Title:
Eingebettete magnetische Bedienelemente für industrielle Gehäuse
Kind Code:
T5


Abstract:

Ein System umfasst ein industrielles Gehäuse, ein erstes magnetisches Bedienelement und ein zweites magnetisches Bedienelement. Das industrielle Gehäuse weist einen Deckel mit einer äußeren Fläche auf. Das zweite magnetische Bedienelement ist innerhalb des ersten magnetischen Bedienelements eingebettet, und die eingebetteten magnetischen Bedienelemente sind an der äußeren Fläche des Gehäusedeckels befestigt. embedded image




Inventors:
Freer, Benjamin Avery, N.Y. (Syracuse, US)
Iannce, Stephan P., N.Y. (Clay, US)
Manahan, Joseph Michael, N.Y. (Manlius, US)
Application Number:
DE112016003894T
Publication Date:
05/30/2018
Filing Date:
09/23/2016
Assignee:
Eaton Intelligent Power Limited (Dublin, IE)
International Classes:



Attorney, Agent or Firm:
Wagner & Geyer Partnerschaft mbB Patent- und Rechtsanwälte, 80538, München, DE
Claims:
System, umfassend:
ein industrielles Gehäuse mit einem Deckel mit einer äußeren Fläche;
ein erstes magnetisches Bedienelement; und
ein zweites magnetisches Bedienelement, das innerhalb des ersten magnetischen Bedienelements eingebettet ist, wobei das erste und das zweite magnetische Bedienelement an der äußeren Fläche des Deckels befestigt sind.

System nach Anspruch 1, wobei das industrielle Gehäuse zur Verwendung in gefahrbringenden Umgebungen ausgebildet ist.

System nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite magnetische Bedienelement drehbare Bedienelemente sind.

System nach Anspruch 1, wobei das erste magnetische Bedienelement einen drehbaren Schalter umfasst.

System nach Anspruch 1, wobei das erste magnetische Bedienelement ein nicht drehbares Bedienelement umfasst.

System nach Anspruch 1, ferner umfassend mehrere Sensoren, die dazu ausgebildet sind, die von dem ersten und dem zweiten magnetischen Bedienelement erzeugte magnetische Flussdichte zu erfassen.

System nach Anspruch 6, wobei die mehreren Sensoren in dem industriellen Gehäuse nahe dem Deckel enthalten sind.

System nach Anspruch 7, wobei die mehreren Sensoren in einer radialen Anordnung ausgebildet sind.

System nach Anspruch 6, wobei die mehreren Sensoren dazu ausgebildet sind, eine Komponente (x, y und z) der magnetischen Flussdichte zu erfassen.

System nach Anspruch 9, ferner umfassend eine programmierbare Steuereinheit, die innerhalb des industriellen Gehäuses enthalten und dazu ausgebildet ist, die erfassten drei Komponenten der magnetischen Flussdichte zu verarbeiten, um eine Position des ersten magnetischen Bedienelements zu bestimmen.

System nach Anspruch 3, wobei das erste magnetische Bedienelement mindestens zwei axial magnetisierte Magnete aufweist, die diametral entgegengesetzt zueinander positioniert sind.

System nach Anspruch 11, wobei die mindestens zwei axial magnetisierten Magnete entgegengesetzt ausgebildete Pole aufweisen.

System nach Anspruch 1, wobei das zweite magnetische Bedienelement einen mittig positionierten diametralen zylindrischen Magneten aufweist.

System, umfassend:
ein industrielles Gehäuse mit einem Deckel mit einer äußeren Fläche;
ein erstes drehbares magnetisches Bedienelement, das dazu ausgebildet ist, eine erste magnetische Flussdichte zu erzeugen;
ein zweites drehbares magnetisches Bedienelement, das dazu ausgebildet ist, eine zweite magnetische Flussdichte zu erzeugen, wobei das zweite drehbare magnetische Bedienelement innerhalb des ersten magnetischen Bedienelements eingebettet ist, wobei das erste und das zweite drehbare magnetische Bedienelement an der äußeren Fläche des Deckels befestigt sind; und
mehrere Sensoren, die innerhalb des industriellen Gehäuses enthalten und dazu ausgebildet sind, die erste und zweite magnetische Flussdichte zu erfassen, wobei die erfasste erste und zweite magnetische Flussdichte repräsentativ für eine Position des ersten drehbaren magnetischen Bedienelements, des zweiten drehbaren magnetischen Bedienelements oder sowohl des ersten als auch des zweiten drehbaren magnetischen Bedienelements ist.

System nach Anspruch 14, wobei die Position des ersten magnetischen Bedienelements, die Position des zweiten drehbaren magnetischen Bedienelements oder die Positionen sowohl des ersten als auch des zweiten drehbaren magnetischen Bedienelements dazu ausgebildet sind, einen Steuerungsvorgang auszulösen.

System nach Anspruch 14, wobei das erste magnetische Bedienelement einen drehbaren Schalter umfasst.

System nach Anspruch 14, wobei die mehreren Sensoren dazu ausgebildet sind, eine von drei Komponenten (x, y und z) der ersten und der zweiten magnetischen Flussdichte zu erfassen.

System nach Anspruch 14, ferner umfassend eine Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, die erfasste erste und zweite magnetische Flussdichte zu verarbeiten, um eine Position des ersten magnetischen Bedienelements, des zweiten magnetischen Bedienelements oder sowohl des ersten als auch des zweiten magnetischen Bedienelements zu bestimmen.

System nach Anspruch 14, wobei das erste magnetische Bedienelement mindestens zwei axial magnetisierte Magnete aufweist, die diametral entgegengesetzt zueinander positioniert sind.

System nach Anspruch 19, wobei die mindestens zwei axial magnetisierten Magnete entgegengesetzt ausgebildete Pole aufweisen.

System nach Anspruch 14, wobei das zweite magnetische Bedienelement einen mittig positionierten diametralen zylindrischen Magneten aufweist.

System, umfassend:
ein industrielles Gehäuse mit einem Deckel mit einer äußeren Fläche;
eine Ein-Magnet-Bedienelement, das innerhalb eines Zwei-Magnet-Bedienelements eingebettet ist, wobei jeder der Magnete dazu ausgebildet ist,
eine magnetische Flussdichte zu erzeugen, wobei die eingebetteten magnetischen Bedienelemente an der äußeren Fläche des Deckels befestigt; und
einen Sensor zum Erfassen der magnetischen Flussdichte, wobei der Sensor innerhalb des Gehäuses enthalten und dazu ausgebildet ist, einen Ausgang zu erzeugen, der repräsentativ für die erfasste magnetische Flussdichte ist;
eine programmierbare Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, den Ausgang des Sensors zu verarbeiten, um eine Position des Ein-Magnet-Bedienelements und/oder des Zwei-Magnet-Bedienelements zu bestimmen, und die dazu ausgebildet ist, einen Steuerungsvorgang auf Basis der bestimmten Position auszulösen.

Description:
Querverweis zu verwandter Anmeldung

Diese Anmeldung wurde am 23. September 2016 als internationale PCT-Patentanmeldung eingereicht und beansprucht die Priorität der U.S.-Anmeldung Nr. 62/233,485, eingereicht am 28. September 2015, deren Offenbarung durch Bezugnahme hier in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.

Gebiet der Offenbarung

Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein industrielle Gehäuse und insbesondere den Einbau von magnetischen Bedienelementen in industrielle Gehäuse.

Hintergrund der Offenbarung

Industrielle Steuersysteme sind wichtige und notwenige Elemente bei der Automatisierung von Maschinen und Prozessen in industriellen Anwendungen weltweit. Industrielle Steuersysteme setzen mechanische, hydraulische, pneumatische und elektrische Steuerungen ein und bieten dem Benutzer auch ein Mittel zum Kommunizieren mit diesen Steuerungen. Die Arten der Benutzerschnittstellen können von einem einfachen Drucktaster zu komplexen computergesteuerten Touchscreens variieren. Unabhängig vom Typ der Benutzerschnittstelle muss jede Benutzerschnittstelle dem Benutzer in einem Gehäuse zur Verfügung gestellt werden, das für die Umgebung, in der die Schnittstelle arbeitet, geeignet ist. Von daher werden signifikante technische Anstrengungen für das Konstruieren von Gehäusen unternommen, die nicht nur geeignet sind, eine Benutzerschnittstelle aufzunehmen, sondern auch kostengünstig herzustellen und zu warten sind. Eine weitere wichtige Überlegung bei der Gehäusekonstruktion ist, wie man so viele Bedienelemente wie möglich auf kleinstem Raum unterbringen kann, während die gewünschte Funktionsfähigkeit beibehalten wird.

Die vielen und variierenden Typen von industriellen Umgebungen stellen verschiedene Arten von Gefahren und Risiken dar. Ein wichtiger Sicherheitsaspekt in staubbelasteten industriellen Anlagen ist das Auftreten von Bränden und Explosionen. Es ist nur eine Energiequelle notwendig, um eine Explosion auszulösen, wenn entflammbare Gase oder brennbare Stäube in passenden Verhältnissen mit Luft gemischt werden. Diese Energiequelle kann von einer Anzahl von Quellen innerhalb einer Produktionsumgebung stammen, jedoch ist ein Bereich mit besonderem Risiko die elektrische Installation der Produktionsanlage, die elektrische Komponenten wie z. B. Schalter, Trennschalter, Schütze, Drucktasterstationen oder Stecker und Sockel umfassen kann.

Von daher ist in den USA unter dem National Elektric Code (NEC) ein Klassifikationssystem ausgearbeitet worden, um gefahrbringende Umgebungen zu klassifizieren und Normen für die Typen von elektrischer Ausrüstung zu definieren, die in der gefahrbringenden Umgebung erlaubt sind. Die Klassen definieren den Typ von explosiven oder entzündbaren Substanzen, die in der Atmosphäre vorliegen. In Umgebungen der sogenannten Class I, und diese Umgebungen sind von besonderer Relevanz für die vorliegende Offenbarung, können entflammbare Dämpfe und Gase vorliegen. Class I wird weiter in zwei Abschnitte aufgeteilt. Division 1 ist eine Umgebung, in der entzündbare Konzentrationen von gefahrbringenden Substanzen unter normalen Betriebsbedingungen existieren und/oder wo eine Gefahr durch häufige Wartungs- oder Reparaturarbeiten oder häufige Ausfälle der Anlagen entsteht. Division 2 ist eine Umgebung, in der entzündbare Konzentrationen von gefahrbringenden Substanzen gehandhabt, verarbeitet oder verwendet werden, die sich aber normalerweise in geschlossenen Behältern befinden, aus denen sie nur bei zufälligem Bruch oder bei Zerstörung der Behälter oder Systeme austreten können.

Hinsichtlich der Typen von elektrischer Ausrüstung, die in einer Umgebung von Class I, Division 1 oder Division 2 erlaubt werden können, hat die NEC angemerkt, dass ein Typ eines konventionellen Relais, Kontakts oder Schalters, der einen lichtbogenfähigen Kontakt aufweist, in einem explosionsgeschützten Gehäuse untergebracht sein muss. Die NEC hat ein explosionsgeschütztes Betriebsmittel als ein Betriebsmittel definiert, das in einem Gehäuse untergebracht ist, das in der Lage ist, einer Explosion eines bestimmten Gases oder Dampfes zu widerstehen, die innerhalb dessen auftritt, und die Entzündung eines bestimmten Gases oder Dampfes in der Umgebung des Gehäuses durch Funken, Flammen oder die Explosion des Gases oder Dampfes zu verhindern, und das mit einer derartigen äußeren Temperatur arbeitet, dass eine umgebende entflammbare Atmosphäre dadurch nicht entzündet wird.

Somit muss ein explosionsgeschütztes Gehäuse die Entzündung eines explosiven Gases oder Dampfes in der Umgebung verhindern. In anderen Worten, es muss verhindert werden, dass eine Explosion innerhalb des Gehäuses eine größere Explosion außerhalb des Gehäuses auslöst. Ein explosionsgeschütztes Gehäuse muss ferner eine geeignete Festigkeit aufweisen und „flammendicht“ sein. Der Ausdruck „flammendicht“ bedeutet nicht, dass das Gehäuse hermetisch dicht ist, sondern dass die Spalte an den Verbindungen oder Flanschen innerhalb enger Toleranzen gehalten werden. Diese sorgfältig bearbeiteten Verbindungen kühlen die heißen Gase aus einer internen Explosion ab, so dass sie zur Zeit, wenn sie die äußere gefahrbringende Atmosphäre erreichen, nicht heiß genug sind, um eine Entzündung zu verursachen.

Alternativ kann eine eigensichere Ausrüstung in einer Umgebung von Class I, Division 1 oder Division 2 verwendet werden, wobei eine eigensichere Ausrüstung und deren Verdrahtung nicht in der Lage sind, ausreichend elektrische oder thermische Energie unter normalen oder abnormalen Bedingungen freizusetzen, um eine Entzündung einer bestimmten gefahrbringenden Atmosphäre in der am leichtesten entzündeten Konzentration zu verursachen.

Die Beschränkungen für die Typen von Gehäusen, die innerhalb einer Umgebung von Class I, Division 1 oder Division 2 eingesetzt werden können, müssen von den Technikern beachtet werden, die die Gehäuse konstruieren und fertigen. Eigensichere Barrieren und komplexe Flammwege erfordern einen signifikanten Konstruktions- und Fertigungsaufwand zu signifikanten Kosten. Folglich haben sich die Konstruktionen für elektrische Bedienelemente auf vereinfachte Drucktaster und vereinfachte Wahlschalter innerhalb von explosionsgeschützten Gehäusen fokussiert.

Zusammenfassung

Ein erster Aspekt der Offenbarung ist auf ein System gerichtet, umfassend ein industrielles Gehäuse, ein erstes magnetisches Bedienelement und ein zweites magnetisches Bedienelement. Das industrielle Gehäuse weist einen Deckel mit einer äußeren Fläche auf. Das zweite magnetische Bedienelement ist innerhalb des ersten magnetischen Bedienelements eingebettet, und die eingebetteten magnetischen Bedienelemente sind an der äußeren Fläche des Gehäusedeckels befestigt.

Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist auf ein System gerichtet, umfassend ein industrielles Gehäuse, ein erstes drehbares magnetisches Bedienelement, ein zweites drehbares magnetisches Bedienelement und mehrere Sensoren. Das industrielle Gehäuse weist einen Deckel mit einer äußeren Fläche auf. Das erste drehbare magnetische Bedienelement ist dazu ausgebildet, eine erste magnetische Flussdichte zu erzeugen, und das zweite drehbare magnetische Bedienelement ist dazu ausgebildet, eine zweite magnetische Flussdichte zu erzeugen. Das zweite drehbare magnetische Bedienelement ist innerhalb des ersten drehbaren magnetischen Bedienelements eingebettet, und die eingebetteten Bedienelemente sind an der äußeren Fläche des Gehäusedeckels befestigt. Die mehreren Sensoren sind innerhalb des industriellen Gehäuses enthalten und dazu ausgebildet, die erste und die zweite magnetische Flussdichte zu erfassen. Die erfassten magnetischen Flussdichten sind repräsentativ für eine Position des ersten drehbaren magnetischen Bedienelements, des zweiten drehbaren magnetischen Bedienelements oder sowohl des ersten als auch des zweiten drehbaren magnetischen Bedienelements.

Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein System gerichtet, umfassend ein industrielles Gehäuse, ein Ein-Magnet-Bedienelement, das innerhalb eines Zwei-Magnet-Bedienelements eingebettet ist, einen Sensor und eine programmierbare Steuereinheit. Das industrielle Gehäuse weist einen Deckel mit einer äußeren Fläche auf. Die eingebetteten magnetischen Bedienelemente sind an dieser äußeren Fläche befestigt und dazu ausgebildet, eine magnetische Flussdichte zu erzeugen. Der Sensor ist dazu ausgebildet, die magnetische Flussdichte zu erfassen. Weiterhin ist der Sensor innerhalb des industriellen Gehäuses enthalten und dazu ausgebildet, einen Ausgang zu erzeugen, der repräsentativ für die erfasste magnetische Flussdichte ist. Die programmierbare Steuereinheit ist dazu ausgebildet, den Ausgang des Sensors zu verarbeiten, um die Position des Ein-Magnet-Bedienelements und/oder des Zwei-Magnet-Bedienelements zu bestimmen, und ist dazu ausgebildet, einen Steuerungsvorgang auf Basis der bestimmten Position auszulösen.

Die obige Zusammenfassung kann und soll nicht jede Ausführungsform oder jede Realisierung beschreiben. Ein vollständigeres Verständnis ergibt sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den Ansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.

Figurenliste

  • 1 ist eine perspektivische Ansicht eines industriellen Gehäuses, das mit eingebetteten magnetischen Bedienelementen gemäß diversen Ausführungsformen der Offenbarung ausgerüstet ist.
  • 2 ist eine Seitenansicht des Körpers des industriellen Gehäuses von 1.
  • 3 ist eine Seitenansicht des Deckels des industriellen Gehäuses von 1.
  • 4 ist ein Querschnitt der eingebetteten magnetischen Bedienelemente von 1.
  • 5 stellt ein Beispiel einer Leiterplatte dar, die dazu ausgebildet ist, die Schnittstelle mit den eingebetteten magnetischen Bedienelementen von 1 zu bilden.
  • 6 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Kalibrierungsverfahren für die eingebetteten magnetischen Bedienelemente von 1 darstellt.

Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht. Gleiche Bezugszahlen in den Figuren beziehen sich auf gleiche Komponenten. Jedoch versteht es sich, dass die Verwendung einer Bezugszahl für eine Komponente in einer gegebenen Figur die Komponente mit der gleichen Bezugszahl in einer anderen Figur nicht einschränkt.

Ausführliche Beschreibung

Die vorliegende Offenbarung ist auf eingebettete magnetische Bedienelemente gerichtet, die in einem industriellen Gehäuse eingesetzt werden. Die eingebetteten magnetischen Bedienelemente bieten einen multifunktionellen Betrieb in einem kompakten Raum. Bei Verwendung bei einem explosionsgeschützten Gehäuse in einer Umgebung nach Class I, Division 1 oder Division 2 (nach US-Normen) sind die eingebetteten magnetischen Bedienelemente in der Lage, signifikant mehr Funktionalität zu bieten als die vereinfachten, mechanischen Drucktaster und Wahlschalter, die gegenwärtig für diese Umgebungen erhältlich sind. Die multifunktionelle Fähigkeit der eingebetteten magnetischen Bedienelemente verbessert die Verwendbarkeit der Bedienschnittstelle, benötigt jedoch nur wenige Modifikationen an der Konstruktion des Gehäuses, in dem sie eingesetzt werden. Es wird angemerkt, dass, während die folgende Beschreibung sich auf beispielhafte Konfigurationen mit explosionsgeschützten Gehäusen bezieht, die eingebetteten magnetischen Bedienelemente der vorliegenden Offenbarung in jedem Typ von geeignetem industriellem Gehäuse eingesetzt werden können.

In 1 ist ein industrielles Gehäuse 100 dargestellt, das mit eingebetteten magnetischen Bedienelementen 102 ausgerüstet ist. Eine Seitenansicht des Körpers 104 des industriellen Gehäuses 100 ist in 2 dargestellt. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Körper 104 des industriellen Gehäuses 100 einen im Handel erhältlichen Körper umfassen, wie z. B. bei den explosionsgeschützten EDS/EFS-Geräten der Reihe Control Stations, die von Crouse-Hinds erhältlich sind und die typischerweise aus einer FERALOY®-Eisenlegierung oder einem kupferfreien Aluminium bestehen. Der Körper 104 des industriellen Gehäuses 100 kann in der Größe variieren, wie für die Anwendung benötigt. Jedoch sind zum Beispiel mit Bezug auf die EDS/EFS-Gehäuse die Abmessungen des Körpers 104 des Gehäuses 100 ungefähr sechs Zoll (ca. 152 mm) hoch mal dreieinhalb Zoll (ca. 89 mm) breit und zwei bis drei Zoll (ca. 51 bis 76 mm) tief.

Der Deckel 106 des industriellen Gehäuses 100 umfasst eine Vorderplatte 108 und einen Flansch 109, wobei der Deckel 106 eine Tiefe A, eine Höhe B und eine Breite C aufweist (siehe 1) und ausgebildet ist, mit dem Körper 104 des Gehäuses zusammenzuwirken; eine Seitenansicht des Deckels 106 ist in 3 dargestellt. Eine Montageplatte 110, an der die eingebetteten magnetischen Bedienelemente 102 befestigt sind, ist an dem Deckel 106 angebracht. Die eingebetteten magnetischen Bedienelemente 102 können an der Montageplatte 110 mit einer Reihe von Schrauben (nicht gezeigt), die in den Deckel geschraubt werden, oder durch ein anderes geeignetes mechanisches Mittel befestigt werden.

Es ist anzumerken, dass die Montageplatte 110 und die eingebetteten magnetischen Bedienelemente 102 an dem industriellen Gehäuse 100 befestigt sind, ohne die Innenwände des Gehäuses zu durchdringen. In einem Beispiel, bei dem das industrielle Gehäuse 100 ein explosionsgeschütztes Gehäuse ist, bedeutet das Nichtvorhandensein von durchdringenden Mitteln, dass keine weiteren konstruktiven Überlegungen über Flammwege angestellt werden müssen. Bei der konventionellen Konstruktion von explosionsgeschützten Gehäusen werden alle Durchgänge durch das Gehäuse als Flammwege angesehen. Dies schließt auch die Gewinde in dem Gehäusedeckel und die Öffnungen in den Geräten für die Betätigung von Wellenanordnungen etc. und auch die Öffnungen für den Anschluss von elektrischen Leitungen ein. Die vorliegende Konstruktion eliminiert die Flammwege zwischen dem Gehäuse und dem Deckel und innerhalb des Gehäuses, wodurch die Sicherheit, der Schutz gegen Eindringen und die Zuverlässigkeit in gefahrbringenden Umgebungen verbessert werden.

In einer beispielhaften Ausführungsform sind die Vorderplatte 108 und die Montageplatte 110 aus einem kupferfreiem Aluminium hergestellt, während die Schrauben 112, die den Deckel 106 mit dem Körper 104 und die Montageplatte 110 mit dem Deckel 106 verbinden, aus rostfreiem Stahl bestehen. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines explosionsgeschützten Gehäuses enthalten der Körper 104 und der Deckel 106 jeweils exakt geschliffene Flansche für eine flammendichte Verbindung.

Ein Querschnitt der eingebetteten magnetischen Bedienelemente 102, relativ zu dem Deckel 106, ist in 4 dargestellt. Wie gezeigt, umfassen die eingebetteten magnetischen Bedienelemente 102 eine magnetisierte innere Drehscheibe 114, die innerhalb einer magnetisierten äußeren Drehscheibe 116 eingebettet ist, und mehrere Sensoren 118. Die magnetisierte innere Drehscheibe 114 umfasst ein drehbares Gehäuse 120 mit einem diametralen zylindrischen Magnet 122, der mit einer positiven (+) und negativen (-) Seite wie gezeigt polarisiert ist. Die magnetisierte innere Drehscheibe 114 ist mit einer kontinuierlichen Drehbarkeit über 360° ausgebildet und wirkt im Wesentlichen wie ein magnetisiertes Potentiometer. In alternativen Ausführungsformen kann die drehbare innere Drehscheibe 114 durch einen Schlüsselschalter, einen Drucktaster (mit einem Stößel), einen Joystick oder eine Kombination davon ersetzt sein, z. B. ein drehbares Bedienelement, das gedrückt werden kann, wodurch ein geeignetes inneres Bedienelement (magnetisch oder nicht magnetisch) von einem äußeren drehbaren magnetischen Bedienelement umgeben wird, z. B. einer magnetisierten äußeren Drehscheibe 116.

Die magnetisierte äußere Drehscheibe 116 umfasst ein drehbares Gehäuse 124 mit einer äußeren konzentrischen Konfiguration relativ zu der magnetisierten inneren Drehscheibe 114. Das drehbare Gehäuse 124 weist zwei axial magnetisierte Magnete 126a und 126b mit entgegengesetzter positiver (+) und negativer (-) Polarisierung auf, wie gezeigt. Die Magnete 126a und 126b sind innerhalb des Gehäuses 124 zueinander entgegengesetzt positioniert. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die magnetisierte äußere Drehscheibe 116 als Wahlschalter mit acht rastbar gestalteten Positionen ausgebildet. Andere Konfigurationen der äußeren magnetisierten Drehscheibe 116, wie z. B. eine kontinuierliche Drehung über 360 Grad, eine größere oder kleinere Zahl von Rastungen etc. sind ebenfalls als Teil der vorliegenden Offenbarung anzusehen. Weiterhin sind in einer alternativen Ausführungsform die Sensoren 118 innerhalb der Drehscheiben 114, 166 ausgebildet, während die Magnete 122, 126a, 126b sich in einer festen Position unter den Sensoren 118 befinden. Die Magnete 122, 126a und 126b können Seltenerden-Magnete von Neodym, Eisen und Bor umfassen, sind aber nicht auf diese beschränkt. Die Magnete 122, 126a, 126b können ferner Beschichtungen aufweisen, um sie vor der Umgebung zu schützen. Zu derartigen Beschichtungen können Nickel, Kupfer, Zinn, Zink, Epoxid, Silber, Gold oder Gummi zählen.

Die Sensoren 118 sind jeweils dazu ausgebildet, die magnetische Flussdichte entlang drei Achsen zu erfassen, z. B. der x-Achse, y-Achse und z-Achse. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst jeder der Sensoren 118 ein TRIAXIS®-Magnetometer-IC (integrierter Schaltkreis), z. B. MLX90363, erhältlich von Melexis. In für die oben beschriebene Konfiguration mit acht Schalterrastungen geeigneter Weise sind mindestens fünf Sensoren 118(a) - 118(e) vorgesehen und in einer im Wesentlichen radialen Konfiguration angeordnet, wie in 5 gezeigt. In einer beispielhaften Ausführungsform sind die Sensoren 118(a) - 118(e) auf einer Leiterplatte 128 angebracht, die innerhalb der Tiefe des Flanschs 109 des Deckels 106 positioniert ist, so dass der Sensor 118(a) sich hinter dem Deckel 106 und unter der magnetisierten inneren Drehscheibe 114 befindet. In ähnlicher Weise befinden sich durch die Positionierung der Leiterplatte 128 innerhalb des Flanschs 109 des Deckels 106 die Sensoren 118(b) - 118(e) hinter dem Deckel 106, so dass sie unter den Magneten 126(a) und 126(b) der magnetisierten äußeren Drehscheibe 116 zu liegen kommen. Die Leiterplatte 128 ist weiterhin mit einer programmierbaren Steuereinheit 130 versehen, z. B. einem Prozessor, einem Mikroprozessor, einem FPGA (feldprogrammierbaren Gate-Array), die dazu ausgebildet ist, die Ausgangssignale von jedem der Sensoren 118(a) - 118(e) zu verarbeiten. Die Leiterplatte 128 wird durch ein Niederspannungssystem versorgt (nicht gezeigt).

Es wird angemerkt, dass nur vier radial positionierte Sensoren 118(b) - 118(e) für einen Schalter mit acht Rastpositionen notwendig sind, da unabhängig von der Schalterposition mindestens einer der Magnete 126(a) oder 126(b) über einem der Sensoren 118(b) - 118(e) positioniert ist. Es wird angemerkt, dass die entgegengesetzte Polarität der Magnete 126(a) und 126(b) die Bestimmung erlaubt, welche Hemisphäre der magnetischen äußeren Drehscheibe 116 sich über jedem der Sensoren 118(b) - 118(e) befindet. Natürlich kann auch eine größere Anzahl von radial positionierten Sensoren 118, falls gewünscht, bei erhöhten Kosten verwendet werden. Beim Ausbilden anderer Typen von drehbaren Schaltern kann eine niedrigere oder höhere Anzahl von Sensoren 118 verwendet werden. Weiterhin können die Schalter weitere Positionen aufweisen, was weitere Magnete erfordern kann. Es wird angemerkt, dass die Anzahl von Sensoren im Wesentlichen kleiner als die Anzahl von Positionen durch die Anordnung der Magnete ist.

Um die eingebetteten magnetischen Bedienelemente 102 innerhalb des industriellen Gehäuses 100 zu verwenden, wie weiter oben beschrieben, müssen die Bedienelemente 102 zuerst mit der Kenntnis kalibriert werden, dass die dichte Positionierung der Magnete 122, 126(a) und 126(b) Störungen der magnetischen Flussdichte erzeugen kann. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Problem der magnetischen Störung mit einem in 6 dargestellten Datenpunkt-Kalibrierungsverfahren 600 behandelt werden.

Die Kalibrierung 600 beginnt mit dem Einstellen der magnetischen äußeren Drehscheibe 116 auf die Rastposition 1 (602) und der magnetischen inneren Drehscheibe 114 auf 0° (604). Eine Abfrage 606 bestimmt, ob die magnetische innere Drehscheibe sich an einer Position größer als 360° befindet. Falls nicht, werden die Position der magnetischen inneren Drehscheibe 114, die Rastposition der magnetischen äußeren Drehscheibe 116 ebenso wie die Ausgänge der x-Achse, y-Achse und z-Achse von jedem der Sensoren 118(d) und 118(e) in einer Datentabelle innerhalb der programmierbaren Steuereinheit 130 registriert (606). Danach wird die Gradeinstellung der magnetischen inneren Drehscheibe 114 um +5° erhöht (610), und die Steuerung kehrt zu der Abfrage 606 zurück.

Falls die Abfrage 606 bestimmt, dass die Gradablesung der magnetischen inneren Drehscheibe 114 360° überschritten hat, dann wird die Position/der Wert der magnetischen inneren Drehscheibe 0° zurückgesetzt (612). Dann bestimmt die Abfrage 614, ob die Rasteinstellung der magnetischen äußeren Drehscheibe einen Wert von 8 überschritten hat. Falls nicht, wird die Rasteinstellung der magnetischen äußeren Drehscheibe um eins erhöht (616), und die Daten über die Gradeinstellung der inneren Drehscheibe, die Rasteinstellung der äußeren Drehscheibe ebenso wie die Ausgänge der x-Achse, y-Achse und z-Achse von jedem der Sensoren 118(d) und 118(e) werden registriert (608). Falls die Abfrage 614 bestimmt hat, dass die Rasteinstellung der magnetischen äußeren Drehscheibe 8 überschritten hat, sind alle gewünschten Kalibrierungsdaten registriert worden, und der Kalibrierungsprozess wird beendet (618).

In einer beispielhaften Ausführungsform werden 576 Datenpunkte gesammelt, die den Messungen in jeweils fünf Grad-Intervallen für alle acht Positionen der äußeren Drehscheibe 116 entsprechen, z. B. 72*8=576. Tatsächlich besteht jeder „Datenpunkt“ aus einer x-, y- und z-Messung für die vier Sensoren 118(b) - 118(e), was insgesamt 6912 Datenwerte liefert, die bei der Kalibrierung verwendet werden können.

Im Gebrauch kann die magnetische innere Drehscheibe 114 dazu verwendet werden, einen Einstellwert zu ändern, während die magnetische äußere Drehscheibe 116 mit acht Rastpositionen eine oder alle acht Rastpositionen dazu verwenden kann, die zu ändernde Einstellung auszuwählen. Während der Laufzeit der eingebetteten magnetischen Bedienelemente 102 ist die programmierbare Steuereinheit 130 dazu ausgebildet, die Daten von den vier Sensoren nachzuschlagen. Eine Fehlerrechnung nach dem Verfahren der mittleren quadratischen Abweichung wird von der programmierbaren Steuereinheit 130 aus den Sensorablesungen für alle acht Rastpositionen durchgeführt. Die Position mit der geringsten mittleren quadratischen Abweichung wird als Rastposition der magnetischen äußeren Drehscheibe 116 angesehen.

Insbesondere wird der Wert der inneren Drehscheibe 114 als Eingabe in eine Nachschlagtabelle verwendet. Die Ausgabe der Nachschlagtabelle ist ein Datensatz bestehend aus x-, y- und z-Werten für alle vier Sensoren 118(b)-118(e) und für alle acht möglichen Sensorpositionen (insgesamt 96 Werte). Es wird angemerkt, dass, da der Winkel der inneren Drehscheibe 114 die an den Sensoren 118(b) - 1118(e) abgelesenen Werte beeinflusst, die Werte für die acht möglichen Sensorpositionen in jedem der 5-Grad-Inkremente der inneren Drehscheibe 114 gespeichert werden. Die aktuellen Werte, die gemessen werden, sind x, y und z für die vier Sensoren 118(b)-118(e). Das aktuelle x von jedem Sensor wird mit dem x des entsprechenden Sensors aus dem Datensatz verglichen (für die aktuelle Position der inneren Drehscheibe), was 32 verschiedene Fehlerwerte ergibt (4 Sensoren mal 8 Positionen). Der gleiche Vorgang wird für y und z durchgeführt, für insgesamt 96 Fehlerwerte. Die 12 Fehlerwerte pro Position der äußeren Drehscheibe (x, y und z für die Sensoren 118(b)-118(e)) werden jeweils ins Quadrat gesetzt, und ein Durchschnitt wird berechnet, was zu einem einzelnen positiven Wert pro Position der äußeren Drehscheibe führt. Die Position, die den niedrigsten Fehlerwert hat, wird als aktuelle Position ausgewählt.

Eine beispielhafte Gleichung zum Berechnen des mittleren quadratischen Fehlers für eine x-Achsenablesung ist weiter unter in Gleichung (1) angegeben. Ähnliche Gleichungen werden für die y- und z-Ablesungen verwendet. MSE=1ni=1n(xix˜i)2embedded image

Wobei:

  • n = die Anzahl y von Datenpunkten
xi=|xiyizi|(Der von Sensor i gelesene Wert)embedded imagex˜i=|x˜iy˜iz˜i|(Die gespeicherten Werte für Sensor i)embedded image

Sobald die Rastposition der magnetischen äußeren Drehscheibe 116 bestimmt ist, kann der der Rastposition zugeordnete Vorgang durch einen Ausgang von der Steuereinheit 130 aktiviert/ausgelöst werden.

Natürlich können auch andere Kalibrierungsverfahren und andere Bestimmungsverfahren für die Laufzeit-Schalterposition, die der Fachperson auf dem Gebiet bekannt sind, z. B. neurale Netze, Bayes-Klassifikatoren etc. anstelle des oben beschriebenen Datenpunkt-Kalibrierungsverfahrens und Bestimmungsverfahrens der Schalterposition nach dem mittleren quadratischen Fehler verwendet werden und sind als Teil der vorliegenden Offenbarung anzusehen.

Die oben beschriebenen eingebetteten magnetischen Bedienelemente für ein industrielles Gehäuse bieten dem Benutzer multifunktionelle Bedienelemente in einer kompakten Bauweise. Bezüglich explosionsgeschützten industriellen Gehäusen liefern die eingebetteten magnetischen Bedienelemente signifikant mehr und komplexere Bedienoptionen als bisher in Umgebungen von Class I, Division 1 und Division 2 verfügbar. Die Anzahlen von explosionsgeschützten Gehäusen, die vereinfachte einfunktionelle (z. B. Drucktaster, Kippschalter) Bedienelemente verwenden, können nun durch ein einzelnes explosionsgeschütztes Gehäuse mit eingebetteten magnetischen Bedienelementen ersetzt werden.

Die hierin offenbarten Systeme, Geräte oder Verfahren können eines oder mehrere der Merkmale, Strukturen, Verfahren oder eine Kombination davon aufweisen, wie hierin beschrieben. Zum Beispiel kann ein Gerät oder ein Verfahren derart ausgebildet werden, dass eines oder mehrere der obigen Merkmale und/oder Prozesse enthalten sind. Es ist nicht vorgesehen, dass ein derartiges Gerät oder ein derartiges Verfahren alle die hierin beschriebenen Merkmale und/oder Prozesse enthalten muss, sondern so ausgeführt sein kann, dass ausgewählte Merkmale und/oder Prozesse enthalten sind, die nützliche Strukturen und/oder Funktionalitäten liefern.

Diverse Modifikationen und Hinzufügungen können an den oben diskutierten offenbarten Ausführungsformen vorgenommen werden. Entsprechend soll der Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung nicht durch die bestimmten, oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sein, sondern ist nur durch die unten aufgeführten Ansprüche und Äquivalente davon beschränkt.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur

  • US 62/233485 [0001]