EP2507807A1 - Schalter und schaltungsanordnung zur auswertung von mindestens zwei schaltzuständen eines schalters - Google Patents

Schalter und schaltungsanordnung zur auswertung von mindestens zwei schaltzuständen eines schalters

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EP2507807A1
EP2507807A1 EP10784976A EP10784976A EP2507807A1 EP 2507807 A1 EP2507807 A1 EP 2507807A1 EP 10784976 A EP10784976 A EP 10784976A EP 10784976 A EP10784976 A EP 10784976A EP 2507807 A1 EP2507807 A1 EP 2507807A1
Authority
EP
European Patent Office
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switch
evaluation
connection points
circuit arrangement
switching states
Prior art date
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Granted
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EP10784976A
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EP2507807B1 (de
Inventor
Stefan Mueller
Juergen Bosch
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Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Original Assignee
Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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Publication date
Application filed by Valeo Schalter und Sensoren GmbH filed Critical Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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Application granted granted Critical
Publication of EP2507807B1 publication Critical patent/EP2507807B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/02—Operating parts, i.e. for operating driving mechanism by a mechanical force external to the switch
    • H01H3/0213—Combined operation of electric switch and variable impedance, e.g. resistor, capacitor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/36—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by sliding
    • H01H1/40—Contact mounted so that its contact-making surface is flush with adjoining insulation
    • H01H1/403—Contacts forming part of a printed circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2239/00—Miscellaneous
    • H01H2239/01—Miscellaneous combined with other elements on the same substrate
    • H01H2239/012—Decoding impedances

Definitions

  • the invention relates to a switch of the type mentioned in the preamble of claim 1 and to a corresponding circuit arrangement for evaluating at least two switching states of such a switch.
  • Such circuit arrangements are known and are used, for example, for the evaluation of switching states of a steering floor switch, which can be used inter alia for indicating the direction of travel and / or for actuating a windshield wiper system of a motor vehicle or the like.
  • the evaluation of a switching state or a corresponding switch position can be performed either analog or digital.
  • different nodes of the evaluation circuit are connected to each other or to a predetermined reference potential via a contact means of the switch in dependence on the respective switching state, whereby the electrical configuration of the evaluation circuit changes. This change can then be evaluated digitally or analogously, for example with a microprocessor comprehensive evaluation and control unit.
  • a circuit arrangement for evaluating at least two switching states of a switch which has a predetermined number of different switching states and a predetermined number of contact surfaces, known in a motor vehicle.
  • the known circuit arrangement comprises two evaluation circuits with nodes, which are each connected to a contact surface of the switch.
  • a movable contact means of the switch connects depending on a currently set switching state either different nodes of a first evaluation circuit with each other and / or with a predetermined reference potential or different nodes of a second evaluation circuit with each other and / or with a predetermined reference potential.
  • the number of contact surfaces used corresponds to the number of different switching states that can be set with the switch. As a result, with the number of switching stages to be evaluated, the number of contact surfaces required also increases, so that the circuit arrangement and the corresponding switch can hardly be miniaturized.
  • the object of the invention is to further develop a switch of the type mentioned in the preamble of claim 1 and a corresponding circuit arrangement of the type mentioned in the preamble of claim 7 such that a particularly simple miniaturization and a reliable mode of operation are made possible.
  • connection points are lower than a predetermined number of switching states, wherein the various switching states are coded by the interconnectable connection points such that a connecting means at least one of the connection points and a maximum of two Joints simultaneously with the given Reference potential connects.
  • the connecting means changes in the embodiment according to the invention in a transition from one switch position to the next always only one connection point. This means that the connection means either leaves a connection point or reboots onto a connection point.
  • connection points can be carried out by the type of arrangement of the connection points such that only certain combinations of the different connection points represent a valid switch position or a valid switching state, so that all other combinations of connection points not used for the coding are each assigned to a specific error state can be so that embodiments of the invention advantageously allow a high degree of diagnosability of the switching system.
  • the switching states for example, by networking with at least one row of resistance and by analog measurement, for example via at least one analog input of an evaluation and control unit, which includes, for example, a microprocessor, and / or by direct evaluation of the individual connection points, for example with digital inputs and / or analog inputs Evaluation and control unit are evaluated.
  • an evaluation and control unit which includes, for example, a microprocessor, and / or by direct evaluation of the individual connection points, for example with digital inputs and / or analog inputs Evaluation and control unit are evaluated.
  • connection points can be divided into at least two groups, wherein the connection points connected at the same time to the predetermined reference potential belong to different groups.
  • different groups of Connection points for detecting the current switching state and for diagnostic purposes with different evaluation circuits are coupled. This advantageously results in a partial redundancy of the evaluation circuits, which is particularly important for safety-relevant switching states. Although an interruption of one of the two leads to the evaluation circuits not all switching states can be detected, but it can be recognized the interruption of the supply and done on the remaining evaluation circuit a kind of "emergency mode" based on the still recognizable and distinguishable switching states ,
  • the switch according to the invention is designed for example as a linear multi-stage slide switch and / or as a multi-stage rotary switch and / or as a digital potentiometer whose connection points are designed as contact surfaces.
  • the adjustable switching states of the designed as a linear multi-stage slide switch and / or as a multi-level rotary switch and / or as a digital potentiometer switch can be detected and evaluated via at least one transducer unit, which converts magnetic quantities into electrical quantities and / or optical variables into electrical quantities.
  • the at least one converter unit comprises, for example, at least one Hall sensor and / or at least one optocoupler.
  • the various groups of connection points for detecting the current switch position and for diagnostic purposes are coupled with different evaluation circuits.
  • the evaluation circuits comprise, for example, in each case a voltage divider with at least two resistors connected in series with each other, wherein between two nodes of the respective evaluation circuit in each case a resistor is arranged in order to distinguish the different switching states of the switch can.
  • at least one analog input and / or at least one digital input of an evaluation and control unit is connected directly or via a multiplexer to output nodes of the at least two evaluation circuits, wherein a physical variable can be detected at the output node.
  • the various evaluation circuits can be evaluated offset in time at predetermined time intervals.
  • the number of required inputs of the evaluation and control circuit can be advantageously reduced or the number of evaluable evaluation circuits can be increased with the same number of inputs.
  • a movement of the connecting means on at least one output node of the at least two evaluation circuits causes a change in the measured physical quantity.
  • a capacitance value and / or an inductance value and / or a resistance value and / or a voltage value and / or a current value can be detected as the measured physical variable.
  • the switching states or switch positions can be detected and evaluated by networking with at least one row of resistors with corresponding resistance measurement or voltage measurement.
  • the evaluation and control unit assigns each valid switching state to a predetermined measured value range from the possible measured value ranges. Furthermore, the evaluation and control unit can in each case assign an error state to all other combinations of possible measured value ranges, which relates to at least one of the evaluation circuits. In addition, the evaluation and control unit in an emergency operation recognized as defective evaluation during evaluation no longer considered in an advantageous manner.
  • FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment e ner circuit arrangement according to the invention
  • FIG. 2 is a block diagram of a second embodiment of a circuit arrangement according to the invention.
  • FIG. 3 is a block diagram of a third embodiment of a circuit arrangement according to the invention.
  • FIG. 4 shows a block diagram of a fourth exemplary embodiment of a circuit arrangement according to the invention.
  • a first embodiment of a circuit arrangement 1 according to the invention is shown.
  • the illustrated circuit arrangement 1 for evaluating seven switching states of a switch 10 two evaluation circuits 5, 7 and an evaluation and control unit 3.
  • the illustrated switch 10 is exemplified as a rotary switch with four designed as contact surfaces connecting points 12th , 14, 16, 18 and a connecting means 15, which is connected to a ground contact 17.
  • the switch 10 in other embodiments not shown embodiments can also be designed as a linear multi-stage slide switch and / or as a digital potentiometer.
  • embodiments of the invention may also relate to switches with more or fewer switching states or switch position.
  • the adjustable switching states can be detected and evaluated via at least one converter unit, which magnetic quantities in convert electrical quantities and / or optical quantities into electrical quantities.
  • Fig. 1 shows the basic arrangement of the contact surfaces 12, 14, 16, 18, which are shown for reasons of clarity linear and not in a circular shape.
  • the switch 10 has seven different switching states Sl to S7 or
  • Switch positions which are represented by horizontal dot-dash lines and indicated by their respective switching angle in degrees. At the level of the corresponding
  • Switching state Sl to S7 is now using the executed, for example as a contact grinder connecting means 15, which can be moved in the illustration according to the double arrow in the vertical direction, an electrical connection between see the voltage potential of the connecting means 15 (here mass) and the height the current position of the connecting means 15 located contact surfaces 12, 14, 16, 18 made.
  • the two evaluation circuits 5, 7 each have a voltage divider with three resistances R 1 to R 3 or R 4 to R 6 connected in series with one another.
  • the two voltage dividers are each connected via a pull-up resistor R PU with a supply voltage U B.
  • a resistor R2, R3, or R5, R6 is arranged in each case.
  • contact surfaces 12, 14, 16, 18 in the embodiment shown in FIG split two groups, wherein the simultaneously connected to the predetermined reference potential pads 12, 14, 16, 18 belong to different groups. Furthermore, the various groups of contact surfaces 12, 14, 16, 18 for the detection of the current switching state Sl to S7 and for diagnostic purposes with different evaluation circuits 5, 7 are coupled.
  • a first node arranged between the resistor R 1 and the resistor R 2 of the first evaluation circuit 5 is connected to a first contact surface 12.
  • a second node arranged between the resistor R2 and the resistor R3 of the first evaluation circuit 5 is connected to a third contact surface 16, and a third node arranged between the resistor R3 and the pull-up resistor R PU of the first evaluation circuit 5 is connected to a first analog input AI the evaluation and control unit 3 connected.
  • a fourth node arranged between the resistor R4 and the resistor R5 of the second evaluation circuit 7 is connected to a second contact surface 14.
  • a fifth node arranged between the resistor R5 and the resistor R6 of the second evaluation circuit 7 is connected to a fourth contact surface 18 and a sixth node arranged between the resistor R6 and the pull-up resistor R PU of the second evaluation circuit 7 is connected to a second analog input A2 of the evaluation and control unit 3 connected.
  • the contact surfaces 12, 14, 16, 18 are arranged so that they are connected alternately at a switch position or at a switching state Sl, S3, S5, S7 only with the dustspotenti- al and at the subsequent switch position or at a subsequent switching state S2, S4, S6 quasi each two of the contact surfaces 12, 14, 16, 18 overlap, so are connected together with the reference potential.
  • the movement of the connecting means 15 causes the resistance value applied to the first analog input AI of the evaluation and control unit 3 to be grounded and that at the second anode to be grounded.
  • Logeingang A2 the evaluation and control unit 3 to ground applied resistance value changes.
  • the valid switching states S1 to S7 can be determined.
  • the type of arrangement of the contact surfaces 12, 14, 16, 18 requires that only certain combinations of the resistance values to be measured at the two analog inputs AI, A2 represent a valid switching state S1 to S7 or a valid switch position. This means that all other combinations of resistance measurements can be declared invalid, taking into account certain tolerances.
  • Embodiments of the invention therefore allow a high degree of diagnosability of the switching system.
  • first valid switching state Sl only the first contact surface 12 and thus the first node of the first evaluation circuit 5 is connected via the connecting means 15 to ground.
  • the resistor Rl is short-circuited to ground, so that a resistance value of R 2 + R 3 results at the first analog input 1.
  • the voltage is applied to the first analog input AI
  • the second contact surface 14 and the third contact surface 16 and thus the second node of the first evaluation circuit 5 and the fourth node of the second evaluation circuit 7 are connected via the connecting means 15 to ground.
  • the resistor Rl and the resistor R2 and the resistor R4 are short-circuited to ground, so that at the first analogue input AI gives a resistance value of R 3 and at the second analog input A2 a resistance value of R 5 + R 6 .
  • the voltage is applied to the first analog input AI
  • the third contact surface 16 and the fourth contact surface 18 and thus the second node of the first evaluation circuit 5 and the fifth node of the second evaluation circuit 7 are connected via the connecting means 15 to ground.
  • the resistor Rl and the resistor R2 as well as the resistor R4 and the resistor R5 are short-circuited to ground, so that at the first analog input AI a resistance of R 3 and at the second analog input A2 a resistance of R 6 results.
  • a raised connection means 15 ie it can be made in no switch position or in any switching state, a connection of the contact surfaces 12, 14, 16, 18 to the ground contact 17, be diagnosed that in all switching states of the maximum resistance R 1 + R 2 + R 3 of the first evaluation circuit 5 at the first analog input AI and the maximum resistance R 4 + R 5 + R 6 of the second evaluation circuit 7 at the second analog input A2 is.
  • a shorted to ground first evaluation circuit 5 can be recognized that in all switching states Sl to S7, a resistance of about 0 ⁇ acts on the first analog input AI, so that virtually a voltage of 0 V is applied to the first analog input AI.
  • a shorted to ground second evaluation circuit 7 can be recognized that in all switching states Sl to S7 a resistance of about 0 ⁇ acts on the second analog input A2, so that virtually a voltage of 0 V is applied to the second analog input A2.
  • the first contact area 12, which is short-circuited to ground can be detected by correctly recognizing the first valid switching state S1 and the valid third to seventh switching states S3 to S7 and only detecting the second valid switching state S2 incorrectly.
  • the increase in the contact resistance of the first contact surface 12 can be recognized by the fact that the first and second valid switching states Sl and S2 each have a higher measured resistance value at the first analog input AI and the valid third to seventh switching states S3 to S7 are recognized correctly.
  • the interruption of the connection between the first contact surface 12 and the first node can be detected by measuring the resistance value for the valid switching state S3 at the first analog input AI in each of the first three valid switching states S1 to S3.
  • problems of the other contact surfaces 14, 16, 18 can be diagnosed.
  • the evaluation and control unit 3 is advantageously able to assign each valid switching state Sl to S7 in each case a predetermined measured value range at the two analog inputs AI and A2 from the possible measured value ranges in order to recognize the various switching states Sl to S7.
  • the evaluation and control unit 3 can in each case assign an error state to all other combinations of possible measured value ranges, which relates to at least one of the evaluation circuits 5, 7 or at least one of the contact surfaces 12, 14, 16, 18.
  • embodiments of the invention are suitable for use in switch systems via which safety-relevant functions and / or applications, such as, for example, a cruise control function with predefinable speed values and / or a start-stop function with predefinable distance values, etc., can be operated.
  • a second embodiment of a circuit arrangement 21 according to the invention is shown. 2 the illustrated circuit arrangement 21 for evaluating seven switching states of the switch 10, four evaluation circuits 25, 26, 27, 28 and an evaluation and control unit 23.
  • the circuit arrangement 21 uses four evaluation circuits 25, 26, 27, 28 in order to evaluate the seven switching states S1 to S7 of the switch 10.
  • the four evaluation circuits 25, 26, 27, 28 each have a voltage divider with two resistors R21 and R22, R23 and R24, R25 and R26 or R27 and R28 connected in series with one another.
  • the four voltage dividers are each connected to the supply voltage U B via a pull-up resistor R PU .
  • a respective resistor R22, R24, R26 and R28 is arranged between the two nodes of the respective evaluation circuits 25, 26, 27, 28 .
  • the contact surfaces 12, 14, 16, 18 are divided into four groups in the exemplary embodiment shown in FIG. 2, the contact surfaces 12, 14, 16, 18 connected to the predetermined reference potential simultaneously belonging to different groups. Furthermore, the various groups of contact surfaces 12, 14, 16, 18 for detecting the current switching state Sl to S7 and for diagnostic purposes with various evaluation circuits 25, 26, 27, 28 are coupled. As can also be seen from FIG. 2, a first node between the resistor R21 and the resistor R22 of the first evaluation circuit 25 is arranged with the third contact surface 16 connected. A second node, which is arranged between the resistor R22 and the pull-up resistor R PU of the first evaluation circuit 25, is connected to a second analog input A2 of the evaluation and control unit 23.
  • a third node arranged between the resistor R23 and the resistor R24 of the second evaluation circuit 26 is connected to the first contact surface 12, and a fourth node arranged between the resistor R24 and the pull-up resistor R PU of the second evaluation circuit 26 is connected to a first analog input AI the evaluation and control unit 23 connected.
  • a fifth node arranged between the resistor R25 and the resistor R26 of the third evaluation circuit 27 is connected to the second contact surface 14 and a sixth node arranged between the resistor R26 and the pull-up resistor R PU of the third evaluation circuit 27 is connected to one fourth analog input A4 of the evaluation and control unit 23 connected.
  • a seventh node disposed between the resistor R27 and the resistor R28 of the fourth evaluation circuit 28 is connected to the fourth contact surface 18 and an eighth node disposed between the resistor R28 and the pull-up resistor R PU of the fourth evaluation circuit 28 is connected to a third analog input A3 of the evaluation and control unit 23 connected.
  • the contact surfaces 12, 14, 16, 18 are arranged so that they are contacted alternately at a switch position or at a switching state Sl, S3, S5, S7 only with the reference potential and at the subsequent switch position or at one Following switching state S2, S4, S6 quasi each two of the contact surfaces 12, 14, 16, 18 overlap, so be contacted together with the reference potential.
  • connection means 15 causes the respective resistance value applied to the analog inputs AI to A4 of the evaluation and control unit 23 to change to ground.
  • the valid states S1 to S7 are determined.
  • the type of arrangement of the contact surfaces 12, 14, 16, 18 requires that only certain combinations of the resistance values to be measured at the four analog inputs AI to A4 represent a valid switching state S1 to S7 or a valid switch position. This means that all other combinations of resistance measurements can be declared invalid, taking into account certain tolerances.
  • FIG. 3 a third embodiment of a circuit arrangement 31 according to the invention is shown.
  • the illustrated circuit arrangement 31 comprises, for the evaluation of seven switching states of the switch 10, analogously to the first exemplary embodiment, two evaluation circuits 5, 7, an evaluation and control unit 33 and a multiplexer 34.
  • the circuit shown in FIG With the exception of the evaluation and control unit 33 and the multiplexer 34, the circuit arrangement 31 shown corresponds to the circuit arrangement 1 shown in FIG. 1. Therefore, to avoid repetition, only the differences between the two circuit arrangements 1 and 31 are described here.
  • the use of the multiplexer 34 enables the various evaluation circuits 5, 7 to be evaluated offset in time at predetermined time intervals.
  • the number of required analog inputs A of the evaluation and control unit 33 in comparison with the evaluation and control unit 3 can be reduced in an advantageous manner or the number of evaluable evaluation circuits 5, 7 can be increased with the same number of analog inputs.
  • the diagnosability can be further improved by using resistors with different resistance values for the different evaluation circuits 5, 7 or 25, 26, 27, 28.
  • separate voltage sources can be used for the different evaluation circuits, which generate the same or different voltage potentials. As a result, cable confusions occurring in an advantageous manner during connection can be recognized and displayed.
  • FIG. 4 shows a fourth exemplary embodiment of a circuit arrangement 41 according to the invention. 4, the illustrated circuit arrangement 41 for evaluating seven switching states of the switch 10, four evaluation circuits 45, 46, 47, 48 and an evaluation and control unit 43.
  • the switch 10 shown in FIG. 4 ent ⁇ speaks in the first embodiment in Fig. 1 Darge ⁇ presented switch 10 and is also designed as a rotary switch with four contact surfaces 12, 14, 16, 18 and a connecting means 15, which is connected to a ground contact 17. Therefore, it is omitted here repetitive detailed Be ⁇ scription of the switch 10 degrees.
  • the circuit arrangement 41 uses four evaluation circuits 45, 46, 47, 48 in order to evaluate the seven switching states S1 to S7 of the switch 10.
  • the four evaluation circuits 45, 46, 47, 48 each have a pull-up resistor R PU and a node, the pull-up resistors R PU each having a connection directly to a digital input Dl to D4 of the evaluation and control unit 43 and connected to the other terminal to the supply voltage U B.
  • the contact surfaces 12, 14, 16, 18 in the embodiment shown in FIG. 4 are in divided four groups, wherein the simultaneously connected to the predetermined reference potential pads 12, 14, 16, 18 belong to different groups.
  • the various groups of contact surfaces 12, 14, 16, 18 for detecting the current switching state Sl to S7 and for diagnostic purposes with different evaluation circuits 25, 26, 27, 28 are coupled.
  • the various switching states Sl to S7 of the switch 10 can be detected.
  • a connection to ground of a corresponding contact surface 12, 14, 16, 18 causes a first voltage level at the corresponding digital input Dl to D4, which is recognized, for example, as the first logical state
  • a non-existent connection to ground of a corresponding contact surface 12, 14, 16 , 18 causes a second voltage level at the corresponding digital input Dl to D4, which is recognized as a second logic state, for example.
  • the first switching state Sl corresponds to a logical value of "Olli.”
  • switching state S2 corresponds to a logic value of "0011.”
  • switching state S3 corresponds to a logical value of "1011”.
  • switching state S4 corresponds to a logical value of "1001.”
  • the fifth switching state S5 corresponds to a logic value of "1101”.
  • Switching state S6 corresponds, for example, to a logical one
  • the second switching state S7 corresponds, for example, to a logical value of "1110".
  • the other unused nine possible code values can be assigned to corresponding error states.
  • Embodiments of the present invention advantageously result in particularly simple miniaturization and a high degree of diagnosability of switching systems, which enables reliable operation in safety-relevant applications and / or functions.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schalter (10) mit einer vorgegebenen Anzahl von verschiedenen Schaltzuständen (S1 bis S7) und einer vorgegebenen Anzahl von Verbindungsstellen (12, 14, 16, 18), welche in Abhängigkeit von einem aktuell eingestellten Schaltzustand (S1 bis S7) über ein Verbindungsmittel (15) miteinander und/oder mit einem vorgegebenen Bezugspotential verbindbar sind. Um eine besonders einfache Miniaturisierung und eine zuverlässige Betriebsweise zu ermöglichen, ist die vorgegebene Anzahl von Verbindungsstellen (12, 14, 16, 18) niedriger als die vorgegebene Anzahl von Schaltzuständen (S1 bis S7), wobei die verschiedenen Schaltzustände (S1 bis S7) durch die miteinander verbindbaren Verbindungsstellen (12, 14, 16, 18) derart codiert sind, dass das Verbindungsmittel (15) mindestens eine der Verbindungsstellen (12, 14, 16, 18) und maximal zwei der Verbindungsstellen (12, 14, 16, 18) gleichzeitig mit dem vorgegebenen Bezugspotential verbindet.

Description

Schalter und Schaltungsanordnung zur Auswertung von mindestens zwei Schaltzuständen eines Schalters
Die Erfindung betrifft einen Schalter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art und eine korrespondierende Schal - tungsanordnung zur Auswertung von mindestens zwei Schaltzuständen eines solchen Schalters .
Derartige Schaltungsanordnungen sind bekannt und werden beispielsweise zur Auswertung von Schaltzuständen eines Lenk- Stockschalters verwendet, die unter anderem zur Fahrtrichtungsanzeige und/oder zur Betätigung einer Scheibenwischeranlage eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen eingesetzt werden können. Die Auswertung eines Schaltzustandes bzw. einer entsprechenden Schalterstellung kann entweder analog oder digital ausgeführt werden. Hierbei werden über ein Kontaktmittel des Schalters in Abhängigkeit des jeweiligen Schaltzustands verschiedene Knotenpunkte der Auswerteschaltung miteinander oder mit einem vorgegebenen Bezugspotential verbunden, wodurch sich die elektrische Konfiguration der Auswerteschaltung ändert. Diese Änderung kann dann digital oder analog, beispielsweise mit einer einen Mikroprozessor umfassenden Auswerte- und Steuereinheit ausgewertet werden.
Aus der DE 10 2006 038 375 AI ist beispielsweise eine Schal- tungsanordnung zur Auswertung von mindestens zwei Schaltzuständen eines Schalters, der eine vorgegebene Anzahl von verschiedenen Schaltzuständen und eine vorgegebene Anzahl von Kontaktflächen aufweist, in einem Kraftfahrzeug bekannt. Die bekannte Schaltungsanordnung umfasst zwei Auswerteschaltungen mit Knotenpunkten, welche jeweils mit einer Kontaktfläche des Schalters verbunden sind. Ein bewegbares Kontaktmittel des Schalters verbindet in Abhängigkeit von einem aktuell eingestellten Schaltzustand entweder verschiedene Knotenpunkte ei- ner ersten Auswerteschaltung miteinander und/oder mit einem vorgegebenen Bezugspotential oder verschiedene Knotenpunkte einer zweiten Auswerteschaltung miteinander und/oder mit einem vorgegebenen Bezugspotential . Bei der bekannten Schaltungsanordnung entspricht die Anzahl der verwendeten Kontaktflächen der Anzahl von verschiedenen Schaltzuständen, welche mit dem Schalter eingestellt werden können. Dadurch erhöht sich mit der Anzahl der auszuwertenden Schaltstufen auch die Anzahl der erforderlichen Kontaktflächen, so dass sich die Schaltungsanordnung und der korrespondierende Schalter schlecht miniaturi- sieren lassen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schalter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art und eine korrespondierende Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 7 genann- ten Art dahingehend weiterzuentwickeln, dass eine besonders einfache Miniaturisierung und eine zuverlässige Betriebsweise ermöglicht werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schalter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Schaltungsanordnung zur Auswertung von mindestens zwei Schaltzuständen eines solchen Schalters mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Weitere die Ausführungsformen der Erfindung in vorteilhafter Weise ausgestaltende Merkmale enthalten die Unteransprüche.
Ein mit der Erfindung erzielbarer Vorteil besteht darin, dass eine vorgegebene Anzahl von Verbindungsstellen niedriger als eine vorgegebene Anzahl von Schaltzuständen ist, wobei die verschiedenen Schaltzustände durch die miteinander verbindba- ren Verbindungsstellen derart codiert sind, dass ein Verbindungsmittel mindestens eine der Verbindungsstellen und maximal zwei der Verbindungsstellen gleichzeitig mit dem vorgegebenen Bezugspotential verbindet. Durch eine solche Codierung der verwendeten Verbindungsstellen können in vorteilhafter Weise bei gleich bleibendem Platzbedarf mehr verschiedene Schaltzustände erfasst und ausgewertet werden, so dass eine einfache Miniaturisierung des Schalters bzw. der Schaltungsanordnung ermöglicht wird. Zudem wechselt das Verbindungsmittel bei der erfindungsgemäßen Ausführung bei einem Übergang von einer Schalterstellung zur nächsten immer nur eine Verbindungsstelle. Das bedeutet, dass das Verbindungsmittel entweder eine Verbindungsstelle verlässt oder auf eine Verbindungsstelle neu auffährt. Bei einer kreisförmigen Anordnung, wie sie in einem Drehschalter vorkommt, ergibt sich dadurch der Vorteil, dass die Kontaktflächen überlappend kreisförmig anordnet werden können. Zudem kann die Codierung durch die Art der Anordnung der Verbindungsstellen so erfolgen, dass nur bestimmte Kombinationen der verschiedenen Verbindungsstellen eine gültige Schalterstellung bzw. einen gültigen Schaltzustand repräsentieren, so dass alle anderen nicht für die Codierung verwendeten Kombinationen von Verbindungsstellen jeweils einem be- stimmten Fehlerzustand zugeordnet werden können, so dass Aus- führungsformen der Erfindung in vorteilhafter Weise ein hohes Maß an Diagnostizierbarkeit des Schaltsystems ermöglichen.
Die Schaltzustände können beispielsweise durch Vernetzung mit mindestens einer Widerstandsreihe und durch analoge Messung, beispielsweise über mindestens einen Analogeingang einer Auswerte- und Steuereinheit, welche beispielsweise einen Mikroprozessor umfasst, und/oder durch direkte Auswertung der einzelnen Verbindungsstellen, beispielsweise mit Digitaleingängen und/oder Analogeingängen der Auswerte- und Steuereinheit ausgewertet werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schalters können die Verbindungsstellen in mindestens zwei Gruppen auf- geteilt werden, wobei die gleichzeitig mit dem vorgegebenen Bezugspotential verbundenen Verbindungsstellen verschiedenen Gruppen angehören. Zudem können die verschiedenen Gruppen von Verbindungsstellen zur Erkennung des aktuellen Schaltzustands und zu Diagnosezwecken mit verschiedenen Auswerteschaltungen gekoppelt werden. Dadurch ergibt sich in vorteilhafte Weise eine teilweise Redundanz der Auswerteschaltungen, was insbe- sondere für sicherheitsrelevante Schaltzustände wichtig ist. Bei einer Unterbrechung von einer der beiden Zuleitungen zu den Auswerteschaltungen können zwar nicht mehr alle Schaltzustände erkannt werden, es kann aber die Unterbrechung der Zuleitung erkannt werden und über die verbleibende Auswerte- Schaltung eine Art „Notlaufmodus" auf Basis der noch erkennbaren und unterscheidbaren Schaltzuständen erfolgen.
Der erfindungsgemäße Schalter ist beispielsweise als linearer mehrstufiger Schiebeschalter und/oder als mehrstufiger Dreh- Schalter und/oder als digitales Potentiometer ausgeführt, dessen Verbindungsstellen als Kontaktflächen ausgeführt sind. Alternativ können die einstellbaren Schaltzustände des als linearer mehrstufiger Schiebeschalter und/oder als mehrstufiger Drehschalter und/oder als digitales Potentiometer ausgeführten Schalters über mindestens eine Wandlereinheit erfasst und ausgewertet werden, welche magnetische Größen in elektrische Größen und/oder optische Größen in elektrische Größen umwandelt. Hierzu umfasst die mindestens eine Wandlereinheit beispielsweise mindestens einen Hallsensor und/oder mindestens einen Optokoppler.
In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Auswertung von mindestens zwei Schaltzuständen eines Schalters sind die verschiedenen Gruppen von Verbindungsstellen zur Erkennung der aktuellen Schalterstellung und zu Diagnosezwecken mit verschiedenen Auswerteschaltungen gekoppelt. Die Auswerteschaltungen umfassen beispielsweise jeweils einen Spannungsteiler mit mindestens zwei zueinander in Reihe geschalteten Widerständen, wobei zwischen zwei Knoten der jeweiligen Auswerteschaltung jeweils ein Widerstand angeordnet ist, um die verschiedenen Schaltzustände des Schalters unterscheiden zu können. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist mindestens ein Analogeingang und/oder mindestens ein Digitaleingang einer Auswerte- und Steuerein- heit direkt oder über einen Multiplexer mit Ausgangsknoten der mindestens zwei Auswerteschaltungen verbunden, wobei am Ausgangsknoten eine physikalische Größe erfassbar ist. Bei der Verwendung des Multiplexers können die verschiedenen Auswerte- Schaltungen in vorgegebenen Zeitabständen zeitlich versetzt ausgewertet werden. Dadurch kann die Anzahl der erforderlichen Eingänge der Auswerte- und Steuerschaltung in vorteilhafter Weise reduziert werden bzw. die Anzahl der auswertbaren Auswerteschaltungen kann bei gleicher Anzahl von Eingängen erhöht werden. Zur Unterscheidung der verschiedenen Schaltzustände des Schalters bewirkt eine Bewegung des Verbindungsmittels an mindestens einem Ausgangsknoten der mindestens zwei Auswerteschaltungen eine Änderung der gemessenen physikalischen Größe. Als gemessene physikalische Größe kann beispielsweise ein Kapazitätswert und/oder ein Induktivitätswert und/oder ein Wi- derstandswert und/oder ein Spannungswert und/oder ein Stromwert erfasst werden. So können die Schaltzustände bzw. Schalterstellungen durch Vernetzung mit mindestens einer Widerstandsreihe mit korrespondierender Widerstandsmessung oder Spannungsmessung erkannt und ausgewertet werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung weist die Auswerte- und Steuereinheit jedem gültigen Schaltzustand einen vorgegebenen Messwertbereich aus den möglichen Messwertbereichen zu. Des Weiteren kann die Auswerte- und Steuereinheit allen anderen Kombinationen von möglichen Messwertbereichen jeweils einen Fehlerzustand zuordnen, der mindestens eine der Auswerteschaltungen betrifft. Zudem kann die Auswerte- und Steuereinheit in einem Notbetrieb eine als defekt erkannte Auswerteschaltung bei der Auswertung in vorteilhafter Weise nicht mehr berücksichtigen. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer zeichnerischen Darstellung näher erläutert. In den
Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
In der Darstellung zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels e ner erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
Fig. 2 ein Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
Fig. 3 ein Blockdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, und
Fig. 4 ein Blockdiagramm eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1 gezeigt. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfasst die dargestellte Schaltungsanordnung 1 zur Auswertung von sieben Schaltzuständen eines Schalters 10, zwei Auswerteschaltungen 5, 7 und eine Auswerte- und Steuereinheit 3. Der dargestellte Schalter 10 ist beispielhaft als Drehschalter mit vier als Kontaktflächen ausgeführten Verbindungsstellen 12, 14, 16, 18 und einem Verbindungsmittel 15 ausgeführt, welches mit einem Massekontakt 17 verbunden ist.
Selbstverständlich kann der Schalter 10 bei anderen nicht dar- gestellten Ausführungsformen auch als linearer mehrstufiger Schiebeschalter und/oder als digitales Potentiometer ausgeführt werden. Des Weiteren können Ausführungsbeispiele der Erfindung auch Schalter mit mehr oder weniger Schaltzustände bzw. Schalterstellung betreffen. Alternativ können die ein- stellbaren Schaltzustände über mindestens eine Wandlereinheit erfasst und ausgewertet werden, welche magnetische Größen in elektrische Größen und/oder optische Größen in elektrische Größen umwandelt.
Fig. 1 zeigt die prinzipielle Anordnung der Kontaktflächen 12, 14, 16, 18, welche aus Gründen der Übersichtlichkeit linear und nicht in kreisrunder Form dargestellt sind. Der Schalter 10 weist sieben verschiedene Schaltzustände Sl bis S7 bzw.
Schalterstellungen auf, welche durch horizontale strichpunktierte Linien dargestellt und mit ihrem jeweiligen Schaltwin- kel in Grad angegeben sind. Auf Höhe des korrespondierenden
Schaltzustands Sl bis S7 wird nun mit Hilfe des beispielsweise als Kontaktschleifer ausgeführten Verbindungsmittels 15, welches in der Darstellung gemäß dem Doppelpfeil in vertikaler Richtung bewegt werden kann, eine elektrische Verbindung zwi- sehen dem Spannungspotenzial des Verbindungsmittels 15 (hier Masse) und den sich auf Höhe der momentanen Position des Verbindungsmittels 15 befindlichen Kontaktflächen 12, 14, 16, 18 hergestellt . Erfindungsgemäß ist die vorgegebene Anzahl von Kontaktflächen
12, 14, 16, 18 niedriger als die vorgegebene Anzahl von
Schaltzuständen Sl bis S7 des Schalters 10, wobei die verschiedenen Schaltzustände Sl bis S7 durch die miteinander verbindbaren Kontaktflächen 12, 14, 16, 18 derart codiert sind, dass das Verbindungsmittel 15 mindestens eine der Kontaktflächen 12, 14, 16, 18 und maximal zwei der Kontaktflächen 12, 14, 16, 18 gleichzeitig mit dem vorgegebenen Bezugspotential verbindet . Die beiden Auswerteschaltungen 5, 7 weisen jeweils einen Spannungsteiler mit drei zueinander in Reihe geschalteten Widerständen Rl bis R3 bzw. R4 bis R6 auf. Die beiden Spannungsteiler sind jeweils über einen Pull-up-Widerstand RPU mit einer VersorgungsSpannung UB verbunden. Zwischen zwei Knoten der je- weiligen Auswerteschaltung 5, 7 ist jeweils ein Widerstand R2 , R3 , bzw. R5, R6 angeordnet. Zudem sind die Kontaktflächen 12, 14, 16, 18 im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in zwei Gruppen aufgeteilt, wobei die gleichzeitig mit dem vorgegebenen Bezugspotential verbundenen Kontaktflächen 12, 14, 16, 18 verschiedenen Gruppen angehören. Des Weiteren sind die verschiedenen Gruppen von Kontaktflächen 12, 14, 16, 18 zur Er- kennung des aktuellen Schaltzustands Sl bis S7 und zu Diagnosezwecken mit verschiedenen Auswerteschaltungen 5, 7 gekoppelt .
Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich ist, ist ein erster zwischen dem Widerstand Rl und dem Widerstand R2 der ersten Auswerteschaltung 5 angeordneter Knoten mit einer ersten Kontaktfläche 12 verbunden. Ein zweiter zwischen dem Widerstand R2 und dem Widerstand R3 der ersten Auswerteschaltung 5 angeordneter Knoten ist mit einer dritten Kontaktfläche 16 verbunden und ein dritter zwischen dem Widerstand R3 und dem Pull-up-Widerstand RPU der ersten Auswerteschaltung 5 angeordneter Knoten ist mit einem ersten Analogeingang AI der Auswerte- und Steuereinheit 3 verbunden. Ein vierter zwischen dem Widerstand R4 und dem Widerstand R5 der zweiten Auswerteschaltung 7 angeordneter Knoten ist mit einer zweiten Kontaktfläche 14 verbunden. Ein fünfter zwischen dem Widerstand R5 und dem Widerstand R6 der zweiten Auswerteschaltung 7 angeordneter Knoten ist mit einer vierten Kontaktfläche 18 verbunden und ein sechster zwischen dem Widerstand R6 und dem Pull-up-Widerstand RPU der zweiten Auswerteschaltung 7 angeordneter Knoten ist mit einem zweiten Analogeingang A2 der Auswerte- und Steuereinheit 3 verbunden. Dabei sind die Kontaktflächen 12, 14, 16, 18 so angeordnet, dass sie alternierend an einer Schalterstellung bzw. bei einem Schaltzustand Sl, S3 , S5, S7 nur allein mit dem Bezugspotenti- al verbunden werden und an der darauf folgenden Schalterstellung bzw. bei einem darauf folgenden Schaltzustand S2, S4 , S6 quasi jeweils zwei der Kontaktflächen 12, 14, 16, 18 überlappen, also gemeinsam mit dem Bezugspotential verbunden werden. Die Bewegung des Verbindungsmittels 15 bewirkt, dass sich der am ersten Analogeingang AI der Auswerte- und Steuereinheit 3 gegen Masse anliegende Widerstandswert und der am zweiten Ana- logeingang A2 der Auswerte- und Steuereinheit 3 gegen Masse anliegende Widerstandswert ändert. Durch Messung dieser Widerstandswerte der beiden Auswerteschaltungen 5, 7 bzw. der an den Analogeingängen AI, A2 anliegenden Spannungen können also die gültigen Schaltzustände Sl bis S7 ermittelt werden. Die Art der Anordnung der Kontaktflächen 12, 14, 16, 18 bedingt, dass nur bestimmte Kombinationen der an den beiden Analogeingängen AI, A2 zu messenden Widerstandswerte einen gültigen Schaltzustand Sl bis S7 bzw. eine gültige Schalterstellung repräsentieren. Das bedeutet, dass alle anderen Kombinationen von Widerstandsmesswerten unter Berücksichtigung gewisser Toleranzen als ungültig deklariert werden können. So kann beispielsweise auch erkannt werden, wenn das Verbindungsmittel 15 nicht vorhanden bzw. abgehoben ist, oder die Kontaktflächen 12, 14, 16, 18 fehlerhaft geschlossen sind oder nicht zulässige Widerstandswerte durch Kontaminierung, Deformation usw. aufweisen. Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen daher ein hohes Maß an Diagnostizierbarkeit des Schaltsystems. Im dargestellten ersten gültigen Schaltzustand Sl, ist nur die erste Kontaktfläche 12 und somit der erste Knoten der ersten Auswerteschaltung 5 über das Verbindungsmittel 15 mit Masse verbunden. Dadurch ist im ersten Schaltzustand Sl der Widerstand Rl gegen Masse kurzgeschlossen, so dass sich am ersten Analogeingang 1 ein Widerstandswert von R2+R3 ergibt. Dadurch liegt am ersten Analogeingang AI die Spannung
gegen Masse an
RPU + R2 + R
Am zweiten Analogeingang A2 ergibt sich ein Widerstandswert von R4+R5+R6. Dadurch liegt am zweiten Analogeingang A2 die Spannung
gegen Masse an
+ R4+R5+R6
Im zweiten gültigen Schaltzustand S2, sind die erste Kontaktfläche 12 und die zweite Kontaktfläche 14 und somit der erste Knoten der ersten Auswerteschaltung 5 und der vierte Knoten der zweiten Auswerteschaltung 7 über das Verbindungsmittel 15 mit Masse verbunden. Dadurch sind im zweiten Schaltzustand S2 der Widerstand Rl und der Widerstand R4 gegen Masse kurzgeschlossen, so dass sich am ersten Analogeingang AI ein Widerstandswert von R2+R3 und am zweiten Analogeingang A2 ein Wider standswert von R5+R6 ergibt. Dadurch liegt am ersten Analogein gang AI die Spannung
UAi = UB x + gegen Masse an.
RPU +R2 +R3
Am zweiten Analogeingang A2 ergibt sich ein Widerstandswert von R5+R6. Dadurch liegt am zweiten Analogeingang A2 die Spannung
R,+R,
Im dritten gültigen Schaltzustand S3, ist nur die zweite Kontaktfläche 14 und somit der vierte Knoten der zweiten Auswerteschaltung 7 über das Verbindungsmittel 15 mit Masse verbunden. Dadurch ist im dritten Schaltzustand S3 der Widerstand R4 gegen Masse kurzgeschlossen, so dass sich am ersten Analogeingang 1 ein Widerstandswert von Rx+R2+R3 ergibt. Dadurch liegt am ersten Analogeingang AI die Spannung
R, + R-, + R->
UA, = UB x gegen Masse an.
Am zweiten Analogeingang A2 ergibt sich ein Widerstandswert von R5+R6. Dadurch liegt am zweiten Analogeingang A2 die Spannung
UA2 = UB x gegen Masse an.
Im vierten gültigen Schaltzustand S4 , sind die zweite Kontaktfläche 14 und die dritte Kontaktfläche 16 und somit der zweite Knoten der ersten Auswerteschaltung 5 und der vierte Knoten der zweiten Auswerteschaltung 7 über das Verbindungsmittel 15 mit Masse verbunden. Dadurch sind im vierten Schaltzustand S4 der Widerstand Rl und der Widerstand R2 sowie der Widerstand R4 gegen Masse kurzgeschlossen, so dass sich am ersten Analog- eingang AI ein widerstandswert von R3 und am zweiten Analogeingang A2 ein Widerstandswert von R5+R6 ergibt. Dadurch liegt am ersten Analogeingang AI die Spannung
UA, =UBx gegen Masse an.
RPU + R2 + R3
Am zweiten Analogeingang A2 ergibt sich ein Widerstandswert von R5+R6. Dadurch liegt am zweiten Analogeingang A2 die Spannung
R,+R,
Im fünften gültigen Schaltzustand S5, ist nur die dritte Kontaktfläche 16 und somit der zweite Knoten der ersten Auswerteschaltung 5 über das Verbindungsmittel 15 mit Masse verbunden. Dadurch sind im fünften Schaltzustand S5 der Widerstand Rl und der Widerstand R2 gegen Masse kurzgeschlossen, so dass sich am ersten Analogeingang 1 ein Widerstandswert von R3 ergibt . Dadurch liegt am ersten Analogeingang AI die Spannung
R
Am zweiten Analogeingang A2 ergibt sich ein Widerstandswert von R4+R5+R6. Dadurch liegt am zweiten Analogeingang A2 die Spannung
R.+R.+R,
Im sechsten gültigen Schaltzustand S6, sind die dritte Kontaktfläche 16 und die vierte Kontaktfläche 18 und somit der zweite Knoten der ersten Auswerteschaltung 5 und der fünfte Knoten der zweiten Auswerteschaltung 7 über das Verbindungs- mittel 15 mit Masse verbunden. Dadurch sind im fünften Schaltzustand S5 der Widerstand Rl und der Widerstand R2 sowie der Widerstand R4 und der Widerstand R5 gegen Masse kurzgeschlos- sen, so dass sich am ersten Analogeingang AI ein Widerstandswert von R3 und am zweiten Analogeingang A2 ein Widerstands- wert von R6 ergibt. Dadurch liegt am ersten Analogeingang AI die Spannung UA1 =UBx- -2 — gegen Masse an.
PU + κ2 + 3
Am zweiten Analogeingang A2 ergibt sich ein Widerstandswert von R5+R6- Dadurch liegt am zweiten Analogeingang A2 die Spannung
UA2 = UB x - gegen Masse an.
RPU +R5 +R6
Im siebten gültigen Schaltzustand S7, ist nur die vierte Kontaktfläche 18 und somit der fünfte Knoten der zweiten Auswerteschaltung 7 über das Verbindungsmittel 15 mit Masse verbunden. Dadurch sind im siebten Schaltzustand S7 der Widerstand R4 und der Widerstand R5 gegen Masse kurzgeschlossen, so dass sich am ersten Analogeingang 1 ein Widerstandswert von R!+R2+R3 ergibt. Dadurch liegt am ersten Analogeingang AI die Spannung gegen Masse an
RPU +R, +R2 +R
Am zweiten Analogeingang A2 ergibt sich ein Widerstandswert von R6. Dadurch liegt am zweiten Analogeingang A2 die Spannung gegen Masse an
Rpu+R4+R5+R6
Durch die beschriebene Anordnung der Kontaktflächen 12, 14, 16, 18 können neben den sieben gültigen Schaltzuständen Sl bis S7 auch einige Fehlerzustände erkannt und diagnostiziert werden. So kann beispielsweise ein abgehobenes Verbindungsmittel 15, d.h. es kann in keiner Schalterstellung bzw. in keinem Schaltzustand eine Verbindung der Kontaktflächen 12, 14, 16, 18 zum Massekontakt 17 hergestellt werden, dadurch diagnostiziert werden, dass in allen Schaltzuständen der maximale Widerstandswert R1+R2+R3 der ersten Auswerteschaltung 5 am ersten Analogeingang AI und der maximale Widerstandswert R4+R5+R6 der zweiten Auswerteschaltung 7 am zweiten Analogeingang A2 an- liegt.
Eine Unterbrechung in der ersten Auswerteschaltung 5, d.h.
nach dem dritten Knotenpunkt, kann dadurch erkannt werden, dass in allen Schaltzuständen Sl bis S7 ein unendlicher Widerstand am ersten Analogeingang AI wirkt, so dass über den Pull- up-Widerstand RPU praktisch die Versorgungsspannung UB am ersten Analogeingang AI anliegt. Eine Unterbrechung in der zwei- ten Auswerteschaltung 7, d.h. nach dem sechsten Knotenpunkt, kann dadurch erkannt werden, dass in allen Schaltzuständen Sl bis S7 ein unendlicher Widerstand am zweiten Analogeingang AI wirkt, so dass über den Pull-up-Widerstand RPU praktisch die VersorgungsSpannung UB am zweiten Analogeingang A2 anliegt.
Eine gegen Masse kurzgeschlossene erste Auswerteschaltung 5 kann dadurch erkannt werden, dass in allen Schaltzuständen Sl bis S7 ein Widerstand von ungefähr 0 Ω am ersten Analogeingang AI wirkt, so dass praktisch eine Spannung von 0 V am ersten Analogeingang AI anliegt. Eine gegen Masse kurzgeschlossene zweite Auswerteschaltung 7 kann dadurch erkannt werden, dass in allen Schaltzuständen Sl bis S7 ein Widerstand von ungefähr 0 Ω am zweiten Analogeingang A2 wirkt, so dass praktisch eine Spannung von 0 V am zweiten Analogeingang A2 anliegt.
Ein Problem mit der ersten Kontaktfläche 12, d.h. eine Erhöhung des Kontaktwiderstands bzw. ein Kurzschluss gegen Masse, kann dadurch diagnostiziert werden, dass nur die ersten beiden gültigen Schaltzustände Sl und S2 von dem Problem betroffen sind, wobei bei diesen beiden Schaltzuständen Sl und S2 nur die am ersten Analogeingang AI gemessenen Werte fehlerhaft sind und die am zweiten Analogeingang A2 gemessenen Werte auch bei diesen Schaltzuständen Sl und S2 korrekt sind. So kann die nach Masse kurzgeschlossene erste Kontaktfläche 12 dadurch er- kannt werden, dass der erste gültige Schaltzustand Sl und die gültigen dritten bis siebten Schaltzustände S3 bis S7 korrekt erkannt werden und nur der zweite gültige Schaltzustand S2 falsch erkannt wird. Die Erhöhung des Kontaktwiderstands der ersten Kontaktfläche 12 kann dadurch erkannt werden, dass der erste und zweite gültige Schaltzustand Sl und S2 jeweils einen höheren gemessen Widerstandswert am ersten Analogeingang AI aufweisen und die gültigen dritten bis siebten Schaltzustände S3 bis S7 korrekt erkannt werden. Die Unterbrechung der Verbindung zwischen der ersten Kontaktfläche 12 und dem ersten Knoten kann dadurch erkannt werden, dass bei den ersten drei gültigen Schaltzuständen Sl bis S3 jeweils der Widerstandswert für den gültigen Schaltzustand S3 am ersten Analogeingang AI gemessen wird. Auf analoge Weise können Probleme der anderen Kontaktflächen 14, 16, 18 diagnostiziert werden.
Somit ist die Auswerte- und Steuereinheit 3 in vorteilhafter Weise in der Lage, jedem gültigen Schaltzustand Sl bis S7 jeweils einen vorgegebenen Messwertbereich an den beiden Analogeingängen AI und A2 aus den möglichen Messwertbereichen zuzuweisen, um die verschiedenen Schaltzustände Sl bis S7 zu erkennen. Gleichzeitig kann die Auswerte- und Steuereinheit 3 allen anderen Kombinationen von möglichen Messwertbereichen jeweils einem Fehlerzustand zuordnen, der mindestens eine der Auswerteschaltungen 5, 7 bzw. mindestens eine der Kontaktflächen 12, 14, 16, 18 betrifft. Durch die Verwendung von mehreren Auswerteschaltungen 5, 7 ergibt sich in vorteilhafter Weise eine teilweise Redundanz, so dass bei einem von der Auswerte- und Steuereinheit 3 erkannten Problem mit einer der Auswerteschaltungen 5, 7 oder mit einer der Kontaktflächen 12, 14, 16, 18 zwar nicht mehr alle gülti- gen Schaltzustände Sl bis S7 erkannt werden können aber mit den noch unterscheidbaren verbleibenden Schaltzuständen eine Art „Notbetrieb" ausgeführt werden kann. Während des Notbetriebs berücksichtigt die Auswerte- und Steuereinheit 3 eine als defekt erkannte Auswerteschaltung nicht mehr bei der Aus- wertung.
Dadurch eignen sich Ausführungsformen der Erfindung für den Einsatz in Schaltersystemen, über welche sicherheitsrelevante Funktionen und/oder Applikationen, wie beispielsweise eine Tempomatfunktion mit vorgebbaren Geschwindigkeitswerten und/oder eine Start-Stop- Funktion mit vorgebbaren Abstandswerten usw. bedient werden können. In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 21 gezeigt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, umfasst die dargestellte Schaltungsanordnung 21 zur Auswertung von sieben Schaltzuständen des Schalters 10, vier Auswerteschaltungen 25, 26, 27, 28 und eine Auswerte- und Steuereinheit 23. Der in Fig. 2 dargestellte Schalter 10 entspricht dem im ersten Ausführungsbeispiel in Fig. 1 dargestellten Schalter 10 und ist ebenfalls als Drehschalter mit vier Kontaktflächen 12, 14, 16, 18 und einem Verbindungsmittel 15 ausgeführt, welches mit einem Massekontakt 17 verbunden ist. Daher wird hier auf eine wiederholende detaillierte Beschreibung des Schalters 10 verzichtet. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel verwendet die Schaltungsanordnung 21 vier Auswerteschaltungen 25, 26, 27, 28, um die sieben Schaltzustände Sl bis S7 des Schalters 10 auszuwerten. Die vier Auswerteschaltungen 25, 26, 27, 28 weisen jeweils einen Spannungsteiler mit zwei zueinander in Reihe geschalteten Widerständen R21 und R22, R23 und R24, R25 und R26 bzw. R27 und R28 auf. Die vier Spannungsteiler sind jeweils über einen Pull-up-Widerstand RPU mit der Versorgungsspannung UB verbunden. Zwischen den zwei Knoten der jeweiligen Auswerteschaltungen 25, 26, 27, 28 ist jeweils ein Widerstand R22, R24, R26 bzw. R28 angeordnet. Zudem sind die Kontaktflächen 12, 14, 16, 18 im in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbei- spiel in vier Gruppen aufgeteilt, wobei die gleichzeitig mit dem vorgegebenen Bezugspotential verbundenen Kontaktflächen 12, 14, 16, 18 verschiedenen Gruppen angehören. Des Weiteren sind die verschiedenen Gruppen von Kontaktflächen 12, 14, 16, 18 zur Erkennung des aktuellen Schaltzustands Sl bis S7 und zu Diagnosezwecken mit verschiedenen Auswerteschaltungen 25, 26, 27, 28 gekoppelt. Wie aus Fig. 2 weiter ersichtlich ist, ist ein erster zwischen dem Widerstand R21 und dem Widerstand R22 der ersten Auswerteschaltung 25 angeordneter Knoten mit der dritten Kontaktfläche 16 verbunden. Ein zweiter zwischen dem Widerstand R22 und dem Pull-up-Widerstand RPU der ersten Auswerteschaltung 25 angeordneter Knoten ist mit einem zweiten Analogeingang A2 der Auswerte- und Steuereinheit 23 verbunden. Ein dritter zwischen dem Widerstand R23 und dem Widerstand R24 der zweiten Auswerteschaltung 26 angeordneter Knoten ist mit der ersten Kontaktfläche 12 verbunden und ein vierter zwischen dem Widerstand R24 und dem Pull-up-Widerstand RPU der zweiten Auswerteschaltung 26 angeordneter Knoten ist mit einem ersten Analogeingang AI der Auswerte- und Steuereinheit 23 verbunden. Ein fünfter zwischen dem Widerstand R25 und dem Widerstand R26 der dritten Auswerteschaltung 27 angeordneter Knoten ist mit der zweiten Kontaktfläche 14 verbunden und ein sechster zwischen dem Widerstand R26 und dem Pull-up-Widerstand RPU der dritten Auswer- teschaltung 27 angeordneter Knoten ist mit einem vierten Analogeingang A4 der Auswerte- und Steuereinheit 23 verbunden. Ein siebter zwischen dem Widerstand R27 und dem Widerstand R28 der vierten Auswerteschaltung 28 angeordneter Knoten ist mit der vierten Kontaktfläche 18 verbunden und ein achter zwischen dem Widerstand R28 und dem Pull-up-Widerstand RPU der vierten Auswerteschaltung 28 angeordneter Knoten ist mit einem dritten Analogeingang A3 der Auswerte- und Steuereinheit 23 verbunden. Dabei sind die Kontaktflächen 12, 14, 16, 18 so angeordnet, dass sie alternierend an einer Schalterstellung bzw. bei einem Schaltzustand Sl, S3 , S5, S7 nur allein mit dem Bezugspotential kontaktiert werden und an der darauf folgenden Schalterstellung bzw. bei einem darauf folgenden Schaltzustand S2 , S4 , S6 quasi jeweils zwei der Kontaktflächen 12, 14, 16, 18 überlappen, also gemeinsam mit dem Bezugspotential kontaktiert werden.
Die Bewegung des Verbindungsmittels 15 bewirkt, dass sich der jeweilige an den Analogeingängen AI bis A4 der Auswerte- und Steuereinheit 23 gegen Masse anliegende Widerstandswert än- dert. Durch Messung dieser Widerstandswerte der vier Auswerteschaltungen 25, 26, 27, 28 bzw. der an den Analogeingängen AI bis A4 anliegenden Spannungen können also die gültigen Schalt- zustände Sl bis S7 ermittelt werden. Die Art der Anordnung der Kontaktflächen 12, 14, 16, 18 bedingt, dass nur bestimmte Kombinationen der an den vier Analogeingängen AI bis A4 zu messenden Widerstandswerte einen gültigen Schaltzustand Sl bis S7 bzw. eine gültige Schalterstellung repräsentieren. Das bedeutet, dass alle anderen Kombinationen von Widerstandsmesswerten unter Berücksichtigung gewisser Toleranzen als ungültig deklariert werden können. So können analog zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 fehlerhafte Zustände diagnostiziert wer- den, wobei durch die Verwendung einer größeren Anzahl von Analogeingängen AI bis A4 die Erkennung der gültigen Schaltzustände Sl bis S7 und die Diagnose der Schaltungsanordnung 21 schneller durchgeführt werden können. In Fig. 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 31 gezeigt. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, umfasst die dargestellte Schaltungsanordnung 31 zur Auswertung von sieben Schaltzuständen des Schalters 10, analog zum ersten Ausführungsbeispiel zwei Auswerteschaltungen 5, 7, eine Auswerte- und Steuereinheit 33 und einen Multiple- xer 34. Die in Fig. 3 dargestellte Schaltungsanordnung 31 entspricht mit Ausnahme der Auswerte- und Steuereinheit 33 und dem Multiplexer 34 der im ersten Ausführungsbeispiel in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung 1. Daher werden hier zur Vermeidung von Wiederholungen nur die Unterschiede der beiden Schaltungsanordnungen 1 und 31 beschrieben.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel können durch die Verwendung des Multiplexers 34 die verschiedenen Auswerte - Schaltungen 5, 7 in vorgegebenen Zeitabständen zeitlich versetzt ausgewertet werden. Dadurch kann die Anzahl der erforderlichen Analogeingänge A der Auswerte- und Steuereinheit 33 im Vergleich mit der Auswerte- und Steuereinheit 3 in vorteilhafter Weise reduziert werden bzw. die Anzahl der auswertbaren Auswerteschaltungen 5, 7 kann bei gleicher Anzahl von Analogeingängen erhöht werden. Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen kann die Diagnostizierbarkeit dadurch weiter verbessert werden, dass für die verschiedenen Auswerteschaltungen 5,7 bzw. 25, 26, 27, 28 Widerstände mit unterschiedlichen Widerstandswerten verwen- det werden. Zusätzlich oder alternativ können für die verschiedenen Auswerteschaltungen auch getrennte Spannungsquellen verwendet werden, die gleiche oder verschiedene Spannungspotentiale erzeugen. Dadurch können in vorteilhafter Weise beim Anschließen auftretende Kabelverwechslungen erkannt und ange- zeigt werden. Durch die Verwendung von getrennten Spannungs- quellen ist es zudem in vorteilhafter Weise möglich, auch bei Ausfall einer der Spannungsquellen einen Notbetrieb durchzuführen . In Fig. 4 ist ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 41 gezeigt. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, umfasst die dargestellte Schaltungsanordnung 41 zur Auswertung von sieben Schaltzuständen des Schalters 10, vier Auswerteschaltungen 45, 46, 47, 48 und eine Auswerte- und Steuereinheit 43. Der in Fig. 4 dargestellte Schalter 10 ent¬ spricht dem im ersten Ausführungsbeispiel in Fig. 1 darge¬ stellten Schalter 10 und ist ebenfalls als Drehschalter mit vier Kontaktflächen 12, 14, 16, 18 und einem Verbindungsmittel 15 ausgeführt, welches mit einem Massekontakt 17 verbunden ist. Daher wird hier auf eine wiederholende detaillierte Be¬ schreibung des Schalters 10 verzichtet.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel verwendet die Schaltungsanordnung 41 vier Auswerteschaltungen 45, 46, 47, 48, um die sieben Schaltzustände Sl bis S7 des Schalters 10 auszuwerten. Die vier Auswerteschaltungen 45, 46, 47, 48 weisen jeweils einen Pull-up-Widerstand RPU und einen Knoten auf, wobei die Pull-up-Widerstände RPU jeweils mit einem Anschluss direkt mit einem Digitaleingang Dl bis D4 der Auswerte- und Steuereinheit 43 und mit dem anderen Anschluss mit der Versorgungsspannung UB verbunden sind. Die Kontaktflächen 12, 14, 16, 18 im in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind in vier Gruppen aufgeteilt, wobei die gleichzeitig mit dem vorgegebenen Bezugspotential verbundenen Kontaktflächen 12, 14, 16, 18 verschiedenen Gruppen angehören. Des Weiteren sind die verschiedenen Gruppen von Kontaktflächen 12, 14, 16, 18 zur Er- kennung des aktuellen Schaltzustands Sl bis S7 und zu Diagnosezwecken mit verschiedenen Auswerteschaltungen 25, 26, 27, 28 gekoppelt. Durch Auswerten der vier Digitaleingänge Dl bis D4 können die verschiedenen Schaltzustände Sl bis S7 des Schalters 10 erkannt werden. Hierbei bewirkt eine Verbindung mit Masse einer korrespondierenden Kontaktfläche 12, 14, 16, 18 einen ersten Spannungspegel am entsprechenden Digitaleingang Dl bis D4 , der beispielsweise als erster logischer Zustand erkannt wird, und eine nicht vorhandene Verbindung mit Masse einer korrespondierenden Kontaktfläche 12, 14, 16, 18 bewirkt einen zweiten Spannungspegel am entsprechenden Digitaleingang Dl bis D4 , der beispielsweise als zweiter logischer Zustand erkannt wird. So entspricht der erste Schaltzustand Sl beispielsweise einem logischen Wert von „Olli". Der zweite
Schaltzustand S2 entspricht beispielsweise einem logischen Wert von „0011". Der dritte Schaltzustand S3 entspricht beispielsweise einem logischen Wert von „1011". Der vierte
Schaltzustand S4 entspricht beispielsweise einem logischen Wert von „1001". Der fünfte Schaltzustand S5 entspricht beispielsweise einem logischen Wert von „1101". Der sechste
Schaltzustand S6 entspricht beispielsweise einem logischen
Wert von „1100". Der zweite Schaltzustand S7 entspricht beispielsweise einem logischen Wert von „1110". Die anderen nicht verwendeten neun möglichen Codewerte können entsprechenden Fehlerzuständen zugeordnet werden.
Durch Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergibt sich in vorteilhafter Weise eine besonders einfache Miniaturisierung und ein hohes Maß an Diagnostizierbarkeit von Schaltsystemen, wodurch eine zuverlässige Betriebsweise bei sicher- heitsrelevanten Applikationen und/Funktionen ermöglicht wird.

Claims

Patentansprüche
Schalter mit einer vorgegebenen Anzahl von verschiedenen Schaltzuständen (Sl bis S7) und einer vorgegebenen Anzahl von Verbindungsstellen (12, 14, 16, 18), welche in Abhängigkeit von einem aktuell eingestellten Schaltzustand (Sl bis S7) über ein Verbindungsmittel (15) miteinander und/oder mit einem vorgegebenen Bezugspotential verbindbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass die vorgegebene Anzahl von Verbindungsstellen (12, 14, 16, 18) niedriger als die vorgegebene Anzahl von Schaltzuständen (Sl bis S7) ist, wobei die verschiedenen Schaltzustände (Sl bis S7) durch die miteinander verbindbaren Verbindungsstellen (12, 14, 16, 18) derart codiert sind, dass das Verbindungsmittel (15) mindestens eine der Verbindungsstellen (12, 14, 16, 18) und maximal zwei der Verbindungsstellen (12, 14, 16, 18) gleichzeitig mit dem vorgegebenen Bezugspotential verbindet.
Schalter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verbindungsstellen (12, 14, 16, 18) in mindestens zwei Gruppen aufgeteilt sind, wobei die gleichzeitig mit dem vorgegebenen Bezugspotential verbundenen Verbindungsstellen (12, 14, 16, 18) verschiedenen Gruppen angehören .
Schalter nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die verschiedenen Gruppen von Verbindungsstellen (12, 14, 16, 18) zur Erkennung des aktuellen Schaltzustands (Sl bis S7) und zu Diagnosezwecken mit verschiede- nen Auswerteschaltungen (5, 7, 25, 26, 27, 28, 45, 46, 47, 48) gekoppelt sind.
Schalter nach einem der vorgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schalter (10) als linearer mehrstufiger Schiebeschalter und/oder als mehrstufiger Drehschalter und/oder als digitales Potentiometer ausgeführt ist, dessen Verbindungsstellen (12, 14, 16, 18) als Kontaktflächen ausgeführt sind.
Schalter nach einem der vorgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schalter (10) als linearer mehrstufiger Schiebeschalter und/oder als mehrstufiger Drehschalter und/oder als digitales Potentiometer ausgeführt ist, dessen einstellbare Schaltzustände (Sl bis S7) über mindestens eine Wandlereinheit erfasst und ausgewertet werden, die magnetische Größen in elektrische Größen und/oder optische Größen in elektrische Größen umwandelt.
Schalter nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens eine Waridlereinheit mindestens einen Hallsensor und/oder mindestens einen Optokoppler umfasst.
Schaltungsanordnung zur Auswertung von mindestens zwei Schaltzuständen eines Schalters (10) , der eine vorgegebene Anzahl von verschiedenen Schaltzuständen (Sl bis S7) und eine vorgegebene Anzahl von Verbindungsstellen (12, 14, 16, 18) aufweist, welche in Abhängigkeit von einem aktuell eingestellten Schaltzustand (Sl bis S7) über ein Verbindungsmittel (15) miteinander und/oder mit einem vorgegebenen Bezugspotential verbindbar sind, wobei mindestens zwei Auswerteschaltungen (5, 7, 25, 26, 27, 28, 45, 46, 47, 48) mit Knotenpunkten vorgesehen sind, und wobei jede Verbindungsstelle (12, 14, 16, 18) mit einem Knotenpunkt verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schalter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgeführt ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die verschiedenen Gruppen von Verbindungsstellen (12, 14, 16, 18) zur Erkennung der aktuellen Schalterstellung (Sl bis S7) und zu Diagnosezwecken mit verschiedenen Auswerteschaltungen (5, 7, 25, 26, 27, 28, 45, 46, 47, 48) gekoppelt sind.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswerteschaltungen (5, 7, 25, 26, 27, 28, 45, 46, 47, 48) jeweils einen Spannungsteiler mit mindestens zwei zueinander in Reihe geschalteten Widerständen (RPU, Rl bis R3, R,4 bis R6 , R21, R22, R23, R24 R25, R26, R27, R28) aufweisen, wobei zwischen zwei Knoten der jeweiligen Auswerteschaltung (5, 7, 25, 26, 27, 28, 45, 46, 47, 48) jeweils ein Widerstand (RPU, Rl bis R3 , R, 4 bis R6, R21, R22, R23, R24 R25, R26, R27, R28) angeordnet ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 9 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein Analogeingang (AI bis A4) und/oder mindestens ein Digitaleingang (Dl bis D4 ) einer Auswerte- und Steuereinheit (3, 23, 33, 43) direkt oder über einen Multiplexer (34) mit Ausgangsknoten der mindestens zwei Auswerteschaltungen (5, 7, 25, 26, 27, 28, 45, 46, 47, 48) verbunden sind, wobei am Ausgangsknoten eine physikalische Größe erfassbar ist.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegung des Verbindungsmittels (15) an mindestens einem Ausgangsknoten der mindestens zwei Auswerte - Schaltungen (5, 7, 25, 26, 27, 28, 45, 46, 47, 48) eine Änderung der gemessenen physikalischen Größe bewirkt.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die gemessene physikalische Größe einen Kapazitätswert und/oder einen Induktivitätswert und/oder einen Widerstandswert und/oder einen Spannungswert und/oder einen Stromwert umfasst .
Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswerte- und Steuereinheit (3, 23, 33, 43) jedem gültigen Schaltzustand (Sl bis S7) einen vorgegebenen Messwertbereich aus den möglichen Messwertbereichen zuweist .
Schaltungsanordnung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswerte- und Steuereinheit (3, 23, 33, 43) allen anderen Kombinationen von möglichen Messwertbereichen jeweils einen Fehlerzustand zuordnet, der mindestens eine der Auswerteschaltungen (5, 7, 25, 26, 27, 28, 45, 46, 47, 48) betrifft.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswerte- und Steuereinheit (3, 23, 33, 43) in einem Notbetrieb eine als defekt erkannte Auswerteschal tung (5, 7, 25, 26, 27, 28, 45, 46, 47, 48) bei der Aus wertung nicht mehr berücksichtigt.
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