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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Eingabeelement und ein Eingabesystem, insbesondere zur Verwendung an einem Schienenfahrzeug wie einer Lokomotive.
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An einer Lokomotive ist ein Steuerstand vorgesehen, der beispielsweise an einem Fahrstand, in einem Maschinenraum oder im Außenbereich der Lokomotive angebracht sein kann. Der Steuerstand umfasst eine Vielzahl Eingabeelemente, die jeweils einer vorbestimmten Funktion der Lokomotive zugeordnet sind. Jedes Eingabeelement umfasst ein Bedienelement, das von einer Bedienperson translatorisch oder rotatorisch bewegt werden kann. Dabei ist eine vorbestimmte Anzahl Stellungen des Bedienelements vorbestimmt, und jeder der Stellungen kann ein Schnappschalter zugeordnet sein. Weist das Bedienelement mehr als zwei Stellungen auf, so umfasst es auch entsprechend mehrere Schnappschalter.
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Der Steuerstand kann somit eine große Anzahl Schnappschalter umfassen, die einen relativ großen Bauraum erfordern können und üblicherweise auch ein relativ hohes Gewicht bedingen. Durch ihre mechanische Komplexität können Eingabeelemente mit Schnappschaltern, insbesondere mit mehreren Schnappschaltern, eine erhöhte Fehleranfälligkeit aufweisen. Die Schnappschalter können anfällig für Korrosion, Verschmutzung, Verkleben oder das Eindringen von Fremdkörpern in flüssiger oder fester Form sein. Die Funktion des Schnappschalters kann dadurch eingeschränkt sein. Jedem Schnappschalter sind eine oder mehrere diskrete Leitungen zugeordnet, die im Rahmen des Steuerstands verbunden werden müssen. Der Steuerstand kann so komplex aufzubauen, schwierig zu warten und unflexibel gegenüber einer späteren Änderung sein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Eingabeelement und ein verbessertes Eingabesystem bereitzustellen, die wenigstens einen der oben angegebenen Nachteile überkommt. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Ein Eingabeelement umfasst ein Trägerelement, ein Bedienelement, das gegenüber dem Trägerelement verstellbar ist, und eine Rasteinrichtung, um das Bedienelement gegenüber dem Trägerelement in einer von mehreren vorbestimmten Stellungen zu halten. Ferner umfasst das Eingabeelement ein magnetisches Element, das magnetisch mit dem Bedienelement gekoppelt ist, und einen Magnetfeldsensor, der am Trägerelement angebracht ist, zur Bestimmung eines Magnetfelds. Außerdem ist eine Auswerteeinrichtung umfasst, die dazu eingerichtet ist, eine Stellung des Bedienelements gegenüber dem Trägerelement auf der Basis des mittels des Magnetfeldsensors bestimmten Magnetfelds zu bestimmen.
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Durch den Einsatz eines Magnetfeldsensors kann das Eingabeelement mechanisch weniger komplex aufgebaut sein. Eine Empfindlichkeit des Eingabeelements gegenüber Korrosion, Verunreinigung oder Fremdkörpern kann verringert sein. Der Magnetfeldsensor kann die Stellung des Bedienelements kontaktlos bestimmen, sodass ein Verschleiß in diesem Bereich ebenfalls verringert sein kann. Es ist insbesondere bevorzugt, dass die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet ist, die Stellung des Bedienelements nur allgemein zu bestimmen und noch nicht auf eine der vorbestimmten Stellungen des Bedienelements abzubilden.
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Dazu kann die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet sein, die Stellung des Bedienelements analog zu bestimmen bzw. einen Analogwert bereitzustellen, der auf die Stellung des Bedienelements hinweist. In einer anderen Ausführungsform wird ein digitaler Wert verwendet, wobei die Stellung mit einer höheren Auflösung als die Zahl der vorbestimmten Stellungen des Bedienelements aufgelöst ist. Beispielsweise kann die Stellung des Bedienelements mit einer Auflösung von 8 Bit, entsprechend 256 unterschiedlichen Stellungen aufgelöst werden, während das Bedienelement über die Rasteinrichtung auf ca. 2 bis 16 Stellungen beschränkt ist. Dadurch kann eine verbesserte Informationsbasis für ein nachgeschaltetes, verarbeitendes Gerät geschaffen werden. Beispielsweise kann ein Übergang von einer mechanischen Stellung in eine andere verbessert verfolgt werden. Auch kann die Zuordnung der bestimmten Stellung auf eine der mechanisch definierten Stellungen des Bedienelements in Abhängigkeit eines extern verfügbaren Systemwissens verbessert durchgeführt werden.
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Es ist besonders bevorzugt, dass das Bedienelement in eine erste und eine zweite Untereinheit trennbar ist, wobei die erste Untereinheit die Rasteinrichtung und das magnetische Element und die zweite Untereinheit den Magnetfeldsensor und die Auswerteeinrichtung umfasst. Dadurch ist es möglich, eine generische zweite Untereinrichtung vorzusehen, die mit unterschiedlichen ersten Untereinrichtungen kombiniert werden kann. An einem konkreten Anwendungsfall kann auch eine erste Untereinheit an einer zweiten Untereinheit ausgetauscht werden, beispielsweise wenn eine erhöhte Anzahl mechanisch definierter Stellungen an einem Eingabeelement nötig wird oder sich der Zweck des Eingabeelements geändert hat.
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In einer weiteren Ausführungsform ist ein Trennelement vorgesehen, um den Magnetfeldsensor vom magnetischen Element zu trennen. Das Trennelement ist bevorzugterweise aus einem magnetisch neutralen Material wie Kunststoff herstellbar, sodass es die Funktion des Eingabeelements nicht beeinträchtigt. Durch das Trennelement kann eine Verunreinigung, die insbesondere aus der Richtung des Bedienelements in das Eingabeelement eindringen kann, daran gehindert werden, den Magnetfeldsensor zu erreichen und seine Funktion zu beschädigen. Beispielsweise können so Staub, Flüssigkeiten oder Reste von Speisen, mit denen eine Bedienperson hantiert, sicher vom Magnetfeldsensor ferngehalten werden. Ist das Eingabeelement etwa in eine Bedientafel oder eine ähnliche Struktur eingelassen, so kann das Trennelement an der Bedientafel angebracht sein, sodass die Trennung zwischen einer Bedienseite des Eingabeelements mit dem Bedienelement und einer Auswerteseite des Eingabeelements mit dem Magnetfeldsensor hermetisch ausgeführt sein kann. Das Rastelement ist bevorzugterweise auf der Eingabeseite angeordnet.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Eingabeelement zur redundanten Bestimmung der Stellung des Bedienelements eingerichtet. Dazu kann das Eingabeelement ferner einen weiteren Magnetfeldsensor zur Bestimmung eines Magnetfelds und eine weitere Auswerteeinrichtung zur Bestimmung der Stellung des Bedienelements auf der Basis des mittels des weiteren Magnetfeldsensors bestimmten Magnetfelds umfassen. Bevorzugterweise schließen Messrichtungen der beiden Magnetfeldsensoren miteinander einen Winkel zwischen 0° und 180° ein.
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Bewirkt beispielsweise das Bewegen des Bedienelements eines Eingabeelements von einer vorbestimmten mechanischen Stellung in eine andere eine translatorische Bewegung des magnetischen Elements entlang einer Trajektorie, so kann einer der Magnetfeldsensoren neben der Trajektorie und der andere an einem der Enden der Trajektorie angebracht sein. Die Magnetfeldsensoren können dabei unterschiedliche Aspekte des jeweils lokalen Magnetfelds, das durch das magnetische Element beeinflusst wird, bestimmen. Für eine möglichst gute Trennung ist es bevorzugt, dass die Messrichtungen einen Winkel von ca. 90° miteinander einschließen.
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Bevorzugterweise ist jedem Magnetfeldsensor eine Auswerteeinrichtung zugeordnet. Insbesondere kann dem ersten Magnetfeldsensor eine erste Auswerteeinrichtung und dem zweiten Magnetfeldsensor eine zweite Auswerteeinrichtung zugeordnet sein. Das Vorliegen eines kritischen Elements, dessen Ausfallen die Bestimmung der Stellung mittels beider Magnetfeldsensoren verhindern kann, kann so verbessert vermieden werden. Durch die strikte Trennung unterschiedlicher Messpfade können die Redundanz und damit die Ausfallsicherheit des Eingabeelements entschieden gesteigert sein.
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In einer Ausführungsform ist das Eingabeelement dazu eingerichtet, in einer Umgebung eingesetzt zu werden, in der eine erhöhte Sicherheitsanforderungsstufe (z.B. SIL2) gefordert wird.
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Die Auswerteeinrichtung kann eine Schnittstelle zu einem Kommunikationsbus aufweisen. Werden zwei Auswerteeinrichtungen verwendet, so kann jeder Auswerteeinrichtung ein Kommunikationsbus zugeordnet sein. Der Kommunikationsbus kann insbesondere auf der Basis von I2C, SPI oder CAN aufgebaut sein. Insbesondere ist bevorzugt, dass der Kommunikationsbus seriell ausgeführt ist, um eine Anzahl von Leitungen zum Eingabeelement zu verringern. Weiter bevorzugt erlaubt der Kommunikationsbus ein Adressieren einzelner Endgeräte, sodass insbesondere verschiedene Eingabeelemente nacheinander abgefragt werden können.
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So kann beispielsweise eine zyklische Abfrage mehrerer Eingabeelemente erfolgen oder bestimmte Eingabeelemente können öfter als andere Eingabeelemente abgefragt werden.
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Ein Eingabesystem umfasst mehrere der beschriebenen Eingabeelemente, bevorzugterweise in der Ausführungsform mit mehreren Magnetfeldsensoren, und eine Verarbeitungseinrichtung, die mittels eines Kommunikationsbusses mit den Eingabeelementen verbunden ist. Dabei umfasst die Verarbeitungseinrichtung eine Schnittstelle zur Bereitstellung von Hinweisen auf Stellungen der Eingabeelemente. Die Schnittstelle kann einen weiteren Kommunikationsbus, insbesondere einen seriellen Kommunikationsbus wie IC2, SPI oder CAN umfassen. Bevorzugterweise kann auf der Schnittstelle eine Nachricht bereitgestellt werden, die Hinweise auf die Stellungen mehrerer Eingabeelemente umfasst. Das Eingabesystem kann einfach aufgebaut und flexibel veränderbar sein. Produktions- und Montagekosten können verringert sein. Das Eingabesystem kann relativ leicht und Platz sparend ausgeführt sein. Jedes Eingabeelement kann in einer der Ausführungsformen redundant abgetastet werden, sodass eine Bestimmungssicherheit des Eingabesystems erhöht sein kann. Das Eingabesystem kann dadurch verbessert zur Steuerung eines sicherheitsrelevanten Systems wie einer Lokomotive eingesetzt werden.
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Die Verarbeitungseinrichtung ist bevorzugterweise dazu eingerichtet, für die Eingabeelemente jeweils eine Stellung des Bedienelements in einer der vorbestimmten Stellungen auf der Basis von über den Kommunikationsbus übermittelten Messwerten der Magnetfeldsensoren zu bestimmen. Anders ausgedrückt ist die Verarbeitungseinrichtung bevorzugterweise dafür zuständig, eine Abbildung eines Messwerts eines Magnetfeldsensors auf eine von mehreren mechanischen Stellungen eines zugeordneten Bedienelements durchzuführen. Dabei kann insbesondere eine Redundanzprüfung oder Plausibilisierung durchgeführt werden, wenn das Eingabeelement über mehr als einen Magnetfeldsensor verfügt. Wird beispielsweise bestimmt, dass die Stellungen zweier Magnetfeldsensoren eines Eingabeelements schlechter als vorbestimmt zueinanderpassen bzw. eine der bestimmten Stellungen nicht zu einer vorbestimmten mechanischen Stellung des zugeordneten Bedienelements passt, so kann die bestimmte Stellung als ungültig markiert werden oder auf einen Wert gesetzt werden, der einer ungültigen Bestimmung zugeordnet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, Informationen über die Schnittstelle bereitzustellen, die auf eine Bestimmungsqualität einer Stellung eines Bedienelements eines Eingabeelements hinweisen. Diese Informationen können einen Hinweis auf die oben beschriebene ungültige Bestimmung umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform kann auch ein höher aufgelöster Wert für eine Bestimmungsqualität verwaltet werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass das Eingabesystem eine zentrale Energieversorgung für die Eingabeelemente und die Verarbeitungseinrichtung umfasst. In einer Ausführungsform mit mehreren Magnetfeldsensoren pro Eingabeelement können auch zwei zentrale Energieversorgungen vorgesehen sein, die jeweils einem der Magnetfeldsensoren zugeordnet sind. Das Eingabesystem kann dadurch verbessert konsequent redundant aufgebaut sein.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Verarbeitungseinrichtung eine weitere Schnittstelle zur Übermittlung bestimmter Stellungen der Eingabeelemente umfasst. Die weitere Schnittstelle kann so wie die oben genannte erste Schnittstelle aufgebaut sein oder beispielsweise ein anderes Medium benutzen. In einer Ausführungsform umfasst die erste Schnittstelle ein elektrisches Medium, wie es beispielsweise für einen parallelen oder seriellen Bus spezifiziert ist, während die zweite Schnittstelle etwa ein pneumatisches Medium umfasst oder eine diskrete drähtische Verbindung, also eine Anzahl einzelner elektrischer Leiter, die jeweils einem Eingabeelement oder sogar einer vorbestimmten Stellung eines Bedienelements eines Eingabeelements zugeordnet sind.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei
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1 ein Eingabesystem zur Verwendung in einer Lokomotive;
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2 Varianten von Eingabeelementen für das Eingabesystem von 1;
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3 die Eingabeelemente von 2 in einer alternativen Ausführungsform mit erhöhter Sicherheit; und
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4 ein Diagramm zur Bestimmung einer diskreten Stellung auf der Basis einer analogen Stellung
darstellt.
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1 zeigt ein Eingabesystem 100, insbesondere zur Verwendung in einem Fahrstand, einem Maschinenraum oder einem Außenbereich einer Lokomotive. Insbesondere kann das Eingabesystem 100 dazu verwendet werden, einen Fahrzustand einer Lokomotive zu steuern. Das Eingabesystem 100 umfasst mehrere Eingabeelemente 105 und eine Verarbeitungseinrichtung 110. Die Verarbeitungseinrichtung 110 umfasst eine Schnittstelle 115 zur Bereitstellung von Informationen, die auf Stellungen der Eingabeelemente 105 hinweisen. Optional ist noch eine weitere Schnittstelle 115‘ vorgesehen, die entsprechend ausgeprägt ist. Bevorzugterweise ist eines der Eingabeelemente 105 mittels eines Kommunikationsbusses 120 mit der Verarbeitungseinrichtung 110 verbunden. Es kann auch ein weiterer Kommunikationsbus 120' vorgesehen sein, der mit einem der Eingabeelemente 105 verbunden sein kann. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Kommunikationsbus 120, 120’ eine Stromversorgung für die Eingabeelemente 105. Dazu können im Kommunikationsbus 120, 120’ dedizierte Stromversorgungsleitungen vorgesehen sein oder Informationen können über Stromversorgungsleitungen übertragen werden, beispielsweise mittels eines Datenmodulationsverfahrens. Die Stromversorgung kann insbesondere bei Verwendung zweiter Kommunikationsbusse 120, 120’ redundant ausgeführt sein.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass eine zentrale Energieversorgung 125 vorgesehen ist, die die Verarbeitungseinrichtung 110 und die Eingabeelemente 105 mit Energie versorgt. In einer Ausführungsform umfasst die zentrale Energieversorgung 125 den Kommunikationsbus 120, das heißt, dass Energie, die beispielsweise ein Eingabeelement 105 für ihren Betrieb benötigt ein Magnetfeldsensor 170 angebracht, der bevorzugterweise als Hall-Sensor ausgeführt sein kann. Der Magnetfeldsensor 170 ist dazu eingerichtet, die Veränderung eines Abstands oder einer Lage des magnetischen Elements 165 bei der Veränderung der Stellung oder Position des Bedienelements 145 zu bestimmen. In unterschiedlichen Ausführungsformen ist der Magnetfeldsensor 170 dazu eingerichtet, ein in seinem Bereich herrschendes Magnetfeld in einer oder mehreren Richtungen zu bestimmen.
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Der Magnetfeldsensor 170 ist mit einer Auswerteeinrichtung 175 verbunden, die bevorzugterweise mittels einer Schnittstelle 180 mit dem Kommunikationsbus 120 verbunden ist. Die Auswerteeinrichtung 175 ist dazu eingerichtet, auf der Basis eines Messwertes des Magnetfeldsensors 170 die Stellung des Bedienelements 145 zu bestimmen. Dabei ist bevorzugt, dass die Stellung ohne eine Einschränkung auf eine der mechanisch vorgegebenen Stellungen 160 bestimmt wird. Beispielsweise kann ein analoger Wert die Stellung des Bedienelements 145 beschreiben. In einer anderen Ausführungsform kann ein digitaler Wert verwendet werden, der den möglichen Bedienweg des Bedienelements 145 höher auflöst als Stellungen 160 definiert sind. Beispielsweise können 20 oder weniger Stellungen 160 mechanisch definiert sein, während der Bewegungsbereich des Bedienelements 145 mit 6 Bit, 8 Bit, 10 Bit oder 12 Bit aufgelöst wird. Die durch die Auswerteeinrichtung 175 bestimmte Stellung des Bedienelements 145 kann dann über die Schnittstelle 180 und den Kommunikationsbus 120 zur Verarbeitungseinrichtung 110 übermittelt werden. Die Verarbeitungseinrichtung 110 ist bevorzugterweise dazu eingerichtet, eine Abbildung der übertragenen Stellung auf eine der vorbestimmten mechanischen Stellungen 160 durchzuführen. Dies wird unten mit Bezug auf 4 noch genauer beschrieben. Das Übertragen von Informationen zwischen der Auswerteeinrichtung 175 und der Verarbeitungseinrichtung 110 kann in unterschiedlichen Ausführungsformen seitens der Auswerteeinrichtung 175 oder seitens der Verarbeitungseinrichtung 110 initiiert werden.
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In einer Ausführungsform ist einem der Eingabeelemente 105 ein weiterer, zusätzlicher Magnetfeldsensor 170' zugeordnet, um die Stellung des Bedienelements 145 über die Veränderung eines Magnetfelds durch das magnetische Element 165 zu bestimmen. Bevorzugterweise ist jedem der Sensoren 170' eine zusätzliche Auswerteeinrichtung 175' zugeordnet, die mittels einer zusätzlichen Schnittstelle 180 mit dem weiteren Kommunikationsbus 120' verbunden ist (vgl. 1). Die Magnetfeldsensoren 170, 170' sind bevorzugterweise derart bezüglich des magnetischen Elements 165 angebracht, dass sie auf unterschiedliche Weisen die Stellung desselben Bedienelements 145 bestimmen können. Insbesondere ist bevorzugt, dass Messrichtungen der Magnetfeldsensoren 170, 170' einen Winkel miteinander einschließen, der größer oder gleich 0° und kleiner oder gleich 180° ist, bevorzugterweise um die 90°. In einer Ausführungsform ist einer der Magnetfeldsensoren 170, 170' so angebracht, dass er einen Abstand zum magnetischen Element 165 bestimmt, während der andere Magnetfeldsensor 170, 170' eine Lage oder Richtung des magnetischen Elements 165 bestimmt. Die Anbringung der Magnetfeldsensoren 170, 170' am Eingabeelement 105 erfolgt bevorzugterweise in Abhängigkeit der gewählten Trajektorie 150.
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In einer anderen Ausführungsform kann der Winkel w auch ca. 90° oder ca. 180° betragen, sodass die Messrichtungen der Magnetfeldsensoren 170, 170’ im Wesentlichen parallel oder antiparallel ausgerichtet sind. Beispielsweise können die Magnetfeldsensoren 170, 170’ auf unterschiedlichen Seiten einer Platine oder möglichst eng nebeneinander an der Platine angebracht sein.
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In dieser Ausführungsform ist bevorzugt, dass die Verarbeitungseinrichtung 110 dazu eingerichtet ist, nicht nur eine Abbildung der auf der Basis der Magnetfeldsensoren 170 bestimmten Stellung eines Bedienelementes 145 eines Eingabeelementes 105 auf eine von mehreren vorbestimmten mechanischen Stellungen 160 durchzuführen, sondern zusätzlich eine Plausibilisierung vorzunehmen. Bei der Plausibilisierung kann insbesondere bestimmt werden, wie gut die bestimmten (analogen) Stellungen zueinander oder zu den einzelnen mechanischen Stellungen 160 passen. Sind die bestimmten Stellungen zueinander widersprüchlich, so kann die für das Eingabeelement 105 bestimmte Stellung auf einen vorbestimmten Wert gesetzt werden, der keiner mechanischen Stellung 160 entspricht, sondern die für eine gescheiterte Stellungsbestimmung steht. Zusätzlich oder alternativ kann eine entsprechende Nachricht über eine der Schnittstellen 115, 115' bereitgestellt werden, die auf die gescheiterte Stellungsbestimmung hinweist.
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Während es bevorzugt ist, dass die Schnittstellen 115 und 115' elektrisch aufgebaut sind und weiterhin einer vorbestimmten Spezifikation, beispielsweise eines seriellen Übertragungsbusses, entsprechen können, kann in einer anderen Ausführungsform eine der Schnittstellen 115, 115' unterschiedlich von der anderen Schnittstelle 115, 115' aufgebaut sein, um einen zweiten Wirkweg zu bieten. Dazu kann eine der Schnittstellen 115, 115' beispielsweise dedizierte Drahtverbindungen für einzelne Stellungen eines Eingabeelements 105 statt des Kommunikationsbusses oder etwa eine pneumatische Schnittstelle oder einen pneumatischen Aktor umfassen. Die Schnittstellen 115, 115' sind dazu eingerichtet, mit einer Steuereinrichtung verbunden zu werden, die insbesondere eine sicherheitsrelevante Steuerung eines Elements durchführen kann. Das Element kann eine Kraftmaschine oder eine andere Einrichtung betreffen, bei deren Fehlfunktion ein Personenschaden oder ein beträchtlicher Materialschaden auftreten kann. Beispielsweise kann das Element eine Fahrfunktion einer Lokomotive betreffen, insbesondere eine Geschwindigkeitssteuerung oder eine Bremsfunktion.
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2 zeigt Varianten von Eingabeelementen 105 für das Eingabesystem 100 von 1. Ein erstes Eingabeelement 105.1, ein zweites Eingabeelement 105.2 und ein drittes Eingabeelement 105.3 sind jeweils in einer Draufsicht, wie sie sich einer Bedienperson bietet, und in zwei Längsschnitten dargestellt, wobei jedes Eingabeelement 105 im ersten Längsschnitt unbetätigt und im zweiten Längsschnitt betätigt dargestellt ist. Die Eingabeelemente 105 korrespondieren in beispielhafter Weise zu denen von 1. Zur besseren Veranschaulichung sind die Eingabeelemente 105 unvollständig dargestellt (vgl. 1).
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In beispielhafter Weise umfasst das erste Eingabeelement 105.1 einen Drehschalter oder Drehtaster, bei dem das Bedienelement 145 um eine Achse 205 gedreht werden kann. Das magnetische Element 165, beispielhaft dargestellt in Form eines Magneten, ist an einem axialen Ende des Bedienelements 205 angebracht und ändert seine rotatorische Ausrichtung um die Drehachse 205, wenn das Bedienelement 145 des ersten Eingabeelements 105.1 seine Stellung ändert. Der Magnetfeldsensor 170 ist beispielhaft axial zum magnetischen Element 165 bezüglich der Achse 205 angebracht und dazu eingerichtet, die Ausrichtung des durch das magnetische Element 165 bewirkten Magnetfelds zu bestimmen.
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Das beispielhafte zweite Eingabeelement 105.2 umfasst einen Druckschalter oder Drucktaster, bei dem das Bedienelement 145 entlang einer Achse 205 verschoben werden kann. Der Magnetfeldsensor 170 ist in beispielhafter Weise seitlich versetzt bezüglich der Achse 205 angeordnet und dazu eingerichtet, eine Ausrichtung des durch das magnetische Element 165 bewirkten Magnetfelds oder dessen Stärke zu bestimmen. Die Stärke korrespondiert zum Abstand zwischen dem magnetischen Element 165 und dem Magnetfeldsensor 170 und weist somit auf eine Stellung des Bedienelements 145 hin.
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Das dritte beispielhaft dargestellte Eingabeelement 105.3 umfasst einen Schwenkhebel, der um eine Achse 205 geschwenkt werden kann, die bevorzugterweise parallel zur Struktur 130 verläuft. Das magnetische Element 165 ist außerhalb der Achse 205 am Bedienelement 145 angebracht und der Magnetfeldsensor 170 ist in einer vorbestimmten Stellung bezüglich der Achse 205 befestigt. Wird das Bedienelement 145 des dritten Eingabeelements 105.3 um die Achse 205 geschwenkt, so können sich eine Stärke und eine Ausrichtung des durch das magnetische Element 165 bewirkten Magnetfelds im Bereich des Magnetsensors 170 verändern.
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In einer weiteren Ausführungsform ist ferner eine Wanne 135 vorgesehen, die insbesondere als Schmutzwanne ausgebildet ist. Die Wanne 135 kann wie dargestellt unterhalb der Eingabeelemente 105 oder, in einer anderen Ausführungsform, zwischen der Struktur 130 und unteren Abschnitten des Eingabeelements 105 angebracht sein.
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Die Wanne 135 ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform zwischen verschiedenen Untereinheiten des Eingabeelements 105 angebracht, wobei eine erste Untereinheit das Bedienelement 145 und eine zweite Untereinheit den Magnetfeldsensor umfasst. Die Wanne 135 selbst kann in unterschiedlichen Ausführungsformen zur einen oder zur anderen Untereinheit gezählt werden. Das Eingabeelement 105 kann entlang der Wanne 135 trennbar ausgeführt sein, sodass die erste und die zweite Untereinheit voneinander entfernt werden können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist für ein Eingabeelement 105 eine individuelle Wanne 135 vorgesehen. Die Wanne 135 kann am Eingabeelement 105 zwei Seiten definieren, nämlich eine Eingabeseite mit dem Bedienelement 145 und eine Auswerteseite mit dem Magnetfeldsensor 170. Auf der Eingabeseite kann auch die Rasteinrichtung 155 liegen. Die Wanne 135 kann mit der Struktur 130 verbunden oder an ihr angebracht sein. Die Wanne 135 kann staub- oder flüssigkeitsdicht ausgeführt und bevorzugterweise staub- bzw. flüssigkeitsdicht mit der Struktur 130 verbunden sein. Die Wanne 135 kann beispielsweise becherförmig sein, um das Bedienelement 145 aufzunehmen und eine ausreichende Beweglichkeit sicherzustellen Bevorzugterweise umfasst die Wanne 135 ein nichtmagnetisches Material wie Kunststoff.
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3 die Eingabeelemente 105 von 2 in einer alternativen Ausführungsform mit erhöhter Sicherheit. Zusätzlich zu den in 2 dargestellten Elementen umfasst jedes Eingabeelement 105 noch einen weiteren Magnetfeldsensor 170'. In exemplarischer Weise ist der weitere Magnetfeldsensor 170' des ersten Eingabeelements 105.1 seitlich neben der Achse 205 angebracht und dazu eingerichtet, eine Stärke oder Ausrichtung des durch das magnetische Element 165 verursachten Magnetfelds zu bestimmen. Der weitere Magnetfeldsensor 170' des zweiten Eingabeelements 105.2 ist exemplarisch axial zum magnetischen Element 165 angebracht. Wird das Bedienelement 145 des zweiten Eingabeelements 105.2 entlang der Achse 205 bewegt, so ändert sich der Abstand zwischen dem magnetischen Element 165 und dem weiteren Magnetfeldsensor 170'. Am dritten Eingabeelement 105.3 ist der weitere Magnetfeldsensor 170' um einen vorbestimmten Winkel bezüglich der Achse 205 gegenüber dem Magnetfeldsensor 170 versetzt.
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In allen Fällen ist bevorzugt, dass die Magnetfeldsensoren 170 und 170' jeweils eine Messrichtung aufweisen, wobei die Messrichtungen der Magnetfeldsensoren 170, 170' einen vorbestimmten Winkel miteinander einschließen, der bevorzugterweise im Bereich von ca. 90° liegt. Ist der Magnetfeldsensor 170 beispielsweise als einfacher Hall-Sensor ausgeführt, so entspricht die Messrichtung der Richtung, in der ein Magnetfeld verlaufen muss, um mittels des Hall-Sensors bestimmt zu werden. Umfasst der Magnetfeldsensor 170 einen mehrdimensionalen Magnetfeldsensor, so ist bevorzugt, dass er mehrere einzelne Magnetfeldsensoren umfasst, deren Messrichtungen im rechten Winkel zueinander stehen. Die Messrichtungen zwischen Magnetfeldsensoren 170 und 170' schließen dabei bevorzugterweise paarweise den vorbestimmten Winkel ein.
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4 zeigt ein Diagramm 400 zur Bestimmung einer diskreten Stellung 160 auf der Basis einer analogen Stellung. In horizontaler Richtung ist eine Stellung eines Bedienelements 145 eines Eingabeelements 105 bezüglich eines Trägerelements 140 dargestellt, wobei die Stellung auf der Basis einer Magnetfeldmessung mittels eines Magnetfeldsensors 170 bestimmt wurde, wie oben beschrieben ist. Diese Stellung kann insbesondere eine Translation entlang einer Achse 205 bzw. einer Trajektorie 150 oder eine Rotation um eine Achse 205 bzw. entlang einer Trajektorie 150 betreffen. In vertikaler Richtung ist eine entsprechende Stellung dargestellt, die mittels eines weiteren Magnetfeldsensors 170' bestimmt wurde. Außerdem sind mechanisch vorgegebene Stellungen 160 eingezeichnet, die durch die Rasteinrichtung 155 vorgegeben sind. Um jede mechanische Stellung 160 ist ein Bereich 405 dargestellt, in dem die mittels der Magnetfeldsensoren 170, 170' bestimmten Stellungen liegen müssen, um positiv zu bestimmen, dass die korrespondierende mechanische Stellung 160 durch das Bedienelement 145 eingenommen wurde. Liegt die Kombination der bestimmten Stellungen außerhalb eines der Bereiche 160, so kann eine ungültige Stellung bestimmt werden. Die mittels der unterschiedlichen Magnetfeldsensoren 170 und 170' bestimmten Stellungen korrespondieren dann nicht zueinander oder nicht zu einer vorbestimmten mechanischen Stellung 160, sodass die Bestimmung unplausibel ist.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
