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Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung eines Bedienelements in einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Diese Steuervorrichtung wird mittels Nahfeldkommunikation so gestaltbar, dass eine Personenidentifizierung möglich ist, wobei insbesondere die Unterscheidung zwischen Beifahrer und Fahrer bzw. überhaupt die Fahrererkennung implementiert werden kann.
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Hierdurch soll sichergestellt werden, dass bestimmte Aktionen bzw. Geräteeingriffe, z.B. das Wählen einer Fahrstufe bei einem Automatikgetriebe, nur vom Fahrer ausgeführt werden kann.
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Aus der
DE 43 01 160 C2 ist eine entsprechende Steuervorrichtung bekannt, bei der der Fahrersitz und der Beifahrersitz mit einem spezifischen Signal markiert werden. In diesem bekannten Fall ist lediglich die Frequenz des Signals unterschiedlich und dem Fahrersitz bzw. dem Beifahrersitz eindeutig zugeordnet.
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Über das Sitzgestell oder eine geeignete Koppelfläche wird das Markierungssignal in die auf dem jeweiligen Sitz befindliche Person eingekoppelt. Das jeweilige Betätigungs- bzw. Bedienelement ist zusätzlich als Signalempfänger ausgestaltet. Bei einer Betätigung des jeweiligen Betätigungs- bzw. Bedienelements bildet der Körper der betreffenden Person einen Signalpfad für das Markierungssignal. Anhand der spezifischen Signalfrequenz erkennt das Bedienelement die ausführende Person und kann entsprechende Aktionen auslösen oder unterdrücken.
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Sowohl die Einkopplung des Markierungssignals als auch dessen Übertragung unterliegt großen Schwankungen. Der Signalpegel am betätigungs- bzw. bedienelementseitigen Empfangselement kann durchaus um einen Faktor 100 variieren. Dies geht z.B. darauf zurück, welche Kleidung eine Person trägt, ob evtl. ein Sitzkissen auf dem Fahrzeugsitz verwendet wird oder ob die ausführende Person - beispielsweise im Winter - Handschuhe trägt.
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Im Falle der bekannten Steuervorrichtung wird auf der Grundlage der im Empfangselement erfassten Signalstärke entschieden, ob eine Betätigung durch die jeweilige Person vorliegt. Bei den vorstehend geschilderten Schwankungen der Signalstärke ist eine solche Lösung nicht zufriedenstellend, da es nur mit einer vergleichsweise geringen Genauigkeit möglich ist, eine Schwelle für die Entscheidung „Signal gültig / Signal nicht gültig“ festzulegen.
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Aus der
DE 10 2007 020 593 A1 ist eine Steuer- bzw. Eingabevorrichtung bekannt, zu der ein Bedienelement gehört, welches an einer Blende der Eingabeeinrichtung angeordnet ist und welches einer das Bedienelement bedienenden Person einen haptischen Eindruck vermitteln soll. Zu der Eingabeeinrichtung gehört neben dem als Eingabeteil dienenden Bedienelement ein hinter der Blende gezeigtes Einrichtungsteil, mit Bauteilen, die in unterschiedlichen Abständen in bezug auf das Bedienelement bzw. das Eingabeteil angeordnet sind. Es gibt vier unterschiedliche Auswerteachsen, die nur einen gemeinsamen Punkt haben, nämlich im Bereich des eigentlichen Bedien- bzw. Eingabeelements. Die Abstände zwischen den Bauteilen und dem Bedien- bzw. Eingabeelement sind unterschiedlich groß.
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Ausgehend von dem vorstehend geschilderten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Steuervorrichtung eines Bedienelements in einem Kraftfahrzeug derart weiterzubilden, dass mit einer weitaus größeren Zuverlässigkeit als im Stand der Technik und mit einem vergleichsweise geringen technisch-konstruktiven Aufwand eine eindeutige und exakte Schwelle für die Entscheidung „Signal gültig / Signal nicht gültig“ festgelegt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Aus der Physik ist bekannt, dass ein elektrisches oder magnetisches Feld mit zunehmendem Abstand zur Feldquelle mit einem kleiner werdenden Gradienten abfällt. Im Falle der Erfindung wird durch die Auswertung des Gradienten des elektrischen bzw. magnetischen Signalfeldes, wobei das magnetische Feld mit dem elektrischen Feld entsprechend der Maxwell'schen Gleichungen verknüpft ist, die Entfernung zwischen der Signalquelle und dem Bedienelement zuverlässig bestimmbar.
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Hierzu wird vorteilhaft der Quotient aus der am ersten Einkoppelelement der Empfangseinrichtung erfassten Signalstärke und der am zweiten Einkoppelelement der Empfangseinrichtung erfassten Signalstärke als Grundlage für die Messung bzw. für die Bestimmung der Entfernung zwischen der Signalquelle und dem Bedienelement eingesetzt.
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Da als Maßstab für die Entfernung der Quotient der beiden Signalstärken herangezogen wird, ist die Entfernung nur vom Verhältnis der Signalstärke der beiden Signale abhängig und nicht mehr von der absoluten Signalstärke.
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Ein für die betreffende Person spezifisches Signal kann z.B. mittels eines Sendegeräts ausgesendet werden, das die jeweilige Person trägt.
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Wenn alternativ als Signal ein in die betreffende Person eingekoppeltes elektrisches Feld fungiert, spielen variable Faktoren bei der Einkopplung des Signals in den menschlichen Körper keine Rolle. Dasselbe gilt für das Übertragungsverhalten des menschlichen Körpers. Auch der Gebrauch von Handschuhen hat auf die ermittelte Entfernung keinen Einfluss.
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Vorteilhaft sind das erste und das zweite Einkoppelelement der Empfangseinrichtung als Feldsensoren ausgebildet.
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Die empfangseinrichtungsseitigen Feldsensoren können zweckmäßigerweise als Magnetfeldsensoren ausgebildet sein, mittels denen das für die betreffende Person spezifische, vom Sendegerät ausgesendete Signal bzw. ein dem in die Person eingekoppelten elektrischen Feld entsprechendes magnetisches Feld auswertbar ist. Erfindungsgemäß ist es somit möglich, ein elektrisches Feld in den Körper als Signal einzukoppeln, wobei jedoch die empfangseinrichtungsseitigen Koppelelemente als Magnetfeldsensoren ausgebildet sind, mittels denen das dem elektrischen Feld entsprechende magnetische Feld ausgewertet wird.
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Grundsätzlich ist es möglich, die empfangseinrichtungsseitigen Feldsensoren als Feldplatten auszugestalten.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die empfangseinrichtungsseitigen Feldsensoren als Feldspulen ausgebildet. Die Feldspulen können potentialfrei ausgewertet werden und haben eine vergleichsweise niedrige Impedanz, die deutlich unterhalb der Impedanz von Feldplatten liegt. Die Empfindlichkeit der Feldspulen kann mit einem äußerst geringen Aufwand durch die Anzahl der aufgebrachten Windungen beeinflusst werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Empfindlichkeit der Feldspulen drastisch gesteigert werden, wenn jeder Feldspule ein Kondensator zugeordnet ist, der mit ihr einen Resonanzkreis bildet, der auf die Frequenz des als Signal fungierenden elektrischen Felds abgestimmt ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Steuervorrichtung ein Koppelglied auf, mittels dem das Signal in den Körper der Person einkoppelbar ist und das beispielsweise an einem Fahrzeugsitz oder an einem Lenkrad angeordnet sein kann.
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Mit technisch-konstruktiv wenig aufwendigen Mitteln lässt sich eine Unterscheidung unterschiedlicher im Kraftfahrzeug befindlicher Personen erreichen, wenn die Spezifizierung der unterschiedlichen im Kraftfahrzeug befindlichen Personen bzw. unterschiedlichen Fahrzeugsitzen zugeordneten Signale mittels einer vorgebbaren zeitlichen Abfolge der jeweiligen Signale realisiert ist. So kann beispielsweise zunächst das dem Fahrersitz zugeordnete Signal, dann mit zeitlichem Abstand das dem Beifahrersitz zugeordnete Signal, dann mit demselben zeitlichen Abstand das dem rechten Hintersitz zugeordnete Signal, dann mit demselben zeitlichen Abstand das dem mittleren Hintersitz zugeordnete Signal und dann mit demselben zeitlichen Abstand das dem linken Hintersitz zugeordnete Signal ausgesendet werden, bevor dann - mit einem z.B. erheblich größeren zeitlichen Abstand - wieder das dem Fahrersitz zugeordnete Signal ausgesendet wird. Weitere Unterschiede zwischen den unterschiedlichen Personen bzw. Fahrzeugsitzen zugeordneten Signalen sind dann nicht erforderlich.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung können das erste Einkoppelelement und das zweite Einkoppelelement so ausgelegt werden, daß die von ihnen erfaßten Signalstärken bei einem vorgebbaren Abstand, z.B. bei einem Schaltabstand, zwischen ihnen und der Signalquelle gleich groß sind. Mit entsprechend ausgelegten Einkoppelelementen ist es dann schaltungstechnisch besonders einfach, einen entfernungsabhängigen Schalter auszugestalten. Das Bilden des Quotienten aus den von den Empfangseinrichtungen erfaßten Signalstärken kann entfallen, da in der Steuervorrichtung nur noch zu entscheiden ist, ob der Quotient oberhalb oder unterhalb von 1 liegt bzw. welches der beiden eingekoppelten Signale größer bzw. stärker ist. Hierzu ist lediglich ein einfacher Komparator erforderlich. Ist der Abstand der Signalquelle größer als der vorgebbare Abstand bzw. der Schaltabstand, so ist das Signal des von der Signalquelle entfernteren Einkoppelelements größer als das der Signalquelle näheren Einkoppelelements. Wenn der Abstand zwischen der Signalquelle und den Einkoppelelementen exakt dem vorgebbaren Abstand bzw. dem Schaltabstand entspricht, sind die Signalstärken der beiden Einkoppelelemente exakt gleich groß. Wenn der Abstand zwischen der Signalquelle und den beiden Einkoppelelementen kleiner als der vorgebbare Abstand bzw. der Schaltabstand ist, so ist die Signalstärke des der Signalquelle näheren Einkoppelelements größer als die Signalstärke des der Signalquelle entfernteren Einkoppelelements.
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In technisch-konstruktiv wenig aufwendiger Weise läßt sich die entsprechende Auslegung der Einkoppelelemente bewerkstelligen, wenn die Feldplatte bzw. die Feldspule des von der Signalquelle weiter entfernten Einkoppelelements flächenmäßig entsprechend größer bzw. mit mehr Windungen ausgebildet als die Feldplatte bzw. die Feldspule des der Signalquelle näheren Einkoppelelements.
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In technisch-konstruktiv noch einfacherer Weise läßt sich die vorstehend erläuterte Auslegung der Einkoppelelemente erreichen, wenn das der Signalquelle nähere Einkoppelelement einen entsprechend ausgelegten nachgeschalteten Signalabschwächer aufweist.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur eine Prinzipdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung eines Bedienelements in einem Kraftfahrzeug zeigt.
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Eine Person 1 hat auf einem Fahrzeugsitz 2 Platz genommen. Innerhalb eines mit dem Fahrzeugsitz 2 versehenen, im übrigen nicht dargestellten Kraftfahrzeugs ist ein Bedienelement 3 vorgesehen, welches der Inbetriebsetzung, Betätigung, Steuerung etc. nachgeschalteter Geräte dient. Beispielsweise kann als Bedienelement 3 ein Schaltknauf eines Wählhebels od.dgl. vorgesehen sein.
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Das Bedienelement 3 hat eine Empfangseinrichtung 4. Mittels der Empfangseinrichtung 4 kann die auf dem Fahrzeugsitz 2 befindliche Person 1 Bediensignale in das Bedienelement 3 eingeben.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung ist im bzw. am Fahrzeugsitz 2 ein Koppelglied 5 vorgesehen, mittels dem in den Körper der Person 1 ein spezifisches Signal eingebbar ist, wobei es sich hierbei im Falle der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung zweckmäßigerweise um ein elektrisches Signal handelt. Der Körper der Person 1 wird quasi zu einer Signalquelle.
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Um eine Entfernung E zwischen einer einen Teil der Person 1 bzw. der Signalquelle bildenden Hand der Person 1 einerseits und dem Bedienelement 3 andererseits zuverlässig und unabhängig vom Pegelniveau des in die Person 1 eingekoppelten Signals zu ermitteln, hat die Empfangseinrichtung 4 des Bedienelements 3 ein erstes Einkoppelelement 6 und ein zweites Einkoppelelement 7.
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Die beiden Einkoppelelemente 6, 7 sind auf einer Auswerteachse 8 angeordnet. Sie weisen zueinander auf dieser Auswerteachse 8 einen vorgegebenen definierten Abstand A auf.
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An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass das in die Person 1 mittels des Koppelglieds 5 eingegebene elektrische Signal für den Fahrzeugsitz 2 spezifisch und charakteristisch ist. In einer Auswerteeinheit 9 der Empfangseinrichtung 4, an die sowohl das erste Einkoppelelement 6 als auch das zweite Einkoppelelement 7 der Empfangseinrichtung 4 angeschlossen sind, lässt sich eine Zuordnung des jeweils empfangenen Signals zu den jeweiligen Fahrzeugsitzen bewerkstelligen. Durch die derart gestaltete Nahfeldkommunikation ist die vorstehend geschilderte Steuervorrichtung des Bedienelements 3 in die Lage versetzt, bei einer Betätigung der Empfangseinrichtung 4 festzustellen, welche der im Kraftfahrzeug befindlichen Personen 1 das Bedienelement 3 bedient. Insbesondere kann hier eine Unterscheidung zwischen dem Kraftfahrzeugführer und anderen im Kraftfahrzeug befindlichen Personen vorgenommen werden. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass bestimmte Bedienvorgänge ausschließlich vom Kraftfahrzeugführer und andere Bedienvorgänge gerade durch den Kraftfahrzeugführer nicht vorgenommen werden können.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Steuervorrichtung wird in der Auswerteeinheit 9 der Empfangseinrichtung 4 der Quotient aus der am ersten Einkoppelelement 6 der Empfangseinrichtung 4 erfassten Signalstärke und der am zweiten Einkoppelelement 7 der Empfangsvorrichtung 4 erfassten Signalstärke gebildet.
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Ausgewertet wird in der Auswerteeinheit 9 der Gradient des auf das in den Körper der Person 1 eingekoppelten Signals zurückgehende elektrische bzw. magnetische Signalfelds, wobei das magnetische Feld mit dem elektrischen Feld entsprechend der Maxwell'schen Gleichungen verknüpft ist.
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Entsprechend wird im Falle der dargestellten Ausführungsform als Signal ein elektrisches Feld in den Körper der Person 1 eingekoppelt, wobei das erste 6 und das zweite Einkoppelelement 7 der Empfangseinrichtung 4 als Magnetfeldsensoren bzw. Feldspulen 6, 7 zur Auswertung des magnetischen Feldes ausgestaltet sind.
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Anstelle von Feldspulen 6, 7 können auch Feldplatten vorgesehen sein. Die Ausgestaltung der Einkoppelelemente 6, 7 als Feldspulen 6, 7 hat jedoch zur Folge, dass eine potentialfreie Auswertung der von den Feldspulen 6, 7 erfassten Signale möglich ist. Darüber hinaus haben Feldspulen 6, 7 eine erheblich geringere Impedanz als alternativ einsetzbare Feldplatten.
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Je nach Anforderungsprofil an die Empfangseinrichtung 4 des Bedienelements 3 können als Feldspulen ausgebildete Einkoppelelemente 6, 7 mit einer entsprechenden Anzahl der aufgebrachten Windungen versehen werden.
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Zur Erhöhung der Empfindlichkeit ist es möglich, dass ein als Feldspule ausgebildetes Einkoppelelement 6, 7 mit einem zusätzlich vorgesehenen Kondensator einen Resonanzkreis bildet, der auf die Frequenz des in den Körper der Person 1 eingegebenen elektrischen Signals abgestimmt ist.
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Da ein elektrisches oder magnetisches Feld mit zunehmendem Abstand zur Feld- bzw. Signalquelle mit einem kleiner werdenden Gradienten abfällt, kann in der Auswerteeinheit 9 der Empfangseinrichtung 4 exakt die Entfernung E zwischen dem Bedienelement 3 und der Signalquelle, beispielsweise der Hand der Person 1, bestimmt werden. Diese exakte Bestimmung ist unabhängig vom in der Empfangseinrichtung 4 des Bedienelements 3 empfangenen Signalpegel des in die Person 1 eingegebenen elektrischen Signals möglich.
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Bei der in der Figur prinzipiell angedeuteten Hintereinanderanordnung der beiden Feldspulen 6, 7 auf der Auswerteachse 8 wird verhindert, dass die erste Feldspule 6 das magnetische bzw. elektrische Feld gegenüber der zweiten Feldspule 7 abschirmt.
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Die Auswertung in der Auswerteeinheit 9 der Empfangseinrichtung 4 geschieht durch einfaches Messen und Erfassen der Signalstärke an den beiden Einkoppelelementen 6, 7 bzw. Feldspulen 6, 7. Als Maßstab für die Bewertung wird der Quotient der beiden erfassten Signalstärken herangezogen. Entsprechend ist die Bewertung bzw. die Ermittlung der Entfernung E ausschließlich vom Verhältnis der Signalstärke der beiden an den Feldspulen bzw. Einkoppelelementen 6, 7 erfassten Signale abhängig und nicht mehr von der absoluten Signalstärke. Wesentlich ist, dass der Abstand A zwischen den beiden Einkoppelelementen 6, 7 vorgegeben und definiert ist.
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Irgendwelche variablen Koppelfaktoren, die bei der Eingabe des elektrischen Signals in den Körper der Person 1 mittels des Koppelglieds 5 auftreten, spielen hinsichtlich der Auswertung in der Empfangseinrichtung 4 des Bedienelements 3 keine Rolle. Auch das Übertragungsverhalten des menschlichen Körpers der Person 1 oder beispielsweise der Gebrauch von Handschuhen beeinflusst ausschließlich die absolute Signalstärke, nicht aber den in der Auswerteeinheit 9 der Empfangseinrichtung 4 gebildeten Quotienten.
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Je kleiner die Entfernung E zwischen der Signal- bzw. Feldquelle und dem Bedienelement 3 ist, desto größer ist der aus den beiden mittels der Einkoppelelemente 6, 7 erfassten Signalstärken gebildete Quotient, der als Grundlage für die Erfassung bzw. Errechnung der Entfernung E dient.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Koppelglied 5, mittels dem das elektrische Signal in den Körper der Person 1 eingegeben wird, am Fahrzeugsitz 2 vorgesehen. Selbstverständlich ist es auch möglich, ein Koppelglied statt am Fahrzeugsitz beispielsweise am Lenkrad vorzusehen.
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Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind die zueinander mit Abstand auf der Auswerteachse angeordneten Einkoppelelemente 6, 7 identisch ausgebildet. Dies hat technisch den Nachteil, daß das von der Signalquelle, beispielsweise der Hand der Person 1, weiter entfernte Einkoppelelement 7 ein Signal mit einer deutlich geringeren Signalstärke aufnimmt. In der nachfolgenden Signalverarbeitung bzw. Auswerteeinheit 9 ist daher unter Umständen eine höhere Signalverstärkung für dieses Einkoppelelement 7 erforderlich. Technisch vorteilhaft ist es jedoch, wenn für beide Einkoppelelemente 6, 7 ein identischer Signalpfad verwendet werden kann.
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Hierzu sind gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung die Einkoppelelemente 6, 7 so ausgelegt, daß bei einem definierten und vorgebbaren Abstand bzw. dem Schaltabstand zwischen der Signalquelle und den beiden Einkoppelelementen 6, 7 das in letztere eingekoppelte Signal gleich groß ist. Dieses kann bei mit Feldplatten ausgerüsteten Einkoppelelementen 6, 7 beispielsweise dadurch realisiert werden, daß die Feldplatte des der Signalquelle entfernteren Einkoppelelements 7 flächenmäßig entsprechend größer ausgelegt ist als die Feldplatte des der Signalquelle näheren Einkoppelelements 6. Sofern die Einkoppelelemente 6, 7 mit Feldspulen ausgerüstet sind, kann die Feldspule des der Signalquelle entfernteren Einkoppelelements 7 entsprechend mehr Windungen aufweisen als die Feldspule des der Signalquelle näheren Einkoppelelements 6.
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Alternativ ist es möglich, daß das der Signalquelle nähere Einkoppelelement 6 mit einem entsprechend ausgelegten nachgeschalteten Signalabschwächer ausgerüstet ist.
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Sofern die Einkoppelelemente 6, 7 so ausgelegt sind, daß die von ihnen an die Auswerteeinheit weitergegebene Signalstärke bei dem vorgebbaren Abstand bzw. dem Schaltabstand zwischen den Einkoppelelementen 6, 7 und der Signalquelle gleich groß sind, ist es schaltungstechnisch besonders einfach, einen entfernungsabhängigen Schalter auszugestalten. Das Bilden des Quotienten zwischen den beiden Signalstärken ist überflüssig, da nur noch unterschieden werden muß, ob der Quotient zwischen den Signalstärken oberhalb oder unterhalb von 1 liegt oder genau gleich 1 ist, was der Entscheidung entspricht, welche der Signalstärken größer ist. Hierfür ist ein einfacher Komparator ausreichend.
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Ist die Entfernung E zwischen der Signalquelle bzw. der Person 1 und dem Bedienelement 3 größer als der vorgebbare Abstand bzw. der Schaltabstand, so ist die Signalstärke des der Signalquelle bzw. der Person 1 entfernteren Einkoppelelements 7 größer als die Signalstärke des der Signalquelle bzw. der Person näheren Einkoppelelements 6.
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Sofern diese Entfernung E dem vorgebbaren Abstand bzw. dem Schaltabstand entspricht, sind die beiden Signalstärken gleich groß.
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Ist die Entfernung E zwischen der Signalquelle bzw. der Person 1 und der Empfangseinrichtung 4 kleiner als der vorgebbare Abstand bzw. der Schaltabstand, so ist die Signalstärke des der Signalquelle bzw. der Person 1 näheren Einkoppelelements 6 größer als die des von der Signalquelle bzw. der Person 1 weiter entfernten Einkoppelelements 7.
