EP3414840A1 - Eingabeelement mit magnetischem element und magnetfeldsensor - Google Patents

Eingabeelement mit magnetischem element und magnetfeldsensor

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EP3414840A1
EP3414840A1 EP17703669.6A EP17703669A EP3414840A1 EP 3414840 A1 EP3414840 A1 EP 3414840A1 EP 17703669 A EP17703669 A EP 17703669A EP 3414840 A1 EP3414840 A1 EP 3414840A1
Authority
EP
European Patent Office
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magnetic field
input
field sensor
magnetic
positions
Prior art date
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Ceased
Application number
EP17703669.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Alexander Weber
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Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP3414840A1 publication Critical patent/EP3414840A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945—Proximity switches
    • H03K17/95—Proximity switches using a magnetic detector
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    • H03K17/95—Proximity switches using a magnetic detector
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    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/965—Switches controlled by moving an element forming part of the switch
    • H03K17/97—Switches controlled by moving an element forming part of the switch using a magnetic movable element
    • H03K17/972—Switches controlled by moving an element forming part of the switch using a magnetic movable element having a plurality of control members, e.g. keyboard
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/94—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/94057—Rotary switches
    • H03K2217/94068—Rotary switches with magnetic detection
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/94—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/94084—Transmission of parameters among sensors or between sensor and remote station

Definitions

  • the invention relates to an input element and an input system, in particular for use on a rail vehicle such as a locomotive.
  • a control station On a locomotive, a control station is provided, which can be mounted, for example, on a control station, in a machine room or in the outer area of the locomotive.
  • the control station comprises a plurality of input elements, which are each assigned to wells ⁇ a predetermined function of the locomotive.
  • Each input element comprises a control element which can be moved translationally or rotationally by an operator.
  • a predetermined number of positions of the control element is predetermined, and each of the positions may be associated with a snap switch. If the operating element has more than two positions, then it also comprises a corresponding number of snap-action switches.
  • the control station can thus comprise a large number of snap-action switches, which may require a relatively large space and usually also require a relatively high weight. Due to their mechanical complexity, input elements with snap-action switches, in particular with a plurality of snap-action switches, can be more susceptible to errors.
  • the snap scarf ⁇ ter may be susceptible to corrosion, dirt, gluing, or the penetration of foreign bodies in liquid or solid form.
  • the function of the snap switch can be limited.
  • Each snap-action switch is associated with one or more discrete lines, which must be connected in the context of the control ⁇ stand. The helm can be so complex to build, difficult to maintain, and inflexible to later change.
  • the object of the invention is to provide an improved input element and an improved input system. provide that overcomes at least one of the above-mentioned disadvantages.
  • the invention solves this problem by means of the Ge ⁇ objects of the independent claims. Subclaims give preferred embodiments again.
  • An input element comprises a carrier element, a Whyele ⁇ ment, which is adjustable relative to the carrier element, and a latching device to hold the operating element relative to the carrier element in one of a plurality of predetermined positions. Furthermore, the input element comprises a magnetic element, which is magnetically coupled to the operating element, and a magnetic field sensor, which is attached to the carrier element, for determining a magnetic field. In addition, comprises an off ⁇ values means which is adapted to determine a position of the operating element relative to the carrier element on the basis of the determined by the magnetic field sensor Mag ⁇ netfelds.
  • the input element can be mechanically less complex.
  • a Emp ⁇ sensitivity of the input element to corrosion, Verun ⁇ cleaning or debris may be reduced.
  • the magnetic field sensor can determine the position of the control element without contact, so that wear in this area can also be reduced. It is particularly preferred that the evaluation device is adapted to determine the position of the operating element only in a general and notumblebil to one of the predetermined positions of the operating element ⁇ .
  • the evaluation device can be set up to determine the position of the operating element analogously or to provide an analog value which indicates the position of the operating element.
  • a digital value is used, the position of a height ⁇ ren resolution is resolved as the number of predetermined positions of the operating element.
  • the Stel ⁇ ment of the control element with a resolution of 8 bits, speaking 256 different positions are resolved, while the control element is limited by the locking device to about 2 to 16 positions.
  • a verbes ⁇ serte information base for a downstream, processing device can be created. For example, a transition from one mechanical position to another can be tracked improved.
  • the assignment of the specific position to one of the mechanically defined positions of the operating element can also be carried out in an improved manner as a function of an externally available system knowledge.
  • the operating element can be separated into a first and a second subunit, wherein the first subunit comprises the latching device and the magnetic element and the second subunit comprise the magnetic field sensor and the evaluation device.
  • first subunit comprises the latching device and the magnetic element
  • second subunit comprise the magnetic field sensor and the evaluation device.
  • This makes it possible to provide a generic second subassembly that can be combined with different first subdevices.
  • first subassembly to a second subunit can be replaced ⁇ to, for example, when an increased number mechanically defi ned ⁇ positions is necessary at an input element or the purpose of the input element is changed.
  • a separator is provided to separate the magnetic field sensor from the magnetic element.
  • the partition member is preferably made of a ⁇ genetically neutral material such as plastic may be manufactured so that it does not impair the function of the input member.
  • the separating element may be a contaminant in particular ⁇ sondere can penetrate from the direction of the operating element in the input ⁇ element can be prevented from reaching the magnetic field sensor and damaging its function. For example, so dust, liquids or leftovers of food, with which an operator handled safely from
  • the separator may reasonable on the control panel be introduced, so that the separation between an operating page of the input element with the control element and an evaluation ⁇ side of the input element with the magnetic field sensor can be made hermetic.
  • the latching element is preferably arranged on the input side.
  • the input element is configured for redundant determination of the position of the operating element.
  • the input element may further comprise a further magnetic field sensor for determining a magnetic field and a further evaluation device for determining the position of the operating element on the basis of the magnetic field sensor determined by the magnetic field.
  • measuring directions of the two magnetic field sensors enclose an angle between 0 ° and 180 °.
  • each magnetic field sensor is assigned an evaluation device.
  • the first magnetic field sensor ⁇ a first evaluation and the second magnetic field sensor may be assigned a second evaluation.
  • the input element is configured to be used in an environment where an increased safety requirement level (e.g., SIL2) is required.
  • an increased safety requirement level e.g., SIL2
  • the evaluation device may have an interface to a communication bus. If two evaluation devices are used, each evaluation device can be assigned a communication bus.
  • the communication bus may be insbeson ⁇ particular constructed on the basis of I2C, SPI or CAN. Ins ⁇ particular is preferred that said communication is serially performed in order to reduce a number of lines for Eingabeele ⁇ ment. More preferably, the Kommunikati ⁇ onsbus allows addressing individual devices, so in particular, various input elements sequentially scanned who can ⁇ .
  • An input system comprises a plurality of the input members described, preferably in the embodiment with several ⁇ ren magnetic field sensors, and a processing device which is connected by means of a communication bus with the Eingabeelemen ⁇ th.
  • the processing device comprises an interface for providing indications of positions of the input elements.
  • the interface may comprise a white ⁇ direct communication bus, in particular a serial communica ⁇ nikationsbus as IC2, SPI or CAN.
  • a message can be provided on the interface, which contains indications of the positions of several input elements.
  • the input system can be simply constructed and flexibi ⁇ bel changeable. Production and assembly costs can be reduced.
  • the input system can be relatively easy and To save space. Each input element can be scanned redundantly in one of the embodiments, so that a certainty of determination of the input system can be increased. The input system can thereby be improved to control a safety-related system such as a locomotive can be used.
  • the processing means is preferably to be ⁇ directed, for the input elements respectively to determine a position of the control element in one of the predetermined positions on the basis of transmitted via the communication bus measurement values of the magnetic field sensors.
  • the processing device is preferably responsible for performing an image of a measured value of a magnetic field sensor on one of a plurality of mechanical positions of an associated operating element.
  • a redundancy check or plausibility check may be carried out especially if the input element has more than one magnetic field sensor ⁇ .
  • the particular position can be marked as invalid or set to a value, which is assigned to an invalid determination.
  • the processing means is adapted to provide information about the inter- face, which indicate to a determination ⁇ quality ei ⁇ ner position of an operating element of an input member.
  • This information may include an indication of the invalid determination described above.
  • a higher resolution value for a destination quality may also be managed.
  • the input system a central ⁇ rale energy supply for input elements and the processed processing device comprises.
  • the processed processing device comprises.
  • two central power supplies each associated with one of the magnetic field sensors. The input system can thereby be improved consistently built redundantly ⁇ .
  • the processing device comprises a further interface for the transmission of certain Stel ⁇ settings of input elements.
  • the further interface may be constructed as the first interface mentioned above or, for example, use another medium.
  • the first interface comprises an electrical medium, such as it is specified for example for a paralle ⁇ len or serial bus, while the second interface comprises about a pneumatic medium or a discrete drähtician compound, ie a number of individual electrical conductors, each one Input element or even a predetermined position of an operating element of an input element are assigned.
  • FIG. 1 shows an input system for use in a locomotive;
  • FIG. 2 variants of input elements for the input system of FIG. 1;
  • FIG. 1 shows an input system for use in a locomotive;
  • FIG. 2 variants of input elements for the input system of FIG. 1;
  • FIG. 1 shows an input system for use in a locomotive;
  • FIG. 2 variants of input elements for the input system of FIG. 1;
  • FIG. 1 shows an input system for use in a locomotive;
  • FIG. 2 variants of input elements for the input system of FIG. 1;
  • FIG 3 shows the input elements of FIG 2 in an alternative
  • FIG. 4 shows a diagram for determining a discrete position based on an analogue position.
  • 1 shows an input system 100, in particular for use in a control station, a machine room or an exterior of a locomotive.
  • the input ⁇ system 100 can be used to control a driving state of Lo komotive.
  • the input system 100 comprises a plurality of input elements 105 and a processing device 110.
  • the processing device 110 includes an interface 115 for providing information that indicates positions of the input elements 105.
  • a further interface 115 ⁇ is provided, which is embossed from ⁇ accordingly.
  • one of the input elements 105 is connected by a communication bus 120 to the processing ⁇ processing device 110th
  • a further communication bus 120 ' which may be connected to one of the input elements 105.
  • the communication bus 120, 120 ' includes a power supply for the input elements 105. These may in the communication bus 120, 120' dedicated Strommentsslei ⁇ obligations be provided, or information can be transmitted via power supply lines, for example by means of a data modulation method.
  • the power supply can be designed to be redundant, in particular when using second communication buses 120, 120 '.
  • a central Energyversor ⁇ supply 125 is provided, which supplies the processing device 110 and the input elements 105 with energy.
  • the central power supply 125 includes the communication bus 120, that is, energy that requires, for example, an input element 105 for its operation, a magnetic field sensor 170 mounted, which may be preferably designed as a Hall sensor.
  • the magnetic field sensor 170 is configured to determine the change in a distance or position of the magnetic element 165 when changing the position or position of the operating element 145.
  • the magnetic field sensor 170 is set up to control a field in its area. to determine the magnetic field in one or more directions.
  • the magnetic field sensor 170 is connected to an evaluation device 175, the location ⁇ preferably by means of a section 180 is connected to the communication bus 120th
  • the evaluation device 175 is set up to determine the position of the operating element 145 on the basis of a measured value of the magnetic field sensor 170. It is preferred that the position without a restriction to one of the mechanically predetermined positions 160 is determined. For example, an analog value may describe the position of the operating element 145. In another embodiment, a digital value may be used which resolves the possible operating path of the operating element 145 higher than positions 160 are defined. For example, may be mechanically defined positions 20 or less 160 while the range of movement of the operating element 145 with 6 bits, 8 bits, 10 bits or 12 bits is solved in ⁇ .
  • the determined by the evaluation device 175 position of the operating member 145 may then via the interface ⁇ point 180 and the communication bus 120 are transmitted to the processing device ⁇ 110th
  • the processing means 110 is preferably adapted to perform a Abbil ⁇ dung of the transferred position in one of the predetermined mechanical positions 160th This will be described in more detail below with reference to FIG.
  • the transmission of information between the evaluation device 175 and the processing device 110 can be initiated in different embodiments by the evaluation device 175 or the processing device 110.
  • one of the input elements 105 is assigned a further, additional magnetic field sensor 170 'to agree the position of the operating member 145 at the change of a magnetic field by the magnetic member 165 to be ⁇ .
  • each of the sensors 170 ' is assigned an additional evaluation device 175' which, by means of an additional interface 180, is connected to the further communication system. communication bus 120 'is connected (see FIG 1).
  • the magnetic field ⁇ sensors 170, 170 ' are preferably mounted such with respect to the magnetic element 165, that they can determine the position of the same operating element 145 to below ⁇ Kunststoffliche ways.
  • the measuring Rich ⁇ obligations of the magnetic field sensors 170, 170 ' form an angle with each other which is greater or equal to 0 ° and less than or equal to 180 °, preferably around 90 °.
  • one of the magnetic field sensors 170, 170 ' is mounted so that it determines a distance to the magnetic element 165, while the other magnetic field sensor 170, 170' be ⁇ a position or direction of the magnetic element 165 ⁇ .
  • the attachment of the magnetic field sensors 170, 170 'on the input element 105 is preferably carried out as a function of the selected trajectory 150.
  • the angle w can also be about 90 ° or about 180 °, so that the measuring directions of the magnetic field sensors 170, 170 'are aligned substantially parallel or antiparallel.
  • the measuring directions of the magnetic field sensors 170, 170 'are aligned substantially parallel or antiparallel can also be aligned substantially parallel or antiparallel.
  • the proces ⁇ processing device 110 is arranged, 145 a Eingabeele ⁇ mentes perform not only an image of the particular on the basis of the magnetic field sensors 170 position of an operating element 105 to a mechanical of a plurality of predetermined positions 160, but additionally a Make plausibility check. During the plausibility check, it can be determined in particular how well the specific (analogous) positions fit to one another or to the individual mechanical positions 160.
  • the position determined for the input element 105 can be set to a predetermined value which does not correspond to any mechanical position 160 but which stands for a failed position determination.
  • a corresponding message can be provided via one of the interfaces 115, 115 ', which points to the failed position determination. While it is preferred that the interfaces 115 and 115 'are electrically established and can continue to correspond to a Budapest ⁇ voted specification, for example a serial communication bus, in another embodiment, one of the interfaces 115, 115' differently from the other interface 115, 115 'be constructed to provide a second pathway.
  • one of the interfaces 115, 115 ' for example, dedicated Drahtver ⁇ connections for individual positions of an input element 105 may comprise instead of the communication bus or as a pneumatic interface or a pneumatic actuator.
  • the interfaces 115, 115 ' are set up to be connected to a control device, which in particular can perform a safety-related control of an element.
  • the element may relate to an engine or other device whose malfunction may result in personal injury or significant material damage.
  • the element may relate to a driving function of a locomotive, in particular atheressteu ⁇ augmentation or a braking function.
  • FIG. 2 shows variants of input elements 105 for the input system 100 of FIG. 1.
  • a first input element 105.1, a second input element 105.2 and a third input element 105.3 are each shown in a plan view as presented to an operator, and in two longitudinal sections, each one Input element 105 in the first longitudinal section is not actuated and shown actuated in the second longitudinal section.
  • the input elements 105 correspond in an exemplary manner to those of FIG. 1.
  • the input elements 105 are shown incompletely (see FIG.
  • the first input element 105. 1 comprises a rotary switch or rotary pushbutton, in which the operating element 145 can be rotated about an axis 205.
  • the magnetic ⁇ element 165 exemplified in the form of a magnet, is attached to an axial end of the control element 205 and changes its rotational orientation about the axis of rotation 205 when the control element 145 of the first input ⁇ elements 105.1 changes its position.
  • the magnetic field sensor 170 is mounted, for example, axially to the magnetic element 165 with respect to the axis 205 and configured to determine the orientation of the magnetic field caused by the magnetic element 165.
  • the exemplary second input element 105.2 comprises a pressure switch or pushbutton, in which the operating element 145 can be displaced along an axis 205.
  • the magnetic field sensor 170 is arranged in an exemplary manner laterally offset with respect to the axis 205 and configured to ei ⁇ ne orientation of the magnetic element 165 effected by th magnetic field or to determine its strength.
  • the thickness corresponds to the distance between the magnetic element 165 and the magnetic field sensor 170 and thus points to a position of the operating element 145.
  • the third exemplified input element 105.3 to ⁇ summarizes a pivot lever which can be pivoted about an axis 205, which preferably parallel to the structure 130 extends.
  • the magnetic element 165 is mounted outside the axis 205 on the control element 145 and the magnetic field sensor 170 is fixed in a predetermined position with respect to the axis 205. If the operating element 145 of the entranc ⁇ beelements third pivoted 105.3 about the axis 205, as a strength and an orientation of the magnetic element 165 caused by the magnetic field in the region of Magnetsen- sors 170 can also change.
  • a trough 135 is also provided, which in particular is designed as a dirt trough is.
  • the tub 135 may be installed 105 as shown below the entranc ⁇ beimplantation 105 or, in another embodiment, between the structure 130 and lower portions of the input member.
  • the tub 135 is mounted in a particularly preferred execution form ⁇ between different subunits of the input member 105, a first sub-unit comprises Be ⁇ serving element 145 and a second subunit of the magnetic field sensor.
  • the tray 135 itself can be counted in differing ⁇ chen embodiments to one or the other subunit.
  • the input member 105 may be separable along the trough 135 so that the first and second subunits may be removed from each other.
  • an individual well 135 is provided for an input element 105.
  • the tub 135 may define two sides of the input element 105, namely, an input side with the control element 145 and an evaluation side with the magnetic field sensor 170. On the input side ⁇ also the locking device 155 can be.
  • the tub 135 may be connected to or attached to the structure 130.
  • the tub 135 may be dust or liquid-tight ⁇ leads and preferably dust- and liquid-tightly be connected to the structure 130th
  • the tub 135 may be, for example, cup-shaped, to the control element 145 to increase ⁇ and ensure sufficient mobility preferably comprises the tub 135, a non-magnetic material such as plastic.
  • each input element 105 also comprises a further magnetic field sensor 170 '.
  • the further magnetic field sensor 170 'of the first input element 105.1 is mounted laterally next to the axis 205 and is configured to determine a strength or orientation of the magnetic field caused by the magnetic element 165. vote.
  • the further magnetic field sensor 170 'of the second input element 105.2 is mounted as an example axially to the magnetic element 165. If the operating element 145 of the second input element 105.2 is moved along the axis 205, then the distance between the magnetic element 165 and the further magnetic field sensor 170 'changes.
  • the further magnetic field sensor 170 ' is offset from the magnetic field sensor 170 by a predetermined angle with respect to the axis 205.
  • the magnetic field sensor 170 embodied for example as a simple Hall sensor, so ent ⁇ speak the measurement direction to the direction in which a magnetic field has to pass in order determined by means of the Hall sensor to the ⁇ .
  • the magnetic field sensor 170 comprises a multi-dimensional magnetic field sensor, it is preferred that it comprises a plurality of individual magnetic field sensors whose measuring directions are at right angles to one another.
  • the measuring directions between magnetic field sensors 170 and 170 ' preferably enclose the predetermined angle in pairs.
  • FIG. 4 shows a diagram 400 for determining a discrete position 160 on the basis of an analog position.
  • a position of an operating element 145 of an input element is shown a support element 140 relative to 105, wherein the position WUR determined on the basis of a magnetic field measurement by means ⁇ a magnetic field sensor 170 ⁇ de, as described above.
  • This position may relate, in particular, to a translation along an axis 205 or a trajectory 150 or a rotation about an axis 205 or along a trajectory 150.
  • a corresponding position is shown, which was determined by means of egg ⁇ nes further magnetic field sensor 170 '.
  • mechanically predetermined positions 160 are shown, the are predetermined by the latching device 155.
  • a region 405 is shown, in which the 'determined by means of the magnetic field sensors 170, 170 positions must lie in order to positively determine that the corresponding mechanical position was occupied by the Consele ⁇ ment 145,160. If the combination of the particular positions is outside one of the areas 160, then an invalid position may be determined.
  • the 'determined by means of un ⁇ ter Kunststoff magnetic field sensors 170 and 170 then positions do not correspond to each other or not to a predetermined mechanical position 160, so that the determination is implausible.

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Abstract

Ein Eingabeelement umfasst ein Trägerelement (140), ein Bedienelement (145), das gegenüber dem Trägerelement verstellbar ist, eine Rasteinrichtung, um das Bedienelement gegenüber dem Trägerelement in einer von mehreren vorbestimmten Stellungen zu halten, ein magnetisches Element (165), das mechanisch mit dem Bedienelement gekoppelt ist, einen Magnetfeldsensor (170) zur Bestimmung eines Magnetfelds, der am Trägerelement angebracht ist und eine Auswerteeinrichtung zur Bestimmung einer Stellung des Bedienelements gegenüber dem Trägerelement auf der Basis des mittels des Magnetfeldsensors bestimmten Magnetfelds.

Description

Beschreibung
EINGABEELEMENT MIT MAGNETISCHEM ELEMENT UND MAGNETFELDSENSOR Die vorliegende Erfindung betrifft ein Eingabeelement und ein Eingabesystem, insbesondere zur Verwendung an einem Schienenfahrzeug wie einer Lokomotive.
An einer Lokomotive ist ein Steuerstand vorgesehen, der bei- spielsweise an einem Fahrstand, in einem Maschinenraum oder im Außenbereich der Lokomotive angebracht sein kann. Der Steuerstand umfasst eine Vielzahl Eingabeelemente, die je¬ weils einer vorbestimmten Funktion der Lokomotive zugeordnet sind. Jedes Eingabeelement umfasst ein Bedienelement, das von einer Bedienperson translatorisch oder rotatorisch bewegt werden kann. Dabei ist eine vorbestimmte Anzahl Stellungen des Bedienelements vorbestimmt, und jeder der Stellungen kann ein Schnappschalter zugeordnet sein. Weist das Bedienelement mehr als zwei Stellungen auf, so umfasst es auch entsprechend mehrere Schnappschalter.
Der Steuerstand kann somit eine große Anzahl Schnappschalter umfassen, die einen relativ großen Bauraum erfordern können und üblicherweise auch ein relativ hohes Gewicht bedingen. Durch ihre mechanische Komplexität können Eingabeelemente mit Schnappschaltern, insbesondere mit mehreren Schnappschaltern, eine erhöhte Fehleranfälligkeit aufweisen. Die Schnappschal¬ ter können anfällig für Korrosion, Verschmutzung, Verkleben oder das Eindringen von Fremdkörpern in flüssiger oder fester Form sein. Die Funktion des Schnappschalters kann dadurch eingeschränkt sein. Jedem Schnappschalter sind eine oder mehrere diskrete Leitungen zugeordnet, die im Rahmen des Steuer¬ stands verbunden werden müssen. Der Steuerstand kann so komplex aufzubauen, schwierig zu warten und unflexibel gegenüber einer späteren Änderung sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Eingabeelement und ein verbessertes Eingabesystem bereitzu- stellen, die wenigstens einen der oben angegebenen Nachteile überkommt. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Ge¬ genstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
Ein Eingabeelement umfasst ein Trägerelement, ein Bedienele¬ ment, das gegenüber dem Trägerelement verstellbar ist, und eine Rasteinrichtung, um das Bedienelement gegenüber dem Trägerelement in einer von mehreren vorbestimmten Stellungen zu halten. Ferner umfasst das Eingabeelement ein magnetisches Element, das magnetisch mit dem Bedienelement gekoppelt ist, und einen Magnetfeldsensor, der am Trägerelement angebracht ist, zur Bestimmung eines Magnetfelds. Außerdem ist eine Aus¬ werteeinrichtung umfasst, die dazu eingerichtet ist, eine Stellung des Bedienelements gegenüber dem Trägerelement auf der Basis des mittels des Magnetfeldsensors bestimmten Mag¬ netfelds zu bestimmen.
Durch den Einsatz eines Magnetfeldsensors kann das Eingabe- element mechanisch weniger komplex aufgebaut sein. Eine Emp¬ findlichkeit des Eingabeelements gegenüber Korrosion, Verun¬ reinigung oder Fremdkörpern kann verringert sein. Der Magnetfeldsensor kann die Stellung des Bedienelements kontaktlos bestimmen, sodass ein Verschleiß in diesem Bereich ebenfalls verringert sein kann. Es ist insbesondere bevorzugt, dass die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet ist, die Stellung des Bedienelements nur allgemein zu bestimmen und noch nicht auf eine der vorbestimmten Stellungen des Bedienelements abzubil¬ den .
Dazu kann die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet sein, die Stellung des Bedienelements analog zu bestimmen bzw. einen Analogwert bereitzustellen, der auf die Stellung des Bedienelements hinweist. In einer anderen Ausführungsform wird ein digitaler Wert verwendet, wobei die Stellung mit einer höhe¬ ren Auflösung als die Zahl der vorbestimmten Stellungen des Bedienelements aufgelöst ist. Beispielsweise kann die Stel¬ lung des Bedienelements mit einer Auflösung von 8 Bit, ent- sprechend 256 unterschiedlichen Stellungen aufgelöst werden, während das Bedienelement über die Rasteinrichtung auf ca. 2 bis 16 Stellungen beschränkt ist. Dadurch kann eine verbes¬ serte Informationsbasis für ein nachgeschaltetes, verarbei- tendes Gerät geschaffen werden. Beispielsweise kann ein Übergang von einer mechanischen Stellung in eine andere verbessert verfolgt werden. Auch kann die Zuordnung der bestimmten Stellung auf eine der mechanisch definierten Stellungen des Bedienelements in Abhängigkeit eines extern verfügbaren Sys- temwissens verbessert durchgeführt werden.
Es ist besonders bevorzugt, dass das Bedienelement in eine erste und eine zweite Untereinheit trennbar ist, wobei die erste Untereinheit die Rasteinrichtung und das magnetische Element und die zweite Untereinheit den Magnetfeldsensor und die Auswerteeinrichtung umfasst. Dadurch ist es möglich, eine generische zweite Untereinrichtung vorzusehen, die mit unterschiedlichen ersten Untereinrichtungen kombiniert werden kann. An einem konkreten Anwendungsfall kann auch eine erste Untereinheit an einer zweiten Untereinheit ausgetauscht wer¬ den, beispielsweise wenn eine erhöhte Anzahl mechanisch defi¬ nierter Stellungen an einem Eingabeelement nötig wird oder sich der Zweck des Eingabeelements geändert hat. In einer weiteren Ausführungsform ist ein Trennelement vorgesehen, um den Magnetfeldsensor vom magnetischen Element zu trennen. Das Trennelement ist bevorzugterweise aus einem mag¬ netisch neutralen Material wie Kunststoff herstellbar, sodass es die Funktion des Eingabeelements nicht beeinträchtigt. Durch das Trennelement kann eine Verunreinigung, die insbe¬ sondere aus der Richtung des Bedienelements in das Eingabe¬ element eindringen kann, daran gehindert werden, den Magnetfeldsensor zu erreichen und seine Funktion zu beschädigen. Beispielsweise können so Staub, Flüssigkeiten oder Reste von Speisen, mit denen eine Bedienperson hantiert, sicher vom
Magnetfeldsensor ferngehalten werden. Ist das Eingabeelement etwa in eine Bedientafel oder eine ähnliche Struktur einge¬ lassen, so kann das Trennelement an der Bedientafel ange- bracht sein, sodass die Trennung zwischen einer Bedienseite des Eingabeelements mit dem Bedienelement und einer Auswerte¬ seite des Eingabeelements mit dem Magnetfeldsensor hermetisch ausgeführt sein kann. Das Rastelement ist bevorzugterweise auf der Eingabeseite angeordnet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Eingabeelement zur redundanten Bestimmung der Stellung des Bedienelements eingerichtet. Dazu kann das Eingabeelement ferner einen weiteren Magnetfeldsensor zur Bestimmung eines Magnetfelds und eine weitere Auswerteeinrichtung zur Bestimmung der Stellung des Bedienelements auf der Basis des mittels des weiteren Magnetfeldsensors bestimmten Magnetfelds umfassen. Bevorzugterweise schließen Messrichtungen der beiden Magnet- feldsensoren miteinander einen Winkel zwischen 0° und 180° ein .
Bewirkt beispielsweise das Bewegen des Bedienelements eines Eingabeelements von einer vorbestimmten mechanischen Stellung in eine andere eine translatorische Bewegung des magnetischen Elements entlang einer Trajektorie, so kann einer der Magnet¬ feldsensoren neben der Trajektorie und der andere an einem der Enden der Trajektorie angebracht sein. Die Magnetfeldsensoren können dabei unterschiedliche Aspekte des jeweils loka- len Magnetfelds, das durch das magnetische Element beein- flusst wird, bestimmen. Für eine möglichst gute Trennung ist es bevorzugt, dass die Messrichtungen einen Winkel von ca. 90° miteinander einschließen. Bevorzugterweise ist jedem Magnetfeldsensor eine Auswerteeinrichtung zugeordnet. Insbesondere kann dem ersten Magnetfeld¬ sensor eine erste Auswerteeinrichtung und dem zweiten Magnetfeldsensor eine zweite Auswerteeinrichtung zugeordnet sein. Das Vorliegen eines kritischen Elements, dessen Ausfallen die Bestimmung der Stellung mittels beider Magnetfeldsensoren verhindern kann, kann so verbessert vermieden werden. Durch die strikte Trennung unterschiedlicher Messpfade können die Redundanz und damit die Ausfallsicherheit des Eingabeelements entschieden gesteigert sein.
In einer Ausführungsform ist das Eingabeelement dazu einge- richtet, in einer Umgebung eingesetzt zu werden, in der eine erhöhte Sicherheitsanforderungsstufe (z.B. SIL2) gefordert wird .
Die Auswerteeinrichtung kann eine Schnittstelle zu einem Kommunikationsbus aufweisen. Werden zwei Auswerteeinrichtungen verwendet, so kann jeder Auswerteeinrichtung ein Kommunikationsbus zugeordnet sein. Der Kommunikationsbus kann insbeson¬ dere auf der Basis von I2C, SPI oder CAN aufgebaut sein. Ins¬ besondere ist bevorzugt, dass der Kommunikationsbus seriell ausgeführt ist, um eine Anzahl von Leitungen zum Eingabeele¬ ment zu verringern. Weiter bevorzugt erlaubt der Kommunikati¬ onsbus ein Adressieren einzelner Endgeräte, sodass insbesondere verschiedene Eingabeelemente nacheinander abgefragt wer¬ den können.
So kann beispielsweise eine zyklische Abfrage mehrerer Einga¬ beelemente erfolgen oder bestimmte Eingabeelemente können öf¬ ter als andere Eingabeelemente abgefragt werden. Ein Eingabesystem umfasst mehrere der beschriebenen Eingabeelemente, bevorzugterweise in der Ausführungsform mit mehre¬ ren Magnetfeldsensoren, und eine Verarbeitungseinrichtung, die mittels eines Kommunikationsbusses mit den Eingabeelemen¬ ten verbunden ist. Dabei umfasst die Verarbeitungseinrichtung eine Schnittstelle zur Bereitstellung von Hinweisen auf Stellungen der Eingabeelemente. Die Schnittstelle kann einen wei¬ teren Kommunikationsbus, insbesondere einen seriellen Kommu¬ nikationsbus wie IC2, SPI oder CAN umfassen. Bevorzugterweise kann auf der Schnittstelle eine Nachricht bereitgestellt wer- den, die Hinweise auf die Stellungen mehrerer Eingabeelemente umfasst. Das Eingabesystem kann einfach aufgebaut und flexi¬ bel veränderbar sein. Produktions- und Montagekosten können verringert sein. Das Eingabesystem kann relativ leicht und Platz sparend ausgeführt sein. Jedes Eingabeelement kann in einer der Ausführungsformen redundant abgetastet werden, sodass eine Bestimmungssicherheit des Eingabesystems erhöht sein kann. Das Eingabesystem kann dadurch verbessert zur Steuerung eines sicherheitsrelevanten Systems wie einer Lokomotive eingesetzt werden.
Die Verarbeitungseinrichtung ist bevorzugterweise dazu einge¬ richtet, für die Eingabeelemente jeweils eine Stellung des Bedienelements in einer der vorbestimmten Stellungen auf der Basis von über den Kommunikationsbus übermittelten Messwerten der Magnetfeldsensoren zu bestimmen. Anders ausgedrückt ist die Verarbeitungseinrichtung bevorzugterweise dafür zuständig, eine Abbildung eines Messwerts eines Magnetfeldsensors auf eine von mehreren mechanischen Stellungen eines zugeordneten Bedienelements durchzuführen. Dabei kann insbesondere eine Redundanzprüfung oder Plausibilisierung durchgeführt werden, wenn das Eingabeelement über mehr als einen Magnet¬ feldsensor verfügt. Wird beispielsweise bestimmt, dass die Stellungen zweier Magnetfeldsensoren eines Eingabeelements schlechter als vorbestimmt zueinanderpassen bzw. eine der bestimmten Stellungen nicht zu einer vorbestimmten mechanischen Stellung des zugeordneten Bedienelements passt, so kann die bestimmte Stellung als ungültig markiert werden oder auf ei- nen Wert gesetzt werden, der einer ungültigen Bestimmung zugeordnet ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, Informationen über die Schnitt- stelle bereitzustellen, die auf eine Bestimmungsqualität ei¬ ner Stellung eines Bedienelements eines Eingabeelements hin¬ weisen. Diese Informationen können einen Hinweis auf die oben beschriebene ungültige Bestimmung umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform kann auch ein höher aufgelöster Wert für eine Bestimmungsqualität verwaltet werden.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass das Eingabesystem eine zent¬ rale Energieversorgung für die Eingabeelemente und die Verar- beitungseinrichtung umfasst. In einer Ausführungsform mit mehreren Magnetfeldsensoren pro Eingabeelement können auch zwei zentrale Energieversorgungen vorgesehen sein, die jeweils einem der Magnetfeldsensoren zugeordnet sind. Das Eingabesystem kann dadurch verbessert konsequent redundant auf¬ gebaut sein.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Verarbeitungseinrichtung eine weitere Schnittstelle zur Übermittlung bestimmter Stel¬ lungen der Eingabeelemente umfasst. Die weitere Schnittstelle kann so wie die oben genannte erste Schnittstelle aufgebaut sein oder beispielsweise ein anderes Medium benutzen. In einer Ausführungsform umfasst die erste Schnittstelle ein elektrisches Medium, wie es beispielsweise für einen paralle¬ len oder seriellen Bus spezifiziert ist, während die zweite Schnittstelle etwa ein pneumatisches Medium umfasst oder eine diskrete drähtische Verbindung, also eine Anzahl einzelner elektrischer Leiter, die jeweils einem Eingabeelement oder sogar einer vorbestimmten Stellung eines Bedienelements eines Eingabeelements zugeordnet sind.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei
FIG 1 ein Eingabesystem zur Verwendung in einer Lokomotive; FIG 2 Varianten von Eingabeelementen für das Eingabesystem von FIG 1;
FIG 3 die Eingabeelemente von FIG 2 in einer alternativen
Ausführungsform mit erhöhter Sicherheit; und
FIG 4 ein Diagramm zur Bestimmung einer diskreten Stellung auf der Basis einer analogen Stellung darstellt . FIG 1 zeigt ein Eingabesystem 100, insbesondere zur Verwendung in einem Fahrstand, einem Maschinenraum oder einem Außenbereich einer Lokomotive. Insbesondere kann das Eingabe¬ system 100 dazu verwendet werden, einen Fahrzustand einer Lo- komotive zu steuern. Das Eingabesystem 100 umfasst mehrere Eingabeelemente 105 und eine Verarbeitungseinrichtung 110. Die Verarbeitungseinrichtung 110 umfasst eine Schnittstelle 115 zur Bereitstellung von Informationen, die auf Stellungen der Eingabeelemente 105 hinweisen. Optional ist noch eine weitere Schnittstelle 115 λ vorgesehen, die entsprechend aus¬ geprägt ist. Bevorzugterweise ist eines der Eingabeelemente 105 mittels eines Kommunikationsbusses 120 mit der Verarbei¬ tungseinrichtung 110 verbunden. Es kann auch ein weiterer Kommunikationsbus 120' vorgesehen sein, der mit einem der Eingabeelemente 105 verbunden sein kann. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Kommunikationsbus 120, 120' eine Stromversorgung für die Eingabeelemente 105. Dazu können im Kommunikationsbus 120, 120' dedizierte Stromversorgungslei¬ tungen vorgesehen sein oder Informationen können über Strom- Versorgungsleitungen übertragen werden, beispielsweise mittels eines Datenmodulationsverfahrens. Die Stromversorgung kann insbesondere bei Verwendung zweiter Kommunikationsbusse 120, 120' redundant ausgeführt sein. Es ist weiterhin bevorzugt, dass eine zentrale Energieversor¬ gung 125 vorgesehen ist, die die Verarbeitungseinrichtung 110 und die Eingabeelemente 105 mit Energie versorgt. In einer Ausführungsform umfasst die zentrale Energieversorgung 125 den Kommunikationsbus 120, das heißt, dass Energie, die bei- spielsweise ein Eingabeelement 105 für ihren Betrieb benötigt ein Magnetfeldsensor 170 angebracht, der bevorzugterweise als Hall-Sensor ausgeführt sein kann. Der Magnetfeldsensor 170 ist dazu eingerichtet, die Veränderung eines Abstands oder einer Lage des magnetischen Elements 165 bei der Veränderung der Stellung oder Position des Bedienelements 145 zu bestimmen. In unterschiedlichen Ausführungsformen ist der Magnetfeldsensor 170 dazu eingerichtet, ein in seinem Bereich herr- sehendes Magnetfeld in einer oder mehreren Richtungen zu bestimmen .
Der Magnetfeldsensor 170 ist mit einer Auswerteeinrichtung 175 verbunden, die bevorzugterweise mittels einer Schnitt¬ stelle 180 mit dem Kommunikationsbus 120 verbunden ist. Die Auswerteeinrichtung 175 ist dazu eingerichtet, auf der Basis eines Messwertes des Magnetfeldsensors 170 die Stellung des Bedienelements 145 zu bestimmen. Dabei ist bevorzugt, dass die Stellung ohne eine Einschränkung auf eine der mechanisch vorgegebenen Stellungen 160 bestimmt wird. Beispielsweise kann ein analoger Wert die Stellung des Bedienelements 145 beschreiben. In einer anderen Ausführungsform kann ein digitaler Wert verwendet werden, der den möglichen Bedienweg des Bedienelements 145 höher auflöst als Stellungen 160 definiert sind. Beispielsweise können 20 oder weniger Stellungen 160 mechanisch definiert sein, während der Bewegungsbereich des Bedienelements 145 mit 6 Bit, 8 Bit, 10 Bit oder 12 Bit auf¬ gelöst wird. Die durch die Auswerteeinrichtung 175 bestimmte Stellung des Bedienelements 145 kann dann über die Schnitt¬ stelle 180 und den Kommunikationsbus 120 zur Verarbeitungs¬ einrichtung 110 übermittelt werden. Die Verarbeitungseinrichtung 110 ist bevorzugterweise dazu eingerichtet, eine Abbil¬ dung der übertragenen Stellung auf eine der vorbestimmten me- chanischen Stellungen 160 durchzuführen. Dies wird unten mit Bezug auf FIG 4 noch genauer beschrieben. Das Übertragen von Informationen zwischen der Auswerteeinrichtung 175 und der Verarbeitungseinrichtung 110 kann in unterschiedlichen Ausführungsformen seitens der Auswerteeinrichtung 175 oder sei- tens der Verarbeitungseinrichtung 110 initiiert werden.
In einer Ausführungsform ist einem der Eingabeelemente 105 ein weiterer, zusätzlicher Magnetfeldsensor 170' zugeordnet, um die Stellung des Bedienelements 145 über die Veränderung eines Magnetfelds durch das magnetische Element 165 zu be¬ stimmen. Bevorzugterweise ist jedem der Sensoren 170' eine zusätzliche Auswerteeinrichtung 175' zugeordnet, die mittels einer zusätzlichen Schnittstelle 180 mit dem weiteren Kommu- nikationsbus 120' verbunden ist (vgl. FIG 1) . Die Magnetfeld¬ sensoren 170, 170' sind bevorzugterweise derart bezüglich des magnetischen Elements 165 angebracht, dass sie auf unter¬ schiedliche Weisen die Stellung desselben Bedienelements 145 bestimmen können. Insbesondere ist bevorzugt, dass Messrich¬ tungen der Magnetfeldsensoren 170, 170' einen Winkel miteinander einschließen, der größer oder gleich 0° und kleiner oder gleich 180° ist, bevorzugterweise um die 90°. In einer Ausführungsform ist einer der Magnetfeldsensoren 170, 170' so angebracht, dass er einen Abstand zum magnetischen Element 165 bestimmt, während der andere Magnetfeldsensor 170, 170' eine Lage oder Richtung des magnetischen Elements 165 be¬ stimmt. Die Anbringung der Magnetfeldsensoren 170, 170' am Eingabeelement 105 erfolgt bevorzugterweise in Abhängigkeit der gewählten Trajektorie 150.
In einer anderen Ausführungsform kann der Winkel w auch ca. 90° oder ca. 180° betragen, sodass die Messrichtungen der Magnetfeldsensoren 170, 170' im Wesentlichen parallel oder antiparallel ausgerichtet sind. Beispielsweise können die
Magnetfeldsensoren 170, 170' auf unterschiedlichen Seiten einer Platine oder möglichst eng nebeneinander an der Platine angebracht sein. In dieser Ausführungsform ist bevorzugt, dass die Verarbei¬ tungseinrichtung 110 dazu eingerichtet ist, nicht nur eine Abbildung der auf der Basis der Magnetfeldsensoren 170 bestimmten Stellung eines Bedienelementes 145 eines Eingabeele¬ mentes 105 auf eine von mehreren vorbestimmten mechanischen Stellungen 160 durchzuführen, sondern zusätzlich eine Plausibilisierung vorzunehmen. Bei der Plausibilisierung kann insbesondere bestimmt werden, wie gut die bestimmten (analogen) Stellungen zueinander oder zu den einzelnen mechanischen Stellungen 160 passen. Sind die bestimmten Stellungen zuei- nander widersprüchlich, so kann die für das Eingabeelement 105 bestimmte Stellung auf einen vorbestimmten Wert gesetzt werden, der keiner mechanischen Stellung 160 entspricht, sondern die für eine gescheiterte Stellungsbestimmung steht. Zu- sätzlich oder alternativ kann eine entsprechende Nachricht über eine der Schnittstellen 115, 115' bereitgestellt werden, die auf die gescheiterte Stellungsbestimmung hinweist. Während es bevorzugt ist, dass die Schnittstellen 115 und 115' elektrisch aufgebaut sind und weiterhin einer vorbe¬ stimmten Spezifikation, beispielsweise eines seriellen Übertragungsbusses, entsprechen können, kann in einer anderen Ausführungsform eine der Schnittstellen 115, 115' unter- schiedlich von der anderen Schnittstelle 115, 115' aufgebaut sein, um einen zweiten Wirkweg zu bieten. Dazu kann eine der Schnittstellen 115, 115' beispielsweise dedizierte Drahtver¬ bindungen für einzelne Stellungen eines Eingabeelements 105 statt des Kommunikationsbusses oder etwa eine pneumatische Schnittstelle oder einen pneumatischen Aktor umfassen. Die Schnittstellen 115, 115' sind dazu eingerichtet, mit einer Steuereinrichtung verbunden zu werden, die insbesondere eine sicherheitsrelevante Steuerung eines Elements durchführen kann. Das Element kann eine Kraftmaschine oder eine andere Einrichtung betreffen, bei deren Fehlfunktion ein Personenschaden oder ein beträchtlicher Materialschaden auftreten kann. Beispielsweise kann das Element eine Fahrfunktion einer Lokomotive betreffen, insbesondere eine Geschwindigkeitssteu¬ erung oder eine Bremsfunktion.
FIG 2 zeigt Varianten von Eingabeelementen 105 für das Eingabesystem 100 von FIG 1. Ein erstes Eingabeelement 105.1, ein zweites Eingabeelement 105.2 und ein drittes Eingabeelement 105.3 sind jeweils in einer Draufsicht, wie sie sich einer Bedienperson bietet, und in zwei Längsschnitten dargestellt, wobei jedes Eingabeelement 105 im ersten Längsschnitt unbe- tätigt und im zweiten Längsschnitt betätigt dargestellt ist. Die Eingabeelemente 105 korrespondieren in beispielhafter Weise zu denen von FIG 1. Zur besseren Veranschaulichung sind die Eingabeelemente 105 unvollständig dargestellt (vgl. FIG 1) · In beispielhafter Weise umfasst das erste Eingabeelement 105.1 einen Drehschalter oder Drehtaster, bei dem das Bedienelement 145 um eine Achse 205 gedreht werden kann. Das magne¬ tische Element 165, beispielhaft dargestellt in Form eines Magneten, ist an einem axialen Ende des Bedienelements 205 angebracht und ändert seine rotatorische Ausrichtung um die Drehachse 205, wenn das Bedienelement 145 des ersten Eingabe¬ elements 105.1 seine Stellung ändert. Der Magnetfeldsensor 170 ist beispielhaft axial zum magnetischen Element 165 be- züglich der Achse 205 angebracht und dazu eingerichtet, die Ausrichtung des durch das magnetische Element 165 bewirkten Magnetfelds zu bestimmen.
Das beispielhafte zweite Eingabeelement 105.2 umfasst einen Druckschalter oder Drucktaster, bei dem das Bedienelement 145 entlang einer Achse 205 verschoben werden kann. Der Magnetfeldsensor 170 ist in beispielhafter Weise seitlich versetzt bezüglich der Achse 205 angeordnet und dazu eingerichtet, ei¬ ne Ausrichtung des durch das magnetische Element 165 bewirk- ten Magnetfelds oder dessen Stärke zu bestimmen. Die Stärke korrespondiert zum Abstand zwischen dem magnetischen Element 165 und dem Magnetfeldsensor 170 und weist somit auf eine Stellung des Bedienelements 145 hin. Das dritte beispielhaft dargestellte Eingabeelement 105.3 um¬ fasst einen Schwenkhebel, der um eine Achse 205 geschwenkt werden kann, die bevorzugterweise parallel zur Struktur 130 verläuft. Das magnetische Element 165 ist außerhalb der Achse 205 am Bedienelement 145 angebracht und der Magnetfeldsensor 170 ist in einer vorbestimmten Stellung bezüglich der Achse 205 befestigt. Wird das Bedienelement 145 des dritten Einga¬ beelements 105.3 um die Achse 205 geschwenkt, so können sich eine Stärke und eine Ausrichtung des durch das magnetische Element 165 bewirkten Magnetfelds im Bereich des Magnetsen- sors 170 verändern.
In einer weiteren Ausführungsform ist ferner eine Wanne 135 vorgesehen, die insbesondere als Schmutzwanne ausgebildet ist. Die Wanne 135 kann wie dargestellt unterhalb der Einga¬ beelemente 105 oder, in einer anderen Ausführungsform, zwischen der Struktur 130 und unteren Abschnitten des Eingabeelements 105 angebracht sein.
Die Wanne 135 ist in einer besonders bevorzugten Ausführungs¬ form zwischen verschiedenen Untereinheiten des Eingabeelements 105 angebracht, wobei eine erste Untereinheit das Be¬ dienelement 145 und eine zweite Untereinheit den Magnetfeld- sensor umfasst. Die Wanne 135 selbst kann in unterschiedli¬ chen Ausführungsformen zur einen oder zur anderen Untereinheit gezählt werden. Das Eingabeelement 105 kann entlang der Wanne 135 trennbar ausgeführt sein, sodass die erste und die zweite Untereinheit voneinander entfernt werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist für ein Eingabeelement 105 eine individuelle Wanne 135 vorgesehen. Die Wanne 135 kann am Eingabeelement 105 zwei Seiten definieren, nämlich eine Eingabeseite mit dem Bedienelement 145 und eine Auswerteseite mit dem Magnetfeldsensor 170. Auf der Eingabe¬ seite kann auch die Rasteinrichtung 155 liegen. Die Wanne 135 kann mit der Struktur 130 verbunden oder an ihr angebracht sein. Die Wanne 135 kann staub- oder flüssigkeitsdicht ausge¬ führt und bevorzugterweise staub- bzw. flüssigkeitsdicht mit der Struktur 130 verbunden sein. Die Wanne 135 kann beispielsweise becherförmig sein, um das Bedienelement 145 auf¬ zunehmen und eine ausreichende Beweglichkeit sicherzustellen Bevorzugterweise umfasst die Wanne 135 ein nichtmagnetisches Material wie Kunststoff.
FIG 3 die Eingabeelemente 105 von FIG 2 in einer alternativen Ausführungsform mit erhöhter Sicherheit. Zusätzlich zu den in FIG 2 dargestellten Elementen umfasst jedes Eingabeelement 105 noch einen weiteren Magnetfeldsensor 170'. In exemplari- scher Weise ist der weitere Magnetfeldsensor 170' des ersten Eingabeelements 105.1 seitlich neben der Achse 205 angebracht und dazu eingerichtet, eine Stärke oder Ausrichtung des durch das magnetische Element 165 verursachten Magnetfelds zu be- stimmen. Der weitere Magnetfeldsensor 170' des zweiten Eingabeelements 105.2 ist exemplarisch axial zum magnetischen Element 165 angebracht. Wird das Bedienelement 145 des zweiten Eingabeelements 105.2 entlang der Achse 205 bewegt, so ändert sich der Abstand zwischen dem magnetischen Element 165 und dem weiteren Magnetfeldsensor 170'. Am dritten Eingabeelement 105.3 ist der weitere Magnetfeldsensor 170' um einen vorbestimmten Winkel bezüglich der Achse 205 gegenüber dem Magnetfeldsensor 170 versetzt.
In allen Fällen ist bevorzugt, dass die Magnetfeldsensoren 170 und 170' jeweils eine Messrichtung aufweisen, wobei die Messrichtungen der Magnetfeldsensoren 170, 170' einen vorbestimmten Winkel miteinander einschließen, der bevorzugterwei- se im Bereich von ca. 90° liegt. Ist der Magnetfeldsensor 170 beispielsweise als einfacher Hall-Sensor ausgeführt, so ent¬ spricht die Messrichtung der Richtung, in der ein Magnetfeld verlaufen muss, um mittels des Hall-Sensors bestimmt zu wer¬ den. Umfasst der Magnetfeldsensor 170 einen mehrdimensionalen Magnetfeldsensor, so ist bevorzugt, dass er mehrere einzelne Magnetfeldsensoren umfasst, deren Messrichtungen im rechten Winkel zueinander stehen. Die Messrichtungen zwischen Magnetfeldsensoren 170 und 170' schließen dabei bevorzugterweise paarweise den vorbestimmten Winkel ein.
FIG 4 zeigt ein Diagramm 400 zur Bestimmung einer diskreten Stellung 160 auf der Basis einer analogen Stellung. In horizontaler Richtung ist eine Stellung eines Bedienelements 145 eines Eingabeelements 105 bezüglich eines Trägerelements 140 dargestellt, wobei die Stellung auf der Basis einer Magnet¬ feldmessung mittels eines Magnetfeldsensors 170 bestimmt wur¬ de, wie oben beschrieben ist. Diese Stellung kann insbesondere eine Translation entlang einer Achse 205 bzw. einer Tra- jektorie 150 oder eine Rotation um eine Achse 205 bzw. ent- lang einer Trajektorie 150 betreffen. In vertikaler Richtung ist eine entsprechende Stellung dargestellt, die mittels ei¬ nes weiteren Magnetfeldsensors 170' bestimmt wurde. Außerdem sind mechanisch vorgegebene Stellungen 160 eingezeichnet, die durch die Rasteinrichtung 155 vorgegeben sind. Um jede mechanische Stellung 160 ist ein Bereich 405 dargestellt, in dem die mittels der Magnetfeldsensoren 170, 170' bestimmten Stellungen liegen müssen, um positiv zu bestimmen, dass die korrespondierende mechanische Stellung 160 durch das Bedienele¬ ment 145 eingenommen wurde. Liegt die Kombination der bestimmten Stellungen außerhalb eines der Bereiche 160, so kann eine ungültige Stellung bestimmt werden. Die mittels der un¬ terschiedlichen Magnetfeldsensoren 170 und 170' bestimmten Stellungen korrespondieren dann nicht zueinander oder nicht zu einer vorbestimmten mechanischen Stellung 160, sodass die Bestimmung unplausibel ist.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Claims

Patentansprüche
1. Eingabeelement (105), umfassend:
ein Trägerelement (140);
- ein Bedienelement (145), das gegenüber dem Trägerelement (140) verstellbar ist;
eine Rasteinrichtung, um das Bedienelement (145) gegenüber dem Trägerelement (140) in einer von mehreren vorbestimmten Stellungen (160) zu halten;
- ein magnetisches Element (165), das mechanisch mit dem Be¬ dienelement (145) gekoppelt ist;
einen Magnetfeldsensor (170), der am Trägerelement (140) angebracht ist, zur Bestimmung eines Magnetfelds; und eine Auswerteeinrichtung (175) zur Bestimmung einer Stel- lung (160) des Bedienelements (145) gegenüber dem Träger¬ element (140) auf der Basis des mittels des Magnetfeldsen¬ sors (170) bestimmten Magnetfelds.
2. Eingabeelement (105) nach Anspruch 1, wobei die Auswer- teeinrichtung (175) dazu eingerichtet ist, die Stellung (160) mit einer höheren Auflösung als die Zahl der vorbestimmten Stellungen (160) aufzulösen.
3. Eingabeelement (105) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bedienelement (145) in zwei Untereinheiten trennbar ist, so¬ dass die eine Untereinheit die Rasteinrichtung und das magne¬ tische Element (165) und die andere Untereinheit den Magnet¬ feldsensor (170) und die Auswerteeinrichtung (175) umfasst.
4. Eingabeelement (105) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Trennelement (135) vorgesehen ist, um den Magnetfeldsensor (170) vom magnetischen Element (165) zu trennen .
5. Eingabeelement (105) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend:
einen weiteren Magnetfeldsensor (170') zur Bestimmung eines Magnetfelds; und eine weitere Auswerteeinrichtung (175') zur Bestimmung der Stellung (160) des Bedienelements (145) auf der Basis des mittels des weiteren Magnetfeldsensors (170') bestimmten Magnetfelds ,
- wobei Messrichtungen der beiden Magnetfeldsensoren (170) einen Winkel w miteinander einschließen und es gilt:
0° < w < 180° .
6. Eingabeelement (105) nach Anspruch 5, wobei jedem Mag- netfeldsensor (170) eine Auswerteeinrichtung (175) zugeordnet ist .
7. Eingabeelement (105) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinrichtung (175) eine Schnitt- stelle zu einem Kommunikationsbus aufweist.
8. Eingabesystem (100), umfassend
mehrere Eingabeelemente (105) nach Anspruch 5; und
eine Verarbeitungseinrichtung (110), die mittels eines Kommunikationsbusses (120) mit den Eingabeelementen (105) verbunden ist,
wobei die Verarbeitungseinrichtung (110) eine Schnittstel¬ le (115) zur Bereitstellung von Hinweisen auf Stellungen (160) der Eingabeelemente (105) umfasst.
9. Eingabesystem (100) nach Anspruch 8, wobei die Verarbei¬ tungseinrichtung (110) dazu eingerichtet ist, für die Einga¬ beelemente (105) jeweils eine Stellung (160) des Bedienele¬ ments (145) in einer der vorbestimmten Stellungen (160) auf der Basis von über den Kommunikationsbus (120) übermittelten Messwerten der Magnetfeldsensoren (170) zu bestimmen.
10. Eingabesystem (100) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Verarbeitungseinrichtung (110) dazu eingerichtet ist, die Stellung (160) des Bedienelements (145) eines Eingabeelements (105) auf der Basis von Stellungen (160) zu plausibilisieren, die mittels unterschiedlicher Magnetfeldsensoren (170) des Eingabeelements (105) bestimmt wurden.
11. Eingabesystem (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Verarbeitungseinrichtung (110) dazu eingerichtet ist, Informationen über die Schnittstelle (115) bereitzustel len, die auf eine Bestimmungsqualität einer Stellung (160) eines Bedienelements (145) eines Eingabeelements (105) hin¬ weisen .
12. Eingabesystem (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die Verarbeitungseinrichtung (110) eine weitere
Schnittstelle (115') zur Übermittlung bestimmter Stellungen (160) der Eingabeelemente (105) umfasst.
EP17703669.6A 2016-02-12 2017-01-25 Eingabeelement mit magnetischem element und magnetfeldsensor Ceased EP3414840A1 (de)

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DE102016202147.8A DE102016202147A1 (de) 2016-02-12 2016-02-12 Eingabeelement und Eingabesystem
PCT/EP2017/051464 WO2017137253A1 (de) 2016-02-12 2017-01-25 Eingabeelement mit magnetischem element und magnetfeldsensor

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EP3414840A1 true EP3414840A1 (de) 2018-12-19

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