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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Sensors.
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Stand der Technik
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Im Stand der Technik ist es bekannt, dass Funktionszustände von Sensoren mithilfe von unterschiedlichen LEDs, welche meist grün oder gelb sind, angezeigt werden. Die erwähnten Sensoren können zum Beispiel induktive Sensoren, optoelektronische Sensoren, kapazitive Sensoren oder Magnetfeld-Sensoren etc. sein. Die Funktionszustände von Sensoren können hierbei eine Betriebsspannung, eine Information, ob ein Objekt erkannt wurde oder ob ein Kurzschluss vorliegt oder zum Beispiel bei optoelektronischen Sensoren ein Grad einer Verschmutzung sein. Eine Einstellung von Schaltpunkten, Empfindlichkeiten oder Ausgangskonfigurationen erfolgt hierbei in der Regel über Potentiometer oder mittels eines Teach-in-Tasters. Bei sehr komplexen und entsprechend hochpreisigen Sensoren werden häufig Displays verwendet.
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Im Zeitalter des Internets der Dinge und Industrie 4.0 wird die Industriesensorik zunehmend komplexer, d.h. es werden mehr Daten erzeugt und verarbeitet. Gleichzeitig wird jedoch der Bauraum für Anzeige- und Bedienelemente eher kleiner, weshalb oftmals versucht wird, die zusätzlichen Funktionalitäten über verschiedenartiges Pulsen der bestehenden gelben und grünen LEDs darzustellen. Dies führt jedoch nachteiligerweise oft zu Verwirrungen im Betrieb und bei den Einstellarbeiten, da die Blinkfrequenz oder das An-zu-Aus-Verhältnis der LEDs nur schlecht abgeschätzt werden kann. Dies führt häufig dazu, dass die durch das Blinkverhalten der LEDs dargestellten Funktionen von einem Benutzer nicht richtig zugeordnet werden können.
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Die Druckschrift
DE 20 2014 101 644 U1 offenbart einen Lichttaster mit Hintergrundausblendung, bei dem eine Einstelleinheit in der Mitte einer kreisförmigen Anzeigeeinheit positioniert ist und ein Drehpotentiometer umfasst, das z.B. mittels eines Kreuzschlitz-Schraubendrehers betätigt werden kann.
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Die Druckschrift
DE 10 2014 110 176 A1 offenbart einen optoelektronischen Sensor zur Erkennung von Objekten oder Objekteigenschaften umfassend einen Lichtsender, einen Lichtempfänger und eine Auswerteeinheit, die dazu ausgebildet ist, anhand eines von dem Lichtempfänger ausgegebenen Empfängersignals ein Objekt zu erfassen und/oder eine Eigenschaft eines Objekts zu ermitteln. Der Auswerteeinheit ist eine Einstelleinheit zum Einstellen eines die Auswertung betreffenden Referenzwerts zugeordnet, welche ein drückbares Einstellelement umfasst, mit welchem der Referenzwert auf einen durch das aktuelle Empfängersignal vorgegebenen Einlernwert festlegbar ist. Die Einstelleinheit umfasst ferner ein um einen Drehwinkel von zumindest 360° drehbares Einstellelement sowie Mittel zum Erfassen der Drehstellung und/oder der Drehstellungsänderung des drehbaren Einstellelements. Die Auswerteeinheit ist dazu ausgebildet, den Referenzwert in Abhängigkeit von der erfassten Drehstellung und/oder der erfassten Drehstellungsänderung anzupassen.
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Die
US 2015/0123651 A1 betrifft ein Positionsmesssystem mit einem drehbaren Einstellelement. Dieses weist einen transparenten Stift auf, an dessen Unterseite eine LED angeordnet ist. Das Einstellelement verfügt nicht über eine Tastfunktion.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sensor bereitzustellen, welcher Bauraum einspart. Eine weitere Aufgabe ist es, die Bedienung des Sensors durch einen Benutzer zu erleichtern oder intuitiver zu gestalten. Ferner soll der Sensor günstig herstellbar sein.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgaben werden durch einen Sensor gelöst, welcher mindestens eine mechanische und/oder elektromechanische Einstelleinheit zum Einstellen mindestens eines Betriebsparameters des Sensors aufweist. Diese Einstelleinheit weist ein Einstellelement auf.
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Unter einem Sensor wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Sensor mit einem mechanischen und/oder elektromechanischen Einstellelement verstanden. Dies kann zum Beispiel ein induktiver Sensor, ein optoelektronischer Sensor, ein kapazitiver Sensor, ein Magnetfeld-Sensor, ein Ultraschall-Sensor, ein magnetostriktiver Sensor, ein magnetkodierter Sensor, ein Neigungssensor, ein Drucksensor oder ein Temperatursensor sein.
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Unter einem Einstellelement wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Bauteil verstanden, welches entweder alleine oder in Verbindung mit einem weiteren Bauteil geeignet ist, mindestens einen Betriebsparameter des Sensors zu ändern. Unter einer Einstelleinheit wird ein Bauteil oder eine Baugruppe verstanden, welche in der Lage ist, mindestens einen Betriebsparameter des Sensors zu ändern. Die Einstelleinheit enthält das Einstellelement.
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Ferner weist das mechanische und/oder elektromechanische Einstellelement ein Lichtleitelement auf oder ist aus einem für Licht transparentem Material gefertigt und der Sensor ist ausgebildet und eingerichtet, eine anzuzeigende Information durch eine Beleuchtung des Lichtleitelements anzuzeigen.
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Das Lichtleitelement kann zum Beispiel ein Lichtleiter oder ein Lichtleitkabel sein. Hierunter versteht man für sichtbares Licht transparente Bauteile wie z.B. Fasern, insbesondere Glasfasern, Röhren oder Stäbe, die Licht zu Beleuchtungszwecken zu einem anderen Ort transportieren. Bevorzugt ist das Lichtleitelement so gleichmäßig beleuchtet, dass eine Leuchtdichte des Lichtleitelements an den Positionen, an dem ein Benutzer das Lichtleitelement bei bestimmungsgemäßem Gebrauch sieht, gleichmäßig erscheint. Bevorzugt schwankt die Leuchtdichte des Lichtleitelements an solchen Positionen um weniger als 20 %.
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Eine wesentliche Erkenntnis der Erfindung besteht darin, dass durch eine räumliche Verknüpfung von Einstellelement und einem Element zum Anzeigen von optischen Informationen, d.h. ein Anzeigeelement, welches zum Beispiel ein Lichtleitelement sein kann, zum einen Bauraum gespart werden kann und zum anderen die Bedienung des Einstellelements für einen Nutzer vereinfacht werden kann. Die räumliche Verknüpfung von Einstellelement und einem solchen Anzeigeelement wird vorliegend dadurch erreicht, dass die darzustellenden Informationen mithilfe des oder durch das Einstellelement dargestellt werden. Dies kann zum Beispiel konkret so realisiert werden, dass das Lichtleitelement, welches Teil des Einstellelements ist, beleuchtet wird. Dies hat unter anderem den Vorteil, dass Bauteile und/oder Bauraum eingespart werden können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Einstellelement ein Lichtleitelement. Hierdurch wird vorteilhafterweise Bauraum sehr effektiv genutzt.
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Bevorzugt ist das Einstellelement auch ein Drehstift oder weist einen solchen auf. Hierbei kann vorteilhafterweise durch Drehen des Drehstifts ein Wert in den Sensor eingegeben werden und gleichzeitig kann mittels des Lichtleitelements des Einstellelements dem Nutzer eine darzustellende Information mitgeteilt werden. Die Information kann zu Beispiel sein, in welchem vorgegebenen Bereich der eingegebene Wert sich befindet. Das Einstellelement kann zum Beispiel ein Drehstift sein, welcher aus einem lichtleitenden Material gefertigt ist.
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Das Einstellelement weist eine Tastfunktion auf. Die Tastfunktion kann zum Beispiel den durch das Einstellelement eingestellten Wert oder die Funktion auswählen oder zu einem nächsten Menüpunkt springen. Diese Funktion erweitert vorteilhafterweise die Einstellfunktion des Einstellelements. Die Tastfunktion kann bevorzugt eine Teach-in-Funktion sein. Die Tastfunktion kann technisch durch einen Drehstift realisiert werden, welcher als Drucktaster ausgeführt ist, welcher zum Auslösen der Tastfunktion durch einen Nutzer entlang seiner Achse gedrückt werden muss.
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Bevorzugt kann der mindestens eine Betriebsparameter eine Tastweite, eine Empfindlichkeit, ein Schaltpunkt, ein Schwellwert, eine Spannung, eine Stromstärke, ein Widerstandswert, eine Funktionalität oder Funktion, ein Zustand eines Bauteils des Sensors, ein Betriebszustand oder eine Konfiguration, insbesondere eine Ausgangskonfiguration des Sensors, sein. Unter einem Betriebsparameter wird gemäß dieser Erfindung ein Parameter verstanden, welcher für den internen Betrieb eines Sensors verwendet werden kann.
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Eine Ausgangskonfiguration (engl.: configuration baseline) ist die Konfiguration eines eingerichteten Produktes, also des Sensors, zu einem bestimmten Zeitpunkt, die sowohl die Struktur als auch die Einzelheiten umfasst. Sie kann als Referenz für weitere Aktivitäten dienen, z.B. als BasisInformation für zukünftige Arbeiten, um die Historie von Änderungen am System zu dokumentieren oder als Wiederherstellungspunkt im Fehlerfall.
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Gemäß einer Ausführungsform kann bei Eingabe eines einzustellenden Wertes, wie zum Beispiel der Empfindlichkeit, ein schnelles Drehen eines Drehstifts als Einstellelement eine große Änderung des einzustellenden Wertes und ein langsames Drehen eine kleine Änderung des einzustellenden Wertes, d.h. eine Feineinstellung, bewirken. Dadurch kann der einzustellende Wert vorteilhafterweise schneller oder effektiver eingestellt werden.
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Bevorzugt ist die darzustellende oder auszugebende Information ein Zustand des Sensors. Hierbei kann Zustand des Sensors ein Zustand eines Bauteils des Sensors sein. Ferner kann der Zustand ein Funktionszustand des Sensors sein. Der Zustand des Sensors kann ferner eine Betriebsspannung, eine Angabe darüber, ob ein Objekt erkannt wurde, eine Angabe, ob ein Kurzschluss vorliegt oder eine Angabe über einen Grad einer Verschmutzung sein.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Sensor zusätzlich ein Messgerät auf, welches eine Einstellung des Einstellelements misst. Das Messgerät ist ein Teil der Einstelleinheit. Bevorzugt ist das Messgerät ein Drehgeber, der ausgebildet und eingerichtet ist, eine Dreheinstellung des Einstellelements zu erfassen. Bevorzugt ist der Drehgeber ein Inkrementalgeber oder Absolutwertgeber. Besonders bevorzugt ist der Drehgeber ein inkrementaler Halleffekt-Drehgeber. Hierbei ist eine Drehachse des Inkrementalgebers frei drehbar und/oder als durchgängiger Innensechskant ausgeführt. Wenn der Drehgeber als Inkrementalgeber ausgeführt ist, arbeitet das Sensorsystem stabiler, da keine Absolutwerte abgefragt werden, sondern nur Änderungen detektiert werden. Bei Messungen von Absolutwerten ist zu berücksichtigen, dass sich ein zu messender Widerstandswert bei Temperaturschwankungen oder durch Alterung ändern kann. Ferner bieten Inkrementalgeber Vorteil bei Sensoren, die zusätzlich über eine Schnittstelle, z.B. IO-Link®, eingelernt werden. Beim Einlernen über eine Schnittstelle ist im Allgemeinen keine nachträgliche Feineinstellung über ein Potentiometer mehr möglich. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass die Einstelleinheit ein Potentiometer als Absolutwertgeber aufweist.
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Der Sensor weist als Teil der Einstelleinheit zusätzlich eine Lichtquelle zum Beleuchten des Lichtleitelements auf. Die Lichtquelle ist so neben einem Stift des Taststifts angeordnet ist, dass Licht seitlich in den Stift einkoppelt Das Licht wird direkt in das Lichtleitelement eingekoppelt. Dies hat den Vorteil einer einfachen und platzsparenden Bauweise. Um die Lichtausbeute zu verbessern, ist es bevorzugt, dass das Lichtleitelement aus einem volumenstreuenden Material besteht. Hierbei kann es sich insbesondere um einen Kunststoff handeln, welcher Streupigmente und/oder Streukugeln enthält. In noch einer alternativen Ausführungsform ist es bevorzugt, dass ein Ende des Lichtleitelements eine Abschrägung aufweist. An dieser Abschrägung kann das von der Lichtquelle emittierte Licht nach der Einkopplung in das Lichtleitelement reflektiert werden, um es in Richtung eines Kopfes des Lichtleitelements zu leiten. Diese Ausführungsform ist besonders bei der Ausführung als Taststift bevorzugt, der nicht drehbar ist, so dass die Position der Abschrägung nicht verändert werden kann.
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Bevorzugt weist die Lichtquelle eine LED oder eine Laserdiode auf. Bevorzugt ist die Lichtquelle ausgebildet und eingerichtet, mindestens zwei unterschiedliche Wellenlängenbereiche zu emittieren. Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass das verwendete Licht mehr Informationen darstellen kann.
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Bevorzugt ist die Lichtquelle ferner ausgebildet und eingerichtet, kontinuierlich oder gepulst zu emittieren. Dies hat den Vorteil, dass das emittierte Licht noch mehr Informationen darstellen kann. Hierbei stehen unterschiedliche Blinkmuster, Farben oder Helligkeiten für unterschiedliche darzustellende Informationen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Sensor ausgebildet und eingerichtet, nachdem der Sensor mithilfe des Einstellelements eingestellt wurde, Informationen über die vorgenommene Einstellung des Sensors anzuzeigen. Hierbei wird die Information mithilfe des Lichtleitelements ausgegeben oder angezeigt. Durch diese Ausführungsform kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass ein Nutzer eine Rückmeldung über die von ihm vorgenommene Einstellung erhält.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Sensor eingerichtet und ausgeführt, zum Einstellen des mindestens einen Betriebsparameters eine Menüführung durchzuführen. Hierbei werden das Einstellelement zur Navigation und das Lichtleitelement zum Anzeigen von Informationen für den Nutzer verwendet. Bevorzugt wird die Tastfunktion des Einstellelements zur Navigation der Menüführung herangezogen. Hierbei kann durch die Tastfunktion eine durch den Drehstift ausgewählte Funktion ausgewählt werden oder zu einem nächsten Menüpunkt gesprungen werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird beim Drehen des Einstellelements ein einzustellender Wert, zum Beispiel eine Empfindlichkeit des Sensors, über einen Farbverlauf, zum Beispiel von Rot nach Grün oder einen Helligkeitsverlauf, von dunkel nach hell, dargestellt. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird einer eingestellten Funktionsreserve eine entsprechende Farbe zugeordnet. Falls ein Signal unterhalb der Schaltschwelle liegt, emittiert die Lichtquelle z.B. rot, falls die Schaltschwelle in der Nähe des Signals liegt, emittiert die Lichtquelle z.B. gelb und falls die Schaltschwelle unterhalb des Signals liegt, emittiert die Lichtquelle z.B. grün. Die hier gewählten Farben sind nur Beispiele, es können auch anderen Farben verwendet werden.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform wird einem Nutzer über ein von der Lichtquelle in das Lichtleitelement emittiertes, markantes Signal, z.B. ein kurzes Blinken rückgemeldet, dass beim Einstellen des Einstellelements eine Ober- oder Untergrenze des einzustellenden Wertes überschritten wurde. Hierdurch wird die Bedienung des Sensors vorteilhafterweise erleichtert.
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Es ist ferner bevorzugt, dass die Lichtquelle nur dann Licht emittiert, wenn am Sensor eine Eingabe benötigt wird. Hierdurch wird die Bedienung durch den Nutzer weiter vereinfacht.
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Bevorzugt wird in einer Menüführung zur Sensorkonfiguration bei Einstellung von unterschiedlichen Konfigurationen das Lichtleitelement unterschiedlich beleuchtet, zum Beispiel bei Umschaltung zwischen einer Öffner- und einer Schließer-Konfiguration, zum Beispiel bei Näherungsschaltern.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Empfindlichkeitseinstellung, z.B. bei optischen Multifunktionssensoren, je nach Sensorfunktionalität unterschiedlich. Z.B. kann bei der Funktionalität der Hintergrundausblendung der Empfindlichkeitsbereich auf zehn Umdrehungen eines Drehstifts aufgeteilt sein, während bei der Funktionalität einer Reflexionslichtschranke der Empfindlichkeitsbereich auf lediglich zwei Umdrehungen aufgeteilt ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung durch ein Verfahren zum Betrieb eines Sensors gelöst. In einem ersten Schritt des Verfahrens wird mindestens ein Betriebsparameter des Sensors mithilfe einer mechanischen und/oder elektromechanischen Einstelleinheit, welche ein Lichtleitelement aufweist, eingestellt.
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Der verwendete Sensor ist ein Sensor, wie er obenstehend beschrieben ist. Der Betriebsparameter, die mechanische und/oder elektromechanische Einstelleinheit sowie das Lichtleitelement können ebenfalls die im Zusammenhang mit dem Sensor beschriebenen Eigenschaften aufweisen. Das Einstellen kann so erfolgen wie es im Zusammenhang mit dem Sensor oben stehend beschrieben wurde.
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In einem zweiten Schritt des Verfahrens wird eine Information durch Beleuchten des Lichtleitelements, insbesondere einem Benutzer, angezeigt. Das Anzeigen der Information kann so erfolgen, wie es im Zusammenhang mit dem Sensor beschrieben wurde.
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Die mit diesem Verfahren verbundenen Vorteile bzw. die Vorteile der Merkmale des Verfahrens wurden bereits im Zusammenhang mit der Beschreibung des erfindungsgemäßen Sensors obenstehend beschrieben.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
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Ein Sensor 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 1 dargestellt.
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Eine Steuer- und Regeleinheit 150 steuert eine als Leuchtdiode ausgeführte Lichtquelle 160 entsprechend der in der Steuer- und Regeleinheit 150 durchgeführten Menüsteuerung an. Dazu sind die Steuer- und Regeleinheit 150 und die Lichtquelle 160 gemeinsam auf einer nicht dargestellten Leiterplatte angeordnet. Die Leuchtdiode ist vorliegend als mehrfarbige RGB-LED ausgeführt und bildet einen Teil der Einstelleinheit. Die Steuer- und Regeleinheit 150 kann die Lichtquelle 160 mit unterschiedlicher Helligkeit, mit unterschiedlichen Farben und/oder mit unterschiedlichen zeitlichen Abläufen, z.B. Blinkmustern, betreiben. Der Sensor 100 weist als mechanisches Einstellelement einen Taststift 111 auf. Das von der Lichtquelle 160 emittierte Licht 170 wird über ein Lichteinkoppelelement 180 in einen unteren Teil eines Stifts 112 des Taststifts 111 eingekoppelt. Der Taststift 111 besteht aus dem Stift 112 und dem Kopf 114. Sowohl der Stift 112 als auch der Kopf 114 bestehen aus einem lichtleitenden Material. Weil der Stift 112 lichtleitend ist, tritt das in den unteren Teil des Stiftes 112 eingekoppelte Licht 170 auf den Kopf 114 des Taststifts 111. Das auf den Kopf 114 treffende Licht 170 wird in unterschiedliche Richtungen gestreut, woraufhin es von dem Nutzer wahrgenommen werden kann.
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Die Steuer- und Regeleinheit 150 ist mit einem Sensor-Frontend 190 und einer Ausgangsstufe 200 verbunden.
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Der Taststift 111 kann durch Drücken seines Kopfes 114 in die Richtung des Pfeilsymbols 131 betätigt werden. Der Stift 112 des Taststifts 111 ruht mit seinem dem Kopf 114 abgewandten Ende auf einer Tastfläche 142 eines Tastelements 141. Die Lichtquelle 160 ist so neben dem Stift 112 angeordnet, dass das Licht 170 seitlich in den Stift 112 einkoppelt. Dieser besteht aus einem transparenten lichtleitenden Material. Um dennoch eine Leitung des eingekoppelten Lichtes 170 in Richtung des Kopfes 114 zu erreichen, weist der Stift 112 an seinem dem Kopf 114 abgewandten Ende an seiner der Lichtquelle 116 abgewandten Seite eine Abschrägung auf 113, an welcher das eingekoppelte Licht 170 in Richtung des Kopfes 114 reflektiert wird. Der Stift 112 ist verdrehfest angeordnet, so dass die Abschrägung stets an der der Lichtquelle 116 abgewandten Seite des Stiftes 112 verbleibt.
