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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen berührungsempfindlichen Tastschalter,
und insbesondere einen berührungsempfindlichen
Tastschalter, der für
eine Bedienungseinrichtung eines elektronischen Haushaltsgeräts einsetzbar
ist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Der
grundsätzliche
Aufbau und das Grundprinzip eines berührungsempfindlichen Tastschalters sind
zum Beispiel aus der
DE
40 07 971 A1 bekannt. Der berührungsempfindliche Tastschalter
weist einen elektromagnetische Strahlung aussendenden Sender und
einen elektromagnetische Strahlung empfangenden Empfänger auf,
die hinter einer für
die elektromagnetische Strahlung zumindest teildurchlässigen Abdeckung
angeordnet sind. Eine vorteilhafte Anwendung derartiger berührungsempfindlicher Tastschalter
ist zum Beispiel der Einsatz in Bedienungseinrichtungen von Haushaltsgeräten, wie Kochherden,
Glaskeramik-Kochfeldern, Mikrowellenherden und dergleichen, bei
denen der Tastschalter, damit er einfach zu bedienen und auch zu
reinigen ist, hinter einer Abdeckung, wie beispielsweise einer Glasplatte
oder Glaskeramikplatte angeordnet ist.
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Für verschiedene
Bedienfunktionen eines elektronischen Haushaltsgeräts sind
so genannte Schieberegler von Vorteil, mit denen der Benutzer in analoger
Weise einen beliebigen Stellwert zwischen einem Minimalwert und
einem Maximalwert eingeben kann. Ein derartiger analoger Schieberegler
in der Ausführungsform
eines berührungsempfindlichen Tastschalters
der oben beschriebenen Art aus der
DE 10146996 A1 ist bekannt. Es besteht deshalb
Bedarf an einem solchen berührungsempfindlichen
Tastschalter, der eine exakte Regelung ermöglicht. Bei diesem Schieberegler
treten jedoch Probleme bei der lokalen Auflösungsfähigkeit benachbarter Sender und
Empfänger
auf, wodurch keine exakte Regelung möglich ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen berührungsempfindlichen Tastschalter
der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass er bei
einfachem Aufbau und mit möglichst
wenig Bauteilen in der Art eines Schiebereglers zu betätigen ist
und dabei eine exakte Auflösung
benachbarter Sender und Empfänger
ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch einen berührungsempfindlichen
Tastschalter mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Der
berührungsempfindliche
Tastschalter der Erfindung weist mehrere elektromagnetische Strahlung
aussendende Sender und mehrere elektromagnetische Strahlung empfangende
Empfänger, die
abwechselnd entlang eines Bedienfeldes hinter einer für die elektromagnetische
Strahlung zumindest teildurchlässigen
Abdeckung angeordnet sind, sowie eine Steuer- und Auswerteeinheit,
die mit den mehreren Sendern und Empfängern verbunden ist, zum Ansteuern
der mehreren Sender und Auswerten der Empfangssignale der mehreren
Empfänger
auf und ist erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet, dass die mehreren Sender in wenigstens zwei Gruppen
mit der Steuer- und Auswerteeinheit derart verbunden sind, dass
benachbarte Sender jeweils zu unterschiedlichen Gruppen gehören, und
dass die Steuer- und Auswerteeinheit die Sender der wenigstens zwei
Gruppen zeitlich versetzt ansteuert und die zeitlich versetzten
Empfangssignale der Empfänger miteinander
vergleicht, um die Position eines Betätigungselements auf dem Bedienfeld
zu bestimmen.
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Durch
das Vorsehen mehrerer Sender und Empfänger entlang eines Bedienfeldes
und das Vergleichen der Empfangssignale der Empfänger miteinander, ist es auf
einfache Weise möglich,
die Position zum Beispiel eines Fingers auf dem Bedienfeld in quasi
analoger Weise mit einer guten Auflösung zu bestimmen. Aufgrund
der zeitlich versetzten Ansteuerung von wenigstens zwei Sendergruppen
erhält man
von einem Empfänger
zwei Empfangssignale, die miteinander verglichen werden können, sodass die
Anzahl der erforderlichen Empfänger
deutlich reduziert werden kann. Außerdem muss wegen der wenigstens
zwei Sendergruppen nur jeweils ein Empfänger empfangsbereit sein, d.h.
ein Überstrahlen der übrigen Empfänger durch
zum Beispiel Fremdlicht ist für
die Eingabe eines Stellwerts unschädlich.
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Vorzugsweise
ist die elektromagnetische Strahlung eine Infrarot-Strahlung.
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Das
Bedienfeld kann sowohl geradlinig sein als auch eine geschlossene
Kurvenform (z.B. kreisförmig
oder oval) bilden.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung vergleicht die Steuer- und Auswerteeinheit die relativen Intensitätsniveaus
der zeitlich versetzten Empfangssignale der Empfänger miteinander. Mit anderen Worten
bestimmt die Steuer- und Auswerteeinheit, welches von zwei Empfangssignalen
ein höheres
Intensitätsniveau
aufweist, um daraus die grobe Position zum Beispiel eines Fingers
auf dem Bedienfeld zu bestimmen. Diese relativ grobe Auswertung
der Empfangssignale ist in vielen Fällen ausreichend, in denen über den
Tastschalter nur einige wenige vorgegebene Stellwerte eingebbar
sein sollen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung vergleicht die Steuer- und Auswerteeinheit die absoluten
Intensitätsniveaus
der zeitlich versetzten Empfangssignale der Empfänger miteinander. Falls dieser
Vergleich der absoluten Intensitätsniveaus
sogar unter Verwendung einer Quotientenbildung erfolgt, so sind
grundsätzlich
Stellwerte mit einer sehr feinen Auflösung eingebbar, sodass ein
quasi-analoger Schieberegler mit beliebigen Zwischenwerten realisierbar
ist. Der Verwendung des Quotienten der absoluten Intensitätsniveaus
hat den Vorteil, dass die Positionsbestimmung nicht von den erfassten
Absolutwerten selbst abhängt.
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Der
berührungsempfindliche
Tastschalter der Erfindung ist vorteilhafterweise in einer Bedienungseinrichtung
für ein
elektronisches Haushaltsgerät
einsetzbar. Dabei kann dem Tastschalter ferner eine Anzeigevorrichtung
zugeordnet sein, mit welcher dem Benutzer der über das Bedienfeld eingegebene
Stellwert des Tastschalters angezeigt wird, um die Eingabe eines
gewünschten
Stellwerts zu vereinfachen.
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Obige
sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der
nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender
Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich.
Darin zeigen:
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1 eine
stark vereinfachte schematische Seitenansicht eines berührungsempfindlichen
Tastschalters gemäß der vorliegenden
Erfindung zur Erläuterung
des Grundaufbaus;
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2 eine
Draufsicht eines Ausführungsbeispiels
einer Bedienungseinrichtung mit einem berührungsempfindlichen Tastschalter
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 eine
stark vereinfachte schematische Seitenansicht eines berührungsempfindlichen
Tastschalters gemäß der vorliegenden
Erfindung zur Erläuterung
der Funktionsweise;
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4 eine
schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels eines berührungsempfindlichen
Tastschalters gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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5A und 5B eine
tabellarische bzw. graphische Darstellung der Intensitätsniveaus
der Empfangssignale zur Erläuterung
der Funktionsweise der vorliegenden Erfindung.
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Unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen werden nun der Grundaufbau,
die Funktionsweise und verschiedene Ausführungsformen eines berührungsempfindlichen
Tastschalters der Erfindung im Detail beschrieben.
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Der
berührungsempfindliche
Tastschalter der Erfindung ist zum Beispiel ein Infrarot-Tastschalter für eine Bedienungseinrichtung
eines elektronischen Haushaltsgeräts, wie beispielsweise eines Kochherdes,
eines Mikrowellenherdes, eines Kochfeldes, einer Waschmaschine,
eines Wäschetrockners,
einer Spülmaschine
oder dergleichen, ohne dass die Erfindung auf eine elektromagnetische Strahlung
dieses Wellenlängenbereichs
oder diese spezielle Anwendung beschränkt ist.
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Wie
in 1 und 2 dargestellt, weist der Infrarot-Tastschalter 10 mehrere
Infrarot-Sender 12, 13 und
mehrere Infrarot-Empfänger 14 auf,
die abwechselnd entlang eines Bedienfeldes 22 hinter einer
für die
Infrarot-Strahlung zumindest teildurchlässigen Abdeckung 20 auf
einer Platine 16 angeordnet sind. Um eine Störung des Empfangssignals
der Empfänger 14 durch
eine Infrarot-Strahlung, die von den Sendern 12, 13 direkt
auf die Empfänger 14 fällt, zu
verhindern, sind die Empfänger
bevorzugt mit einer geeigneten Abschottung bzw. Blende 26 versehen.
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Zur
Auswertung der Empfangssignale der Empfänger 14 sind die Empfänger 14 mit
einer (nicht dargestellten) Steuer- und Auswerteeinheit 18 verbunden.
Die Sender 12, 13 sind ebenfalls mit der Steuer-
und Auswerteeinheit 18 verbunden, wobei die Sender 12, 13 in
wenigstens zwei Gruppen (z.B. Sender 12 der ersten Gruppe
und Sender 13 der zweiten Gruppe) mit der Steuer- und Auswerteeinheit 18 derart
verbunden sind, dass jeweils zwei benachbarte Sender 12, 13 einer
unterschiedlichen Sendergruppe zugeordnet sind. Die Steuer- und
Auswerteeinheit 18 steuert die den verschiedenen Sendergruppen
zugeordneten Sender 12 und 13 zeitlich versetzt
an.
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Wie
in 3 schematisch veranschaulicht, ist mit einem derart
aufgebauten Infrarot-Tastschalter 10 mit
insgesamt nur fünf
Empfängern 14 und
sechs Sendern 12, 13, die entlang eines geradlinigen
Bedienfeldes 22 abwechselnd angeordnet sind, zum Beispiel
die Eingabe von zehn Stellwerten 0...9 möglich. Hierzu ist es lediglich
erforderlich, dass die Steuer- und Auswerteeinheit 18 die
relativen Intensitätsniveaus
der zeitlich versetzten Empfangssignale miteinander zu vergleichen,
um zu bestimmen, welches Empfangssignal das höchste Intensitätsniveau
aufweist, und daraus die grobe Position 0...9 zum Beispiel eines
Fingers auf dem Bedienfeld 22 zu ermitteln.
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Der
auf diese Weise eingegebene Stellwert wird dem Benutzer vorzugsweise über eine
dem Infrarot-Tastschalter 10 zugeordnete Anzeigevorrichtung 24 angezeigt,
die zum Beispiel als eine LED-Reihe (siehe 2) oder
eine digitale Anzeige ausgebildet sein kann.
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Zur
Verdeutlichung des Auswerteverfahrens zeigen 5A und 5B in
tabellarischer bzw. graphischer Form die Intensitätsniveaus
Iab der zeitlich versetzten Empfangssignale
b der Empfänger
a in Abhängigkeit
der Position d eines Fingers auf dem Bedienfeld 22. In
dem Ausführungsbeispiel
von 5A und 5B beträgt der regelmäßige Abstand
zwischen einem Sender und einem Empfänger 5 mm, der regelmäßige Abstand
zwischen benachbarten Empfängern
beträgt
10 mm, und der regelmäßige Abstand
zwischen benachbarten Sendern beträgt 10 mm.
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Ein
Wert d = 0,0 mm bedeutet, dass ein Finger an der Position 0 (siehe 3)
zwischen dem ersten Sender 12 der ersten Gruppe und dem
ersten Empfänger 14 positioniert
ist, sodass das Intensitätsniveau
I11 des Empfangssignals des ersten Empfängers 14 als
Reaktion auf das am Finger reflektierte Infrarotsignal des ersten
Senders 12 hier 100 beträgt, während das Intensitätsniveau
I12 des Empfangssignals des ersten Empfängers 14 als
Reaktion auf das am Finger reflektierte Infrarotsignal des zweiten
Senders 13, der zeitlich versetzt zu dem ersten Sender 12 angesteuert
wird, nur 60 beträgt.
Durch einen Vergleich dieser relativen Intensitätsniveaus I11 und
I12 kann die Steuer- und Auswerteeinheit 18 ermitteln, dass
das I11 > I12 und dass daher der Finger irgendwo zwischen
dem ersten Sender 12 und dem ersten Empfänger 14 positioniert
ist. Werden durch die Steuer- und Auswerteeinheit 18 sogar
die absoluten Intensitätsniveaus
ausgewertet, so kann die Steuer- und Auswerteeinheit 18 anhand
zum Beispiel der Tabelle von 5A oder
einer geeigneten Formel bestimmen, dass für I11 =
100 und I12 = 60 der Finger exakt in der
Mitte zwischen dem ersten Sender 12 und dem ersten Empfänger 14 positioniert
ist.
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Der
zuletzt beschriebene Vergleich der absoluten Intensitätsniveaus
erfolgt dabei bevorzugt mittels einer Quotientenbildung der beiden
Intensitätsniveaus.
Wertet man den exakten Quotientenwert aus, so erhält man einen
analogen Wert der Position des Fingers auf dem Bedienfeld 22.
Die Positionsbestimmung über
einen Quotienten der absoluten Intensitätsniveaus hat gegenüber einem
direkten Vergleich der absoluten Intensitätsniveaus den entscheidenden
Vorteil, dass die Positionsbestimmung durch die Steuer- und Auswerteeinheit 18 von
den absoluten Intensitätsniveaus,
die u.a. von Fremdlichteinfall, Reflexionseigenschaften der Abdeckung
und des Fingers, Alterungserscheinungen der Bauteile, usw. abhängen, unabhängig ist.
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Der
nächste
Wert d = 2,5 mm bedeutet, dass ein Finger genau über dem ersten Empfänger 14 positioniert
ist, sodass sowohl das Intensitätsniveau
I11 des Empfangssignals des ersten Empfängers 14 als Reaktion
auf das am Finger reflektierte Infrarotsignal des ersten Senders 12 als
auch das Intensitätsniveau I12 des Empfangssignals des ersten Empfängers 14 als
Reaktion auf das am Finger reflektierte Infrarotsignal des zweiten
Senders 13 gleichermaßen
85 beträgt.
Das Intensitätsniveau
I21 des Empfangssignals des zweiten Empfängers 14 als
Reaktion auf das am Finger reflektierte Infrarotsignal des ersten
Senders 12 beträgt
dagegen nur 25, was unterhalb eines Schwellenwerts Ith für die Erkennbarkeit
des Reflexionssignals bei einer Fremdlichteinstrahlung liegt, während das
Intensitätsniveau
I22 des Empfangssignals des zweiten Empfängers 14 als
Reaktion auf das am Finger reflektierte Infrarotsignal des zweiten
Senders 13 nicht mehr messbar ist. Durch einen Vergleich
der relativen Intensitätsniveaus
I11 und I12 kann die
Steuer- und Auswerteeinheit 18 ermitteln, dass das I11 = I12 und dass
daher der Finger genau über dem
ersten Empfänger 14 positioniert
ist.
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Verschiebt
der Benutzer den Finger um weitere 2,5 mm zu einer Position zwischen
dem ersten Empfänger 14 und
dem zweiten Sender 13, so beträgt das Intensitätsniveau
I11 des Empfangssignals des ersten Empfängers als
Reaktion auf das am Finger reflektierte Infrarotsignal des ersten
Senders 60, das Intensitätsniveau I12 des
Empfangssignals des ersten Empfängers
als Reaktion auf das am Finger reflektierte Infrarotsignal des zweiten
Senders aus der zweiten Sendergruppe beträgt 100, und das Intensitätsniveau
I21 des Empfangssignals des zweiten Empfängers als
Reaktion auf das am Finger reflektierte Infrarotsignal des ersten
Senders aus der ersten Sendergruppe beträgt 60. Durch einen Vergleich der
relativen Intensitätsniveaus
I11 und I12 oder
I12 und I21 kann
die Steuer- und Auswerteeinheit 18 ermitteln, dass das
I11 < I12 bzw. I12 > I21 und
dass daher der Finger irgendwo zwischen dem ersten Empfänger 14 und
dem zweiten Sender 13 positioniert ist. Durch Auswertung
der absoluten Intensitätsniveaus
I11, I12, I21 lässt
sich die Position des Fingers wieder exakt bestimmen.
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Durch
weiteres Verschieben des Fingers entlang des Bedienfeldes 22 lassen
sich so bei Auswertung der relativen Intensitätsniveaus der Empfangssignale
einfach die Stellwerte 0...9 eingeben, und bei Auswertung der absoluten
Intensitätsniveaus
der Empfangssignale können
die Stellwerte in quasi analoger Weise mit Zwischenwerten bei hoher
Genauigkeit bzw. Auflösung
eingegeben werden.
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Während oben
das Bedienfeld 22 des Infrarot-Tastschalters im Wesentlichen
geradlinig ausgebildet ist, ist es alternativ auch möglich, dass
das Bedienfeld die Form einer geschlossen Kurve bildet, d.h. zum
Beispiel kreisförmig
oder oval ausgebildet ist, wie in 4 veranschaulicht.
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In
dem Ausführungsbeispiel
von 4 ist das Bedienfeld 22 auf der Abdeckung 20 der
Bedienungseinrichtung vorzugsweise optisch gekennzeichnet, um dem
Benutzer die Position des Tastschalters anzuzeigen und die Eingabe
zu vereinfachen. Die Sender 12, 13 der ersten
und der zweiten Sendergruppe sind in Draufsicht außerhalb
des kreisförmigen
Bedienfeldes 22 angeordnet, während die Empfänger 14 innerhalb
des Bedienfeldes 22 angeordnet sind. Selbstverständlich ist
aber auch eine andere, z.B. umgekehrte Anordnung der Sender und Empfänger möglich.
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Mit
nur sechs Empfängern 14 und
insgesamt sechs Sendern 12, 13 einer ersten und
einer zweiten Sendergruppe können
selbst bei der Auswertung nur der relativen Intensitätsniveaus
der Empfangssignale einfach zwölf
Stellwerte 0...12 eingegeben werden. Bei der Auswertung der absoluten
Intensitätsniveaus der
Empfangssignale können
auch Zwischenwinkelpositionen ermittelt und die Stellwerte somit
quasi analog eingegeben werden.
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Bei
der geschlossenen Kurvenform des Bedienfeldes 22 ist es
auch denkbar, einen unendlich langen Schieberegler aufzubauen. Des
weiteren ist es denkbar, dass die Steuer- und Auswerteeinheit 18 bei
dem ersten Aufsetzen des Fingers an einer Winkelposition über die
Anzeigevorrichtung einen Vorschlagswert anzeigt, der dann von dem
Benutzer durch Verschiebend des Fingers entlang des Bedienfeldes 22 verändert werden
kann.
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Wie
oben beschrieben, ist mit dem erfindungsgemäßen Tastschalter trotz einer
geringen Anzahl von Bauteilen eine relativ hohe Auflösung der Positionsbestimmung
möglich.
Dies ist darin begründet,
dass durch die zeitlich versetzte Ansteuerung von benachbarten Sendern 12, 13 von
jedem Empfänger 14 zwei
Empfangssignale abgeleitet werden können, die von der Steuer- und
Auswerteeinheit 18 miteinander verglichen werden. Dies
hat den weiteren Vorteil, dass jeweils nur ein Empfänger 14 empfangsbereit
sein muss, d.h. nicht durch Fremdlicht überstrahlt sein darf. Bei einem
Sender 12, 13 besteht die Problematik einer Überstrahlung
durch Fremdlicht dagegen nicht. Durch die Aufteilung der Sender 12, 13 in
zwei Sendergruppen kann zum Beispiel die Anzahl der Bauteile gegenüber einem
Tastschalter ohne Sendergruppierung, bei dem jeweils zwei Empfänger ausgewertet
werden müssen,
halbiert werden.
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Während in
den obigen Ausführungsbeispielen
die Sender 12, 13 in eine erste Sendergruppe und eine
zweite Sendergruppe aufgeteilt sind, die entlang des Bedienfeldes 22 alternierend
angeordnet sind, sodass zwei benachbarte Sender 12, 13 immer
unterschiedlichen Sendergruppen angehören, ist die vorliegende Erfindung
nicht hierauf beschränkt.
So können
die Sender 12, 13 auch in drei oder mehr Sendergruppen
eingeteilt werden, die von der Steuer- und Auswerteeinheit 18 zeitlich
versetzt zueinander angesteuert werden. Grundsätzlich ist auch möglich, dass
jede Sendergruppe nur einen Sender umfasst, der einzeln und zeitlich
versetzt zu allen übrigen
Sendern angesteuert wird.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, dass durch die Steuer- und Auswerteeinheit
Zusatzfunktionen, wie beispielsweise Schnelllauf, Langsamlauf, Wertevorgaben
und dergleichen, unterstützt
werden.
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- 10
- Tastschalter
- 12
- Sender
der ersten Gruppe
- 13
- Sender
der zweiten Gruppe
- 14
- Empfänger
- 16
- Platine
- 18
- Auswerte-
und Steuereinheit
- 20
- Abdeckung
- 22
- Bedienfeld
- 24
- Anzeigevorrichtung
- 26
- Abschottung