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Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung für ein Elektrogerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der
EP 0 797 227 A2 ist eine Bedienvorrichtung zur Steuerung von einem Elektrogerät bekannt. Die Bedienvorrichtung weist einen Knebel als Gebereinheit mit einer ferromagnetischen Scheibe auf, der auf einer Platte des Elektrogerätes aufliegt. Unterhalb der Platte ist ein ringförmiger Magnet angeordnet. Mittels des Magneten wird auf die ferromagnetische Scheibe eine Kraft ausgeübt und der Knebel in seiner axialen und radialen Position derart fixiert, dass der Knebel sowohl drehbar als auch ohne Werkzeug leicht von der Platte des Elektrogerätes entfernbar ist.
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Aus der
DE 102 12 929 A1 ist eine gattungsgemäße Bedienvorrichtung für ein Kochfeld bekannt. Hierbei wird auf die Gebereinheit der Bedienvorrichtung mittels Magnetkraft von der Unterseite des Kochfeldes eine Rückstellkraft ausgeübt und die Gebereinheit positioniert. Die Gebereinheit weist in einem Zentralbereich eine Standfläche auf. Zur Erfassung der Dreh- und Kippbewegungen der Gebereinheit ist an der Unterseite des Kochfeldes eine Aufnehmereinheit mit Sensoren angeordnet. Auch aus der
DE 20 2004 017 133 U1 ist eine gattungsgemäße Gebereinheit bekannt, welche durch drehen und verschieben der Gebereinheit auf der Oberfläche des Kochfelds, das beispielsweise als Glaskeramik ausgeführt ist, mittels eine unter dem Kochfeld angeordneten Aufnehmereinheit, welche ein Sensor aufweist, die einzelnen Platten des Kochfeldes steuert.
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Ferner ist aus der
DE 10 2006 034 391 A1 eine weitere gattungsgemäße Bedieneinheit mit einer Gebereinheit und einer Aufnehmereinheit bekannt. Die zylinderförmig ausgebildete Gebereinheit umfasst in einem zentralen Bereich ein magnetisierbares Element und in einem Randbereich mehrere angeordnete einzelne Magneten. Ferner weist die Gebereinheit in einem Zentralbereich eine Auflagefläche auf, mit der die Gebereinheit in einer Ruheposition auf dem Kochfeld aufliegt. An die Auflagefläche schließt sich zu dem Rand der Gebereinheit hin ein konvexer Bereich an. Je nach Kipprichtung liegt die Gebereinheit mit unterschiedlichen Teilen des konvexen Bereichs auf dem Kochfeld oberhalb der Aufnehmereinheit auf. Die Aufnehmereinheit umfasst neben einem zentral unterhalb der Gebereinheit angeordneten Magneten, der zur Positionierung der Gebereinheit dient, auch mehrere im Winkel von 60°um den Zentralmagneten angeordnete Sensoren. Mittels der Sensoren, die beispielsweise als Hallsensoren ausgebildet sind, lässt sich die aus der Kipprichtung und der Stärke der Kippung der Gebereinheit ein zugeordnetes Signal ausgeben, anhand dessen sich das Kochfeld steuern lässt.
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Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Bedienvorrichtung anzugeben, die jeweils den Stand der Technik weiterbilden.
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Die Aufgabe wird durch eine Bedienvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Gemäß dem ersten Gegenstand der Erfindung wird eine Bedienvorrichtung bereitgestellt, umfassend eine Platte und eine Bedieneinheit, wobei die Bedieneinheit eine als Gebereinheit ausgebildete Dreheinheit mit einer Drehachse und eine Aufnehmereinheit aufweist und die Gebereinheit oberhalb der Platte und die Aufnehmereinheit unterhalb der Platte angeordnet sind, und die Gebereinheit eine Deckfläche und eine Unterseite aufweist, wobei an der Unterseite in einem Mittenbereich eine Standfläche ausgebildet ist und in dem Mittenbereich ein erstes magnetisierbares Element oder ein erster Magnet zum Positionieren der Gebereinheit an einer vorgegebenen Position oberhalb der Aufnehmereinheit ausgebildet ist, wobei die Gebereinheit in einer Ruheposition mit der Standfläche auf der Platte aufliegt und die Drehachse im Wesentlichen parallel zu der Normalen der Platte verläuft, oder die Gebereinheit in einer Arbeitsposition derart gekippt ist, dass die Standfläche nur teilweise auf der Platte aufliegt und die Drehachse gegenüber der Normalen der Platte gekippt ist, wobei durch einen zweiten Magneten oder ein zweites magnetisierbares Element auf die Gebereinheit eine Rückstellkraft für die Einnahme der Ruheposition einwirkt, und wobei die Aufnehmereinheit einen Mittenbereich aufweist und in einem ringförmigen von dem Mittenbereich beabstandeten äußeren Bereich eine erste Art von Sensoren aufweist, und wobei die Aufnehmereinheit den zweiten Magneten oder das zweite magnetisierbare Element aufweist, wobei bei der Gebereinheit in einem äußeren Bereich ein erster Ringmagnet ausgebildet ist und der erste Ringmagnet den Mittenbereich der Gebereinheit umschließt und von dem Mittenbereich beabstandet ist. Es sei angemerkt, dass unter den Begriffen Mittenbereich und äußeren Bereich bei der Gebereinheit und der Aufnehmereinheit vorzugsweise ein kreisförmig ausgebildeter Bereich verstanden wird. Des Weiteren sei angemerkt, dass unter dem Begriff beabstandet vorzugsweise ein gleichmäßiger Abstand zwischen einem jeweiligen Mittenbereich und dem zugeordneten äußeren Bereich verstanden wird. Ferner wird unter dem Begriff Neigung eine Kippung der Drehachse der Gebereinheit in Bezug zu der Richtung der Drehachse der Gebereinheit in der Ruhelage verstanden, wobei sich für eine Bezeichnung der Richtung der Neigung bei einer insbesondere kreisförmigen Ausbildung des äußeren Bereichs der Aufnehmereinheit beispielsweise der äußere Kreis, bzw. die Segmente des Kreises entsprechend mit den Zahlen einer Uhr bezeichnen lassen. Beispielsweise ließe sich eine Neigung der Drehachse in Richtung eines Kreissegmentes als Neigung der Drehachse in Richtung von 3 Uhr bezeichnen. Des Weiteren wird unter einer axialen oder einer vertikalen Richtung eine Richtung verstanden, die zumindest in der Ruheposition der Gebereinheit parallel zu der Drehachse ist.
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Ein Vorteil der Bedienvorrichtung ist es, dass sich elektrische Verbraucher auf einfache und zuverlässige Weise mit der Bedienvorrichtung ohne eine direkte elektrische Verbindung zwischen der Gebereinheit und der Aufnehmereinheit anwählen und steuern lassen. Untersuchungen haben gezeigt, dass mit einer Anordnung eines ersten ringförmigen Magneten in dem äußeren Bereich bei der Gebereinheit in Verbindung mit einem äußeren Bereich bei der Aufnehmereinheit, wobei auf dem äußeren Bereich der Aufnehmereinheit eine erste Art von Sensoren angeordnet sind, sich mit wenigen Sensoren, die durch eine Neigung des ersten Ringmagneten verursachte Flussänderung auf einfache und zuverlässige Weise detektieren lässt. Aus der Detektion der Flussänderung lässt sich neben der Richtung der Neigung auch die Stärke der Neigung ermitteln. Insbesondere lassen sich bestimmten Kreissegmenten des äußeren Kreises der Aufnehmereinheit unterschiedliche elektrische Verbraucher zuordnen. Erfolgt eine Neigung in Richtung des entsprechenden Kreissegmentes lässt sich der zugeordnete Verbraucher auswählen, d.h. beispielsweise einschalten oder ausschalten oder insbesondere für den Empfang weiterer Befehle aktivieren. Insbesondere lassen sich mittels der Stärke der Neigung weitere Steuerbefehle, wie beispielsweise die Höhe einer Leistungseinstellung des aktivierten Verbrauchers durchführen. In dem die Gebereinheit mittels einer Platte von der Aufnehmereinheit getrennt ist, lassen sich auch Verbraucher in einer explosionsgefährdeten Umgebung bedienen. Voraussetzung ist, dass der magnetische Fluss von der Gebereinheit die Platte und hiermit die Sensoren auf der Aufnehmereinheit durchdringt. Hierdurch lassen sich als Materialien für die Platte vorzugsweise nichtmagnetische Werkstoffe, beispielsweise Glas usw. verwenden. Indem die Gebereinheit mechanisch weder mit der Platte noch mit der Aufnehmereinheit befestigt ist, lässt sich die Gebereinheit ohne weiteres von der Platte entfernen. Vorzugsweise weist die Gebereinheit keine Stromversorgung auf.
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In einer Weiterbildung sind in der Ruheposition der äußere Bereich der Gebereinheit und der äußere Bereich der Aufnehmereinheit in vertikaler Richtung übereinander ausgebildet. Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn die beiden äußeren Bereiche in der jeweiligen Gesamtheit d.h. der gesamte äußere Bereich der Gebereinheit und der gesamte äußere Bereich der Aufnehmereinheit einen im Wesentlichen gleichen Durchmesser und einen im Wesentlichen gleichen Abstand voneinander aufweisen. Vorzugsweise ist der Durchmesser der beiden äußeren Bereiche gleich groß. Des Weiteren ist der äußere Bereich der Gebereinheit in vertikaler bzw. axialer Richtung von der Platte beabstandet.
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In einer anderen Weiterbildung verläuft die Drehachse in der Ruheposition durch den Mittenbereich der Gebereinheit und durch den Mittenbereich der Aufnehmereinheit. Vorteilhaft ist, wenn die Gebereinheit und die Aufnehmereinheit derart gegeneinander ausgerichtet sind, dass die Drehachse durch die Mitte der beiden Mittenbereiche verläuft.
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Gemäß einer Ausführungsform ist an der von der Platte abgewandten Oberfläche der Gebereinheit ein plattenförmiger erster Flusskonzentrator ausgebildet. Bevorzugt ist, dass der erste Flusskonzentrator den Ringmagneten und den Mittenbereich abdeckt. In einer anderen Ausführungsform ist an der von der Platte abgewandten Oberfläche der Aufnehmereinheit ein plattenförmiger zweiter Flusskonzentrator angeordnet. Hierbei ist es bevorzugt, dass der zweite Flusskonzentrator wenigstens den Mittenbereich und die erste Art der Magnetfeldsensoren abdeckt. Ein Vorteil der Flusskonzentratoren ist es, dass die magnetischen Feldlinien innerhalb des Flusskonzentrators geführt werden und sich hierdurch der magnetische Fluss in den Sensoren der Aufnehmereinheit erhöht. Untersuchungen haben gezeigt, dass der Flusskonzentrator aus einem weichmagnetischen Metall, höchst vorzugsweise aus einem Mu-Metall ausbilden lässt.
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In einer bevorzugten Weiterbildung wird mittels der ersten Art der Sensoren die Richtung und Stärke der Neigung der Gebereinheit bzw. die Neigung der Drehachse gegenüber der Normale der Platte erfasst. Vorzugsweise wird hierzu von der ersten Art der Sensoren eine magnetische Flussänderung parallel zu der Normale detektiert. In einer alternativen Ausführungsform wird die erste Art der Sensoren derart ausgeführt, dass die Sensoren auch eine Drehung um die Drehachse der Gebereinheit erfassen. Untersuchungen haben gezeigt, dass es vorteilhaft ist, die Sensoren der ersten Art auf dem äu-ßeren Bereich der Aufnehmereinheit derart anzuordnen, dass genau vier Sensoren in einem Winkel zueinander von im Wesentlichen oder genau 90° angeordnet sind. Bevorzugt lassen sich als Sensoren der ersten Art Hallsensoren einsetzen. Untersuchungen haben gezeigt, dass für eine Erfassung der Neigung und der Richtung der Neigung vorzugsweise 1-dimensionale Hallsensoren eingesetzt werden. Unter 1-dimensionalen Hallsensoren werden planare Hallsensoren verstanden, die ein Magnetfeld senkrecht zur Sensoroberfläche messen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist bei der Aufnehmereinheit an dem äußeren Bereich oder in dem Mittenbereich eine zweite Art von Sensor vorgesehen. Hierbei detektiert die zweite Art des Sensors eine magnetische Flussänderung in einer Ebene senkrecht zu der Normale der Platte. Vorteilhaft ist, wenn mittels der zweiten Art des Sensors eine Drehung der Gebereinheit um die Drehachse erfasst wird. Es zeigt sich, dass es ausreichend ist, mittels eines einzigen Sensors die Drehung der Gebereinheit um die Drehachse zu erfassen. Gemäß einer alternativen Ausführungsform lässt sich die Drehung der Gebereinheit um die Drehachse auch von mehreren Sensoren der zweiten Art erfassen.
In einer Weiterbildung sind alle Magnetfeldsensoren unterhalb der Platte, d.h. auf oder an der Aufnehmereinheit angeordnet. Hierbei ist die erste Art als sogenannter 1-dimensionale Hallsensor und die zweite Art als sogenannter 3-dimensionale Hallsensoren ausgebildet. In einer alternativen Ausführungsform werden 2- dimensionale sogenannte x,y-Hallsensoren verwendet. Derartige x,y-Hallsensoren lassen sich auch als vertikale Sensoren bezeichnen und detektieren zwei Magnetfeldkomponenten, die parallel zur Sensoroberfläche ausgebildet sind. Untersuchungen haben gezeigt, dass es besonders vorteilhaft ist, bei der Aufnehmereinheit und genau 4 Sensoren erster Art und genau ein Sensor zweiter Art vorzusehen. In einer Weiterbildung ist hierbei Sensor der zweiten Art auf dem äußeren Rand der Aufnehmereinheit oder in dem Mittebereich der Aufnehmereinheit angeordnet.
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Es zeigt sich, dass eine Ausbildung der ersten Art und / oder der zweiten Art der Sensoren als Hallsensoren besonders zuverlässige Ergebnisse liefert. In einer anderen Weiterbildung weist der erste Ringmagnet eine diametral oder eine axiale Magnetisierung auf. In einer alternativen Ausführung sind der erste Magnet oder das erste magnetisierbare Element und oder der zweite Magnet oder das zweite magnetisierbare Element axial d.h. parallel zu der Richtung der Drehachse magnetisiert.
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Gemäß einer anderen Weiterbildung ist der zweite Magnet oder das zweite magnetisierbare Element in dem Mittenbereich der Aufnehmereinheit ausgebildet.
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In einer alternativen Ausführung ist der zweite Magnet oder das zweite magnetisierbare Element in dem äußeren Bereich bei der Aufnehmereinheit ausgebildet. Bevorzugt ist, dass der zweite Magnet in dem äußeren Bereich der Aufnehmereinheit als zweiter Ringmagnet ausgebildet ist, wobei der zweite Ringmagnet den Mittenbereich der Gebereinheit in einem Abstand umschließt. Hierbei ist der Abstand zwischen dem Mittenbereich und dem äußeren Bereich vorzugsweise gleichmäßig ausgebildet. Es sei angemerkt, dass sowohl der erste Ringmagnet als auch der zweite Ringmagnet die geometrische Form eines dickwandigen Hohlzylinders aufweisen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Gebereinheit und der Aufnehmereinheit ist in der Mitte der Gebereinheit ein axial magnetisierter erster Magnet und in dem äußeren Bereich der Gebereinheit eine diametral magnetisierter erster Ringmagnet ausgebildet. Bei der Aufnehmereinheit wird in dem Mittenbereich ein zweiter axial magnetisierter Magnet angeordnet, wobei sich die Pole des ersten Magneten und des zweiten Magneten anziehen. in dem äußeren Bereich der Aufnehmereinheit sind hierbei wenigstens vier Sensoren der ersten Art in Form von 1-D-Hallsensoren in einem Winkelabstand von zueinander 90° angeordnet. Des Weiteren ist auf dem äußeren Bereich ein Sensor zweiter Art in Form eines 3-D Hallsensor angeordnet. Die Drehachse der Gebereinheit verläuft in der Ruheposition durch die Mitte des ersten Magneten und durch die Mitte des zweiten Magneten.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Gebereinheit und der Aufnehmereinheit ist in der Mitte der Gebereinheit ein diametral magnetisierter erster Magnet und in dem äußeren Bereich der Gebereinheit ein axial magnetisierter erster Ringmagnet ausgebildet. Bei der Aufnehmereinheit wird in dem äußeren Bereich ein zweiter axial magnetisierter Ringmagnet angeordnet, wobei sich die Pole des ersten Ringmagneten und des zweiten Ringmagneten anziehen. In dem äußeren Bereich der Aufnehmereinheit sind zwischen dem ersten Ringmagneten und dem zweiten Ringmagneten wenigstens vier Sensoren der ersten Art in Form von 1-D-Hallsensoren in einem Winkelabstand von zueinander 90° angeordnet. Des Weiteren ist auf dem Mittenbereich der Aufnehmereinheit anstelle eines zweiten magnetischen Elements bzw. eines zweiten Magneten ein Sensor zweiter Art in Form eines 3-D Hallsensor bzw. eines x,y Hallsensor angeordnet. Die Drehachse der Gebereinheit verläuft in der Ruheposition durch die Mitte des ersten Magneten und durch die Mitte des 3-D-Hallsensors. bzw. des x,y Hallsensors
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Es ist vorteilhaft, wenn unterhalb der Platte eine Leiterplatte vorgesehen ist und die Leiterplatte in Richtung der Erstreckung der Leiterplatte von der Platte im Wesentlichen gleich weit beabstandet ist, wobei die Leiterplatte an der der Platte zugewandten Seite die Sensoren der erste Art und den Sensor oder die Sensoren der zweiten Art, sowie den zweiten Magneten oder das zweite magnetisierbare Element aufnehmen.
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Vorteilhaft ist, wenn der Abstand zwischen Leiterplatte und der Platte durch die axiale Erstreckung des zweiten Magneten oder des zweiten magnetisierbaren Elements bestimmt ist. Untersuchungen haben gezeigt, dass der zweite Flusskonzentrator vorzugsweise an der von der Platte abgewandten Seite der Leiterplatte ausgebildet ist und insbesondere den äußeren Bereich der Aufnehmereinheit überdeckt. Mittels des ersten Flusskonzentrators und des zweiten Flusskonzentrators wird ein besonders hoher magnetischer Fluss in den beiden Arten der Sensoren erzielt und die Empfindlichkeit der beiden Arten der Sensoren gegenüber einer Änderung des magnetischen Flusses erhöht. Bei den Hallsensoren bewirkt ein großer magnetischer Fluss eine große Hallspannung.
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Vorzugsweise sind der erste Magnet oder das erste magnetisierbare Element und / oder der zweite Magnet oder das zweite magnetisierbare Element zylinderförmig ausgebildet.
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Andere Untersuchungen haben gezeigt, die sich die Bedieneinheit für die Steuerung eines Kochfeldes mit wenigstens einem Kochfeld eines Elektroherdes verwenden lässt. Vorzugsweise ist die Platte als Glaskeramikplatte ausgebildet.
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Eine weitere bevorzugte Verwendungsmöglichkeit besteht in der Verwendung der Bedienvorrichtung als Steuerknebel zur Steuerung von elektrischen Geräten, insbesondere von Messgeräten. Mittels der Gebereinheit lässt sich beispielsweise eine HMI-Schnittstelle aktivieren und ein zugehöriges Menu bedienen. Unter einer HMI-Schnittstelle wird eine Mensch-Maschine-Schnittstelle verstanden. Durch ein Kippen der Gebereinheit lässt sich eine aus mehreren Funktionen des Menus und / oder eines von mehreren Geräten auswählen. Durch eine Drehen der Gebereinheit lassen sich beispielweise innerhalb eines Menus die Werte eines Gerätes einstellen und durch ein erneutes Kippen eine Auswahl der Werte bestätigen und / oder das Menu beenden. Hierdurch lässt sich eine Tastatur für eine Auswahl und / oder eine Einstellung von Werten eines elektrischen Geräts vermeiden.
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In einer Weiterbildung wird der Aufnehmereinheit und die Gebereinheit individualisiert, insbesondere mittels einer ID-Kennung. Vorzugsweise sind die ID-Kennungen der Gebereinheit und der Aufnehmereinheit aufeinander abgestimmt. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn sich die Aufnehmereinheit nur mit einer bestimmten zugeordneten Kennung der Gebereinheit aktivieren lässt. Vorzugsweise lassen sich RFID-Transponder Techniken hierfür einsetzen.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Hierbei werden gleichartige Teile mit identischen Bezeichnungen beschriftet. Die dargestellte Ausführungsformen sind stark schematisiert, d.h. die Abstände und laterale und vertikale Erstreckung sind nicht maßstäblich und weisen, sofern nicht anders angegeben auch keine ableitbare geometrische Relation zueinander auf. Darin zeigen die:
- 1 eine Querschnittsansicht auf eine erste Ausführungsform de Bedienvorrichtung,
- 2 eine Draufsicht auf einer erste Ausführungsform der Bedienvorrichtung der 1,
- 3a eine Querschnittsansicht auf eine zweite Ausführungsform der Bedienvorrichtung,
- 3b eine Ansicht auf die Unterseite der Gebereinheit der Ausführungsform dargestellt in der 3a,
- 3c eine Draufsicht auf die Oberseite der Aufnehmereinheit der Ausführungsform dargestellt in der 3a,
- 4 eine Signalverlauf der Bedienvorrichtung zur Durchführung einer Offsetkorrektur bei einer sich drehenden Gebereinheit.
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Die Abbildung der 1 zeigt eine Bedienvorrichtung 10 mit einer Platte 20 und eine Bedieneinheit. Die Bedieneinheit umfasst eine als Gebereinheit 40 ausgebildete Dreheinheit mit einer Drehachse 45 und eine Aufnehmereinheit 50. Die Gebereinheit 40 ist oberhalb der Platte 20 und die Aufnehmereinheit 50 unterhalb der Platte 20 angeordnet. Vorzugsweise ist die Gebereinheit 40 kreisförmig ausgebildet. Die Aufnehmereinheit 50 ist mittels Befestigungsmittel mit der Platte 20 kraftschlüssig verbunden. Die Gebereinheit 40 ist um die Drehachse 45 drehbar. In einer Ruheposition ist die Drehachse 45 parallel zu der Normale der Platte 20 ausgerichtet, jedoch lässt sich die Gebereinheit 40 um die Drehachse 45 drehen. Gemäß einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform weist die Gebereinheit 40 an der Oberseite eine knebelartige Ausformung auf.
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Ferner weist die Gebereinheit 40 eine Deckfläche und eine Unterseite, die der Platte 20 zugewandt ist, und einen Mittenbereich 80 und einen von dem Mittenbereich 80 beabstandeten äußeren ringförmig ausgeformten Bereich 82 auf. In dem ringförmig ausgeformten Bereich 82 ist ein erster Ringmagnet 84 mit einer diametralen Magnetisierung ausgebildet. Die diametrale Magnetisierung bewirkt, dass an einem Kreissegment des Ringmagneten ein Nordpol oder ein Südpol ausgebildet ist und an dem um 180° gegenüberliegenden Kreissegment der komplementäre Pol ausgebildet ist. Der erste Ringmagnet 84 umschließt den Mittenbereich 80 der Gebereinheit 40 vollständig und ist von dem Mittenbereich 80 gleichmäßig beabstandet, d. h. der erste Ringmagnet 84 weist die Form eines dickwandigen Hohlzylinders auf. Der äußere Bereich 82 und hierdurch der erste Ringmagnet 84 ist im Unterschied zu dem Mittenbereich 80 in einer vertikaler Richtung, d. h. in einer Richtung parallel zu der Normalen der Platte 20 von der Platte 20 beabstandet.
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An der Unterseite der Gebereinheit 40 ist an dem Mittenbereich 80 eine kreisförmige Standfläche 85 ausgebildet. Der Mittenbereich 80 nimmt einen ersten zylinderförmig ausgebildeten Magnet 90 für ein Positionieren der Gebereinheit 40 an einer vorgegebenen Ruheposition auf der Platte 20 auf. Die Ruheposition der Gebereinheit 40 ist oberhalb der Aufnehmereinheit 50 angeordnet, wobei die Gebereinheit 40 mit der Standfläche 85 auf der Platte 20 aufliegt. In der Ruheposition verläuft die Drehachse 45 parallel zu der Normalen der Platte 20, wobei sich die Normale auch als Flächennormale der Platte 20 bezeichnen lässt. In einer nicht dargestellten Arbeitsposition ist die Drehachse 45 gegenüber der Normalen gekippt, d .h. die Drehachse 45 weist gegenüber der Normalen der Platte 20 einen Winkel größer als 0° auf. Hierbei liegt die Standfläche 85 nur teilweise auf der Platte 20 auf.
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Im Unterschied zu dem ersten Ringmagneten 84 weist der erste Magnet 90 eine axiale Magnetisierung auf, d. h. die Magnetisierung ist parallel zu der Richtung der Drehachse ausgebildet. Hierdurch ist an der Unterseite und an der Oberseite des ersten Magneten 90 entweder ein Nordpol oder ein Südpol ausgebildet. Vorliegend ist die Unterseite des ersten Magneten 90 mit der kreisförmigen Standfläche 85 identisch. Die kreisförmige Standfläche 85 ist an der Außenseite zumindest angefast und das Kippen der Gebereinheit 40 erleichtert. An der Oberseite der Gebereinheit 40 ist eine kreisförmiger erster Flusskonzentrator 95 ausgebildet. Der Flusskonzentrator 95 ist plattenförmig ausgebildet, wobei der Durchmesser des ersten Flusskonzentrators 95 im Wesentlichen dem äußeren Durchmesser des ersten Ringmagneten 84 entspricht. Die Unterseite des ersten Flusskonzentrator 95 ist kraftschlüssig mit der Oberseite des ersten Ringmagneten 84 und mit der Oberseite des ersten Magneten 90 verbunden. Hierdurch werden an der Oberseite der Gebereinheit die magnetischen Feldlinien vorwiegend in dem ersten Flusskonzentrator 95 geführt, d. h. es findet insoweit eine magnetische Schirmung statt. Vorteilhaft ist, wenn der erste Flusskonzentrator 95 als MU-Metall ausgebildet ist.
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Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform ist an der Unterseite des ersten Magneten eine Schutzschicht ausgebildet. Die Schutzschicht ist vorzugsweise an den äußeren Rändern angefast. Mittels der Schutzschicht lässt sich eine Beschädigung des ersten Magneten 90 sowie der Oberfläche der Platte 20, insbesondere bei dem Einnehmen der Ruheposition und bei einem Wechsel von der Ruheposition zu der Arbeitsposition unterdrücken. Gemäß einer anderen nicht dargestellten Ausführungsform weist die Standfläche 85 einen größeren Durchmesser als der Durchmesser des ersten Magneten auf.
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Die Aufnehmereinheit 50 weist einen Mittenbereich 100 und von dem Mittenbereich 100 in einem beabstandeten äußeren Bereich 110 auf. In dem Mittenbereich 100 weist die Aufnehmereinheit 50 einen zweiten zylinderförmigen Magneten 105 auf. Der äußere Bereich 110 der Aufnehmereinheit 50 ist ringförmig ausgeformt und nimmt eine erste Art von Sensoren 120 und eine zweite Art von Sensor 130 auf. In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Art von Sensoren 120 als vier einzelne 1-dimensionale Hallsensoren ausgebildet. Die vier Sensoren 120 sind ringförmig mit einem Winkel von 90° zueinander angeordnet. Die zweite Art von Sensor 130 ist als 3-dimensionaler Hallsensor ausgebildet. Alle Sensoren 120 und 130 liegen an der Unterseite der Platte 20 an. Des Weiteren sind die beiden Arten von Sensoren auf einer Leiterplatte bzw. Platine 140 angeordnet. Auf der Platine 140 ist des Weiteren eine nicht dargestellte integrierte Schaltung angeordnet. Die integrierte Schaltung versorgt die Sensoren mit einem Betriebsstrom und ermittelt die magnetfeldabhängigen Ausgangssignale von den beiden Arten der Sensoren 120 und 130. Für eine Verringerung der Bauhöhe weist die Platine 140 ein von dem zweiten Magneten 105 ausgefüllte lochförmige Aussparung auf. An der Unterseite des Magneten 105, d. h. an der gegenüber der Platte 20 abgewandten Seite, ist der Magnet 105 mit einem zweiten, vorzugsweise aus einem Mu-Metall bestehenden kreis- und plattenförmig ausgebildeten Flusskonzentrator 150 verbunden. Des Weiteren weist der zweite Flusskonzentrator 150 im Wesentlichen den gleichen Durchmesser auf wie der äußere Bereich 110. Hierdurch wird ein- besonders hoher magnetischer Fluss in den beiden Arten der Sensoren erzielt und die Empfindlichkeit der beiden Arten der Sensoren gegenüber einer Änderung des magnetischen Flusses erhöht.
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Nachfolgend wird die Funktionsweise erläutert. Infolge der beiden sich einander gegenüberliegenden unterschiedlichen Pole des ersten Magneten und des zweiten Magneten, wobei die beiden Pole nur durch die Platte getrennt sind, wird eine magnetische Rückstellkraft auf die Gebereinheit für die Einnahme der Ruheposition ausgeübt. Hierbei wird bei einer Drehung der Gebereinheit um die Drehachse die Rückstellkraft nicht verändert, d.h. sowohl in der Arbeitsposition als auch in der Ruheposition lässt sich die Gebereinheit, unabhängig von der jeweiligen Größe der Drehung um die Drehachse, die Gebereinheit im Wesentlichen immer mit dem gleichen Kraftaufwand weiterdrehen. Vorzugsweise erfolgt die Drehung der Gebereinheit in der Ruheposition.
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Mittels der ersten Art der Sensoren wird die Auslenkung der Gebereinheit aus der Ruheposition infolge der Kippung des ersten Ringmagneten die Grö-ße des magnetischen Flusses in der ersten Art der Sensoren verändert. Aus der Änderung des Flusses wird die Hallspannung vor allem in den Sensoren der ersten Art stark verändert. Wird der Abstand zwischen einem Sensor der ersten Art und dem ersten Ringmagneten in Folge der Kippung der Gebereinheit verringert, erhöht sich dessen Hallspannung. Entsprechend erhöht sich bei den Hallsensoren auf der gegenüberliegenden Seite sich der Abstand zu dem ersten Ringmagneten und die Hallspannung erniedrigt sich. Aus der Änderung der Hallspannungen der Sensoren der ersten Art lassen sich die Richtung und die Stärke der Kippung der Gebereinheit auf einfache und zuverlässige Weise ermitteln.
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Mittels des Sensors der zweiten Art, wird die Ausrichtung der ersten Ringmagneten detektiert. Indem der ersten Ringmagnet eine diametrale Magnetisierung aufweist, d.h. insbesondere die bei einer Drehung unmittelbar über dem Sensor der zweiten Art liegenden Kreissegmente bewirken einen unterschiedlichen starken magnetischen Fluss in dem Sensor der zweiten Art, lässt sich bei dem 3-dimensionalen Hallsensor aus der Größe und dem Vorzeichen der Hallspannung der durch die Drehung überstrichene Winkelbereich ermitteln. Aus dem zeitlichen Verlauf des Sensorsignals bzw. der Hallspannung lässt sich die Richtung der Drehung, d.h. inwieweit die Drehung im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn erfolgt, ermitteln.
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In der Abbildung der 2 ist eine Draufsicht auf die Ausführungsform der 1 dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu der Abbildung der 1 erläutert. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist der erste Flusskonzentrator 84 und der zweite Flusskonzentrator 150 nicht dargestellt. Es zeigt sich bei dem ersten Ringmagneten 84 die diametrale Magnetisierung parallel zu der Platte 20. Des Weiteren sind die vier Hallsensoren im Abstand von 90° in dem äußeren Bereich 110 der Aufnehmereinheit 50 sichtbar. Hierbei sind die vier Sensoren 120 erster Art radial teilweise außerhalb des äußeren Randes des ersten Ringmagneten 84, an die Stelle des maximalen magnetischen Flusses, angeordnet. Mit der genauen radialen Ausrichtung lässt sich die Empfindlichkeit der Bedieneinheit zumindest hinsichtlich der Detektion einer Kippung der Gebereinheit 40 steigern. Der 3-dimensionale Hallsensor ist zur Erfassung des Drehwinkels auf dem äußeren Bereich 110 zwischen zwei Hallsensoren angeordnet.
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In der Abbildung der 3a ist Querschnittsansicht auf eine zweite Ausführungsform der Bedienvorrichtung dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu der Abbildung der vorstehenden Figuren erläutert. Auf der Oberseite der Gebereinheit 40 ist ein Knebel 160 angeordnet. Der Knebel 160 umfasst die Oberseite des ersten Flusskonzentrators 95 und weist in lateraler Richtung, d.h. in Richtung der Erstreckung der Platte 20, einen größeren Durchmesser als der äußere Bereich der Gebereinheit 40 auf. An der Unterseite des Knebels 160 ist eine schiefe Fläche 165 ausgebildet. Die Standfläche 85 umfasst hierbei sowohl den Mittenbereich 80 als auch den äußeren Bereich 82. Der erste Ringmagnet 84 weist eine axiale Magnetisierung auf. Vorliegend mit einem Südpol an der Unterseite, d. h. diejenige Seite, welcher der Platte 20 zugewandt ist. Der erste Magnet 90 weist eine diametrale Magnetisierung auf. Die Dicke des ersten Ringmagneten 84 und die Dicke des ersten Magneten 90 ist im Wesentlichen gleich groß und bestimmt den Abstand in axialer Richtung des ersten Flusskonzentrators 95 von der Platte 20. Die schiefe Fläche 165 des Knebels 160 bestimmt den maximalen Kippwinkel der Gebereinheit 40.
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Bei der Aufnehmereinheit ist der Sensor 130 der zweiten Art in dem Mittenbereich 100 unmittelbar an der Unterseite der Platte 20 angeordnet, d. h. die Drehachse 45 durchstößt den 3-dimensionalen Hallsensor. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die Platine 140 nicht dargestellt. Bedingt durch den andern Aufbau ist es vorteilhaft die Platine an einem separaten Ort auszubilden. In dem äußeren Bereich 110 ist auf dem zweiten Flusskonzentrator 150 ein zweiter Ringmagnet 170 mit einer axialen Magnetisierung ausgebildet. Zwischen dem zweiten Ringmagneten 170 und der Platte 20 sind die Sensoren 120 der ersten Art angeordnet. Die sich einander gegenüberliegenden Pole des ersten Ringmagneten 84 und des zweiten Ringmagneten 170 sind verschieden und ziehen sich an. Hierdurch wird bei einer Kippung der Gebereinheit 40 eine Rückstellkraft auf die Gebereinheit 40 ausgeübt. Indem der erste Magnet 90 eine diametrale Magnetisierung aufweist lässt sich mittels des in vertikaler Richtung unterhalb angeordneten 3-dimensionalen Hallsensors sowohl die Drehung als auch aus dem zeitlichen Verlauf die Drehrichtung der Gebereinheit 40 ermitteln. Es sei angemerkt, dass in der dargestellten Ausführungsform zwischen dem zweiten Flusskonzentrator 150 und dem 3-dimensionalen Hallsensors ein Zwischenstück 180 angeordnet ist.
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In der Abbildung der 3b und der 3c ist Draufsicht auf die Gebereinheit 40 bzw. der Aufnehmereinheit 50 der zweiten Ausführungsform der Bedienvorrichtung der 3a dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu der Abbildung 3a erläutert. Bei der Gebereinheit 40 ist die diametrale Magnetisierung des ersten Magneten 90 und die axiale Magnetisierung des ersten Ringmagneten 84 dargestellt. Bei der Aufnehmereinheit 50 ist der Sensor 130 der zweiten Art dargestellt.
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In der Abbildung der 4 ist ein Signalverlauf der Bedienvorrichtung zur Durchführung einer Offsetkorrektur bei einer sich drehenden Gebereinheit dargestellt. Untersuchungen haben gezeigt, dass sich eine dynamische Offsetkorrektur bei der ersten Art der Sensoren 120 vorteilhaft zur Erhöhung der Empfindlichkeit durchführen lässt. In Richtung der Ordinate ist die Ausgangsspannung eines Sensors 120 der ersten Art aufgetragen. Auf der Abszisse ist ein der ersten Art der Sensoren 120 dargestellt. Unter der Annahme, dass bei dem Drehen alle 1-dimensionalen Hallsensoren den gleichen Abstand zu dem ersten Magnetring aufweisen, wird ein zusätzlicher Offset zu dem jeweilig gemessenen Wert zu addiert, um den Toleranzfehler zu verringern.
