einer Steuereinheit CU ausgelesen. Die Steuereinheit
liefert Steuersignale zu einer Speiseeinheit PU, mit der
die Heizelemente H1 und H2 verbunden sind. Die
Speiseeinheit PU umfasst beispielsweise Triacs, deren jeweiliges
Tastverhältnis von
der Steuereinheit gesteuert wird. Wenn nur der untere Sensor 2,3 aktiviert
wird, enthält
die Toastkammer ein kleines Brotstück und die Steuereinheit CU steuert
die von den Heizelementen H1 und H2 gelieferte
Leistung auf einen kleineren Wert. Wenn der Sensor 2.2 ebenfalls
aktiviert wird, gibt es ein etwas größeres Brotstück und die
Leistung wird auf einen etwas höheren
Wert gebracht, usw. Die Anzahl Sensoren kann beliebig gewählt werden.
Auf diese Weise kann, abhängig
von der Anzahl Sensoren ein Unterschied gemacht werden zwischen
Brotstücken unterschiedlicher
Größe. Wenn
beispielsweise die Höhe
des Brotes 10, 12 und 14 cm beträgt, kann
die gelieferte Leistung auf 800, 1000 bzw. 1200 W gesetzt werden.
Dies vermeidet, dass der Toaster mehr Strom verbraucht als normalerweise
notwendig ist und dass relativ kleine Brotstücke durch das überflüssige Heizgebiet
der Heizelemente intensiver erhitzt werden und zu dunkel oder sogar
"verbrannt" werden. Ein hinzukommender Vorteil ist, dass die Toastzeit
unabhängig
ist von den Abmessungen des Brotstücks und dass der Benutzer sich
keine Sorgen über die
optimale Toastzeit zu machen braucht.
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3 ist
ein Längsschnitt
durch den Toaster mit einer optimalen Sensoranordnung zum Ermitteln der
Größe des zu
toastenden Produktes. Die optische Sensoranordnung umfasst einen
infraroten (IR) Photo-Emitter 8 und einen IR-Photo-Empfänger 9, vorgesehen
auf einer geeigneten Höhe
in der Toastkammer 4. Der Photo-Emitter 8 emittiert
einen IR-Lichtstrahl zu dem IR-Photo-Empfänger 9 in der Längsrichtung
der Toastkammer 4 zwischen den Heizelementen, so dass es
zum Ermitteln der Größe nicht
relevant ist, wie breit die Brotscheibe 5 ist oder wo die
Scheibe sich auf dem Heber 6 befindet. Das zu toastende
Produkt 5, in 3 dargestellt
als zwei Brotscheiben 5, wird auf den Heber 6 gestellt
und mit Hilfe eines Hebels 12 in die Toastkammer 4 befördert. Das
Produkt unterbricht dann den Lichtstrahl von dem IR-Photo-Emitter 8.
Wenn der Lichtstrahl dennoch von dem Produkt unterbrochen wird,
wenn die Endlage des Hebers 6 erreicht wird, wird die maximale
Toastleistung eingestellt und sollte dies nicht der Fall sein, wird
eine niedrigere Leistung eingestellt. Wenn eine Anzahl optischer
Sensoren übereinander vorgesehen
werden, kann zwischen verschiedenen Größen des zu toastenden Brotstücks unterschieden werden.
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Die Steuereinheit CU zum
Verarbeiten der Sensorsignale und zum Steuern der Heizelemente H1 und H2 wird
komplexer, je nachdem die Anzahl verwendeter Sensoren größer ist.
Mit Hilfe der in 3 dargestellten
optischen Sensoranordnung und auch mit Hilfe der mechanischen Sensoren 2.1, 2.2 und 2.3 ist
es nicht möglich,
die genaue Höhe
der Scheibe 5 zu messen. Dies würde eine Vielzahl von Sensoren
erfordern. Aber dadurch, dass der Toaster mit einem motor-betriebenen
Heber versehen wird, kann dennoch eine genaue Messung der Größe des zu
toastenden Produktes durch nur eine mechanische oder optische Sensoranordnung
effektuiert werden.
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4 zeigt
einen Längsschnitt
durch den Toaster. Die optische Sensoranordnung mit dem IR-Photo-Emitter 8 und
dem Photo-Empfänger 9 ist zu
dem oberen Teil der Toastkammer 4 verlagert, wodurch der
Lichtstrahl beim Eingehen in die Toastkammer 4 unterbrochen
wird. Der Heber 6 wird über
eine Zahnstange 11 von einem Elektromotor 10 angetrieben.
Durch Messung der Aktivierungszeit, worin der Lichtstrahl durch
die Brotscheibe 5 unterbrochen wird, ist es möglich, auf
Basis der gemessenen Aktivierungszeit und der Transportgeschwindigkeit
des Hebers 6 die Höhe
der Brotscheibe zu berechnen. Da die Transportgeschwindigkeit einer
Streuung ausgesetzt ist, ist die berechnete Größe nicht immer genau. Diese
Ungenauigkeit kann dadurch eliminiert werden, dass auch die Zeit
berechnet wird, die zwischen dem Zeitpunkt, wo die Unterbrechung
des Lichtstrahls beginnt, und dem Zeitpunkt, wo die Endlage des
Hebers 6 erreicht wird, vergeht. Die Endlage wird beispielsweise
mit Hilfe eines Kontaktes 14 detektiert, der aktiviert
wird, wenn der Heber 6 völlig in die Toastkammer 4 abgesenkt
wird. Der Abstand PD zwischen dem Lichtstrahl und der Endlage
des Hebers 6 ist ein vorbestimmter, fester Abstand. Auf
diese Weise wird ist Transportzeit, die vergeht zum Zurücklegen
des Abstandes PD ein Maß der Transportgeschwindigkeit.
Die Höhe
der Brotscheibe kann sogar noch genauer aus dem Verhältnis zwischen
der Aktivierungszeit und der Transportzeit berechnet werden.
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Der motor-betriebene Heber kann auch
zum Optimieren der Position des Brotes gegenüber den Heizelementen benutzt
werden, nachdem die Höhe der
Brotscheibe 5 gemessen worden ist, d. h. derart, dass eine
imaginäre
Linie halbwegs der Höhe
der Scheibe 5 mit einer imaginären Linie halbwegs der Höhe der Heizelemente H1 und H2 zusammenfällt. Dazu
wird der Heber 6 mit Hilfe des Motors 10 dadurch
wieder auf die erforderliche Höhe
gebracht, dass der Motor eine bestimmte Zeit, die auf Basis der vorher
gefundenen Aktivierungszeit, und, falls anwendbar, der Transportzeit
berechnet wird, angeregt wird. Auf diese Weise wird die Oberfläche der
Brotscheibe immer gegenüber
der Strahlungsfläche
der Heizelemente zentriert.
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5 ist
ein elektrischer Schaltplan des in den 1 uns 3 dargestellten Toasters. Wenn
der Steuerhebel 12 herunter gedrückt wird, werden die Kontakte
des Hauptschalters SWS in der Endlage des Hebers 6 geschlossen,
wodurch die Speisespannung an den Klemmen L und N zu
den Klemmen LS und NS übertragen wird, wobei die Klemme NS mit Signalerde
verbunden ist. Ein Transformator TR transformiert die hohe
Netzspannung herunter zum Erzeugen einer niedrigeren Spannung, die
mit Hilfe einer Gleichrichterbrücke D1–D4 gleichgerichtet wird,
was zu einer groben Spannung Vb führt, die über einen Widerstand R28 ein
Solenoid SLD anregt. Die rauhe Spannung Vb wird
durch einen Kondensator C8 über eine Diode D5 geglättet, was
zu einer Speisespannung Vs führt. Die Diode D5 vermeider, dass
der Kondensator C8 über
das Solenoid SLD entladen wird. Die Speisespannung Vs wird
weiterhin durch einen Widerstand R4 und einen Kondensator C9 geglättet und
zu einer Speisespannung Vcc von beispielsweise 5 V reduziert.
Die Spannung Vcc ist mit dem Emitter eines PNP-Transistors Q2 verbunden,
dessen Kol-lektor über einen
Widerstand R6 geerdet ist und dessen Basis über eine
Zener-Diode Z1 geerdet ist. Die Zener-Diode Z1 empfängt einen
Bias-Strom, hergeleitet von der Speisespannung Vs über den
Widerstand R5. Die Summe der Basis-Emitter-Spannung des
Transistors Q2 und die Zener-Spannung der Zener-Diode Z1 bestimmt
die Größe der Speisespannung Vcc.
Wenn die Netzspannung mit Hilfe des Netzschalters SWS eingeschaltet wird,
nimmt die Speisespannung Vs zu. Die Basis des Transistors Q2 folgt
dieser Zunahme bis die Zener-Spannung der Zener-Diode Z1 erreicht
ist. Die Speisespannung Vcc nimmt ebenfalls zu aber sie nimmt
langsamer zu als die Speisespannung Vs, und zwar wegen
des Widerstandes R4 und des Kondensators C9. Wenn
ein bestimmter Wert der Speisespannung Vcc erreicht wird,
wird der Transistor Q2 in den leitenden Zustand gebracht
und die Spannung an dem Widerstand R6 nimmt schnell von
Null Volt zu etwa der Speisespannung Vcc zu. Die Spannungsschwankung
an dem Widerstand R6 wird benutzt zum Rückstellen eines Microcontrollers IC1.
Eine Diode D6 zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors Q2 schützt den
Basis-Emitter-Übergang des
Transistors Q2 vor außergewöhnlichen
Umkehrspannungen.
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Bei Empfang der Speisespannung Vcc und des
Rückstellimpulses
wird der Microcontroller IC1 (Typ COP842CN) wirksam, wobei
die Taktfrequenz durch einen Resonator RES (beispielsweise
einen keramischen Resonator bei 5 MHz) mit einem parallelen Widerstand R32 bestimmt
wird. Der Microcontroller IC1 schaltet einen Treiber-Transistor Q4 über einen
Widerstand R12 in den leitenden Zustand, wobei dieser Transistor
mit dem Solenoid SLD in Reihe geschaltet ist. Dadurch sind
die Kontakte des Hauptschalters SWS nach wie vor angeregt,
bis der Microcontroller IC1 den Treiber-Transistor Q4 sperrt,
oder bis das Solenoid SLD mit Hilfe eines Schalters SW4 über das
Solenoid SLD kurzgeschlos sen wird, wobei dieser Schalter
von dem Benutzer des Toasters betätigt wird. Der Heber 6 und
der Hebel 12 werden dann freigegeben und der Heber 6 führt das
getoastete Brot aus dem Toaster heraus.
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Von dem Heizelement H1 ist
eine Klemme mit der Klemme LS verbunden. Die andere Klemme ist
mit der Klemme NS verbunden, und zwar zum Empfangen der
Netzspannung über
einen ersten elektrischen Schalter TRIAC1. Auf gleiche
Weise ist das andere Heizelement H2 über einen zweiten elektronischen
Schalter TRIAC2 mit den Klemmen LS und NS verbunden.
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Die Triggerelektrode des elektronischen Schalters TRIAC1 empfängt Steuerimpulse
von dem Emitter eines NPN-Transistors Q5 über eine
Diode D10, wobei von diesem Transistor der Kollektor über einen
Widerstand R30 mit der Speisespannung Vs verbunden ist.
Ein Widerstand R19 zwischen der Triggerelektrode des elektronischen
Schalters TRIAC1 und der Klemme NS vermeidet eine
Triggerung beim Fehlen von Steuerimpulsen. Die Diode D10 vermeidet,
dass der Transistor Q5 in den leitenden Zustand geschaltet
wird, wenn die Netzspannung an der Klemme LS gegenüber der
Klemme NS negativ ist. Die Basis des Transistors Q5 empfängt Steuerimpulse
von dem Microcontroller IC1 über einen Reihenwiderstand R16 und
einen Koppelkondensator C4. Die Basis des Transistors Q5 ist über einen
Widerstand 18 parallel zu einer Diode D9 mit der Klemme NS verbunden.
Die Kathode der Diode D9 ist mit der Basis des Transistors Q5 verbunden,
wodurch die negative Basis-Emitter-Sopannung des Transistors Q5 nicht
kleiner werden kann als eine einzige Diodenspannung. Der Koppelkondensator C4 vermeidet,
dass der elektronische Schalter TRIAC1 im Falle eine nicht
einwandfrei funktionierenden Microcontrollers IC1 durchbrennt.
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Der andere elektronische Schalter TRIAC2 wird
mit Hilfe einer ähnlichen
elektronischen Steuerschaltung gesteuert. Der Microcontroller IC1 schaltet die
elektronischen Schalter entsprechend einem "Multi Cycle Control"-Musters
ein und ab, wobei die elektronischen Schalter komplette Zyklen der
Netzspannung ein- und abgeschaltet sind. Dazu empfängt der
Microcontroller IC1 Information von einer Nulldurchgangsschaltung
ZCC, welche die sinusförmige
Netzspannung in eine Rechteckspannung einer geeigneten Amplitude
und Phase umwandelt. Die Nulldurchgangsschaltung ZCC umfasst einen
NPN Transistor Q1, dessen Emitter mit der Klemme NS verbunden
ist und dessen Basis über
drei reihengeschaltete Widerstände R1, R47 und R2 mit
der Klemme LS verbunden ist. Der Kollektor des Transistors Q1 ist
durch einen Widerstand R3 mit der Speisespannung Vcc verbunden
und liefert dem Microcontroller IC1 eine begrenzte Netzspannung.
Ein Kondensator C2 parallel zu dem Widerstand R2 gewährleistet,
dass die Signalübergänge in der
begrenzten Netzspannung zu den Nulldurchgängen der Netzspannung in Phase
sind. Eine Diode D7 vermeidet eine außergewöhnliche Umkehrspannung an der
Basis und an dem Emitter des Transistors Q1. Statt Triacs
und "Multi Cycle Control" können
die Heizelemente auch mit Hilfe anderer elektronischer Schalter, wie
Relais, aktiviert werden.
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Die Toastzeit wird mit Hilfe einer
Zeitschaltung TMR eingestellt, wobei der Microcontroller IC1 den
Widerstandswert eines Steuerpotentiometers P1 und eines
Reihenwiderstandes R10 mit dem eines Bezugswiderstandes R11 vergleicht,
indem ein Kondensator C3 geladen und danach über den
Bezugswiderstand R11 und über das Potentiometer P1 und den
Widerstand R10 entladen wird, und durch einen Vergleich
der Entladezeiten. Der Microcontroller IC1 misst weiterhin
die Temperatur in dem Toaster dadurch, dass der Widerstandswert
einer Widerstandsschaltung mit einem tmperatur-abhängigen Widerstand NTC mit
dem Bezugswiderstand R11. Dies ermöglicht es, dass die eingeschaltete
Zeit für
einen kalten oder einen warmen Toaster korrigiert wird.
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Mit Hilfe der Schalter S1, S2 und S3 kann eine
Anzahl Programm-Möglichkeiten
selektiert werden, wobei Indikatoren LED1, LED2 und LED3 angeben,
welche Möglichkeiten
selektiert worden sind. Mit Hilfe des Schalters S1 kann
ein einseitiges Toasten gewählt
werden. In dem Fall wird nur eines der Heizelemente H1 oder H2 aktiviert.
Mit Hilfe des zweiten Schalters S2 ist es möglich, die
Toastzeit für
gefrorenes Brot zu korrigieren und mit Hilfe des dritten Schalters S3 wird
die Toastzeit auf eine feste Dauer begrenzt.
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Der IR-Photo-Emitter 8 ist
eine IR-LED, die über
einen Treiber-Transistor Q3 mit Hilfe einer Rechteckspannung
an der Basis der Treiber-Transistors Q3 von dem Microcontroller IC1 ein-
und angeschaltet wird. Der Photo-Empfänger 9 empfängt das Licht
von dem Photo-Emitter 8, wenn die Höhe des zu toastenden Produktes
kleiner ist als ein bestimmter Wert. Das von dem Photoempfänger empfangene Signal
wird durch eine in 6 dargestellte
Schaltungsanordnung verstärkt,
gefiltert und begrenzt und wird als HD-Signal dem Microcontroller IC1 zugeführt. Wenn
der Microcontroller IC1 eine Rechteckspannung empfängt, wird
das Tastverhältnis
der elektronischen Schalter TRIAC1 und TRIAC2 derart eingestellt,
dass sie weniger Leistung liefern und wenn sie nicht eine Recht eckspannung
empfangen, wird das Tastverhältnis
derart eingestellt, dass sie mehr Leistung liefern.
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In der in 6 dargestellten Schaltungsanordnung wird
der pulsierende Photo-Strom des Photo-Empfängers 9 von einem
Verstärker IC2C und
einem Rückkopplungswiderstand R33 in
eine pulsierende Spannung umgewandelt, wobei eine Vergleichsschaltung IC2B diese
Spannung mit einer Schwellenspannung vergleicht, die einer Hysterese ausgesetzt
ist, damit der Effekt der Interferenz auf die pulsierende Spannung
unterdrückt
wird. Mit Hilfe eines Widerstandes R42, eines Kondensators C11,
eines integrierenden Pufferverstärkers IC2A und
eines Widerstandes R43 wird die pulsierende Spannung in einen
Strom umgewandelt, der in Gegenphase zu dem Eingang des Verstärkers IC2C zurückgeführt wird,
was zu einer hohen Unterdrückung
unerwünschter
niedriger Frequenzen in dem Photo-Strom des Photo-Empfängers 9 führt.
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Für
die Ausführungsform
mit dem motor-betriebenen Heber, wie in 4 dargestellt, sollte die in 5 dargestellte Schaltungsanordnung um
eine Schaltungsanordnung zum Betreiben des Motors 10 erweitert
werden. Weiterhin sollte das Programm des Microcontrollers IC1 eine
Routine zum Messen der Aktivierungszeit, worin der Lichtstrahl unterbrochen wird,
enthalten und, gewünschtenfalls,
eine andere Routine zum Messen der Transportzeit, die zwischen dem
Zeitpunkt, wo die Unterbrechung des Lichtstrahls anfängt, und
dem Zeitpunkt, wo die Endlage des Hebers 6 erreicht wird,
vergeht. Zum Zentrieren des Brotes in bezug auf die Heizelemente
sollte das Programm des Microcontrollers IC1 eine Routine
enthalten zum Aktivieren des Motors 10 in der umgekehrten
Richtung nachdem die Endlage des Hebers 6 erreicht worden
ist.
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Die Unterbrechung des Lichtstrahles
kann auch benutzt werden zum automatischen Aktivieren des motor-betriebenen
Hebers. Dazu ist es auf alternative Weise auch möglich, eine Abtastanordnung
zu verwenden auf Basis eines oder mehrerer mechanischer Sensoren.
Wenn eine Brotscheibe in den Schlitz 3 eingeschoben wird,
wird der Lichtstrahl unterbrochen. Dies wird von dem Microcontroller IC1 bemerkt,
der danach den motorbetriebenen Heber in Gang setzt. Dazu sollten
die elektrischen Schaltungsanordnungen für den Sensor, die Signalverarbeitung
für das
Sensorsignal und den motor-betriebenen Heber von Spannungen gespeist
werden, die sich in der Bereitschaftslage befinden, wenn der Toaster
an die Netzspannung angeschlossen ist.
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7 zeigt
eine alternative Form der Ausführungsform
aus 4, wobei der motor-betriebene Heber
zum genauen Ermitteln der Größe der Scheibe benutzt
worden ist. Diese genaue Ermittlung ist aber auch möglich bei
einem von Hand betriebenen Heber. 7 zeigt
den gleichen Toaster wie in 4 dargestellt,
aber statt motor-betrieben wird der Heber nun von Hand betrieben,
und zwar mit Hilfe des Hebels 12, in der gleichen Art und
Weise wie der in 3 dargestellte
Toaster. Die von dem Heber 6 zurückgelegte Strecke wird mit
Hilfe einer mechanischen Kammstruktur 16 gemessen, die
auf dem Heber 6 angeordnet ist und die mit einem Schalter 18 zusammenarbeitet.
Auf dieselbe Art und Weise wie bei dem Toaster aus 4, ist die optische Sensoranordnung mit
dem IR-Photo-Emitter 8 und
dem IR-Empfänger 9 in
dem oberen Teil der Toastkammer 4 vorgesehen. Der Lichtstrahl
von dem IR-Photo-Emitter 8 wird unterbrochen, sobald die
Brotscheibe 5 in die Toastkammer 4 eintrifft,
wenn der Heber 6 mit Hilfe des Hebels 12 herunter
gefahren wird. Während
dieser Senkbewegung verursacht die Kammstruktur 16, dass
der Schalter 18 geöffnet
und geschlossen wird. Die Anzahl Male, dass der Schalter 18 während der
Unterbrechung des Lichtstrahls geöffnet und geschlossen wird,
ist ein Maß der
von dem Heber zurückgelegten
Strecke und folglich der Größe der Scheibe 5 und
kann folglich mit Hilfe einer elektronischen Zählschaltung gemessen werden.
Die Zählimpulse
können
auch von anderen Mitteln erzeugt werden, beispielsweise mit Hilfe
eines zusätzlichen
Photo-Emitters und Photo-Empfängers,
dessen Lichtstrahl durch einen Lochstreifen unterbrochen wird, der,
so wie die Kammstruktur 16, an dem Heber 6 vorgesehen
ist. Außerdem
kann der dargestellte IR-Photo-Emitter 8 und der IR-Empfänger auch
benutzt werden zum Zählen
der Lichtimpulse, die mit Hilfe des Streifens erzeugt worden sind.
In dem Fall werden Impulse nur dann gezählt, wenn der Lichtstrahl nicht
von der Scheibe 5 unterbrochen wird, und die Messung ist
im Wesentlichen eine Detektion des Fehlens von Brot. Die Signale
von dem IR-Empfänger 9 und
des Schalters 18 werden in einer Steuereinheit CU auf
eine Art und Weise verarbeitet, die derjenigen aus 2 entspricht. Die Steuereinheit CU steuert
die Leistung der Heizelemente H1 und H2 auf der
Basis des Impulszählung.
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Als Alternative für die Messung der zurückgelegten
Strecke des Hebers 6 kann eine Drehpotentiometer benutzt
werden, dessen Läufer über eine Transmission
mit dem Heber 6 gekoppelt ist oder ein längliches
Schiebepotentiometer, das vertikal in der Toastkammer 4 angeordnet
ist, dessen Läufer
mit dem Heber 6 gekuppelt ist. Die Variation des Widerstandes
des Potentiometers bildet dann ein Maß der zurückgelegten Strecke des Hebers 6.