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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkstockschalteinrichtung zur Anordnung an einem Lenkstock eines Fahrzeuges, mit einem Grundgehäuse, einem in dem Grundgehäuse ausgebildeten Lager, einem Lenkstockschalthebel, der in dem Lager beweglich gehalten ist, wobei der Lenkstockschalthebel einen Betätigungshebel, der aus dem Grundgehäuse herausragt, und einen Schalthebel, der in dem Grundgehäuse angeordnet ist, aufweist, und einer magnetischen Schalteinrichtung, die ein Magnetelement und eine Magnetsensoranordnung aufweist, wobei der Schalthebel in wenigstens einer Richtung zwischen einer Mehrzahl Schaltpositionen bewegbar ist, das Magnetelement mechanisch mit dem Schalthebel oder dem Grundgehäuse und die Magnetsensoranordnung entsprechend mechanisch mit dem Grundgehäuse bzw. dem Schalthebel gekoppelt ist, und das Magnetelement und die Magnetsensoranordnung durch eine Betätigung des Betätigungshebels relativ zueinander zwischen den Schaltpositionen bewegbar sind.
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Auch betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit einer obigen Lenkstockschalteinrichtung.
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Lenkstockschalteinrichtungen werden bei Fahrzeugen üblicherweise am Lenkstock angebracht, so dass die von einem Fahrzeugführer vom Lenkrad aus zu betätigen sind. Lenkstockschalteinrichtungen sind beispielsweise als Schalter für einen Blinker, Scheibenwischer, Fahrzeugbeleuchtung, Geschwindigkeitsregelung, Menüsteuerung für ein Fahrzeugmenü, oder andere Anwendungen bekannt. Der Lenkstockschalthebel kann dazu an seinem Betätigungshebel betätigt werden. Dazu kann der Betätigungshebel üblicherweise in einer oder zwei Richtungen bewegt werden. Eine solche Lenkstockschalteinrichtung ist beispielsweise mit einem in zwei Richtungen bewegbaren Betätigungshebel als Blinkerhebel mit Fernlichtschaltung bekannt.
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Dabei wird üblicherweise für jede Richtung ein Magnet vorgehalten. Entsprechend werden für zwei Bewegungsrichtungen üblicherweise zwei getrennte Magnete für zwei translatorische Bewegungsebenen verwendet. Dabei wird ein Magnet, z.B. für die Funktion Blinken, in Querrichtung bewegt, und ein zweiter Magnet, unabhängig von dem ersten Magneten in Längsrichtung, um das Fernlicht zu steuern. Dies wird vorzugsweise in der Lenkstockschalteinrichtung realisiert.
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Außerdem sind auch Lenkstockschalteinrichtungen mit mechanischen Schaltern bekannt. Dabei werden beispielsweise Kontaktfinger auf Leiterplatten eingesetzt. Signalqualität und Lebensdauer von solchen mechanischen Lenkstockschalteinrichtungen mit mechanischen Schaltern sind jedoch begrenzt, so dass sie nicht für langlebige Anwendungen wie NFZ-Schalter angewendet werden können. Zudem ist die Signalqualität für solche ECUs (Electronic Control Unit) nur bedingt geeignet, da Verschmutzungen, Abrieb, Kontaktkräfte usw. diese stark beeinflussen.
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In diesem Zusammenhang ist aus der
DE 10 2005 018 289 A1 ein Schalter, insbesondere Lenkstockschalter, zur Anordnung an einen Lenkstock eines Fahrzeuges bekannt. Der Schalter umfasst einen betätigbaren Schalthebel, ein mit dem Schalthebel bewegungsgekoppeltes Schaltglied, wobei das eine Schaltglied um wenigstens zwei quer zueinander angeordnete Achsen schwenkbar ist und im Bereich seiner Oberfläche verschieden polarisierte Magnetabschnitte aufweist, und eine Magnetfeldsensoren aufweisenden Elektronikeinheit. Über die Magnetfeldsensoren kann die jeweilige Schaltlage des einen Schaltglieds erfasst und ein entsprechender Schaltvorgang eingeleitet werden. Zwischen dem einen Schaltglied und den Magnetfeldsensoren ist eine Wandung angeordnet, die von dem vom Schaltglied ausgehenden Magnetfeld durchdrungen wird.
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Die
DE 199 22 500 A1 betrifft eine Schaltervorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei der eine Betätigung des Betätigungselements berührungslos erfasst wird und die als Modul ausgebildet ist.
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Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, eine Lenkstockschalteinrichtung zur Anordnung an einem Lenkstock sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Lenkstockschalteinrichtung anzugeben, die ein zuverlässiges und langlebiges Schalten mit der Lenkstockschalteinrichtung ermöglichen. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist somit eine Lenkstockschalteinrichtung zur Anordnung an einem Lenkstock eines Fahrzeuges angegeben. Die Lenkstockschalteinrichtung umfasst ein Grundgehäuse, ein in dem Grundgehäuse ausgebildetes Lager, einen Lenkstockschalthebel, der in dem Lager beweglich gehalten ist, wobei der Lenkstockschalthebel einen Betätigungshebel, der aus dem Grundgehäuse herausragt, und einen Schalthebel, der in dem Grundgehäuse angeordnet ist, aufweist, und eine magnetischen Schalteinrichtung, die ein Magnetelement und eine Magnetsensoranordnung aufweist, wobei der Schalthebel in wenigstens einer Richtung zwischen einer Mehrzahl Schaltpositionen bewegbar ist, das Magnetelement mechanisch mit dem Schalthebel oder dem Grundgehäuse und die Magnetsensoranordnung entsprechend mechanisch mit dem Grundgehäuse bzw. dem Schalthebel gekoppelt ist, und das Magnetelement und die Magnetsensoranordnung durch eine Betätigung des Betätigungshebels relativ zueinander zwischen den Schaltpositionen bewegbar sind. Die magnetische Schalteinrichtung weist ein Magnetelement mit einer Mehrzahl magnetischer Pole und eine Magnetsensoranordnung mit einer Mehrzahl Magnetsensoren auf, die jeweils in Übereinstimmung mit der wenigstens einen Richtung angeordnet sind.
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Erfindungsgemäß ist außerdem ein Fahrzeug mit einer obigen Lenkstockschalteinrichtung angegeben.
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Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es also, ein Magnetelement zu verwenden, welches eine Mehrzahl magnetische Pole aufweist, so dass mehrere Schalterpositionen mit dem einen Magnetelement erkannt werden können. Somit kann ein einzelnes Bauteil als Magnetelement verwendet werden, um verschiedene Schalterstellungen anzuzeigen. Durch die Verwendung des gemeinsamen Magnetelements können die Systemkosten reduziert werden, da beide Magnete integral als ein Bauteil ausgeführt werden. Dies spart Gesamtvolumen, Teilepreise und Montagekosten/-zeiten. Es ergibt sich insgesamt eine Kostensenkung wie auch eine Gewichtsreduzierung. Die Verwendung von der Magnetsensoranordnung mit einer Mehrzahl Sensoren ermöglicht ein sehr zuverlässiges Schalten. Insbesondere bewirken die Schaltpositionen, dass klar definierte Positionen vorliegen, was die Erkennung erleichtert. Problem durch elektrostatische Entladungen (ESD) oder elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) können jedoch verbessert werden. Es kann ein berührungsloses Schalten realisiert werden, so dass eine gute Kontaktsicherheit, auch für Sicherheitsanwendungen, gewährleistet bleibt.
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Durch das berührungslose Schalten ergibt sich ein sehr geringer mechanischer Verschleiß der Lenkstockschalteinrichtung, da an der magnetischen Schalteinrichtung im besten Fall keine Reibkräfte auftreten. Ein Verschleiß von Schaltkontakten kann somit zuverlässig verhindert werden. Dadurch wird insgesamt die Lebensdauer der magnetischen Schalteinrichtung und damit der Lenkstockschalteinrichtung deutlich erhöht, und eine Ausfallwahrscheinlichkeit entsprechend reduziert. Die Anwendungen für ECUs (Electronic Control Unit) werden verbessert.
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Die Mehrzahl Magnetsensoren ist vorzugsweise derart angeordnet, dass für jede Richtung eine Mehrzahl Magnetsensoren angeordnet ist, um eine Magnetfeldänderung bei einer Bewegung über die Mehrzahl magnetischer Pole zuverlässig zu erfassen und die Schaltpositionen erkennen zu können. Die Bewegung des Magnetelements und der Magnetsensoranordnung relativ zueinander erfolgt vorzugsweise derart, dass die Magnetsensoren entsprechend der Ausrichtung der alternierenden magnetischen Pole bewegt werden.
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Verschiedene Richtungen können bei der magnetischen Schalteinrichtung verschiedene Funktionen der Lenkstockschalteinrichtung implementieren. Eine solche Funktion kann beispielsweise „Blinken“, „Fernlicht“ oder „Scheibenwischer“ sein, um nur ein paar zu nennen. Eine solche Bedienung ist sehr komfortabel.
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Eine Richtung entspricht hier einem Freiheitsgrad der Bewegung des Lenkstockschalthebels. Die Bewegung des Lenkstockschalthebels ist durch seine Lagerung üblicherweise eine Winkelbewegung. Diese Bewegung kann allerdings abhängig von einer maximalen Auslenkung und einer Länge des Schalthebels in eine lineare Bewegung des Magnetelements relativ zu der Magnetsensoranordnung umgesetzt werden. In dem Fall ist die wenigstens eine Richtung eine lineare Richtung. Näherungsweise kann die Bewegung auch als linear angesehen werden, wenn der Winkelbereich klein ist.
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Das Grundgehäuse ist ein an sich übliches Gehäuse, mit dem die Lenkstockschalteinrichtung an dem Lenkstock des Fahrzeugs montiert wird. Das Lager dient einer beweglichen Lagerung des Lenkstockschalthebels und kann auf unterschiedliche Weise realisiert sein. Durch das Lager wird eine Bewegung bei der Betätigung des Lenkstockschalthebels an dem Betätigungshebel in an sich bekannter Weise in eine Bewegung des Schalthebels umgesetzt. Eine Bewegung des Schalthebels zwischen den Schaltpositionen wird also durch eine entsprechende Bewegung des Betätigungshebels bewirkt.
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An dem Betätigungshebel können prinzipiell verschiedene Schaltvorrichtungen angebracht sein. Auch kann der Betätigungshebel beispielsweise um seine Längsachse drehbar sein, um eine Betätigung einer weiteren Schaltvorrichtung zu bewirken.
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Der Betätigungshebel und der Schalthebel können prinzipiell beliebig ausgeführt sein. Insbesondere können der Betätigungshebel und der Schalthebel jeweils eine beliebige Länge aufweisen.
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In der magnetischen Schalteinrichtung bewirkt eine Änderung eines Magnetfeldes im Bereich wenigstens eines Magnetsensors einen Schaltvorgang. Der Schaltvorgang selber ist entsprechend berührungslos. Die magnetische Schalteinrichtung ist einerseits mit dem Grundgehäuse und andererseits mit dem Schalthebel gekoppelt.
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Das Magnetelement ist mit einer Mehrzahl magnetischer Pole ausgeführt, beispielsweise nach der Art eines Sandwichmagneten. Dabei sind mehrere Einzelmagnete z.B. zwischen Stahlplättchen angeordnet. Es ergeben sich entlang seiner Längsseite alternierende magnetische Pole. Ein einfacher Sandwichmagnet hat für jede Richtung einen linearen Aufbau.
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Die Magnetsensoranordnung kann eine Mehrzahl prinzipiell beliebiger Magnetsensoren aufweisen. Die Magnetsensoren können entweder magnetische Feldstärken als Sensorgrößen übertragen, oder ein digitales Signal, das bei Erreichen eines Grenzwerts der magnetischen Feldstärke oder einer vorgegebenen Änderung der magnetischen Feldstärke erzeugt wird.
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Die mechanische Kopplung der magnetischen Schalteinrichtung bewirkt bei einer Bewegung des Schalthebels eine Übertragung der Bewegung auf das Magnetelement oder die Magnetsensoranordnung der magnetischen Schalteinrichtung. Entsprechend werden das Magnetelement und die Magnetsensoranordnung relativ zueinander in der wenigstens einen Richtung bewegt. Prinzipiell kann das Magnetelement mit dem Schalthebel gekoppelt sein, und die Magnetsensoranordnung ist an dem Gehäuse gehalten, oder umgekehrt.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Schalthebel in zwei Richtungen zwischen jeweils einer Mehrzahl Schaltpositionen bewegbar, das Magnetelement weist eine Mehrzahl magnetischer Pole in jeder der zwei Richtungen auf, und die Magnetsensoranordnung weist eine Mehrzahl Magnetsensoren in jeder der zwei Richtungen auf. Dadurch können eine Mehrzahl verschiedener Schaltpositionen erfasst werden. Die Schaltpositionen in der einen Richtung sind dabei vorzugsweise unabhängig von der anderen Richtung, so dass eine Betätigung des Schalthebels in der einen Richtung einen jeweiligen Schaltzustand für die andere Richtung nicht beeinflusst oder verändert.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die zwei Richtungen orthogonal zueinander angeordnet sind. Durch die orthogonale Anordnung können die Bewegungen in den beiden Richtungen entkoppelt werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weisen das Magnetelement und die Magnetsensoranordnung einen planaren Aufbau auf und sind mit gegenüberliegenden Platten angeordnet. Dies ermöglicht einen flachen Aufbau der magnetischen Schalteinrichtung. Insbesondere bei einem in zwei Richtungen betätigbaren Lenkstockschalthebel kann so eine flächige Umsetzung der Bewegung in der magnetischen Schalteinrichtung erfolgen. Außerdem ermöglicht diese Ausgestaltung die Bereitstellung einer kompakten magnetischen Schalteinrichtung, so dass auch die Lenkstockschalteinrichtung insgesamt kompakt ausgeführt sein kann.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Magnetelement selber plattenförmig ausgeführt und die Magnetsensoranordnung ist auf einer Platte angeordnet. Durch die plattenförmige Ausgestaltung des Magnetelements ist keine zusätzliche Montage an einer Platte erforderlich, so dass eine platzsparende Anordnung gebildet wird. Die Platte kann beispielsweise als Leiterplatte ausgeführt sein, wobei weiter bevorzugt in der Leiterplatte Leiterbahnen ausgebildet sind, um elektrische Signale von der Magnetsensoranordnung zu übertragen und die Magnetsensoranordnung mit Energie zu versorgen.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Magnetsensoranordnung und das Magnetelement in der wenigstens einen Richtung relativ zueinander schwimmend gelagert. Durch die schwimmende Lagerung erfahren die Magnetsensoranordnung und das Magnetelement eine Stabilisierung relativ zueinander, wodurch sie eine kontrollierte Bewegung zueinander durchführen können. Für die schwimmende Lagerung ist es dabei prinzipiell unwichtig, ob die Magnetsensoranordnung oder das Magnetelement an dem Schalthebel gelagert ist. Durch die schwimmende Lagerung wird eine gute Beweglichkeit des Magnetelements relativ zu der Magnetsensoranordnung erreicht. Bei der Ausführung mit zwei Richtungen für die Bewegung des Schalthebels kann beispielsweise jeweils eine schwimmende Lagerung für jede Richtung vorgesehen sein, oder eine schwimmende Lagerung für beide Richtungen.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die magnetische Schalteinrichtung eine Führungseinrichtung auf, und das Magnetelement ist relativ zu der Magnetsensoranordnung in der Führungseinrichtung in der wenigstens einen Richtung führbar ist. Durch die Führung wird eine zuverlässige Bewegung in der jeweiligen Richtung ermöglicht.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der Schalthebel ein Koppelelement auf, wobei der Schalthebel über das Koppelelement mechanisch mit dem Magnetelement oder der Magnetsensoranordnung gekoppelt ist. Beispielsweise kann das Koppelelement als Vorsprung oder Nase ausgebildet sein. Das Magnetelement oder die Magnetsensoranordnung weist entsprechend eine Koppelstelle zur Verbindung mit dem Koppelelement auf.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Koppelelement verschwenkbar an dem Schalthebel gehalten ist. Beispielsweise kann so sichergestellt werden, dass das Koppelelement stets im gleichen Winkel, vorzugsweise senkreckt, auf dem Magnetelement oder der Magnetsensoranordnung ausgerichtet ist. Dadurch können auftretende Kräfte in stets gleicher Weise übertragen werden, und Spannungen in der Kopplung zwischen dem Schalthebel und dem Magnetelement oder der Magnetsensoranordnung werden vermieden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Lenkstockschalteinrichtung ein Mitnahmeelement mit einem Koppelelement auf, wobei das Mitnahmeelement gemeinsam mit dem Schalthebel des Lenkstockschalthebels in einer Richtung bewegbar ist, und das Mitnahmeelement ist über das Koppelelement mechanisch mit dem Magnetelement oder der Magnetsensoranordnung gekoppelt. Durch das Mitnahmeelement kann beispielsweise eine Bewegung in nur einer Ebene erzeugt werden, was die Bewegung des Magnetelements relativ zu der Magnetsensoranordnung erleichtert. Entsprechend können bei mehreren Richtungen mehrere Mitnahmeelemente vorgesehen sein, d.h. ein Mitnahmeelement für jede Richtung. Die vorherigen Ausführungen in Bezug auf das verschwenkbar an dem Schalthebel gehaltene Koppelelement gelten entsprechend.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Koppelelement über eine Ausgleichsvorrichtung, mit der Abstandsänderungen zwischen dem Magnetelement oder der Magnetsensoranordnung und dem Schalthebel durch eine Bewegung des Schalthebels ausgleichbar sind, mechanisch mit dem Magnetelement oder der Magnetsensoranordnung gekoppelt. Durch die Lagerung des Lenkstockschalthebels ist die Bewegung des Lenkstockschalthebels üblicherweise eine Winkelbewegung. Entsprechend können Längenunterschiede auftreten, wenn die Bewegung des Magnetelements relativ zu der Magnetsensoranordnung linear ist. Diese Längenunterschiede können durch die Ausgleichsvorrichtung ausgeglichen werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Mehrzahl Schaltpositionen in der wenigstens einen Richtung durch eine relative Anordnung der Mehrzahl magnetischer Pole und der Mehrzahl Magnetsensoren identifizierbar. Die Identifizierung betrifft eine eindeutige Identifizierung, bei der jede Schalterposition durch die von den Magnetsensoren erfassten Signale eindeutig identifizierbar ist. Die Kodierung kann dabei unterschiedlich ausgeführt sein. Besonders bevorzugt findet hier ein Binärkode Verwendung. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Magnetkodierung beispielsweise nach dem Gray-Code ausgeführt.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Magnetsensoren als Hall-Sensoren ausgeführt. Besonders bevorzugt sind die Magnetsensoren als gelatchte HALL-ICs, die auch als HALL-Schalter bezeichnet werden, ausgeführt. Die HALL-ICs sind üblicherweise sehr klein und können problemlos auf einer Leiterplatte untergebracht werden. Die HALL-ICs umfassen neben dem eigentlichen HALL-Sensor alle erforderlichen Komponenten zur Ansteuerung des HALL-Sensors und erleichtern die Bereitstellung einer kompakten Auswerteschaltung. Gelatchte HALL-ICs können verwendet werden, um die Robustheit gegenüber elektrostatischen Entladungen (ESD), Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) und externe magnetische Felder zu verbessern.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Mehrzahl von Magnetsensoren einen Haupt- und mindestens einen Nebenmagnetsensor auf, wobei die Mehrzahl von Schaltpositionen in der wenigstens einen Richtung durch eine relative Anordnung der Mehrzahl magnetischer Pole des Magnetelements und dem Hauptmagnetsensor (34') identifizierbar sind. Mit Hilfe des mindestens einen Nebenmagnetsensors können mindestens eine von der Mehrzahl von Schaltpositionen überprüft werden. Das bedeutet, dass also mit dem Hauptmagnetsensor alleine die jeweiligen Schaltpositionen ermittelt werden können und diese auf eine einfache Art und Weise überprüft werden können. Das ist besonders bei sicherheitsrelevanten Anwendungen von Vorteil. Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn bei der oben beschriebenen Ausgestaltung der Hauptmagnetsensor als Mehrachsen-Magnetsensor, insbesondere als 3D-Hall-Sensor, also einem Magnetsensor, welcher die Magnetfeldkomponenten insbesondere im dreidimensionalen Raum erfassen kann, und der mindestens eine Nebenmagnetsensor als Magnetschalter, insbesondere Hall-Schalter, oder linearer Magnetsensor, insbesondere Hall-Sensor, ausgeführt ist. Somit kann der Hauptmagnetsensor durch Auswertung des Magnetfeldes in allen Raumrichtungen jede Schaltposition alleine ermitteln. Mit Hilfe des mindestens einen Nebenmagnetsensors, welcher benachbart und in Schaltrichtung zum Hauptmagnetsensor angeordnet ist, kann die ermittelte Schaltposition durch das Nebensensorsignal plausibilisiert werden. Das Nebensensorsignal kann dabei ein einfaches Schalt- oder Pegelsignal sein. Die Verwendung der benannten Nebenmagnetsensortypen ermöglicht eine besonders kostengünstige Umsetzung einer Lenkstockschalteinrichtung für sicherheitsrelevante Anwendungen.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung entspricht die Anzahl der Schaltpositionen in der wenigstens einen Richtung der Anzahl der magnetischen Pole des Magnetelements in der wenigstens einen Richtung. Die magnetischen Pole stellen somit eine einfache Art der Erfassung der Schaltpositionen bereit. In einem einfachen Fall kann beispielsweise mit einem Magnetsensor eine Abfolge der magnetischen Pole in der wenigstens einen Richtung erfasst werden, um dadurch die Schaltposition zu ermitteln.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert. Die dargestellten Merkmale können sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen. Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele sind übertragebar von einem Ausführungsbeispiel auf ein anderes.
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Es zeigt
- 1 eine Darstellung einer Lenkstockschalteinrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform in einer seitlichen Teilansicht,
- 2 eine Darstellung der Lenkstockschalteinrichtung aus 1 gemäß der ersten Ausführungsform mit einem transparenten Mitnahmeelement in einer seitlichen Teilansicht,
- 3 eine Darstellung einer magnetischen Schalteinrichtung der Lenkstockschalteinrichtung aus den 1 und 2 gemäß der ersten Ausführungsform in Draufsicht,
- 4 eine Darstellung der Schalteinrichtung aus 3 gemäß der ersten Ausführungsform mit verschiedenen Schaltzuständen bei einer Bewegung in einer ersten Richtung und einer ersten konstanten Position in einer zweiten Richtung in einer Draufsicht,
- 5 eine Darstellung der Schalteinrichtung aus 3 gemäß der ersten Ausführungsform mit verschiedenen Schaltzuständen bei einer Bewegung in einer ersten Richtung und einer zweiten konstanten Position in einer zweiten Richtung in einer Draufsicht, und
- 6 eine Darstellung der Schalteinrichtung aus 3 gemäß der ersten Ausführungsform mit verschiedenen Schaltzuständen bei einer Bewegung in einer ersten Richtung und einer dritten konstanten Position in einer zweiten Richtung in einer Draufsicht, und
- 7a eine Darstellung einer magnetischen Schalteinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform mit einem Hauptmagnetsensor und zwei Nebenmagnetsensoren und dem Magnetelement in der neutralen Schaltposition, und
- 7b eine Darstellung der magnetischen Schalteinrichtung gemäß der Ausführungsform in 7a mit dem Magnetelement in einer ersten Schaltposition, und
- 7c eine Darstellung der magnetischen Schalteinrichtung gemäß der Ausführungsform in 7a mit dem Magnetelement in einer zweiten Schaltposition, und
- 8a eine Darstellung einer magnetischen Schalteinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform mit einem Hauptmagnetsensor und vier Nebenmagnetsensoren und dem Magnetelement in der neutralen Schaltposition, und
- 8b eine Darstellung der magnetischen Schalteinrichtung gemäß der Ausführungsform in 8a mit dem Magnetelement in einer ersten Schaltposition.
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Die 1 und 2 zeigen eine Lenkstockschalteinrichtung 10 zur Anordnung an einem nicht dargestellten Lenkstock eines Fahrzeuges gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Die Lenkstockschalteinrichtung 10 umfasst ein Grundgehäuse 12, in dem ein Lager 14 ausgebildet ist. Die Lenkstockschalteinrichtung 10 wird mit dem Grundgehäuse 12 an dem Lenkstock des Fahrzeugs montiert. In dem Lager 14 ist ein Lenkstockschalthebel 16 in zwei orthogonalen Richtungen 18, 20 beweglich gehalten. Der Lenkstockschalthebel 16 umfasst einen Betätigungshebel 22, der aus dem Grundgehäuse 12 herausragt, und einen Schalthebel 24, der in dem Grundgehäuse 12 angeordnet ist. Durch das Lager 14 wird eine Bewegung bei der Betätigung des Lenkstockschalthebels 16 an dem Betätigungshebel 22 in eine Bewegung des Schalthebels 24 umgesetzt. Eine Länge des Betätigungshebels 22 und des Schalthebels 24 ist individuell ausgeführt.
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Die Lenkstockschalteinrichtung 10 umfasst weiterhin eine magnetische Schalteinrichtung 26. Die magnetische Schalteinrichtung 26 umfasst ein Magnetelement 28, das als bi-direktionaler Sandwichmagnet mit einer Mehrzahl magnetischer Pole 30 in jeder Richtung 18, 20 ausgeführt ist. Dabei sind mehrere Einzelmagnete zwischen Stahlplättchen angeordnet, wodurch sich entlang seiner Längsseite alternierende magnetische Pole 30 in einer jeweils linearen Anordnung ergeben. Die magnetische Schalteinrichtung 26 umfasst eine Magnetsensoranordnung 32 mit einer Mehrzahl Magnetsensoren 34, die als gelatchte HALL-ICs, die auch als HALL-Schalter bezeichnet werden. Die Magnetsensoren 34 sind in Übereinstimmung mit den beiden Richtungen 18, 20 orthogonal angeordnet. Die magnetische Schalteinrichtung 26 bewirkt durch eine Änderung eines Magnetfeldes im Bereich wenigstens eines Magnetsensors 34 einen Schaltvorgang. Dies ist in den 3 bis 6 im Detail dargestellt und wird nachstehend mit mehr Details erläutert.
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Das Magnetelement 28 selber ist plattenförmig ausgeführt. Die Magnetsensoranordnung 32 ist auf einer Leiterplatte 50 angeordnet. In der Leiterplatte 50 sind hier nicht dargestellte Leiterbahnen ausgebildet, um elektrische Signale von der Magnetsensoranordnung 32 zu übertragen und die Magnetsensoranordnung 32 mit Energie zu versorgen. Eine entsprechende Kontaktanordnung 52 ist an der Leiterplatte 50 angeordnet.
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In der magnetischen Schalteinrichtung 26 sind die Magnetsensoranordnung 32 und das Magnetelement 28 relativ zueinander in den beiden Richtungen 18, 20 schwimmend gelagert. Zusätzlich weist die magnetische Schalteinrichtung 26 eine Führungseinrichtung 36 mit zwei Paaren Führungsschienen 38, 40 auf. Entsprechend ist das Magnetelement 28 relativ zu der Magnetsensoranordnung 32 in der Führungseinrichtung 36 in den beiden orthogonalen Richtungen 18, 20 führbar. Details hierzu sind am besten in 3 zu erkennen.
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Die magnetische Schalteinrichtung 26 ist einerseits mit dem Grundgehäuse 12 und andererseits mit dem Schalthebel 24 gekoppelt. Vorliegend ist die Magnetsensoranordnung 32 mechanisch mit dem Grundgehäuse 12 gekoppelt, und das Magnetelement 28 ist mechanisch mit dem Schalthebel 24 gekoppelt. Dazu weist zunächst der Schalthebel 24 ein Koppelelement 42 auf. Das Koppelelement 42 ist um einen Lagerbolzen 44 verschwenkbar an dem Schalthebel 24 gehalten. Das Magnetelement 28 weist entsprechend eine Koppelstelle 46 zur Verbindung mit dem Koppelelement 42 auf. Außerdem umfasst die Lenkstockschalteinrichtung 10 eine Ausgleichsvorrichtung, mit der das Koppelelement 42 mit dem Schalthebel 24 gekoppelt ist. Mit der Ausgleichsvorrichtung sind Abstandsänderungen zwischen dem Magnetelement 28 und dem Schalthebel 24 durch eine Bewegung des Schalthebels 24 ausgleichbar.
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Die Lenkstockschalteinrichtung 10 umfasst weiterhin ein Mitnahmeelement 48 mit einem Koppelelement 42 auf. Das Mitnahmeelement 48 ist gemeinsam mit dem Schalthebel 24 des Lenkstockschalthebels 16 in einer Richtung 18, 20 bewegbar. Das Mitnahmeelement 48 ist über das Koppelelement 42, das in diesem Ausführungsbeispiel als Nase ausgebildet ist, mechanisch mit dem Magnetelement 28 gekoppelt. Es gelten die vorherigen Ausführungen in Bezug auf eine Verbindung von Koppelelement 42 und Koppelstelle 46.
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Durch die Lagerung des Lenkstockschalthebels 16 in dem Lager 14 ist eine Bewegung des Lenkstockschalthebels 16 eine Winkelbewegung. Diese Bewegung wird in eine lineare Bewegung des Magnetelements 28 relativ zu der Magnetsensoranordnung 32 umgesetzt. Entsprechend können Längenunterschiede zwischen dem Schalthebel 24 und dem Magnetelement 28 auftreten, die durch die Ausgleichsvorrichtung ausgeglichen werden.
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Die mechanische Kopplung des Schalthebels 24 mit der magnetischen Schalteinrichtung 26 bewirkt bei einer Bewegung des Schalthebels 24 eine Übertragung der Bewegung auf die magnetische Schalteinrichtung 6. Entsprechend wird das Magnetelement 28 relativ zu der Magnetsensoranordnung 32 in den beiden orthogonalen Richtungen 18, 20 bewegt. Dabei ist der Schalthebel 24 durch eine Betätigung des Betätigungshebels 22 in den zwei Richtungen 18, 20 zwischen jeweils einer Mehrzahl Schaltpositionen bewegbar. Die Schaltpositionen stimmen hier mit den magnetischen Polen 30 des Magnetelements 28 überein.
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Die verschiedenen Richtungen 18, 20 implementieren verschiedene Funktionen der Lenkstockschalteinrichtung 10, wie sich aus den 3 bis 6 ergibt. Eine erste Richtung 18 entspricht dabei einer Funktion „Blinken“, während eine zweite Richtung 20 einer Funktion „Fernlicht“ entspricht.
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Die 4 bis 6 zeigen verschiedene Schaltzustände der Lenkstockschalteinrichtung 10. Daraus resultieren in den 4 bis 6 dargestellten Positionierungen des Magnetelements 28 relativ zu der Magnetsensoranordnung 32. Wie in den 4 bis 6 zu erkennen ist, sind die Bewegungen in den beiden Richtungen 18, 20 dabei unabhängig voneinander. So ist in der 4 das Fernlicht aus, was einer ersten, konstanten Position in der zweiten Richtung 20 entspricht. Entsprechend sind beide Magnetsensoren 34 in der zweiten Richtung 20 in jeweils einem Bereich angeordnet, der einer Funktion „Licht aus“ entspricht. In der ersten Richtung 18 wird der Schalthebel 24 gemäß 4 über drei verschiedene Schaltpositionen orthogonal zu der zweiten Richtung 20 bewegt. Durch eine Betätigung des Betätigungshebels 22 bewirkt der Schalthebel 24 eine entsprechende Verschiebung des Magnetelements 28 relativ zu der Magnetsensoranordnung 32 entsprechend der drei Schaltpositionen.
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In der 5 das Fernlicht eingeschaltet. Der entsprechende Magnetsensor 34, in 5 auch als HALL-IC FL bezeichnet, ist in einen mittleren Bereich des Magnetelements 28 verschoben, der die Funktion „Fernlicht“ aktiviert, was einer zweiten, konstanten Position in der zweiten Richtung 20 entspricht. In der ersten Richtung 18 wird der Schalthebel 24 gemäß 5 wie zuvor unter Bezug auf 4 beschrieben über drei verschiedene Schaltpositionen bewegt.
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In der 6 das Fernlicht in einer Funktion „optische Hupe“. Der entsprechende Magnetsensor 34, in 5 auch als HALL-IC OH bezeichnet, ist in einen mittleren Bereich des Magnetelements 28 verschoben, der die Funktion „optische Hupe“ aktiviert, was einer dritten, konstanten Position in der zweiten Richtung 20 entspricht. In der ersten Richtung 18 wird der Schalthebel 24 gemäß 6 wie zuvor unter Bezug auf 4 beschrieben über drei verschiedene Schaltpositionen bewegt.
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In den 7a - 7c ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der magnetischen Schalteinrichtung (26) der erfindungsgemäßen Lenkstockschalteinrichtung (10) in unterschiedlichen Schaltpositionen dargestellt. In den 7a - 7c ist eine Leiterplatte (50) dargestellt, auf welcher der Hauptmagnetsensor (34') mittig angeordnet ist. Zwei Nebenmagnetsensoren (34") sind entlang der ersten Schaltrichtung (18) jeweils zum Hauptmagnetsensor (34') benachbart angeordnet.
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Über der Leiterplatte (50) ist ein Magnetelement (28) angeordnet, welches mit einem Lenkstockhebel (hier nicht dargestellt) gekoppelt ist, und bei entsprechender Betätigung entlang der ersten Schaltrichtung (18) verfahren wird. Das Magnetelement (28) weist in diesem Ausführungsbeispiel zwei Pole (30) auf, nämlich einen Nord- und einem Südpol. Die Pole (30) sind hier übereinander senkrecht zur Leiterplatte (50) angeordnet, wobei aber auch eine Anordnung der Pole (30) nebeneinander flächig zur Leiterplatte (50) möglich wäre.
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In der 7a befindet sich das Magnetelement (28) in der neutralen Schaltposition, in der die von der Lenkstockschalteinrichtung (10) bereitgestellte Funktion (beispielsweise Hupe, Fernlicht, Blinker, Scheibenwaschanlage, etc.) deaktiviert ist. Die Position des Magnetelements (28) kann vom Hauptmagnetsensor (34'), welcher als dreidimensionaler Magnetsensor ausgeführt ist, eindeutig erkannt werden. Der Hauptmagnetsensor (34') ermittelt alle vektoriellen Magnetfeldkomponenten im Raum des Magnetelements (28) und kann durch Vergleich mit zuvor ermittelten Referenzwerten auf die Position zurückschließen. Die Signalverarbeitung hierzu kann auch in einer abgesetzten, hier nicht dargestellten, zentralen Recheneinheit geschehen.
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Die Nebenmagnetsensoren (34") sind in den 7a - 7c als Hall-Schalter ausgelegt, welche in Abhängigkeit der Anwesenheit eines Magnetfeldes ein Schaltsignal erzeugen oder selbst einen Stromkreis öffnen oder schließen. Durch diese Nebenmagnetsensoren kann die Auswertung des Hauptmagnetsensors plausibilisiert werden.
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So werden die Nebenmagnetsensoren (34") in der Konfiguration gemäß 7a kein Schaltsignal ausgeben, was wiederum auf die neutrale Schaltposition schließen lässt. Das Sensorsignal des Hauptmagnetsensors (34') muss im fehlerfreien Zustand mit dieser Diagnose übereinstimmen. Andernfalls muss ein Fehlersignal an eine etwaige, hier nicht dargestellte, zentrale Steuerungseinheit ausgegeben werden.
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In der 7b befindet sich das Magnetelement (28) in einer ersten Schaltposition, in der eine erste Funktion aktiviert wird. In dieser Position kann der Hauptmagnetsensor (34') ebenfalls anhand der gemessenen Magnetfeldvektoren des Magnetelements (28) auf dessen Position zurückschließen. Das kann hier ebenfalls durch einen Vergleich mit Referenzwerten geschehen. In dieser Position gibt der Nebenmagnetsensor (34"), welcher dem Magnetelement (28) in der ersten Schaltposition gegenüberliegt, ein Schaltsignal aus, wodurch die Auswertung des Hauptmagnetsensors (34') überprüft werden kann. In der 7c befindet sich das Magnetelement (28) in einer zweiten Schaltposition, in der eine zweite Funktion aktiviert wird. In dieser Position kann der Hauptmagnetsensor (34') ebenfalls anhand der gemessenen Magnetfeldvektoren des Magnetelements (28) auf dessen Position zurückschließen. Das kann hier ebenfalls durch einen Vergleich mit Referenzwerten geschehen. In dieser Position gibt der Nebenmagnetsensor (34"), welcher dem Magnetelement (28) in der zweiten Schaltposition gegenüberliegt, ein Schaltsignal aus, wodurch die Auswertung des Hauptmagnetsensors (34') überprüft werden kann.
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In den 8a und 8b ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der magnetischen Schalteinrichtung (26) der erfindungsgemäßen Lenkstockschalteinrichtung (10) in unterschiedlichen Schaltpositionen dargestellt. In den 8a und 8b ist eine Leiterplatte (50) dargestellt, auf welcher der Hauptmagnetsensor (34') mittig angeordnet ist. Jeweils zwei Nebenmagnetsensoren (34") sind entlang einer ersten (18) und einer zweiten (20) Schaltrichtung angeordnet, wobei jeder der vier Nebenmagnetsensoren (34") direkt zum Hauptmagnetsensor (34') benachbart angeordnet ist.
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Über der Leiterplatte (50) ist ein Magnetelement (28) angeordnet, welches mit einem Lenkstockhebel (hier nicht dargestellt) gekoppelt ist, und bei entsprechender Betätigung entlang der ersten und/oder zweiten Schaltrichtung (18, 20) verfahren wird. Das Magnetelement (28) weist in diesem Ausführungsbeispiel vier Pole (30) auf, nämlich zwei Nord- und zwei Südpole. Die Pole (30) sind hier nebeneinander flächig angeordnet, wobei aber auch eine gestapelte Anordnung senkrecht zur Leiterplatte (50) möglich wäre.
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In der 8a befindet sich das Magnetelement (28) in der neutralen Schaltposition, in der die von der Lenkstockschalteinrichtung (10) bereitgestellte Funktion (beispielsweise Hupe, Fernlicht, Blinker, Scheibenwaschanlage, etc.) deaktiviert ist. Die Position des Magnetelements (28) kann vom Hauptmagnetsensor (34'), welcher als dreidimensionaler Magnetsensor ausgeführt ist, eindeutig erkannt werden. Der Hauptmagnetsensor (34') ermittelt alle vektoriellen Magnetfeldkomponenten im Raum des Magnetelements (28) und kann durch Vergleich mit zuvor ermittelten Referenzwerten auf die Position zurückschließen. Die Signalverarbeitung hierzu kann auch in einer abgesetzten, hier nicht dargestellten, zentralen Recheneinheit geschehen.
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Die Nebenmagnetsensoren (34") sind in den 8a und 8b als Hall-Schalter ausgelegt, welche in Abhängigkeit der Anwesenheit eines Magnetfeldes ein Schaltsignal erzeugen oder selbst einen Stromkreis öffnen oder schließen. Durch diese Nebenmagnetsensoren kann die Auswertung des Hauptmagnetsensors plausibilisiert werden.
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So werden die Nebenmagnetsensoren (34") in der Konfiguration gemäß 8a kein Schaltsignal ausgeben, was wiederum auf die neutrale Schaltposition schließen lässt. Das Sensorsignal des Hauptmagnetsensors (34') muss im fehlerfreien Zustand mit dieser Diagnose übereinstimmen. Andernfalls muss ein Fehlersignal an eine etwaige, hier nicht dargestellte, zentrale Steuerungseinheit ausgegeben werden.
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In der 8b befindet sich das Magnetelement (28) in einer ersten Schaltposition, in der eine erste Funktion aktiviert wird. In dieser Position kann der Hauptmagnetsensor (34') ebenfalls anhand der gemessenen Magnetfeldvektoren des Magnetelements (28) auf dessen Position zurückschließen. Das kann hier ebenfalls durch einen Vergleich mit Referenzwerten geschehen. In dieser Position gibt der Nebenmagnetsensor (34"), welcher dem Magnetelement (28) in der ersten Schaltposition gegenüberliegt, ein Schaltsignal aus, wodurch die Auswertung des Hauptmagnetsensors (34') überprüft werden kann.
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Entsprechendes gilt auch für die übrigen Nebenmagnetsensoren (34"), welche in diesem Ausführungsbeispiel jeweils eine Schaltposition repräsentieren. Es wäre allerdings auch denkbar, dass über die Auswertung von Nebenmagnetsensorpaaren weitere Schaltpositionen bereitgestellt bzw. plausibilisiert werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Lenkstockschalteinrichtung
- 12
- Grundgehäuse
- 14
- Lager
- 16
- Lenkstockschalthebel
- 18
- erste Richtung
- 20
- zweite Richtung
- 22
- Betätigungshebel
- 24
- Schalthebel
- 26
- magnetische Schalteinrichtung
- 28
- Magnetelement
- 30
- magnetischer Pol
- 32
- Magnetsensoranordnung
- 34
- Magnetsensor, HALL-Schalter
- 34'
- Hauptmagnetsensor34" Nebenmagnetsensor
- 36
- Führungseinrichtung
- 38
- Führungsschiene, erste Richtung
- 40
- Führungsschiene, zweite Richtung
- 42
- Koppelelement
- 44
- Lagerbolzen
- 46
- Koppelstelle
- 48
- Mitnahmeelement
- 50
- Platte, Leiterplatte
- 52
- Kontaktanordnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005018289 A1 [0006]
- DE 19922500 A1 [0007]
