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Die
Erfindung betrifft eine Bedieneinrichtung zum Erzeugen von elektrischen
Steuersignalen mit einem bewegbar gelagerten Bedienelement, das
zumindest zwei Bewegungs-Freiheitsgrade aufweist und dem eine Sensoreinrichtung
zum Erfassen von unterschiedlichen Schaltstellungen des Bedienelements
zugeordnet ist, die zumindest zwei Sendemittel und zumindest zwei
Empfangsmittel aufweist, die relativ beweglich zueinander angeordnet
sind.
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Aus
der
EP 1 003 186 A1 ist
ein Wählschalter zur sicheren Positionserkennung einer
von dem Wählschalter eingenommenen Position bekannt. Der Wählschalter
ist für eine Steuerung eines automatischen Schaltgetriebes
vorgesehen und wird einem Benutzer eines Kraftfahrzeuges als Bedieneinrichtung
zum Erzeugen entsprechender elektrischer Steuersignale zur Verfügung
gestellt. Der Wählschalter weist ein bewegbar gelagertes
Bedienelement auf, das in einer Längsrichtung und in einer
Querrichtung bewegbar ist und somit zwei Bewegungs-Freiheitsgrade
aufweist. Dem Bedienelement ist eine Sensoreinrichtung zum Erfassen
von unterschiedlichen Schaltstellungen des Bedienelements zugeordnet.
Die Sensoreinrichtung ist aus einer ersten Anzahl von Hall-Sensoren,
die mit dem Wählschalter verbunden sind, und einer zweiten,
größeren Anzahl von Magneten zur Beeinflussung
der Hall-Sensoren aufgebaut. Durch eine entsprechende Anordnung der
Hall-Sensoren und der Magnete kann für jede Schaltstellung
des Wählschalters ein spezifisches Signalmuster ermittelt
werden, das an eine Steuereinrichtung zur Beeinflussung eines automatischen Kraftfahrzeuggetriebes
weitergeleitet wird. Bei der bekannten Bedieneinrichtung ist sowohl
die Anzahl der Hall-Sensoren als auch die Anzahl der Magnete erheblich
größer als die Anzahl der unterschiedlichen Schaltstellungen,
die der Wählschalter einnehmen kann.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Bedieneinrichtung bereitzustellen,
die gegenüber dem Stand der Technik einen vereinfachten
Aufbau aufweist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Bedieneinrichtung der eingangs genannten
Art gelöst, bei der die Sendemittel in einer ersten Richtung
linear angeordnet sind und die Empfangsmittel in einer zweiten Richtung,
die abweichend von der ersten Richtung gewählt ist, linear
angeordnet sind. Bei einer linearen Anordnung sind die Sende- bzw.
Empfangsmittel in der jeweiligen Richtung in Reihe angeordnet und
liegen zumindest im Wesentlichen auf einer gemeinsamen Achse. Die
abweichende Ausrichtung der Sendemittel gegenüber den Empfangsmitteln
bewirkt, dass bei einer Relativbewegung zwischen den Sendemitteln
und den Empfangsmitteln in Richtung des ersten Bewegungs-Freiheitsgrades
erste Signalmuster auftreten. Bei einer Bewegung in Richtung des zweiten
Bewegungs-Freiheitsgrades treten zweite Signalmuster, die von den
ersten Signalmustern eindeutig unterscheidbar sind. Damit kann mit
Hilfe der erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung
eine gleiche Anzahl von Schaltstellungen mit einer gegenüber dem
Stand der Technik reduzierten Anzahl von Sende- und Empfangsmitteln
anhand entsprechender elektrischer Steuersignale voneinander unterschieden
werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass
zumindest ein Sendemittel in eine Übertragungsstellung
gegenüber jedem Empfangsmittel bringbar ist. In einer Übertragungsstellung
wirkt das Sendemittel derart auf das Empfangsmittel ein, dass bei
diesem ein eindeutig unterscheidbares elektrisches Steuersignal hervorgerufen
wird. Dieses Steuersignal kann von einer Steuereinrichtung erfasst
werden, um die unterschiedlichen Schaltstellungen voneinander zu
unterscheiden. Wenn zumindest ein Sendemittel in eine Übertragungsstellung
gegenüber jedem Empfangsmittel gebracht werden kann, wird
die Anzahl der Empfangsmittel in vorteilhafter Weise ausgenutzt. Dadurch
kann mit einer geringen Anzahl von Sendemitteln und Empfangsmitteln
eine Vielzahl von unterschiedlichen Schaltstellungen des Bedienelements ermittelt
werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die zumindest
zwei Sendemittel gemeinsam in eindeutig unterscheidbare Übertragungsstellungen
gegenüber den Empfangsmitteln bringbar sind. Dazu wird eine
Wechselwirkung zwischen den zumindest zwei Sendemitteln, die typischerweise
ein elektromagnetisches oder magnetisches Feld aussenden, erzielt.
Das aus den zumindest zwei Feldern der Sendemittel gebildete Summenfeld
wirkt auf die Empfangsmittel ein und ermöglicht damit eine
Unterscheidung der Schaltstellungen.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Sendemittel gemeinsam in eindeutig unterscheidbare Übertragungsstellungen
gegenüber jedem der Empfangsmittel bringbar sind. Hierbei
findet somit eine besonders vorteilhafte Ausnutzung der vorgesehenen
Sendemittel und Empfangsmittel statt, wodurch mit einer minimalen
Anzahl von Sendemitteln und Empfangsmitteln eine vorgegebene Anzahl
von unterschiedlichen Schaltstellungen des Bedienelements ermittelt werden
kann.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anzahl der
Sendemittel mit der Anzahl der Empfangsmittel übereinstimmend
gewählt ist. Dies ermöglicht eine besonders vorteilhafte
symmetrische Anordnung der Sendemittel und der Empfangsmittel. Durch
die symmetrische Anordnung kann eine für einen Benutzer
gut nachvollziehbare Bedienbarkeit für die Bedieneinrichtung gewährleistet
werden.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sendemittel
und die Empfangsmittel derart relativ beweglich zueinander angeordnet
sind, dass mit m Sendemitteln und n Empfangsmitteln n·m
Schaltstellungen (ggf. einer Neutralstellung) ermittelbar sind.
Von Bedeutung ist hierbei, dass Signale der Empfangsmittel mit Hilfe
von Komparatoren ausgewertet werden, um entweder ein logisches ”High”-Signal
oder ein logisches ”Low”-Signal zu erzeugen und
somit eine digitale Verarbeitung der Schaltsignale zu ermöglichen.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Sendemittel
und der Empfangsmittel ergeben sich die unterscheidbaren Schaltstellungen
aus dem Produkt der ganzzahligen Anzahl m der Sendemittel und der
ganzzahligen Anzahl n der Empfangsmittel.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Richtung, in der die Sendemittel linear angeordnet sind,
orthogonal zu der Richtung, in der die Empfangsmittel angeordnet
sind, ausgerichtet ist. Damit kann in vorteilhafter Weise die vorstehend
genannte Bedingung erfüllt werden.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sendemittel
als Magnetmittel und die Empfangsmittel als Hall-Sensoren ausgebildet
sind. Die Verwendung von Magnetmitteln als Sendemittel erlaubt es,
die Bedieneinrichtung kostengünstig und hinsichtlich ihrer
Betriebssicherheit besonders zuverlässig einzurichten.
Als Magnetmittel werden Permanentmagnete eingesetzt, die ohne Energiezufuhr
ein permanentes magnetisches Feld aussenden können. Ein
weiterer Vorteil von Magnetmitteln liegt darin, dass durch die Polung
des Magnetfeldes eine zusätzliche Information an die Empfangsmittel übertragbar
ist. Um diese Information einfach auswerten zu können,
sind die Empfangsmittel als Hall-Sensoren ausgebildet. Bei Hall-Sensoren wird
durch die Kombination eines angelegten elektrischen Stroms und eines
senkrecht zum Strom einwirkenden, von den Magnetmitteln hervorgerufenen
Magnetfelds eine sog. Hall-Spannung erzeugt. Die Hall-Spannung kann
als Steuersignal abgenommen werden, von einem Komparator in ein
logisches ”Low”-Signal oder ein logisches ”High”-Signal
gewandelt werden und an eine Steuereinrichtung übermittelt
werden.
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Die
Auswertung der Signale kann auch analog anhand der gemessenen Spannung
der Empfangsmittel erfolgen, so daß ein Vielzahl von Schaltstellungen
detektiert werden können.
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Neben
Hallsensoren können auch andere Sensortypen, wie z. B.
magnetoresistive Sensoren, eingesetzt werden.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind
die Magnetmittel an dem beweglich gelagerten Bedienelement angeordnet.
Damit kann zwischen den Sendemitteln und den Empfangsmitteln eine
kontaktlose Informationsübertragung vorgenommen werden,
ohne dass das Bedienelement eine eigene Energieversorgung benötigt.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass benachbarte
Magnetmittel jeweils gegenpolig zueinander ausgerichtet sind, wobei
Magnetachsen der Magnetmittel orthogonal zu der ersten Richtung
ausgerichtet sind. Durch eine gegenpolige Anordnung benachbarter
Magnetmittel kann eine besonders vorteilhafte Unterscheidbarkeit
der benachbarten Sendemittel verwirklicht werden, sodass die Empfangsmittel
in vorteilhafter Weise eindeutig angesteuert werden können.
Zu diesem Zweck ist vorgesehen, dass die Magnetachsen der Magnetmittel
vorzugsweise parallel zueinander ausgerichtet sind und orthogonal
zu der ersten Richtung, in der die Sendemittel angeordnet sind,
ausgerichtet sind. Dies ermöglicht eine besonders vorteilhafte
Unterscheidbarkeit für die hervorgerufenen Hall-Spannungen.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bedienelement
in einem Kugelgelenk gelagert ist, das zwei rotatorische Freiheitsgrade
der Bewegung ermöglicht. Durch Verwendung eines Kugelgelenks
kann eine besonders einfache Gestaltung des Bedienelements verwirklicht
werden, wie sie beispielsweise für einen Einsatz als Lenkstockhebel
in einem Kraftfahrzeug geeignet ist. Ein derartiger Lenkstockhebel
kann beispielsweise zum Steuern der Kraftfahrzeugbeleuchtung vorgesehen
sein, wobei mehrere Schaltstellungen für das Bedienelement
vorgesehen sind. Mit den Schaltstellungen kann beispielsweise eine
Abblendlichtfunktion, eine Fernlichtfunktion, eine Parklichtfunktion
und eine Aus-Stellung angesteuert werden. Zu diesem Zweck ist der
Lenkstockhebel typischerweise in Fahrtrichtung vor dem Lenkrad angeordnet
und kann vom Benutzer des Kraftfahrzeugs in einfacher Weise durch
Verkippen in die unterschiedlichen Schaltstellungen gebracht werden.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sendemittel
gegenüber den Empfangsmitteln in eine Neutralstellung bringbar sind,
in der keines der Sendemittel in einer Übertragungsstellung
gegenüber einem der Empfangsmittel liegt. In dieser Neutralstellung
wird somit keines der Empfangsmittel durch ein Sendemittel angesteuert. Dem
Lenkstockhebel kann eine Federeinrichtung zugeordnet sein, die derart
eingerichtet ist, dass der Lenkstockhebel ohne Einwirkung einer
Betätigungskraft in einer Neutralposition angeordnet ist.
Wird eine Betätigungskraft auf den Lenkstockhebel ausgeübt,
wird dieser aus der Neutralposition in eine der Schaltstellungen
ausgelenkt und es wird ein Schaltsignal von der Bedieneinrichtung
ausgesendet. Dabei kann vorgesehen sein, dass die mit dem entsprechenden
Schaltsignal verknüpfte Funktion auch gehalten wird, wenn
der Lenkstockhebel nach Reduzierung der Betätigungskraft
wieder in die Neutralstellung zurückkehrt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer als Lenkstockhebel ausgeführten
Bedieneinrichtung mit einem Bedienelement, das zwei gegenpolig angeordnete
Magnete aufweist,
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2 eine
Draufsicht auf die Bedieneinrichtung gemäß der 1,
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3 eine
schematische Darstellung der Magnete des Bedienelements in Wechselwirkung
mit zwei als Hall-Sensoren ausgeführten Empfangsmitteln,
und
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4 eine
schematische Darstellung unterschiedlicher Schaltstellungen für
die Bedieneinrichtung gemäß der Erfindung.
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Ein
als Lenkstockhebel ausgeführtes Bedienelement 10 weist
einen Betätigungshebel 34 mit einer daran angeformten
Gelenkkugel 16 auf. Die Gelenkkugel 16 ist mit
einem T-förmigen Halter 36 für einen
ersten Magnet 12 und einen zweiten Magnet 14 versehen.
Der erste Magnet 12 und der zweite Magnet 14 sind,
wie dies in der 2 näher dargestellt ist,
linear in einer Richtung und in Reihe zueinander angeordnet. Dabei
ist vorgesehen, dass die beiden Magnete gegenpolig zueinander ausgerichtet
sind. Während beim ersten Magnet 12 der Nordpol 18 vom Betätigungshebel 34 abweisend
ausgerichtet ist, ist der zweite Magnet 14 mit seinem Nordpol 18 in
Richtung des Betätigungshebels 34 ausgerichtet.
Die Gelenkkugel 16 ermöglicht mit einer nicht
dargestellten Gelenkpfanne eine Bewegung des Bedienelements 10 in
zumindest zwei rotatorischen Freiheitsgraden der Bewegung. Ein dritter
rotatorischer Freiheitsgrad der Bewegung kann durch nicht näher
dargestellte, bekannte Blockiermittel blockiert werden, um eine eindeutige
Bedienbarkeit der Bedieneinrichtung zu gewährleisten.
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Wie
in 3 näher dargestellt, unterscheiden sich
die Flussrichtungen 22, 24 der beiden Magnete 12, 14 dahingehend,
dass diese antiparallel zueinander ausgerichtet sind. Somit ist
es möglich, mit Hilfe von Hall-Sensoren 26, 28,
die in der zweiten Richtung linear angeordnet sind, mittels einer
Relativbewegung zwischen den Magneten 12, 14 und
den Hall-Sensoren 26, 28 mehrere Schaltstellungen
voneinander zu unterscheiden. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, dass
die Hall-Sensoren 26, 28 von einem Strom 30 durchflossen
werden, dessen Stromrichtung in der 3 angedeutet
ist, und dass dieser Strom 30 von den magnetischen Flussrichtungen 22, 24 der
ersten und zweiten Magnete 12, 14 beeinflusst wird.
Durch die Wechselwirkung zwischen den Magnetfeldern der ersten und
zweiten Magnete 12, 14 und dem Strom 30 wird
in einer Richtung orthogonal zur Flussrichtung 22, 24 und
orthogonal zur Stromrichtung 30 eine elektrische Spannung
hervorgerufen, die an jeweils seitlich an den Hall-Sensoren 26, 28 vorgesehenen
Kontaktstellen 32 abgenommen, verstärkt, von Komparatoren
in logische ”Low”- und ”High”-Signale
gewandelt und einer nicht dargestellten Steuereinrichtung zugeführt
werden kann. Je nach Stellung der Magnete 12, 14 gegenüber
den Hall-Sensoren 26, 28 variiert die elektrische
Spannung an den Kontaktstellen 32 und kann somit zur Ermittlung
der Schaltstellungen herangezogen werden.
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Wie
in der 4 dargestellt ist, kann der Betätigungshebel 34 mit
den Magneten 12, 14 bei der dargestellten Ausführungsform
der Erfindung fünf Stellungen gegenüber den Hall-Sensoren 26, 28 einnehmen,
die jeweils zu unterschiedlichen elektrischen Spannungen an den
beiden Hall-Sensoren 26, 28 führen. Die
fünf Stellungen sind in der 4 näher dargestellt
und mit 0, A, B, C und D bezeichnet. Dabei sind die Magnete 12, 14 aus
Gründen der Vereinfachung jeweils nur mit ihrem unmittelbar
gegenüber den Hall-Sensoren 26, 28 angeordneten
Polen dargestellt. Die mit 0 bezeichnete Stellung ist eine Neutralstellung,
bei der der erste Magnet 12 und der zweite Magnet 14 nicht
in einer Übertragungsstellung gegenüber den Hall-Sensoren 26, 28 angeordnet sind.
Dadurch ergibt sich für beide Hall-Sensoren 26, 28 die
gleiche Ausgangsspannung, beispielsweise (ca.) 2,0 Volt, wie dies
durch die beiden schematisch dargestellten Voltmeter an den beiden
Hall-Sensoren 26, 28 angedeutet ist.
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Bei
der Schaltstellung mit der Bezeichnung A sind die beiden Magnete 12, 14 aus
der Neutralstellung gemäß der Schaltstellung 0
in vertikaler Richtung nach oben verlagert, wodurch ein auf den
oben angeordneten, ersten Hall-Sensor 26 einwirkendes, von
beiden Magneten 12, 14 bestimmtes Summen-Magnetfeld
zu einer Reduzierung der Hall-Spannung auf 1,0 Volt führt,
wie dies durch das angedeutete Voltmeter dargestellt wird. Hingegen liegt
durch die Vergrößerung des Abstandes zwischen
dem zweiten Hall-Sensor 28 und den Magneten 12, 14 eine
gegenüber der Neutralstellung erhöhte Hall-Spannung
am zweiten Hall-Sensor 28 vor. Die beiden an den Hall-Sensoren 26, 28 anliegenden Hall-Spannungen
werden mit Hilfe einer nicht dargestellten Komparator-Einrichtung
in ein logisches ”Low”-Signal für den
oberen Hall-Sensor 26 und ein logisches ”High”-Signal
für den unteren Hall-Sensor 28 gewandelt und an
eine ebenfalls nicht dargestellte Steuereinrichtung bereitgestellt.
Bei der Schaltstellung gemäß der Fig. B sind die
beiden Magnete 12, 14 aus der Neutralstellung
in vertikaler Richtung nach unten bewegt worden und beeinflussen
mit ihrem gemeinsam gebildeten Magnetfeld den unteren Hall-Sensor 28,
während der obere Hall-Sensor 26 nur einen geringen
Einfluss des Magnetfeldes erfährt. Bei dieser Schaltstellung
ergibt sich für die Hall-Spannungen die umgekehrte Situation
wie bei der vorstehend beschriebenen Anordnung der Magnete 12, 14 gemäß der
Schaltstellung A, sodass nach Wandlung der Hall-Spannungen in dem
Komparator für den oberen Hall-Sensor 26 ein logisches ”High”-Signal
und für den unteren Hall-Sensor 28 ein logisches ”Low”-Signal
an die Steuereinrichtung bereitgestellt wird.
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In
der Schaltstellung C hat gemäß der Darstellung
der 4 eine horizontale Verlagerung der beiden Magnete 12, 14 nach
links stattgefunden, sodass auf beide Hall-Sensoren 26, 28 vorwiegend
das Magnetfeld des zweiten Magneten 14 einwirkt, wodurch
an beiden Hall-Sensoren 26, 28 eine Hall-Spannung
von 3,5 V hervorgerufen wird, die durch den Komparator jeweils in
logische ”High”-Signale gewandelt werden, die
an die Steuereinrichtung bereitgestellt werden.
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Bei
der Schaltstellung D hat eine Verlagerung der beiden Magnete 12, 14 in
horizontaler Richtung nach rechts stattgefunden, sodass das Magnetfeld
des ersten Magneten 12 einen überwiegenden Einfluss
auf die beiden Hall-Sensoren 26, 28 ausübt, wodurch
an beiden Hall-Sensoren eine Hall-Spannung von 1,5 V anliegt, die
von dem Komparator in logisches ”Low”-Signale
gewandelt werden und der Steuereinrichtung bereitgestellt werden.
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Mit
der beschriebenen Anordnung von Magneten 12, 14 und
Hall-Sensoren 26, 28 können mit Hilfe
einer ersten Auswerteeinrichtung, die zwei Komparatoren und eine
Steuereinrichtung umfasst, insgesamt vier Schaltstellungen unterschieden
werden. Das heißt, dass entsprechend einer Auslenkung des
Betätigungshebels 34 in eine der Schaltstellungen
A, B, C und D jeweils ein entsprechendes, 2-stelliges Codewort mit
den Codierungen ”Low, Low”, ”Low, High”, ”High,
Low”, ”High, High” an die Steuereinrichtung
bereitgestellt werden kann, da die beiden Komparatoren lediglich
ermitteln, ob die Hall-Spannungen der beiden Hall-Sensoren 26, 28 unterhalb oder
oberhalb einer Schwellspannung liegen. Die Neutralstellung als separate
Schaltstellung ist dabei nicht detektierbar, da je nach Lage der
Schwellspannung der Komparatoren ein mit der Schaltstellung C oder
D übereinstimmendes Codewort interpretiert werden kann.
Somit stellt die Neutralstellung nur eine mechanische Neutralstellung
dar.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist einem
der Hall-Sensoren, beispielsweise dem Hall-Sensor 28 ein
weiterer Komparator zugeordnet, der derart eingerichtet ist, dass
er beispielsweise eine Spannung von zumindest 2,0 Volt als ”High”-Signal
ausgibt und eine Spannung von weniger als 2,0 Volt als ”Low”-Signal
ausgibt. Damit kann eine Unterscheidung zwischen der Neutralstellung, bei
der beide Hall-Sensoren 26, 28 die Spannung von 2,0
Volt abgeben und den Schaltstellungen B und D, bei denen die Hall-Spannungen
am Hall-Sensor 28 unterhalb der Spannung von 2,0 Volt liegen,
vorgenommen werden. Die Steuereinrichtung erhält somit für
die Schaltstellung 0 die Signalkombination ”Low, Low, High”,
für die Schaltstellung A die Signalkombination ”Low,
High, High”, für die Schaltstellung B das die
Signalkombination ”High, Low, Low”, für
die Schaltstellung C die Signalkombination ”High, High, High” und
für die Schaltstellung D die Signalkombination ”Low,
Low, Low”, wodurch auch die Neutralstellung detektiert
werden kann.
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Damit
kann der die Bedieneinrichtung für die Ansteuerung von
zumindest 5 Funktionen vorgesehen werden, beispielsweise für
eine Abblendlichtfunktion, eine Fernlichtfunktion, eine Blinken-Links-Funktion
und eine Blinken-Rechts-Funktion sowie eine Aus-Stellung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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