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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Lokalisierung von elektronischen Geräten in einem Raum sowie eine Regaleinrichtung mit einer solchen Anordnung.
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In vielen Anwendungen werden ortsbezogenene Daten gesammelt oder ausgewertet. Aus der
EP 0 568 180 B1 (
DE 693 26 376 T2 ) ist ein Inventarverwaltungssystem bekannt, das beispielsweise dazu dient, Preise von in einem Regal aufgenommene Waren zu überprüfen. Hierbei werden elektronische Preisdisplays benutzt, die an Schienen des Regals befestigt sind. Jeder Schiene ist ein Controller zugeordnet, der eine Information über den Ort der Schiene enthält und über eine elektrische Verbindung oder eine Funkverbindung mit einem zentralen Computer kommuniziert. Die Preisdisplays sind über elektrische Leitungen mit dem Controller verbunden.
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Eine Stromschiene mit kombinierten Strom- und Datenleitungen zur Versorgung von Displays ist aus
EP 1 170 835 A1 bekannt. Die Displays sind über Rastverbindungen an der Schiene befestigt, die elastisch genug ausgebildet ist, um eine Montage und Demontage der Displays durch Verformung zu ermöglichen.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen erkennen lediglich auf welcher Schiene ein elektronisches Gerät, wie z. B. ein Preisdisplay, montiert ist. Wenn aber lange Schienen verwendet werden und die elektronischen Geräte häufig den Standort wechseln, muss entsprechend dem Stand der Technik manuell gesucht werden oder die Geräte müssen mit aufwendiger Sensorik und Ortungssoftware versehen sein. Beispielsweise ist es in großen Lagern und Fabriken aufwendig, die Füllstände von einzelnen Lagerplätzen und Behälter, denen ein als elektronisches Gerät ausgebildetes Etikett zugeordnet ist, manuell zu überwachen, insbesondere dann, wenn Behälter mit Montageteilen von den Monteuren bewegt werden können. Eine automatische Überwachung der Positionen der einzelnen Behälter mit zugeordneten Etiketten sowie der Füllstände einzelner Behälter und Regale mit den bisher bekannten Mitteln ist jedoch mit großen Kosten oder Aufwand verbunden, da eine präzise Ortung der Geräte nur mit komplizierter Sensorik möglich ist.
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Aus der
DE 10242104 B4 ist eine födertechnische Vorrichtung bekannt, bei der ein lastragender Teil entlang einer Stromschiene bewegbar ist und die Stromschiene Positionscodeträger aufweist, die mit einem Lesekopf am lasttragenden Teil erfasst werden können.
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Die
DE 10341297 B3 offenbart ein Messsystem zur Positionsbestimmung eines Elements einer Horizontalschiebewand, die in einer Schiene geführt wird, wobei sich in oder an der Schiene ein Codeband befindet, welches durch ein in dem Element angeordnetes optisches Abtastsystem erfasst wird.
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Aus der
DE 69820487 T2 ist eine entlang einer Schiene bewegliche Einrichtung, die eine Vielzahl von Komponenten wie Drucker, Tastatur etc. aufweist bekannt. Die Einrichtung hat einen Barcodescanner, mit dem ein auf der Schiene befestigter Barcode zwecks Positionsbestimmung erfasst werden kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, eine Anordnung zur Lokalisierung von elektronischen Geräten auf langen Schienen in einem Raum sowie eine Regaleinrichtung zu realisieren, die eine automatische Positionserkennung von auf Schienen angeordneten elektronischen Geräten, insbesondere wenn Geräte häufig bewegt werden, zu gestatten, wobei die Anordnung leicht zu montieren und demontieren sein soll und kostengünstig herstellbar sein soll.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung zur Lokalisierung von elektronischen Geräten in einem Raum mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.
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Erfindungsgemäß umfasst die Anordnung zur Lokalisierung von elektronischen Geräten in einem Raum, mindestens eine Schiene, welche im Raum angeordnet ist und mindestens ein elektronisches Gerät, das auf die Schiene montierbar ist. Hierbei weist die Schiene entlang ihrer Längsrichtung eine Kodierung auf, durch die ein Kodierungsmuster definiert ist, welches auf die Schiene aufgebracht ist. Das Kodierungsmuster ändert sich in Abhängigkeit von der Position auf der Schiene. Der Zusammenhang zwischen Kodierungsmuster und Position ist durch eine Zuordnungsfunktion festgelegt. Das elektronische Gerät, welches auf der Schiene montierbar ist, umfasst eine Abtasteinrichtung, die das auf der Schiene an der Stelle des elektronischen Geräts aufgebrachte Kodierungsmuster detektiert. Eine Bestimmungseinheit ist ausgebildet, anhand des detektierten Kodierungsmusters und der Zuordnungsfunktion, die Position des Gerätes im Raum zu bestimmen. Die Zuordnungsfunktion kann je nach Kodierung unterschiedlich ausgebildet sein, beispielweise als mathematischer Algorithmus, als Zuordnungstabelle oder dergleichen.
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Die Schiene umfasst hierbei ein flaches Bandprofil, eine Befestigungsvorrichtung mit der die Schiene im Raum, beispielsweise an einer Wand oder an einem Regal, montiert ist. Außerdem umfasst die Schiene an der Seite, auf der die Geräte, die eine flachen Aufbau haben, montiert werden, eine Haltevorrichtung zur Montage der elektronischen Geräte, die ihrerseits eine korrespondierende Haltevorrichtung aufweisen, so dass eine werkzeuglose Montage und Demontage an jeder freien Stelle möglich ist.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung ist es möglich, die Position der elektronischen Geräte auf einer Schiene automatisch zu erkennen. Hierdurch können insbesondere in Anwendungsszenarien, bei denen die elektronischen Geräte häufig den Standort wechseln, erhebliche Einsparungen geschafft werden, da die Geräte nicht manuell gesucht werden müssen. Wenn ein dem elektronischen Gerät zugeordneter Behälter, beispielsweise von einem Monteur, bewegt wird, so muss lediglich das zugehörige elektronische Gerät mitgenommen und am neuen Standort des Behälters wieder auf der Schiene befestigt werden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Es ist vorteilhaft im Sinne der Erfindung, dass das Kodierungsmuster als elektrisch leitende und nichtleitende Flächen auf die Schiene aufgebracht ist, wobei das Kodierungsmuster über die Länge der Schiene unterschiedlich ausgebildet ist. Leitende Flächen können hierbei beispielsweise elektrische Leitungen in unterschiedlichen Formen sein, auf denen das Kodierungsmuster digital abgelegt ist, beispielsweise in Form von binären oder tri-state Kodierungen. Den elektrisch leitenden und nichtleitenden Flächen ist mindestens ein, vorzugsweise mehrere Abtastbereiche zum Erfassen des elektrischen Zustands der Flächen zugeordnet. Die Änderungen des, als elektrisch leitende und nichtleitende Flächen auf die Schiene ausgebildeten, Kodierungsmuster können dabei kontinuierlich oder, anhand einer festgelegten Rasterung, diskret sein, wobei eine diskrete Änderung eines digitalen Kodierungsmusters anhand einer vorgegebenen Rasterung bevorzugt wird. Die Rasterung kann je nach Anwendungsgebiet unterschiedlich ausgebildet sein, beispielsweise ist es möglich, dass sich das auf der Schiene befindliche Kodierungsmuster alle 5 cm, alle 20 cm oder alle 60 cm ändert. Ausschlaggebend ist dabei die Größe der im konkreten Anwendungsfall verwendeten Regalfächer oder Behälter. Wenn die Regalfächer oder Behälter groß sind, so ist nur eine grobe Rasterung des Kodierungsmusters erforderlich, was den Vorteil bietet, dass aufgrund des kleineren Adressraums der Kodierung, einfachere Kodierungen und Abtasteinrichtungen verwendet werden können. Bei kleinen Regalfächern oder Behältern werden erfindungsgemäß aufwendigere Kodierungen und Abtasteinrichtungen verwendet, um den Anforderungen gerecht zu werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Kodierungsmuster durch mindestens eine auf der Schiene aufgebrachte Widerstandsbahn mit von der Position auf der Schiene abhängigem Widerstandswert repräsentiert sein. Beispielsweise kann hierbei ein Material wie Konstatan zum Einsatz kommen, welches einen gut messbaren elektrischen Widerstand aufweist, der sich durch Vergrößerung des Abstandes zwischen den Messpunkten erhöht. Beispielsweise wird der Widerstand zwischen zwei Widerstandsbahnen gemessen, die an einem Ende miteinander verbunden sind. Durch Verbinden der Widerstandsbahn an einem Ende der Schiene mit einer Versorgungsleitung, die einen sehr niedrigen elektrischen Widerstand hat, kann dann der Widerstand vom Mikrocontroller des Gerätes gemessen und in einen digitalen Wert umgewandelt werden. Dieser wird dann mit Werten, die beispielsweise in einer Tabelle abgelegt sind verglichen um die Entfernung zum Ende der Schiene zu berechnen. Die Zuordnungsfunktion stellt die Verbindung zwischen Widerstandswert und Position auf der Schiene her. Diese Ausführungsform benötigt keine aufwendige Kodierung und Dekodierung.
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Eine weitere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung sieht vor, dass das Kodierungsmuster durch mindestens zwei auf der Schiene aufgebrachte elektrische Leitungen, die mit Signalen unterschiedlicher Frequenz gespeist sind, und der von der Position auf der Schiene abhängige Phasendifferenz zwischen den zwei Leitungen repräsentiert ist. Hierbei werden zwei auf der Schiene aufgebrachte elektrische Leitungen mit Signalen unterschiedlicher Frequenz gespeist. Durch Messung der Phasendifferenz kann dann die Position auf der Schiene bestimmt werden. Es kann vorteilhaft sein, dass als Frequenzleitungen die bereits vorhandenen Daten- und/oder Versorgungsleitungen genutzt werden können, dadurch ist ein schmaler Aufbau der Schiene möglich.
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Eine weitere Weiterbildung sieht vor, dass das Kodierungsmuster eine Vielzahl von auf der Schiene aufgebrachten optischen Reflexionselementen aufweist, die über die Länge der Schiene unterschiedlich ausgebildet sind. Hierbei können die Reflexionselemente beispielsweise farbige oder unbunte Markierungen oder Spiegelelemente sein, die sich wiederum kontinuierlich oder mit einer vorgegebenen Rasterung entlang der Schiene ändern. Durch diese Ausbildung des Kodierungsmusters ist eine absolute Kodierung innerhalb eines vorgegebenen Adressraumes möglich, da unterschiedliche Schienen mit unterschiedlichen Kodierungsmustern versehen sein können.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Abtasteinrichtung mindestens ein, vorzugsweise eine Mehrzahl von elektrischen Kontaktelementen und/oder optischen Sensorelementen aufweist, wobei die Mehrzahl von Kontaktelementen parallel in Querrichtung zur Schiene und/oder seriell in Längsrichtung der Schiene angeordnet sind. Um, entsprechend der vorherigen Weiterbildungsvarianten, eine elektrische Verbindung, einen Widerstand, eine Phasendifferenz oder eine digitale Kodierung zu detektieren, können Kontaktelemente, beispielsweise in Form von kostengünstigen Federkontakten, verwendet werden. Als Sensoren können beispielsweise Licht- oder Farbsensoren verwendet werden, um ein Kodierungsmuster, das durch eine Vielzahl von optischen Reflexionselementen ausgebildet ist, zu realisieren. Durch die Anzahl und Anordnung der elektrischen Kontaktelemente und Sensorelemente entsprechend unterschiedlicher Abtastbereiche können unterschiedlich komplexe Kodierungen realisiert werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft im Sinne der Erfindung, dass entlang der Schiene eine elektrische Versorgungsleitung für eine Stromversorgung des mindestens einen elektronischen Gerätes und gegebenenfalls eine Datenleitung zur Übermittlung von Daten aufgebracht ist. Durch diese Versorgungsleitung ist die Stromversorgung der elektronischen Geräte und/oder eine Datenleitung realisiert. Die Stromversorgung erfolgt erfindungsgemäß durch Gleich- oder Wechselspannung über leitende Flächen, die auf der Schiene aufgebracht sind. Die bidirektionale Kommunikation zwischen elektronischen Geräten und einer Steuervorrichtung und/oder Datenverarbeitungseinheit erfolgt erfindungsgemäß über die Versorgungsleitungen oder über eine separate Datenleitung. Bei Kommunikation über die Versorgungsleitungen werden die Dateninformationen beispielsweise nach dem 1-Wire Prinzip im parasitären Modus in die Versorgungsleitungen kodiert. Eine Stromversorgung der Geräte über die Schiene ist vorteilhaft, weil dadurch eine individuelle, autonome Stromversorgung der einzelnen Geräte, beispielsweise durch Batterien, nicht erforderlich ist. Es ist außerdem im Sinne der Erfindung möglich, dass durch die Versorgungsleitung auch das Kodierungsmuster oder ein Teil des Kodierungsmusters ausgebildet ist.
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Erfindungsgemäß ist es ebenfalls vorteilhaft, wenn das elektronische Gerät die Bestimmungseinheit umfasst, welche die Zuordnungsfunktion speichert und so die Zuordnung von detektiertem Kodierungsmuster und Position im Raum erstellt. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn das Gerät einen Mikroprozessor und einen persistenten Speicher beinhaltet.
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Auch ist es hierbei möglich, dass die Zuordnungsfunktion neben dem detektierten Kodierungsmuster auch noch eine Kennzeichnung der Schiene erhält und somit die absolute Position des Gerätes im Raum aus einer Kombination der Position der Schiene im Raum und der relativen Position des Gerätes auf der Schiene bestimmt ist. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn eine relative Kodierung, beispielsweise durch eine Widerstandsleitung oder eine Phasendifferenzmessung verwendet wird. Auch ist es möglich, aus Kostengründen mehrere identische Schienen zu verwenden, und dann die absolute Position des elektronischen Gerätes im Raum als Kombination aus der Position der Schiene und der relativen Position des Gerätes zu bestimmen.
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Erfindungsgemäß kann das elektronische Gerät außerdem eine Anzeigeeinheit und/oder eine Eingabeeinheit und/oder eine Messvorrichtung zur Messung einer Spannung, eines Stroms, eines Widerstands und/oder einer Phase oder Phasendifferenz und/oder eine Sensoranordnung und/oder eine Sende/Empfangseinheit aufweisen. Dadurch können verschiedenste Funktionsweisen des elektronischen Gerätes realisiert werden. Es kann ein Gerät zur Eingabe und/oder Anzeige von Daten sein. Außerdem kann das elektronische Gerät zur optischen und/oder akustischen Erfassung oder Überwachung ausgebildet sein, oder ein Sensorgerät sein, das Messwerte aus der Umgebung aufnimmt. Hierbei sind beispielsweise Sensoren oder Bedienelemente vorgesehen, durch die das Herausnehmen von Artikeln, wie beispielsweise Schrauben oder anderen Montageteilen, aus einem Behälter oder Regal erfasst ist.
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Auch ist es möglich, die Geräte sowie Regale und/oder Behälter mit einer Füllstandsanzeige zu koppeln. Diese kann im Gerät oder Behälter, beispielsweise in Form von Sensoren integriert sein, oder sie kann fest im Raum montiert sein, sich somit außerhalb von Gerät und Behälter befinden. In dieser Variante werden externer Sensor und Gerät und Behälter über die Positionsbestimmung einander zugeordnet.
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Eine Ausführungsform kann einen Temperatursensor umfassen, der beispielsweise die Temperatur von gelagerten Gütern erfasst. Auch kann das Gerät eine Sende- und/oder Empfangseinheit aufweisen. Durch die Vielzahl der möglichen Geräte ist die erfindungsgemäße Anordnung vielseitig anwendbar.
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Erfindungsgemäß kann der mindestens einen Schiene eine Steuervorrichtung zugeordnet sein, mit der die Versorgungsleitung und/oder Datenleitung verbunden ist. Durch die Steuervorrichtung kann die Stromversorgung der elektronischen Geräte und die Datenübertragung gesteuert werden. In der Steuervorrichtung kann entsprechend einer möglichen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung auch die Bestimmungseinheit umfasst sein, durch die, mit Hilfe der Zuordnungsfunktion, die Zuordnung von detektiertem Kodierungsmuster und Position im Raum erfolgt. Die Steuervorrichtung kann ihrerseits wiederum eine Sende- und/oder Empfangseinheit aufweisen und mit einer Datenverarbeitungsanlage verbunden sein.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Schiene möglichst flach und kostengünstig herstellbar ist. Hierbei wird bevorzugt ein flaches Bandprofil verwendet, welches vorzugsweise aus stranggepresstem Aluminium oder extrudiertem Kunststoff gefertigt ist, oder allgemeiner aus Strangpressteilen oder Walzteilen, die bei der Herstellung verklebt oder verschweißt werden. Dadurch werden keine Frästeile oder aufwendige Nachbearbeitungen benötigt. Dies bietet, neben Kostenersparnis bei der Herstellung, den Vorteil, dass die Schiene robust, schmutzunanfällig und möglichst verschleißfrei ist, da keine wartungsintensiven Teile und/oder schmutzanfällige Nuten vorhanden sind. Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, wenn die Schiene maximal 3 mm stark ist, und maximal so breit wie das darauf montierte Gerät ist. Ebenfalls ist es vorteilhaft, wenn Gerät und Schiene zusammen nicht dicker als 1 cm sind, vorzugsweise nicht dicker als 5–6 mm. An Kunststoffschienen ist außerdem insbesondere vorteilhaft, dass auf diese, aufgrund ihrer isolierenden Eigenschaften, die Leitungen direkt aufgebracht werden können. Durch den flachen Aufbau wird vermieden, dass die Schiene mit elektronischen Geräten die Handhabung in der Umgebung stört, und dass elektronische Geräte abgerissen werden.
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Die Haltevorrichtung und/oder die korrespondierende Haltevorrichtung sind mit Zentrierelementen versehen. Durch die Zentrierelemente, wird eine Fehlmontage der elektronischen Geräte ausgeschlossen, wenn die elektronischen Geräte auf der Haltevorrichtung montiert werden. Die Zentrierelemente sind hierbei vorzugsweise in Längsrichtung der Schiene ausgebildet, so dass ein leichtgängiges längsseitiges Verschieben des Gerätes auf der Schiene möglich ist.
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Die Befestigungseinrichtung für die Schiene kann hierbei als eine magnetische oder mechanische Befestigungsvorrichtung ausgebildet sein. Vorteilhaft bei der magnetischen Befestigungsvorrichtung ist ihr sehr flacher Aufbau. Vorteilhaft bei der mechanischen Befestigungsvorrichtung ist, dass sie auch bei nichtmetallischen Untergründen zum Einsatz kommen kann.
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Ebenfalls ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn die Haltevorrichtung und die korrespondierende Haltevorrichtung, welche die Zentrierelemente aufweisen können, als magnetische oder mechanische Haltevorrichtung ausgebildet sind. Hierbei ist ebenfalls vorteilhaft an der magnetischen Haltevorrichtung, dass sie einen sehr flachen Aufbau aufweist, während die mechanische Befestigung robuster ist, so dass ein versehentliches Abreißen der Geräte schwerer möglich ist. Die Zentrierelemente können hierbei durch korrespondierende Eingreifelemente, beispielsweise in Form von Nuten oder Profilen, ausgebildet sein, oder alleine durch die Magnetkraft, beispielsweise durch stufenweise angeordnete Magneten, realisiert sein.
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Durch eine magnetische Haltevorrichtung wird das Gerät bei der Montage durch die Magnetkraft an die Schiene gezogen. Dadurch ist eine einhändige und werkzeuglose Montage und Demontage möglich. Bei einer mechanischen Haltevorrichtung kann die Montage und Demontage ebenfalls einhändig und werkzeuglos erfolgen, beispielsweise durch eine leicht elastische Schiene, in die die Geräte reingedrückt und durch Zug wieder herausgenommen werden. Ebenfalls ist eine Passfederverbindung möglich, bei der die Montage und Demontage durch einhändige Betätigung einer am Gerät befindlichen Mechanik erfolgen. Vorteilhaft ist auch, dass so eine Montage an jeder freien Stelle der Schiene möglich ist, ein Einfädeln am Ende der Schiene ist nicht erforderlich.
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Erfindungsgemäß ist es im Zusammenspiel von Schiene und Gerät vorgesehen, dass das Gerät einhändig und werkzeuglos montierbar ist, und dass das Gerät einhändig auf der Schiene verschiebbar ist. Dies ist von großer Wichtigkeit, da die Geräte beim Versetzen von Behältern oder Regalen zusätzlich bewegt werden müssen.
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Die Aufbringung des Kodierungsmusters, der elektrischen Versorgungs- und/oder Datenleitungen auf die Schiene erfolgt entsprechend einer erfindungsgemäßen Weiterbildung durch auf einen flachen, flexiblen Träger aufgebrachte Leiterbahnen und Leiterflächen. Der Träger wird dann wiederum auf der, als Bandprofil ausgebildeten, Schiene befestigt. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Fertigung des Trägers getrennt von der Fertigung der restlichen Schiene erfolgt, was eine effektivere Arbeitsweise ermöglicht.
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Alternativ hierzu ist es entsprechen einer weiteren erfindungsgemäßen Weiterbildung möglich, dass das Kodierungsmuster ebenso wie die Versorgungs- und/oder Datenleitungen mit einer leitenden Farbe oder Paste direkt auf die als Bandprofil ausgestaltete Schiene aufgebracht bzw. aufgedruckt werden. Hierbei wird die Verwendung eines zusätzlichen Trägers gespart.
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Bei der Ausgestaltung der Kodierung ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn diese auf dem Prinzip der Blockcodes, Faltungscodes und/oder Turbocodes basiert. Jede individuelle Kodierung wird auf Grundlage der Größe des benötigten Adressraumes entworfen. Wenn der Adressraum klein genug ist, kann eine parallele Kodierung, beispielsweise basierend auf dem Prinzip der Blockcodes, erfolgen. Wenn aufgrund eines großen Adressraumes die parallel vorhandenen Leitungen nicht ausreichen, so wird eine serielle Kodierung verwendet. Hierbei werden erfindungsgemäß Faltungscodes oder Turbocodes bevorzugt, da diese eine eindeutige Positionserkennung auch bei überlappenden Codewörtern ermöglichen. Zur Dekodierung der seriellen Kodierung kann erfindungsgemäß eine Zuordnungsfunktion auf Grundlage von Viterbis Algorithmus verwendet werden.
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Eine Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung zur Lokalisierung der elektronischen Geräte ist eine Regaleinrichtung mit einer Mehrzahl von an einem Trägergestell befestigten Regalelementen, wobei an den Regalelemente jeweils die Schienen befestigt sind, an denen eine Mehrzahl von elektronischen Geräten angebracht sind. Dabei können die elektronischen Geräte Regalfächern oder auf den Regalelementen gelagerten Behältern zugeordnet sein.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung als Regaleinrichtung mit Schienen und elektronischen Geräten zur Positionserkennung,
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2 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform des elektronischen Gerätes,
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3a einen Querschnitt durch eine Anordnung Schiene – elektronisches Gerät nach einer Ausführungsform,
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3b einen Querschnitt durch eine Anordnung Schiene – elektronisches Gerät nach einer weiteren Ausführungsform,
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4 einen Querschnitt durch eine Anordnung Schiene – elektronisches Gerät bei einer Fehlmontage,
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5a eine schematische Darstellung einer Schiene mit elektronischem Gerät bei paralleler Kodierung,
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5b eine schematische Darstellung einer Schiene mit elektronischem Gerät bei serieller Kodierung,
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6a eine schematische Ansicht eines ersten Kodierungsmusters und unterschiedlichen Leitungen für die Positionserkennung durch digitale Kodierung,
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6b eine schematische Ansicht eines zweiten Kodierungsmusters und unterschiedlichen Leitungen für die Positionserkennung durch digitale Kodierung,
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6c eine schematische Ansicht eines dritten Kodierungsmusters und unterschiedlichen Leitungen für die Positionserkennung durch digitale Kodierung,
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7 eine schematische Ansicht eines optischen Kodierungsmusters und unterschiedlichen Leitungen für die Positionserkennung durch optischen Kodierung,
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8a eine schematische Ansicht einer Kodierung mit unterschiedlichen Leitungen für die Positionserkennung durch Phasendifferenzmessung,
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8b eine schematische Ansicht einer weiteren Kodierung mit unterschiedlichen Leitungen für die Positionserkennung durch Phasendifferenzmessung und
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9 eine schematische Ansicht einer Kodierung mit unterschiedlichen Leitungen für die Positionserkennung durch Widerstandsmessung.
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In 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Zugrundelegung einer Regaleinrichtung dargestellt. Hierbei ist ein Trägergestell 101 vorgesehen, an welchem mehrere, in der Figur durch Schienen 102 verdeckte, Regalelemente, z. B. Regalböden montiert sind. Entlang der Regalelemente sind an ihren Stirnseiten die Schienen 102 befestigt, auf denen wiederum elektronische Geräte 103 angebracht sind. Das elektronische Gerät 103 ist über rückseitige Kontakte, bevorzugt Federkontakte, mit der Schiene 102 verbunden. Jedes elektronische Gerät 103 ist hierbei einem Behälter 105, 105' zugeordnet und gibt die aktuelle Position des jeweiligen Behälters an. Die Behälter können je nach Inhalt große Behälter 105 oder kleine Behälter 105' sein. Die Größe des kleinstmöglichen Behälters, der auf einem Regalelement platziert sein kann, gibt eine Rasterung 107 vor, durch die verschiedene Positionen zur Montage der Geräte 103 definiert sind. Die Rasterung 107 und somit die Größe der Positionen 107 kann auch innerhalb einer Schiene oder bei verschiedenen Schienen desselben Trägergestells verschieden sein. Durch die Rasterung 107 ist somit ein Abstand der Behälter 105, 105' und elektronischen Geräte 103 vorgegeben. Wenn auf einem Regalelement mit kleiner Rasterung 107 ein größerer Behälter 105 platziert wird, so bleiben manche Raster und somit Positionen 107 auf der Schiene 102 frei. Durch die Steuervorrichtung 106 kann detektiert werden welche Größe ein Behälter 105 hat und wie viele vorangehende und/oder nachfolgende Raster 107 freibleiben müssen. Wenn mehrere Geräte innerhalb eines Rasters 107 oder innerhalb der durch einen großen Behälter 105 abgedeckten mehreren Raster 107 platziert werden, so kann durch das Gerät 103 oder die Steuervorrichtung 106 ein Fehlersignal erfolgen.
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Die Schienen 102 weisen schematisch angedeutete Abtastbereiche 104 auf. Die zu einem Trägergestell 101 gehörenden Schienen 102 sind mit einer Steuervorrichtung 106 verbunden, über die die Versorgung und der Datenverkehr der Schienen 102 sowie der darauf montierten elektronischen Geräte 103 gesteuert wird. Die Steuervorrichtung 106 kann mit einer nicht dargestellten Datenverarbeitungseinrichtung verbunden. Diese Verbindung kann durch eine Datenleitung oder durch eine Funkverbindung realisiert sein.
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Auf der Schiene 102 ist ein von dem Ort auf der Schiene 102 abhängiges Kodierungsmuster (wird später beschrieben) aufgebracht, welches von den elektronischen Geräten 103 detektiert wird. Dazu weist das Gerät 103 eine Abtasteinrichtung (wird später beschrieben) und eine Bestimmungseinheit (nicht dargestellt) auf, auf Grundlage dessen die Bestimmungseinheit anhand einer Zuordnungsfunktion die Position des Gerätes auf der Schiene 102 bestimmt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Bestimmungseinheit im Gerät 103 angeordnet, sie kann aber auch in der Steuervorrichtung 106 vorgesehen sein.
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Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Geräte 103 als Kommissioniergeräte ausgebildet und sind mit einer Anzeigeeinheit 108 versehen und enthalten Sensoren, die das Herausnehmen von Artikeln aus den einzelnen Behältern 105, 105' detektieren. Damit kann eine teilautomatische Realisierung der Lagerhaltung erreicht werden. Anstelle von Sensoren, können die Geräte 103 auch über einen Knopf verfügen, der bei Druck das Herausnehmen eines Artikels aus dem Behälter 105, 105' registriert.
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Entsprechend einer weiteren Ausführungsvariante ist es auch möglich, dass die Geräte 103 mit einer Füllstandsanzeige der Behälter 105, 105' gekoppelt sind, die Beispielsweise auf Grundlage optischer Sensoren, Gewichtssensoren oder Beschleunigungssensoren im Gerät 103 oder im Behälter 105, 105' den Füllstand überwachen. Hierbei ist es auch möglich, den Füllstand der Behälter 105, 105' mit Hilfe von optischen Sensoren, die unbeweglich im Raum befestigt sind, beispielsweise am Regal oder Trägergestell 101, zu überwachen. Hierbei gibt die durch das elektronische Gerät 103 bestimmte Position eines Behälters 105, 105' im Raum vor, an welchem externen optischen Sensor sich ein Behälter 105, 105' gerade befindet. Die Informationen über den Füllstand der Behälter 105, 105' werden über die Datenleitung 109 an die Steuervorrichtung 106 geliefert, die diese Information zusammen mit dem Raster 107 des Behälters 105, 105' an eine externe Datenverarbeitungsanlage übertragen kann.
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In 2 ist ein Querschnitt durch eine Ausführungsform des elektronischen Gerätes 103 dargestellt. Das elektronische Gerät 103 ist sehr flach und umfasst ein Gehäuse 204, welches kostengünstig, beispielsweise aus Kunststoff gefertigt ist. Das elektronische Gerät 103 verfügt über ein Display 108, beispielsweise ein Flüssigkristall-Display, und ein Abdeckglas 205.
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An der Rückseite weist das elektronische Gerät 103 mehrerer beispielsweise als Kontaktfedern ausgebildete Kontakte 201 sowie asymmetrische Zentrierelemente 206 auf, in diesem Fall ausgebildet in Form einer Nut-Feder Kombination, die bei der Montage in korrespondierende Zentrierelemente 206 dere Schiene 102 greifen. Dies wird auch in den Beschreibungen von 3a, 3b und 4 näher erläutert. Mittels einer Haltevorrichtung, die in diesem Fall durch in das Gehäuse 204 eingelassene Magnete 203 realisiert ist, wird das elektronische Gerät 103 an der Schiene 102 befestigt.
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Weiterhin beinhaltet das elektronische Gerät 103 eine interne Elektronikeinheit 202, beispielsweise bestehend aus einer Platine sowie weiterer Elektronik. Die interne Elektronikeinheit 202 umfasst einen Mikrocontroller, eine persistente Datenhaltung und steuert die Anzeige des elektronischen Gerätes 103, in anderen Ausführungsformen auch die Eingabe oder mögliche Sensoren. Außerdem detektiert die interne Elektronikeinheit 202 mittels der Kontakte 201 das Kodierungsmuster (wird später beschrieben) auf der Schiene 102. Die interne Elektronikeinheit 202 umfasst in dieser Ausführungsvariante ebenfalls die Bestimmungseinheit, welche auf Grundlage der Zuordnungsfunktion aus dem detektiertem Kodierungsmuster die Position im Raum bestimmt.
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In 3 sind zwei verschiedene Ausführungsformen einer magnetischen Haltevorrichtung gezeigt, mit der ein elektronisches Gerät 103 auf einer Schiene 102 montiert ist. In der Ausführungsform in 3a wird das elektronische Gerät 103 mit einem Magneten 203 an der Schiene 102 befestigt, in welche zu diesem Zweck ein dünnes Blech oder Metallband 301 eingelassen ist. Auf der Schiene 102 gibt es eine Mehrzahl von leitenden Flächen 302, die von den Kontakten 201 bei Montage kontaktiert werden. Durch die Zentrierelemente 206, welche in diesem Fall als asymmetrische seitliche Führungen ausgebildet sind, ist eine Fehlmontage ausgeschlossen. Bei Montage wird das elektronische Gerät 103 durch die Magnetkraft auf die Schiene 102 gezogen, wobei die Kontakte 201 eingedrückt oder verformt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das elektronische Gerät 103, wie in 3b dargestellt, zwei Magneten 203 und in der Schiene 102 sind an korrespondierender Stelle zwei dünne Bleche oder Metallbänder 301 eingelassen. In 3b werden durch die Kontakte 201, die zumindest teilweise Abtastbereichen 104 gegenüberstehen, sowohl leitende 302 als auch nichtleitende 303 Flächen auf der Schiene 102 kontaktiert, wodurch eine elektrische Verbindung zur Versorgungsleitung oder Datenleitung hergestellt wird und/oder das Kodierungsmuster an den Abtastbereichen 104 abgetastet wird. Die Zentriervorrichtung 206 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch asymmetrische seitliche Führungen sowie durch eine Nut-Feder Verbindung ausgebildet, die bei der Montage ineinandergreift.
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4 zeigt, dass eine Fehlmontage durch die Zentrierelemente 206 ausgeschlossen ist.
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In 5 sind verschiedene Ausführungsformen der Kodierung und Kontaktierung der Schiene 102 durch die Kontakte 201 des elektronischen Geräts 103 dargestellt. In 5a ist als bevorzugte Ausführungsform die digitale, parallele Kodierung gezeigt. Hierbei ist auf der Schiene 102 ein digitales Kodierungsmuster 501 aufgebracht. Wird nun das elektronische Gerät 103, hier schemenhaft als Umriss dargestellt, auf die Schiene 102 montiert, so kontaktiert die als Federkontakte 201 ausgebildete Abtasteinrichtung das Kodierungsmuster 501 der Schiene 102 an mehreren Stellen, die sich parallel zueinander entlang eines Querschnitts der Schiene 102 befinden. Hierbei kann durch jeden Kontakt 201 der Abtasteinrichtung eine Vergrößerung des Adressraumes um den Faktor 2 oder 3, je nachdem ob eine binäre oder tri-state Kodierung verwendet wird, erreicht werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit die Versorgungs- und/oder Datenleitungen ebenfalls zur Kodierung zu verwenden. Dabei werden die Versorgungs- und/oder Datenleitungen unterbrochen, so dass sich Versorgungs- und Abtastbereich 104 die Funktionen teilen.
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Wenn ein größerer Adressraum benötigt wird und die Breite der Schiene 102 nicht weiter vergrößert werden kann oder soll, da sie dann beispielsweise zu breit für die Montage an der Stirnseite gegebener Regalböden würde, so kann eine serielle Kodierung, wie in 5b gezeigt, verwendet werden. Hierbei sind zusätzlich zu den in Querrichtung zur Schiene 102 ausgebildeten Federkontakten 201 noch weitere in Längsrichtung zur Schiene 102 ausgebildete Federkontakte 201' vorhanden. Dadurch erfolgt die Detektion des Kodierungsmusters 501 seriell, was einen größeren Adressraum ermöglicht. Um die detektierten Kodierungsmuster 501 auch bei serieller Kodierung eindeutig ein Raster 107 und somit eine Position im Raum zuordnen zu können, werden erfindungsgemäß bevorzugt Faltungs- oder Turbocodes eingesetzt, die dann mit Viterbis Algorithmus dekodiert werden können.
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Bei diskreten Kodierungsmustern 501 ist es entsprechend eines Ausführungsbeispiels auch möglich, ein Gerät 103 so zu platzieren, dass es sich über zwei Kodierungsmuster 501 auf der Schiene 102 erstreckt. In diesem Fall wird bei paralleler Kodierung nur eins der beiden Kodierungsmuster 501 detektiert, nämlich das, welches sich unter den rückseitigen Kontakten 201 des elektronischen Gerätes 103 befindet. Bei serieller Kodierung ist es möglich, dass manche Kontakte 201 das linke und manche Kontakte 201' das rechte Kodierungsmuster detektieren. Das stellt durch Verwendung geeigneter Kodierungen, wie beispielsweise Faltungs- und/oder Turbocodes in Kombination mit Viterbis Algorithmus zur Dekodierung, aber kein Problem dar, das Raster 107 auf der Schiene 102 und die Position im Raum kann weiterhin eindeutig bestimmt werden.
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In 6 werden Draufsichten der Schiene 102 entsprechend einer der bevorzugten Ausführungsformen gezeigt. In 6a, 6b und 6c enthält die Schiene 102 jeweils eine Datenleitung 601, die beispielsweise über ein 1-Wire Protokoll auf der mittleren Leitung realisiert ist, und je einer positiven und negativen Versorgungsleitung 602, 603, die die Schiene 102 beispielweise über Gleichspannung mit Strom versorgen. Die Kodierung erfolgt durch ein digitales Kodierungsmuster 501, wobei die digitalen Abtastbereiche 604-1, 604-2, 604-3, 604-4 sich am Rand der Schiene (siehe 6b und 6c), zwischen Versorgungs- und Datenleitung 601, 602, 603 (siehe 6a, 6b und 6c) als auch nebeneinander (siehe 6c) befinden können.
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Die digitale Kodierung erfolgt je nach Platzierung des digitalen Abtastbereiches anhand einer binären oder tri-state Kodierung. Hierbei können auf jedem digitalen Punkt eines Abtastbereiches 604-1 der sich am Rand oder, wie in 6c neben einem anderen Abtastbereich 604-1, 604-2 befindet eine binäre Information kodiert sein, indem der Abtastbereich an diesem Punkt mit der benachbarten Versorgungs- beziehungsweise Datenleitung 601, 602, 603 verbunden ist oder nicht. Wenn sich ein Abtastbereich, wie zum Beispiel 604-1 in 6a, zwischen einer Daten- und einer Versorgungsleitung 601, 602, 603 befindet, so kann nach dem tri-state Prinzip an jedem Punkt eine tertiäre Information kodiert sein, indem der digitale Abtastbereich an diesem Punk entweder mit der einen benachbarten Leitung oder mit der benachbarten Leitung oder mit keiner der beiden Leitungen verbunden ist.
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In 6 sind ebenfalls die anhand der Rasterung 107 der Kodierung möglichen Raster 107 durch gestrichelte Linien und Großbuchstaben dargestellt.
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In 7 wird eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Schiene 102 dargestellt. Hierbei erfolgt die Kodierung durch optische Reflexionselemente 702, die beispielsweise als Farbmuster oder Spiegelelemente ausgebildet sein können. Auf der Schiene 102 sind entsprechend neben einer Datenleitung 601 und positiver und negativer Versorgungsleitung 602, 603 mehrere optische Abtastbereiche 701-1, 701-2 vorhanden, die durch am elektronische Gerät befindliche Farb- oder Lichtsensoren detektiert werden.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Schiene 102 wird in 8 dargestellt. Hierbei wird die Position auf der Schiene 102 durch eine Phasendifferenz kodiert. In 8a wird eine temporäre Phasendifferenzmessung im Wechsel zur Kommunikation dargestellt. Hierbei wird eine Frequenz 801 als Referenzwert auf eine Versorgungsleitung 602 gelegt und die zweite Frequenz 802 im Wechsel zur Datenleitung 601 eingebracht. Die Frequenzen und somit ihre Phasendifferenz können dann vom elektronischen Gerät 103 an zwei Stellen 803, 804 der Versorgungsleitung 602 bzw. der Datenleitung 601 entlang eines Querschnitts der Schiene 102 gemessen werden. Aus der Phasendifferenz wird dann von der Bestimmungseinheit, die sich im elektronischen Gerät 103 oder in der Steuervorrichtung 106 befindet, die Position auf der Schiene 102 berechnet. Vorteilhaft ist hierbei, dass keine weitere Leitung notwendig ist und die Schiene 102 somit schmaler gefertigt sein kann.
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In einer Variante dieser Ausführungsform in 8b werden zusätzlich zwei Frequenzleitungen 805, 806 auf die Schiene 102 aufgebracht, die dann mit zwei Frequenzen 801, 802 belegt werden. Die Frequenzen und ihre Phasendifferenz können dann vom elektronischen Gerät 103 an zwei Stellen 803, 804 der Frequenzleitungen 805, 805 entlang eines Querschnitts der Schiene 102 erfolgen. Aus der Phasendifferenz wird dann vom elektronischen Gerät 103 oder vorn der Steuervorrichtung 106 die Position auf der Schiene 102 berechnet. Die Positionsbestimmung kann somit unabhängig von den Daten- und Versorgungsleitungen 601, 602, 603 erfolgen.
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In 9 ist eine weitere Ausführungsform der Schiene 102 gezeigt. Hierbei wird eine Widerstandsbahn 901 verwendet, die an einem Ende der Schiene 102 mit einer der Versorgungsleitungen 602 verbunden ist 902. Der Widerstand erhöht sich nun kontinuierlich mit dem Abstand von dem Ende der Schiene 102, an dem die Widerstandsbahn 901 mit der Versorgungsleitung 602 verbunden ist 902. Der Widerstand kann durch eine entsprechende Messeinrichtung vom elektronische Gerät 103 detektiert werden, und daraus kann der Abstand zum Ende der Schiene 102 und somit die Position des elektronischen Gerätes 103 auf der Schiene 102 berechnet werden. Optional ist es auch möglich zur Erhöhung der Genauigkeit zwei Widerstandsbahnen mit gleichen oder verschiedenen Widerständen zu verwenden, die an unterschiedlichen Enden der Schiene 102 mit verschiedenen Versorgungsleitungen 602, 603 verbunden werden.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Trägergestell
- 102
- Schiene
- 103
- elektronisches Gerät
- 104
- Abtastbereiche
- 105
- großer Behälter
- 105'
- kleiner Behälter
- 106
- Steuervorrichtung
- 107
- Rasterung/Position auf der Schiene
- 108
- Anzeige/Display
- 109
- Daten- und/oder Stromleitung zwischen Schiene und Steuervorrichtung
- 201
- (parallele) Kontakte
- 201'
- serielle Kontakte
- 202
- interne Elektronik
- 203
- Magnet
- 204
- Gehäuse
- 205
- Abdeckglas
- 206
- Zentrierelemente
- 301
- Blech/Metallband
- 302
- leitende Fläche
- 303
- nichtleitende Fläche
- 501
- (digitales) Kodierungsmuster
- 601
- Datenleitung
- 602, 603
- Versorgungsleitungen
- 604
- digitaler Abtastbereich
- 701
- optischer Abtastbereich
- 702
- optische Reflexionselemente
- 801, 802
- Frequenzen
- 803, 804
- Messpunkt auf der Schiene
- 805, 806
- Frequenzleitung
- 901
- Widerstandsbahn
- 902
- Widerstandsbahn verbunden mit Versorgungsleitung
