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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Magnetsensorvorrichtung zur Erfassung
des Schließzustands
einer Tür
eines Geräts
aus dem Bereich Weiße-Ware.
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Bei
Geräten
aus dem Bereich Weiße-Ware, wie
beispielsweise Geschirrspülern,
wurden früher zur
Erfassung des Schließzustands
von Türen
der Geräte
Mikroschalter eingesetzt, welche direkt in den 230V Stromkreis der
Geräte
integriert wurden. Der Einbau eines Mikroschalters erfordert jedoch
einen Durchbruch im Gehäuse
des Geräts.
Um die Notwendigkeit eines Durchbruchs zu umgehen und weitere Nachteile
von Mikroschaltern, wie zum Beispiel eine Beeinträchtigung
ihrer Funktionstüchtigkeit
durch Verschmutzung, zu überwinden,
wurden berührungslose
Schalter entwickelt. Besonders zu nennen sind hierbei Reed-Schalter,
welche durch einen im Gerät verbauten
Magneten betätigt
werden. Für
den Einsatz von Reed-Schaltern in sicherheitsrelevanten Einsatzgebieten
schreibt DIN EN 60335-1 jedoch vor, dass die Reed-Schalter doppelt
ausgeführt
sein müssen,
um somit auch mögliche
Fehlerzustände
der Reed-Schalter erfassen zu können.
Ein sicherheitsrelevantes Einsatzgebiet liegt beispielsweise bei
der Erfassung des Schließzustands
der Tür
eines Geschirrspülers
vor. Wenn die Tür
des Geschirrspülers während des
Betriebs von einer Person geöffnet wird,
kann die Person durch austretendes, heißes Spülwasser geschädigt werden.
Um einer möglichen Schädigung der
Person vorzubeugen, muss der Schließzustand der Tür des Geschirrspülers einwandfrei
feststellbar sein, so dass bei einer Öffnung der Tür des Geschirrspülers während des
Betriebs die Spülwasserpumpe
des Geschirrspülers
rechtzeitig ausschaltbar ist. Neben der vorgeschriebenen doppelten
Ausführung
in sicherheitsrelevanten Einsatzgebieten besitzen Reed-Schalter
weiterhin den Nachteil, dass sie unter bestimmten Umständen in
einem Zustand verharren können
und eine Änderung der
zu erfassenden Größe nicht
mehr detektieren.
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Aufgrund
des enormen Kostendrucks bei Geräten
aus dem Bereich Weiße-Ware
besteht bei deren Entwicklung und Herstellung die Notwendigkeit
zur ständigen
Kostenreduzierung, wobei jedoch die Gebrauchsfähigkeit und Funktionssicherheit
erhalten bleiben oder sogar verbessert werden soll. Kosteneinsparungen
bei Geräten
aus dem Bereich Weiße-Ware
sind unter anderem durch die Verwendung von Vorrichtungen, die mit
weniger und/oder billigeren Bauteilen auskommen, zu erreichen.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
zur Erfassung des Schließzustands
einer Tür
eines Geräts
aus dem Bereich Weiße-Ware
zur Verfügung
zu stellen, die im Vergleich zu einer Vorrichtung nach dem Stand
der Technik zur Erfassung des Schließzustands einer Tür eines
Geräts
aus dem Bereich Weiße-Ware
kostengünstiger
und Bauraum sparender ist und gleichzeitig verbesserte Eigenschaften
bezüglich
der Zuverlässigkeit
besitzt.
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Diese
Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Magnetsensorvorrichtung
gelöst.
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Eine
erfindungsgemäße Magnetsensorvorrichtung
zur Erfassung des Schließzustands
einer Tür
eines Geräts
aus dem Bereich Weiße-Ware
weist eine Erfassungseinheit, die einen Magneten zur Erzeugung eines
Magnetfelds und einen Hallsensor zur Erzeugung eines Ausgangsstroms
in Abhängigkeit des
vom Magneten erzeugten Magnetfelds aufweist, und eine Auswerteeinheit
zur Bestimmung anhand des Ausgangsstroms ob ein geschlossener Zustand der
Tür, ein
geöffneter
Zustand der Tür,
eine Unterbrechung im Schaltkreis der Magnetsensorvorrichtung oder
ein Kurzschluss im Schaltkreis der Magnetsensorvorrichtung vorliegt,
auf.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung
sind der Magnet und der Hallsensor relativ zueinander mittels einer
Bewegung der Tür
des Geräts
bewegbar angeordnet.
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Vorzugsweise
sind in dieser Ausführungsform
der Hallsensor an der Tür
des Geräts
und der Magnet in einer Anlagefläche
der Tür
am Gehäuse des
Geräts
angeordnet. Eine umgekehrte Anordnung von Magnet und Hallsensor
ist ebenfalls möglich.
Im geschlossenen Zustand der Tür
des Geräts
sind der Magnet und der Hallsensor nebeneinander positioniert, so
dass der Hallsensor das vom Magneten erzeugte Magnetfeld erfasst
und einen ersten Ausgangsstrom erzeugt. Durch ein Öffnen der
Tür des Geräts entfernen
sich Magnet und Hallsensor voneinander, so dass der Hallsensor das
vom Magneten erzeugte Magnetfeld nicht mehr erfasst und einen zweiten
Ausgangsstrom erzeugt.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung
weist die Erfassungseinheit ferner ein Stellglied zur Abdeckung
des vom Magneten erzeugten Magnetfelds durch Einführen des
Stellglieds in einen Raum zwischen dem Magneten und dem Hallsensor auf,
wobei das Stellglied einerseits und der Magnet sowie der Hallsensor
andererseits relativ zueinander mittels einer Bewegung der Tür des Geräts bewegbar angeordnet
sind.
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Vorzugsweise
sind in der weiteren bevorzugten Ausführungsform der Hallsensor und
der Magnet unbewegbar, nebeneinander am Gehäuse des Geräts angeordnet. Zwischen dem
Magneten und dem Hallsensor besteht ein Raum, in den das Stellglied einführbar ist.
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Das
Stellglied, das bevorzugterweise eine schmale, zungenförmige Gestalt
aufweist und aus einem magnetisierbaren Material besteht, ist vorzugsweise
bewegbar mit der Tür
des Geräts
verbunden.
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Alternativ
können
der Magnet und der Hallsensor nebeneinander an der Tür des Geräts angeordnet
sein, wobei das Stellglied dann unbewegbar an dem Gehäuse des
Geräts
angebracht ist.
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In
beiden Alternativen ist das Stellglied im geschlossenen Zustand
der Tür
des Geräts
in den Raum zwischen dem Magneten und dem Hallsensor eingeführt. Beim Öffnen der
Tür des
Geräts
wird das Stellglied aus dem Raum zwischen dem Magneten und dem Hallsensor
herausgeführt.
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Wenn
das Stellglied in den Raum zwischen dem Magneten und dem Hallsensor
eingeführt
ist, deckt es den Magneten ab, so dass der Hallsensor das vom Magneten
erzeugte Magnetfeld nicht erfasst und den zweiten Ausgangsstrom
erzeugt. Ist das Stellglied nicht in den Raum zwischen dem Magneten und
dem Hallsensor eingeführt,
wird der Magnet von dem Stellglied nicht abgedeckt und der Hallsensor
erfasst das vom Magneten erzeugte Magnetfeld und erzeugt den ersten
Ausgangsstrom.
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Je
nach Ausführungsform
des Hallsensors kann der Wert des ersten Ausgangsstroms größer oder
kleiner als der Wert des zweiten Ausgangsstroms sein. Der Wert des
ersten Ausgangsstroms und der Wert des zweiten Ausgangsstroms unterscheiden
sich durch einen ausreichend großen Werteabstand, so dass sie
eindeutig unterscheidbar sind.
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Liegt
eine Unterbrechung im Schaltkreis einer erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung vor,
ist der Wert des Ausgangsstroms des Hallsensors null oder kleiner
als der Wert des ersten Ausgangsstroms und kleiner als der Wert
des zweiten Ausgangsstroms.
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Bei
einem Kurzschluss im Schaltkreis einer erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung
ist der Wert des Ausgangsstroms des Hallsensors größer als
der Wert des ersten Ausgangsstroms und größer als der Wert des zweiten
Ausgangsstroms.
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Die
Auswerteeinheit bestimmt anhand des Werts des Ausgangsstroms des
Hallsensors, ob ein geschlossener Zustand der Tür, ein geöffneter Zustand der Tür, eine
Unterbrechung im Schaltkreis einer erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung oder
ein Kurzschluss im Schaltkreis einer erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung
vorliegt. Bevorzugterweise ist die Auswerteeinheit in eine Steuer- und/oder
Kontrolleinheit des Geräts,
die die Informationen der Auswerteeinheit zur Steuerung des Geräts nutzt,
integriert. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise als logische
Schaltung oder programmgesteuerter Mikroprozessor ausgeführt sein.
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Vorzugsweise
ist der Hallsensor ein unipolarer Zwei-Draht-Hallsensor, wie beispielsweise
ein Hallsensor der Serien A114x des Herstellers Allegro MicroSystems
Inc.
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Der
Magnet ist vorzugsweise ein Permanentmagnet, wobei der Magnet und
der Hallsensor aufeinander abgestimmt sind, so dass eine Beeinflussung
des Hallsensors durch fremde Magnetfelder nahezu vollständig ausschließbar ist.
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Die
Magnetsensorvorrichtung weist vorzugsweise einen Kondensator auf.
Der Kondensator bewirkt unter anderem eine präzisere Ausprägung der Schaltflanke
des Hallsensors und verringert externes sowie durch Choppern der
Hallplättchen
entstandenes Rauschen. Weiterhin dient der Kondensator zur Energieversorgung
bei Programmiervorgängen
und dazu, den Hallsensor vor Störimpulsen
zu schützen.
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Eine
erfindungsgemäße Magnetsensorvorrichtung
kann beispielsweise zur Erfassung des Schließzustands einer Tür eines
Geschirrspülers
verwendet werden.
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Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung im Folgenden eingehend erläutert.
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Es
zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung der Anordnung eines Magneten (3)
und eines Hallsensors (4) einer bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung
an einem Gerät,
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2 einen
elektrischen Schaltkreis einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung,
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3 einen
elektrischen Schaltkreis einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik
mit zwei Reed-Schaltern (8),
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4 eine
Veranschaulichung der von der Auswerteeinheit (6) der bevorzugten
Ausführungsform
gemäß 2 einer
erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung
anhand des Werts des Ausgangsstroms des Hallsensors (4)
bestimmten Zustände.
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Aus
der Darstellung gemäß 1 ist
eine schematische Darstellung der Anordnung eines Magneten (3)
und eines Hallsensors (4) einer bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung
an einem Gerät,
wie beispielsweise einem Geschirrspüler, ersichtlich. Die Darstellung
gemäß 1 zeigt
in der rechten Abbildung das Gerät
mit einem Gehäuse
(1), das nur teilweise dargestellt ist, und einer Tür (2),
die sich in einem geschlossenen Zustand befindet. In einem unteren
Bereich des Geräts
ist an dem Gehäuse
(1) der Magnet (3) angeordnet. Rechts neben dem
Magneten (3) ist an der Tür (2) der Hallsensor
(4) angeordnet, so dass der Hallsensor (4) im
geschlossenen Zustand der Tür (2)
das von dem Magneten (3) erzeugte Magnetfeld erfasst und
einen ersten Ausgangsstrom erzeugt. Die linke Abbildung der Darstellung
gemäß 1 zeigt das
Gerät mit
teilweise geöffneter
Tür (2).
Bei geöffnetem
Zustand der Tür
(2) ist der Hallsensor (4) nicht neben dem Magneten
(3) positioniert, so dass der Hallsensor (4) das
vom Magneten (3) erzeugte Magnetfeld nicht erfasst und
einen zweiten Ausgangsstrom erzeugt.
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Aus
der Darstellung gemäß 2 ist
ein elektrischer Schaltkreis einer bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung
ersichtlich. Links zeigt die Abbildung gemäß 2 eine Spannungsquelle
(U) zur Versorgung des Schaltkreises der erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung
mit Energie. Parallel zu der Spannungsquelle (U) sind ein Zwei-Draht-Hallsensor (4)
und ein Kondensator (5) geschaltet. Der Kondensator (5)
bewirkt unter anderem eine präzisere
Ausprägung
der Schaltflanke des Zwei-Draht-Hallsensors (4) und verringert
externes sowie durch Choppern der Hallplättchen entstandenes Rauschen.
Weiterhin dient der Kondensator (5) zur Energieversorgung
bei Programmiervorgängen
und dazu, den Zwei-Draht-Hallsensor (4) vor Störimpulsen
zu schützen.
Rechts zeigt die Darstellung gemäß 2 eine Auswerteeinheit
(6), die in der Abbildung gemäß 2 durch
einen Kasten, dargestellt ist. Die Auswerteeinheit (6)
kann beispielsweise eine logische Schaltung oder ein programmgesteuerter
Mikroprozessor sein. Eingabedaten der Auswerteeinheit (6) sind
die Werte des Ausgangsstroms des Zwei-Draht-Hallsensors (4).
Anstelle von Stromstärkewerten
können
auch Stromspannungswerte als Eingabedaten für die Auswerteeinheit (6)
dienen. Dazu wird am Widerstand (7) eine zum Ausgangsstrom
des Zwei-Draht-Hallsensors (4) proportionale Spannung abgegriffen.
Anhand des Werts des Ausgangsstroms des Zwei-Draht-Hallsensors (4)
oder der entsprechenden Spannung bestimmt die Auswerteeinheit (6),
ob ein erster Ausgangsstrom des Zwei-Draht-Hallsensors (4),
ein zweiter Ausgangsstrom des Zwei-Draht-Hallsensors (4),
eine Unterbrechung im Schaltkreis der erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung
oder ein Kurzschluss im Schaltkreis der erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung
vorliegt. In der Abbildung gemäß 2 ist
die Auswerteeinheit (6) ohne Datenausgänge dargestellt. Dies soll
andeuten, dass die Auswerteeinheit (6) bevorzugterweise
in eine Steuer- und/oder Kontrolleinheit, die den Datenausgang der
Auswerteeinheit (6) zur Steuerung eines Geräts nutzt,
integriert ist.
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Aus
der Darstellung gemäß 3 ist
ein elektrischer Schaltkreis einer Vorrichtung nach dem Stand der
Technik zur Erfassung des Schließzustands einer Tür eines
Geräts
aus dem Bereich Weiße-Ware
für den
Gebrauch in sicherheitsrelevanten Einsatzgebieten ersichtlich. Ein
Vergleich mit der Darstellung gemäß 2 zeigt,
dass die Vorrichtung nach dem Stand der Technik an Stelle des Zwei-Draht-Hallsensors
(4) und des Kondensators (5) der bevorzugten Ausführungsform
gemäß 2 einer
erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung zwei
Reed-Schalter (8) und drei Widerstände (7) benötigt. Die
Vorrichtung nach dem Stand der Technik erfordert somit mehr Bauteile,
deren elektrische Verbindung zudem aufwendiger ist.
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Die
Darstellung gemäß 4 veranschaulicht
die von der Auswerteeinheit (6) der bevorzugten Ausführungsform
gemäß 2 einer
erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung
anhand des Werts des Ausgangsstroms des Zwei-Draht-Hallsensors (4) bestimmten
Zustände.
Für die
drei in der Abbildung gemäß 4 unterschiedenen
Fälle ist
jeweils links der Schaltkreis der bevorzugten Ausführungsform gemäß 2 einer
erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung
und rechts der zugehörige
Wert des Ausgangsstroms des Zwei-Draht-Hallsensors (4) dargestellt.
Dabei sind in der rechten Darstellung des Werts des Ausgangsstroms
des Zwei-Draht-Hallsensors (4) immer alle vier möglichen
Werte durch horizontale Linien wiedergegeben, wobei der zur jeweiligen
linken Darstellung des Schaltkreises gehörige Wert durch eine durchgezogene
Linie und die restlichen Werte durch eine gestrichelte Linie dargestellt sind.
Lediglich im ersten Fall, wiedergegeben in den beiden obersten Teilabbildungen,
sind zwei Werte des Ausgangsstroms des Zwei-Draht-Hallsensors (4) mittels
durchgezogener Linien der linken Darstellung des Schaltkreises zugeordnet.
Der erste Fall stellt einen fehlerfreien Betriebszustand der erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung
dar und die beiden alternativ auftretenden Werte des Ausgangsstroms des
Zwei-Draht-Hallsensors (4) entsprechen einem ersten Ausgangsstrom
(I1), wenn der Zwei-Draht-Hallsensors (4)
ein von einem Magneten erzeugtes Magnetfeld erfasst, und einem zweiten Ausgangsstrom
(I2), wenn der Zwei-Draht-Hallsensors (4)
das von dem Magneten erzeugte Magnetfeld nicht erfasst. In der Darstellung
gemäß 4 ist
der Wert des ersten Ausgangsstroms (I1)
kleiner als der Wert des zweiten Ausgangsstroms (I2).
Dies ist abhängig
von der jeweiligen Ausführungsform
des Zwei-Draht-Hallsensors (4), so dass der Wert des ersten
Ausgangsstroms (I1) auch größer als
der Wert des zweiten Ausgangsstroms (I2)
sein kann. In der Darstellung gemäß 4 wären dann
die beiden Werte I1 und I2 vertauscht.
Der zweite Fall, wiedergegeben in den beiden mittleren Teilabbildungen,
stellt den Zustand dar, wenn ein Kurzschluss (K) im Schaltkreis
der erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung
vorliegt. In diesem Fall entspricht der Wert des Ausgangsstroms
des Zwei-Draht-Hallsensors
(4) einem maximalen Wert (Imax),
der größer als
beide Werte I1 und I2 ist.
Der dritte Fall, wiedergegeben in den beiden untersten Teilabbildungen,
stellt den Zustand dar, wenn eine Unterbrechung (UB) im Schaltkreis der
erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung vorliegt.
Der Wert des Ausgangsstroms des Zwei-Draht-Hallsensors (4) entspricht
in diesem Fall dem Wert Null (I0). Für die Auswerteeinheit
(6) ist der Wert I0 gleichbedeutend
mit einem Kurzschluss (K) unmittelbar am Widerstand (7).
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Eine
erfindungsgemäße Magnetsensorvorrichtung
erfordert im Vergleich zu einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik
zur Erfassung des Schließzustands
einer Tür
eines Geräts
aus dem Bereich Weiße-Ware
weniger Bauteile. Während
zum Beispiel eine Reed-Schalter-Vorrichtung, wie in der Darstellung
gemäß 3 gezeigt,
für den
Gebrauch in sicherheitsrelevanten Einsatzgebieten zwei Reed-Schalter
und drei Widerstände
benötigt,
sind für
eine erfindungsgemäße Magnetsensorvorrichtung
lediglich ein Zwei-Draht-Hallsensor
und ein Kondensator notwendig. Weiterhin ist ein Hallsensor zuverlässiger als
ein Reed-Schalter, da ein Hallsensor ein aktives Bauteil ist und
somit nicht in einem Zustand verharren kann.
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Durch
die erfindungsgemäße Erfassung
eines Kurzschlusses im Schaltkreis einer erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung
ist es möglich, einen
einzigen Hallsensor zur Erfassung des Schließzustands einer Tür in einem
sicherheitsrelevanten Einsatzgebiet einzusetzen.
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Eine
erfindungsgemäße Magnetsensorvorrichtung
ist somit im Vergleich zu einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik
kostengünstiger
sowie Bauraum sparender und besitzt gleichzeitig verbesserte Eigenschaften
bezüglich
der Zuverlässigkeit.
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- 1
- Gehäuse des
Geräts
- 2
- Tür des Geräts
- 3
- Magnet
- 4
- Hallsensor
- 5
- Kondensator
- 6
- Auswerteeinheit
- 7
- Widerstand
- 8
- Reed-Schalter
- I
- Stromstärke
- I0
- Stromstärke I =
0
- I1
- Stromstärke I entspricht
dem Wert des ersten Ausgangsstroms des Hallsensors
- I2
- Stromstärke I entspricht
dem Wert des zweiten Ausgangsstroms des Hallsensors
- Imax
- Stromstärke I entspricht
dem maximalen Wert
- K
- Kurzschluss
im Schaltkreis
- U
- Spannungsquelle
- UB
- Unterbrechung
im Schaltkreis