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Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Schalter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie von einem Kraftfahrzeug mit einem Lenkrad nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 17.
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In der Art eines Joystick- oder Cursor-Schalters ausgebildete elektrische Schalter dienen zur Eingabe von Daten für ein elektrisches Gerät durch einen Benutzer. Beispielsweise werden solche Schalter für Autoradios, Navigationsgeräte, Bordcomputer oder auch zur Steuerung sonstiger Funktionen in Kraftfahrzeugen verwendet, wobei der Schalter beispielsweise am Lenkrad des Kraftfahrzeugs angeordnet sein kann. Insbesondere läßt sich ein solcher elektrischer Schalter auch als Multifunktionsschalter zur Menüsteuerung von Funktionen über ein Display im Kraftfahrzeug verwenden.
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Ein derartiger elektrischer Schalter ist aus der
US-A-4 459 440 bekannt und besitzt ein verschwenkbar gelagertes Betätigungsorgan, das in wenigstens eine Richtung verstellbar ist. Das Betätigungsorgan ist aus einer neutralen Stellung in eine zugeordnete Verschwenkstellung durch den Benutzer bewegbar. Die Verschwenkstellung ist als Schaltstellung ausgebildet, derart daß das Betätigungsorgan in der Schaltstellung auf ein Schaltelement schaltend einwirkt. Weiter ist am Betätigungsorgan ein separates, verschiebbares Betätigungselement angeordnet, mit dessen Hilfe auf ein weiteres Schaltelement schaltend einwirkbar ist.
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Der bekannte Schalter kann somit durch Verschwenken des Betätigungsorgans betätigt werden. Es mangelt diesem Schalter jedoch an weiteren Betätigungsmöglichkeiten mit Hilfe dieses Betätigungsorgans, so daß dessen Funktionalität für manche Anwendungen nicht ausreicht.
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Ein elektrischer Schalter mit erweiterter Funktionalität ist aus der
DE 296 04 717 U1 bekannt. Dieser Schalter besitzt ein verschwenkbares Betätigungsorgan, so daß das Betätigungsorgan in wenigstens eine Richtung aus einer neutralen Stellung in eine Verschwenkstellung verschwenkbar ist. Das Betätigungsorgan ist weiter um eine Strecke aus der neutralen Stellung in eine Verschiebestellung linear bewegbar. Die Verschwenkstellung sowie die Verschiebestellung können entsprechend der
US-A-4 459 440 jeweils als Schaltstellung ausgebildet sein, in der das Betätigungsorgan auf ein Schaltelement schaltend einwirkt.
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In der
DE 296 04 717 U1 sind zur Ausbildung der Mittel zum Verschwenken und Verschieben keine näheren Angaben gemacht. Insbesondere erhält man dort keine Hinweise, wie die Funktionalität Verschwenken und Verschieben mittels eines einzigen Betätigungsorgans realisierbar ist. Schließlich ist auch nicht weiter ersichtlich, ob dieser Schalter zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug mit beengten Einbauräumen, beispielsweise am Lenkrad, geeignet ist.
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Weiter ist ein mittels Verschwenken und Verschieben betätigbarer elektrischer Schalter aus der
DE 101 51 603 C1 bekannt. Bei diesem Schalter, der einen an einem Sockel befestigten Steuerrahmen aufweist, wirkt das Betätigungsorgan mit einem schwenkbar gelagerten Schwenkelement zusammen und ist weiterhin linear beweglich zum Schwenkelement angeordnet. Dadurch ist das Betätigungsorgan zum einen relativ zum Schwenkelement in die Verschiebestellung und zum anderen mitsamt dem Schwenkelement in die Verschwenkstellung bewegbar. Schließlich wirkt noch ein einseitig gelagerter Umlenkhebel mit dem Schwenkelement in der Verschwenkstellung derart zusammen, daß der Umlenkhebel das der Verschwenkstellung zugeordnete Schaltelement betätigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mittel zu schaffen, mit deren Hilfe das Verschwenken und Verschieben des einzigen Betätigungsorgans ermöglicht ist. Insbesondere sollen diese Mittel derart ausgestaltet sein, daß der mit hoher Funktionalität versehene Schalter mit kleinem Bauraum auskommt.
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Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen elektrischen Schalter durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung stellt weiter ein Kraftfahrzeug mit einem Lenkrad, an dem ein solcher Schalter angeordnet ist, gemäß Anspruch 17 bereit.
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Beim erfindungsgemäßen Schalter ist das Betätigungsorgan an einem Trägerelement befestigt. Das Trägerelement gelangt bei Bewegung des Betätigungsorgans in die Verschwenkstellung in Anlage an das Schwenkelement, derart daß das Schwenkelement verschwenkt wird. Des Weiteren ist die Betätigung durch Verschieben bei verschwenktem Betätigungsorgan und umgekehrt gegenseitig gesperrt. Hierfür ist am Steuerrahmen wenigstens ein in das Trägerelement eintauchender Ansatz befindlich. Der Ansatz weist eine in Verschieberichtung verlaufende Fläche sowie eine daran schräg anschließende, im wesentlichen in Verschwenkrichtung verlaufende Fläche auf. Der Ansatz wirkt nun derart mit dem Trägerelement zusammen, daß in der Verschiebestellung die Verschwenkung des Betätigungsorgans gesperrt ist sowie in der Verschwenkstellung die lineare Bewegung des Betätigungsorgans gesperrt ist.
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Das Schwenkelement mitsamt dem in der Art einer Gelenksteuerung mit dem Schwenkelement zusammenwirkenden Umlenkhebel benötigt einen lediglich geringen Platzbedarf, womit der Schalter trotz hoher Funktionalität sehr kleinbauend ist. Der erfindungsgemäße Multifunktionsschalter, der mit einer Art von Gelenksteuerung arbeitet, bietet ein Multifunktionsbedienfeld mit fünf Funktionen. Gegebenenfalls kann noch eine weitere sechste Funktion separat plaziert sein. Die Bedienung der fünf Funktionen erfolgt über eine in sich geschlossene Oberfläche. Dabei sind die Wege und Kräfte für die Bedienung im wesentlichen identisch dargestellt, lediglich die zentrale Betätigung kann gegebenenfalls hiervon minimal differieren.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In zweckmäßiger Weise ist das Betätigungsorgan in der Art einer Kappe ausgestaltet. Der einfachen Montierbarkeit halber ist das Betätigungsorgan mittels einer Verrastung an dem Trägerelement befestigt. Es bietet sich weiter an, das Schwenkelement zwecks guter Führung mittels eines Kugelgelenks schwenkbar zu lagern.
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Gemäß der näheren Ausgestaltung der linear beweglichen Lagerung ist das Trägerelement frei, also ohne Anlage sowie im wesentlichen ohne Reibung, gegenüber dem Schwenkelement bewegbar. Die Bewegung des Betätigungsorgans in die Verschiebestellung wird mittels eines Stabes präzise geführt auf das der Verschiebestellung zugeordnete Schaltelement zu dessen Betätigung übertragen. Der Kompaktheit halber ist es zweckmäßig, den Stab in einer Führungshülse am Schwenkelement anzuordnen. Soweit die Rückstellkraft des Schaltelements nicht zum Zurückstellen des Betätigungsorgans ausreichen sollte, bietet es sich weiter an, daß auf das Betätigungsorgan ein elastisches Element, beispielsweise eine Druckfeder, eine Blattfeder o. dgl., einwirkt. Das elastische Element kann in der Führungshülse gehalten sowie am Stab angeordnet sein.
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In einfacher Weise kann das Betätigungsorgan beleuchtet werden, beispielsweise also mit einer Funktionsbeleuchtung, Symbolbeleuchtung o. dgl. versehen sein, indem das Schaltelement beleuchtbar sowie der Stab als ein zu dem der Verschiebestellung zugeordneten Schaltelement führender Lichtleiter ausgestaltet ist. Desweiteren kann hierzu auch ein stabförmiger Lichtleiter zu dem der Verschwenkstellung zugeordneten Schaltelement führen.
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Zur Gewährleistung einer hohen Funktionssicherheit sowie einer guten Haptik ist der Umlenkhebel an einem Ende mittels eines Gelenkpunkts am Sockel gelagert. Das Schwenkelement wirkt beim Verschwenken mit dem dem Gelenkpunkt abgewandten, anderen Ende des Umlenkhebels zur Betätigung des der Verschwenkstellung zugeordneten Schaltelements zusammen. In reibungsarmer Art und Weise kann das Zusammenwirken über eine Schräge am Schwenkelement mit einem Zapfen am anderen Ende des Umlenkhebels erfolgen.
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Um eine leichtgängige Verschwenkung des Betätigungsorgans zu gewährleisten ist am Sockel eine Kugelpfanne zur Aufnahme des Kugelgelenks am Schwenkelement angeordnet. Der leichten Montierbarkeit halber bietet es sich an, daß die Kugelpfanne aus einem im Sockel befindlichen Pfannenteil und einem Gegenlager besteht, wobei das Gegenlager mit dem Sockel verrastet sein kann.
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Soweit das Betätigungsorgan des Schalters in zwei, im wesentlichen senkrecht aufeinanderstehenden Richtungen in der Art einer Windrose verschwenkbar sein soll, bietet sich nachfolgende Ausgestaltung an. Am Sockel befinden sich mehrere, bevorzugterweise vier in etwa kreuzförmig angeordnete Umlenkhebel. Die Umlenkhebel sind voneinander unabhängig bewegbar angeordnet, beispielsweise indem sie ineinander geschachtelt sind, derart daß eine Verschwenkung des Betätigungsorgans in vier aufeinander in etwa senkrecht stehende Richtungen ermöglicht ist. Eine solche Ausgestaltung gewährleistet eine präzise Bedienung des Betätigungsorgans durch den Benutzer. Selbstverständlich läßt sich diese Ausgestaltung auch dahingehend durch entsprechende Zahl der Umlenkhebel anpassen, falls das Betätigungsorgan in mehr als zwei Richtungen verschwenkbar sein soll.
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Der einfachen Montierbarkeit halber bietet es sich an, daß die Schaltelemente auf einer Leiterplatte befindlich sind, die an zweckmäßiger Stelle im Gehäuse des Schalters plaziert ist. Falls der Schalter weitere elektrische und/oder elektronische Bauteile enthält, können diese dann ebenfalls auf der Leiterplatte angeordnet werden. Die Leiterplatte, der Sockel, der Steuerrahmen, der Umlenkhebel, das Trägerelement sowie das Schwenkelement können in einem Gehäuse befindlich sein, aus dem das Betätigungsorgan zur manuellen Bedienung durch den Benutzer ragt.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Schalter trotz hoher Funktionalität mit geringem Platzbedarf auskommt. Damit ist der Schalter für enge Bauräume, wie sie insbesondere am Lenkrad oder auch im Armaturenbrett, der Mittelkonsole, der Armlehne o. dgl. im Kraftfahrzeug gegeben sind, geeignet. Weiter ist der Schalter fehlerunanfällig und besitzt eine hohe Lebensdauer. Der erfindungsgemäße Schalter läßt sich somit vorteilhaft in rauhen Umgebungsbedingungen, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, einsetzen. Außerdem weist der Schalter eine gute Haptik auf. Trotz hoher Funktionalität ist der Schalter einfach zu bedienen, wobei Fehlbedienungen weitgehend ausgeschlossen sind. Außerdem ist der Schalter kostengünstig herzustellen. Schließlich ist bei einem solchen Schalter ein anspruchsvolleres Design realisierbar.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
- 1 perspektivisch und in Explosionsdarstellung einen durch Schwenken sowie Drücken betätigbaren elektrischen Schalter in der Art eines Multifunktionsschalters,
- 2a, b den Schalter ohne Gehäuse in perspektivischer Ansicht und teilweise geschnitten mitsamt von zugehörigen Detailansichten,
- 3 eine Detailansicht aus 2b in vergrößerter Darstellung,
- 4 eine Ansicht wie in 2a aus einer anderen Perspektive,
- 5 eine Ansicht wie in 2a aus einer anderen Perspektive, wobei das Betätigungsorgan entfernt ist,
- 6 eine Ansicht des geöffneten Schalters, wobei das Betätigungsorgan in der neutralen Stellung befindlich ist,
- 7 eine Ansicht des geöffneten Schalters, wobei das Betätigungsorgan in einer der Verschwenkstellungen befindlich ist, und
- 8 eine vergrößerte Detailansicht aus 3.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßer elektrischer Schalter 1 in Explosionsdarstellung zu sehen, der in der Art eines Joystick- oder Cursor-Schalters bzw. Multifunktionsschalters ausgestaltet ist. Der Schalter 1 besitzt ein Gehäuse 7, aus dem ein Betätigungsorgan 2 zur manuellen Bedienung durch den Benutzer herausragt. Der Schalter 1 kann beispielsweise am Lenkrad eines Kraftfahrzeugs angeordnet sein.
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Das Betätigungsorgan 2, das insbesondere in der Art einer Kappe ausgebildet ist, ist vom Benutzer auf mehrere unterschiedliche Arten manuell betätigbar. Zunächst ist das Betätigungsorgan 2 in wenigstens eine Richtung aus einer in 6 gezeigten neutralen Stellung in eine in 7 sichtbare Verschwenkstellung verschwenkbar, indem der Benutzer an entsprechender Stelle außermittig bzw. seitlich auf das Betätigungsorgan 2 drückt. Bevorzugterweise ist das Betätigungsorgan 2 jedoch in zwei Richtungen in Verschwenkstellungen verschwenkbar, wobei die beiden Richtungen in der Art eines Achsenkreuzes aufeinander senkrecht stehen. Weiterhin ist das Betätigungsorgan 2 um wenigstens eine Strecke aus der neutralen Stellung in eine Verschiebestellung linear bewegbar, indem der Benutzer in etwa mittig auf das Betätigungsorgan 2 drückt. Die Verschwenkstellung sowie die Verschiebestellung sind jeweils als Schaltstellungen ausgebildet, derart daß das Betätigungsorgan 2 in der jeweiligen Schaltstellung auf ein zugehöriges Schaltelement 4 schaltend einwirkt.
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Zur Ermöglichung der beschriebenen Funktionalität des Schalters 1 wirkt das Betätigungsorgan 2 mit einem schwenkbar gelagerten Schwenkelement 5 zusammen. Darüberhinaus ist das Betätigungsorgan 2 linear beweglich zum Schwenkelement 5 angeordnet. Dadurch ist das Betätigungsorgan 2 zum einen relativ zum Schwenkelement 5 in die Verschiebestellung und zum anderen mitsamt dem Schwenkelement 5 in die Verschwenkstellung bewegbar, wie anhand von 2a und 2b zu erkennen ist. Schließlich wirkt ein einseitig gelagerter Umlenkhebel 6 in der Art einer Gelenksteuerung mit dem Schwenkelement 5 in der Verschwenkstellung derart zusammen, daß der Umlenkhebel 6 das der Verschwenkstellung zugeordnete Schaltelement 4 betätigt.
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Die Schaltelemente 4 sind auf einer Leiterplatte 8 befindlich, und zwar sind gemäß 1 vier, den Verschwenkstellungen zugeordnete Schaltelemente 4 in der Art eines Achsenkreuzes und das fünfte, der Verschiebestellung zugeordnete Schaltelement 4 im Ursprung des Achsenkreuzes angeordnet. Die Leiterplatte 8 befindet sich im Gehäuse 7 des Schalters 1. Die Schaltelemente 4 selbst können in der Art von Kurzhubtasten ausgestaltet sein.
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Das kappenartige Betätigungsorgan 2 ist mittels einer in 4 gezeigten Verrastung 9 an einem Trägerelement 10 befestigt. Wie man weiter anhand von 3 und 7 erkennt, gelangt das Trägerelement 10 bei Bewegung des Betätigungsorgans 2 in die Verschwenkstellung in Anlage an das Schwenkelement 5, derart daß das Schwenkelement 5 verschwenkt wird. Hierzu ist das Schwenkelement 5 mittels eines in 2a und 2b gezeigten Kugelgelenks 11 in einem Sockel 17 schwenkbar gelagert. Zur Lagerung des Schwenkelements 5 befindet sich am Sockel 17 eine Kugelpfanne 25 zur Aufnahme des Kugelgelenks 11 am Schwenkelement 5. Die Kugelpfanne 25 setzt sich zwecks einfacher Montage ihrerseits aus einem im Sockel 17 befindlichen Pfannenteil 26 und einem, insbesondere mit dem Sockel 17 verrasteten, Gegenlager 27 zusammen, wie der 1 zu entnehmen ist.
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Die Bewegung des Betätigungsorgans 2 in die Verschiebestellung ist gemäß 3 und 6 mittels eines Stabes 12 auf das der Verschiebestellung zugeordnete Schaltelement 4 zu dessen Betätigung übertragbar. Hierbei ist das Trägerelement 10 frei gegenüber dem Schwenkelement 5 bewegbar, womit das Trägerelement 10 also dann nicht in Anlage am Schwenkelement 5 ist. Der Stab 12 ist in einer Führungshülse 13 am Schwenkelement 5 angeordnet. Zum Zurückstellen des Betätigungsorgans 2 aus der Verschiebestellung in die neutrale Stellung wirkt auf das Betätigungsorgan 2 ein elastisches Element 14 ein. Beispielsweise kann es sich bei dem elastischen Element 14 um eine am Stab 12 in der Führungshülse 13 angeordnete Druckfeder, eine Blattfeder o. dgl. handeln.
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Das Betätigungsorgan 2 kann mit einer Funktionsbeleuchtung, Symbolbeleuchtung o. dgl. versehen sein. Hierfür ist das Schaltelement 4 beleuchtbar ausgebildet sowie im Betätigungsorgan 2 ein in 8 schematisch angedeutetes Fenster 3 befindlich. Da sich das Schaltelement 4 jedoch auf der vom Betätigungsorgan 2 entfernt angeordneten Leiterplatte 8 befindet, ist der Stab 12 als ein zu dem der Verschiebestellung zugeordneten Schaltelement 4 führender Lichtleiter ausgestaltet. Desweiteren führt noch ein stabförmiger Lichtleiter 15, wie in der 5 zu sehen ist, zu dem der Verschwenkstellung zugeordneten Schaltelement 4.
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Wie man näher der 4 entnimmt, ist der Umlenkhebel 6 an einem Ende mittels eines Gelenkpunkts 16 am Sockel 17 gelagert. Das Schwenkelement 5 wirkt beim Verschwenken mit dem dem Gelenkpunkt 16 abgewandten, anderen Ende des Umlenkhebels 6 zur Betätigung des Schaltelements 4 zusammen, das der Verschwenkstellung zugeordnet ist. Wie man in 8 deutlich sieht, erfolgt das Zusammenwirken über eine Schräge 18 am Schwenkelement 5 mit einem Zapfen 19 am anderen Ende des Umlenkhebels 6.
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Am Sockel 17 ist mittels Schrauben 20 ein Steuerrahmen 21 befestigt, wie in 5 gezeigt ist. Der Steuerrahmen 21 besitzt wenigstens einen Ansatz 22, der eine in Verschieberichtung verlaufende Fläche 23 sowie eine daran schräg anschließende, im wesentlichen in Verschwenkrichtung verlaufende Fläche 24 aufweist. Der Ansatz 22 taucht in das Trägerelement 10 ein und wirkt dabei mit Hilfe seiner Flächen 23, 24 derart mit dem Trägerelement 10 zusammen, daß in der Verschiebestellung die Verschwenkung des Betätigungsorgans 2 gesperrt ist sowie in der Verschwenkstellung die lineare Bewegung des Betätigungsorgans 2 gesperrt ist, was wiederum anhand von 8 verdeutlicht ist. Das Schwenkelement 5, der Umlenkhebel 6, der Sockel 17, der Steuerrahmen 21 sowie das Trägerelement 10 befinden sich ebenfalls im Gehäuse 7.
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Um eine Verschwenkung des Betätigungsorgans 2 in vier aufeinander in etwa senkrecht stehende Richtungen, beispielsweise in der Art einer Windrose, zu ermöglichen, sind mehrere Umlenkhebel 6 am Sockel 17 befindlich. Und zwar sind vier Umlenkhebel 6 in etwa kreuzförmig angeordnet. Weiter sind die Umlenkhebel 6 voneinander unabhängig bewegbar angeordnet, indem diese entsprechend der 1 ineinander geschachtelt sind.
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So läßt sich ein derartiger Mehrfunktionsschalter neben Kraftfahrzeuganwendungen auch als Eingabemittel für Computer, Werkzeugmaschinen, Haushaltsgeräte o. dgl. einsetzen.
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Bezugszeichenliste
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- 1:
- elektrischer Schalter
- 2:
- Betätigungsorgan
- 3:
- Fenster (im Betätigungsorgan)
- 4:
- Schaltelement
- 5:
- Schwenkelement
- 6:
- Umlenkhebel
- 7:
- Gehäuse
- 8:
- Leiterplatte
- 9:
- Verrastung
- 10:
- Trägerelement
- 11:
- Kugelgelenk
- 12:
- Stab
- 13:
- Führungshülse
- 14:
- elastisches Element (am Stab)
- 15:
- Lichtleiter
- 16:
- Gelenkpunkt (von Umlenkhebel)
- 17:
- Sockel
- 18:
- Schräge (am Schwenkelement)
- 19:
- Zapfen (am Umlenkhebel)
- 20:
- Schraube
- 21:
- Steuerrahmen
- 22:
- Ansatz (am Steuerrahmen)
- 23,24:
- Fläche (an Ansatz)
- 25:
- Kugelpfanne
- 26:
- Pfannenteil (der Kugelpfanne)
- 27:
- Gegenlager (der Kugelpfanne)
