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Die Erfindung betrifft ein Bedienelement für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Heutige Bedienkonzepte fordern zur Systemvereinfachung weniger Bauelemente. Dies lässt sich durch Zusammenfassung mehrerer Bedienfunktionen in ein Bauelement, wie z. B. einem Joystick, realisieren. Auch translatorische Bewegungen, d. h. parallel zu einer Bedienoberfläche, zur Betätigung kommen hierbei zum Einsatz. Bei Bedienelementen mit Joystickfunktion, z. B. Lautstärkeregler oder Paddle-Knobs, wird die translatorische Bewegung meist mit einer Drehachse oder mit Hilfe von translatorischen Führungen realisiert.
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Bei Konzepten mit einzelner Drehachse kann bei großer Entfernung zwischen Drehachse und Krafteinleitung eine pseudo-translatorische Bewegung erzeugt werden. Ein auf diesem Konzept basierendes Bedienelement 10 ist in 1 schematisch dargestellt. Dabei ist ein Betätigungsteil 12 über einen starr mit dem Betätigungsteil verbundenen Verbindungsarm 14 mit einer Drehachse 16 gekoppelt und um diese drehbar gelagert. Ist dabei der Radius r dieser Drehbewegung sehr groß im Vergleich zu einer Auslenkung des Betätigungsteils 12 in oder entgegen x-Richtung, kann die Verschiebung des Betätigungsteils 12 in oder entgegen x-Richtung als näherungsweise translatorisch angesehen werden.
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Bei derartigen Bedienelementen treten jedoch mehrere Probleme auf. Zum einen soll bei einer Betätigung eines Bedienelements eine möglichst gute Haptik bereitgestellt sein. Schalter, wie beispielsweise Mikroschalter, weisen dabei eine bestimmte Kraft-Weg-Kennlinie auf. Um eine möglichst gute Haptik zu erzeugen, sollte bei der Betätigung des Betätigungsteils das selbe Bediengefühl umgesetzt werden, wie bei einer direkten Betätigung des Schalters, das heißt die Kraft-Weg-Kennlinie des Schalters sollte in etwa dieselbe sein, wie bei der Betätigung des Betätigungsteils. Dementsprechend wäre eine 1:1 Kraftübersetzung wünschenswert.
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Um dies bei der dargestellten Anordnung zu realisieren, muss der Schalter 18 in etwa so weit von der Drehachse 16 entfernt sein wie auch das Betätigungsteil 12. Der Schalter 12 wird dabei üblicherweise über einen z. B. mit dem Betätigungsarm 14 gekoppelten Betätigungsstößel betätigt. Wäre der Abstand des Schalters von der Drehachse 16 geringer, so müsste zur Betätigung des Schalters 12 aufgrund des viel größeren Hebelarms des Betätigungsteils 12 der durch den Verbindungsarm 14 gegeben ist, nur noch ein Bruchteil der Kraft aufgewendet werden. Eine haptische Rückmeldung der Schalterbetätigung ist dadurch kaum noch spürbar und mindert dadurch das Bedienempfinden. Dagegen erfordert jedoch ein großer Abstand des Schalters 18 zur Drehachse 16 enormen Bauraum. Weiterhin erfordert die Länge des Verbindungsarms 14, welche groß gewählt werden muss, um eine nahezu translatorische Bewegung überhaupt ermöglichen zu können, ebenfalls viel Bauraum. Darüber hinaus sind für den großen Schwenkbereich auch große Blendenöffnungen nötig. Des Weiteren sind je nach Drehachslage und Länge des Verbindungsarms 14 Mulden oder Beschnitte der Kappen von Betätigungsteilen 12 erforderlich, um Kollisionen mit anderen Bauteilen, wie Blenden, zu vermeiden, da hierbei keine rein translatorische Bewegung umgesetzt werden kann. Dies mindert die Designfreiheit der Bedienelemente.
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Bei Konzepten mit translatorischer Führung kann eine rein translatorische Bewegung erzeugt werden. Ein auf diesem Konzept beruhendes Bedienelement 10 ist in 1b schematisch dargestellt. Das Bedienelement ist dabei in einer Führungsschiene 19 gelagert. Die einleitende Kraft kann jedoch konzeptbedingt nicht innerhalb der Führungen 19 liegen, was somit zu Klemmen des Bedienelements 10 führen kann und somit die Haptik und das Bedienempfinden stark beeinträchtigt. Technische Lösungen kompensieren dies mit entsprechender Führungslänge, die häufig im vorgegebenen Bauraum nicht realisiert werden kann, oder mit dem Einsatz von Fetten und aufwändigen und kostenintensiven Lagerungen.
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Die
EP 2 045 826 A2 beschreibt eine elektrische Schalteranordnung mit einer Grundplatte mit Schaltern und einer Deckplatte mit einer kreuzförmigen Führungsöffnung. Dabei ist ein Betätigungsteil auf der Deckplatte angeordnet und starr mit einem Schaft verbunden, der sich durch die kreuzförmige Führungsöffnung hindurch in Richtung der Grundplatte erstreckt. Ein Weiterer Schaft mit Kardangelenken ist mit dem am Betätigungsteil angeordneten Schaft und der Grundplatte gekoppelt. Dieser Kardanschaft ist darüber hinaus in seiner Länge veränderbar. Wird das Betätigungsteil durch Betätigung aus seiner zentralen Nulllage in Richtung eines Kreuzarms der kreuzförmigen Führungsöffnung herausbewegt, verlängert sich der Kardanschaft entsprechend und es kann so eine rein translatorische Bewegung des Betätigungsteils umgesetzt werden. Doch auch hier ist eine Führung für das Betätigungsteil erforderlicht. Durch die Auflage des Betätigungsteils auf der Deckplatte mit den Führungsöffnungen entsteht bei der Betätigung Reibung zwischen diesen Flächen, die die Schalteranordnung sehr verschleißanfällig macht. Zudem Besteht hier die Problematik des Klemmens weiterhin, insbesondere auch senkrecht zur Führungsrichtung, da das Betätigungsteil durch die Kardangelenke in zwei Richtungen bewegbar ist. Zudem ergibt sich hierdurch auch ein gewisses Spiel senkrecht zur Führungsrichtung, das die Haptik beeinträchtigt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Bedienelement für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welches eine kostengünstige und bauraumsparende Ausgestaltung bei gleichzeitiger guter Haptik ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Bedienelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Bedienelement für ein Kraftfahrzeug weist ein Betätigungselement zum Betätigen des Bedienelements, ein in Bezug auf eine Bewegung in zumindest eine Raumrichtung starr mit dem Betätigungselement verbundenes Verbindungsglied und ein Gehäuse auf. Dabei ist das Betätigungselement durch Betätigung relativ zum Gehäuse bewegbar ist. Weiterhin weist das Bedienelement ein Koppelgetriebe mit einer Mehrzahl an Gelenken und einer Mehrzahl an Gliedern auf, wobei die Gelenke über die Glieder miteinander gekoppelt sind. Dabei weisen zumindest zwei der Gelenke mindestens einen Drehfreiheitsgrad auf und sind ortsfest in Bezug auf das Gehäuse angeordnet. Das Verbindungsglied ist mit mindestens einem Glied des Koppelgetriebes verbunden, wobei das Koppelgetriebe derart ausgestaltet ist, dass das Betätigungselement bei Betätigung auf einer durch das Koppelgetriebe vorgegebenen Bahnkurve bewegbar ist.
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Ein Getriebe ist hierbei definiert als eine Aneinanderreihung von Gliedern, die durch Gelenke miteinander verbunden sind (kinematische Kette), wobei ein Glied als Gestellt festgelegt ist. Ein Koppelgetriebe oder Kurbelgetriebe bzw. Gelenkgetriebe ist dabei ein Getriebe, das nur Dreh-, Schub-, und/oder Drehschubgelenke besitzt. Die Festlegung eines Glieds als Gestell ist erfindungsgemäß dadurch gegeben, dass zumindest zwei der Gelenke ortsfest in Bezug auf das Gehäuse angeordnet sind.
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Die Verwendung eines Koppelgetriebes kann auf vorteilhafte Weise genutzt werden, um Drehbewegungen in lineare Bewegungen und/oder Schwingungen oder umgekehrt umzusetzen. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Lagerung des Betätigungselements und die Umsetzung einer translatorischen oder nahezu translatorischen Bewegung des Betätigungselements. Durch das Vorsehen zweier ortsfester Gelenke, die mindestens einen Drehfreiheitsgrad aufweisen, weist das Bedienelement mindestens zwei ortsfeste Drehachsen auf, wodurch es ermöglicht wird, im Gegensatz zu nur einer Drehachse, den Momentanpol der Bewegung des Betätigungselements ins Unendliche zu versetzen. Dadurch kann bei reduziertem Bauraum eine translatorische Bewegung erzeugt werden. Darüber hinaus kann dadurch auch die Übersetzung der gewünschten haptischen Rückmeldung erheblich reduziert werden bzw. kann sogar entfallen. Durch eine Verlegung des Momentanpols ins Unendliche ergibt sich für die Bewegung des Betätigungselements und des starr mit diesem verbundenen Verbindungselements eine Bewegungsachse, die eine rein translatorische Bewegung ausführen kann. Diese translatorische Bewegung kann so zur Schalterbetätigung genutzt werden, was eine Übertragung einer bestimmten Kraft-Weg-Kennlinie eines Schalters direkt (ohne Übersetzung) auf das Betätigungselement ermöglicht. Weiterhin wird es durch die Erfindung ermöglicht, ganz auf Führungen bzw. Führungselemente, wie Führungsschienen oder andere Schubgelenke, zu verzichten, und die Bewegung bzw. die vorgegebene Bahnkurve des Betätigungselements durch Gelenke mit rotatorischen Freiheitsgraden umzusetzen. Demzufolge besteht hierbei auch nicht Problematik des Klemmens. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Bedienelement mit einem Koppelgetriebe wird somit eine kostengünstige und bauraumsparende Anordnung zur Umsetzung einer translatorischen Bewegung des Bedienelements bei gleichzeitiger guter Haptik ermöglicht. Gerade für Kraftfahrzeuge, bei denen nur ein begrenzter Bauraum für Bedienelemente zur Verfügung steht, ist das erfindungsgemäße Bendienelement besonders vorteilhaft.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Koppelgetriebe derart ausgestaltet, dass die Achse (A), die durch das Verbindungsglied läuft, bei Betätigung des Betätigungselements eine rein translatorische Bewegung ausführt. Dies ermöglicht gute haptische Eigenschaften bei der Betätigung des Betätigungselements bei einer besonders kompakten Ausgestaltung des Bedienelements, da durch die rein translatorische Bewegung dieser Achse eine übersetzungsfreie Kopplung mit Schaltern möglich ist, und somit keine Vorgaben in Bezug auf bestimmte Abstände zu Komponenten des Bedienelements erforderlich sind, um eine gute Haptik zu ermöglichen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Koppelgetriebe als Drehgelenkgetriebe ausgebildet. Dies stellt eine besonders einfache und kostengünstige Ausgestaltung des Koppelgetriebes dar. Auch ist bei einem reinem Drehgelenkgetriebe die Problematik des Klemmens nicht gegeben.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verlaufen alle durch die Gelenke des Koppelgetriebes bereitgestellten Drehachsen parallel zueinander. Insbesondere bei einer Ausbildung des Koppelgetriebes als Drehgelenkgetriebe ist dies besonders vorteilhaft, da so das Koppelgetriebe auf besonders einfache Weise als ebenes Getriebe ausgestaltet sein kann. Dies reduziert insbesondere den konstruktiven Aufwand. Somit ist bei einer besonders einfachen, kostengünstigen und bauraumeffizienten Ausgestaltung eine Umsetzung einer translatorischen Bewegung möglich.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuse eine Begrenzungsseite auf, die das Betätigungselement räumlich vom Koppelgetriebe trennt, wobei die Begrenzungsseite zumindest eine Durchgangsöffnung aufweist, welche als Längsspalt in der Begrenzungsseite ausgebildet ist, wobei das Verbindungsteil sich vom Betätigungselement durch die Durchgangsöffnung zum Koppelgetriebe erstreckend angeordnet ist. Durch den Längsspalt wird eine Begrenzung der translatorischen Bewegung in Bewegungsrichtung des Betätigungselement bei Betätigung ermöglicht. Da die Bahnkurve, auf der sich das Betätigungsglied bei Betätigung bewegt jedoch allein durch das Koppelgetriebe vorgegeben ist, muss senkrecht zur Bewegungsrichtung des Betätigungselements durch die Begrenzungsseite des Gehäuses, und insbesondere durch den Längsspalt, keine Führung für das Betätigungselement bzw. das Verbindungsglied bereitgestellt werden. Daher kann die Bewegung des Betätigungselements ohne Berührung, insbesondere keine Berührung senkrecht zur Bewegungsrichtung, des Betätigungselements oder des Verbindungsglieds durch die Begrenzungsseite erfolgen, wodurch eine klemmfreie Bewegung ohne Reibung und Verschleiß durch Kontaktieren der Begrenzungsseite des Gehäuses ermöglicht wird.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Begrenzungsseite um die Durchgangsöffnung herum zumindest bereichsweise als eine Ebene ausgebildet ist, die eine Bezugsebene definiert, wobei das Betätigungselement in einem unbetätigten Zustand in einer Nulllage angeordnet ist, und wobei die Bahnkurve durch das Getriebe derart vorgegeben ist, dass das Betätigungselement zumindest in der Nulllage einen minimalen Abstand zur Bezugsebene hat. Das heißt, dass das Betätigungselement in seiner Nulllage den kleinsten Abstand zur Bezugsebene hat, so dass sich dieser Abstand bei einer Bewegung des Betätigungselements durch Betätigung zumindest nicht verkleinert. So besteht keine Kollisionsgefahr des Betätigungselements mit der Bezugsebene bei Betätigung des Betätigungselements, weshalb die Designfreiheit bei der Ausgestaltung des Bedienelements nicht begrenzt ist. Es sind weder Beschnitte von Kappen oder Mulden erforderlich, um Kollisionen zu vermeiden. Ein weiterer besonders großer Vorteil besteht zudem noch darin, dass das Betätigungselement besonders nah an der Begrenzungsseite des Gehäuses angeordnet werden kann. Es müssen zur Kollisionsvermeidung also keine Spalte zwischen dem Betätigungselement und der Begrenzungsseite des Gehäuses vorgesehen sein, insbesondere nicht in der Nulllage des Betätigungselements. Dies ermöglicht es darüber hinaus den Längsspalt in der Begrenzungsseite in der Nulllage des Betätigungselements komplett mit einer entsprechend ausgebildeten Kappe des Betätigungselements abzudecken. Dadurch ist der Längsspalt nicht sichtbar und zudem verhindert dies das Eindringen von Staub, Schmutz oder Reinigungsmitteln und Flüssigkeiten.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Koppelgetriebe vier Drehgelenke, wobei zwei ortsfest in Bezug auf das Gehäuse angeordnete Drehgelenke jeweils über ein Glied mit einem freien nicht ortsfest in Bezug auf das Gehäuse angeordneten Drehgelenk verbunden sind. Dabei sind die beiden freien Gelenke über ein Koppelglied miteinander verbunden und das Verbindungsglied ist starr mit dem Koppelglied verbunden. Die Ausgestaltung des Koppelgetriebes als viergliedriges Drehgelenkgetriebe ist dabei besonders einfach, kostengünstig und kompakt und ermöglicht die Umsetzung aller bereits genannten Vorteile auf besonders einfache Weise. Insbesondere kann durch diese Ausgestaltung eine besonders einfache Umsetzung einer translatorischen Betätigung in bzw. entgegen einer Richtung des Bedienelements bewerkstelligt werden. Des Weiteren kann diese Ausgestaltung in gleicher Weise auch mit Gelenken, welche 2 oder 3 Drehfreiheitsgrade aufweisen, bereitgestellt sein. Bei einer Ausgestaltung mit z. B. Kreuz oder Kardangelenken lässt sich so auf gleichsam einfache Weise eine translatorische Betätigung des Bedienelements in bzw. entgegen jeweils zweier Richtungen umsetzen.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn die beiden Glieder, die jeweils ein ortsfest angeordnetes Drehgelenk mit einem freien Drehgelenk verbinden, gleichlang sind. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die ortsfesten Gelenke dabei in der selben Ebene senkrecht zum Verbindungsglied liegen. Dadurch kann das Verbindungsglied senkrecht zur Begrenzungsseite des Gehäuses in der Nulllage des Betätigungselements ausgerichtet sein, insbesondere wenn das Verbindungsglied senkrecht zum Koppelglied angeordnet ist. Durch die Wahl der Länge des Koppelglieds können auf vorteilhafte Weise unterschiedliche Bahnkurven des Betätigungselements realisiert werden, die je nach Anwendungsfall gewählt sein können. Beispielsweise wird durch eine Länge des Koppelglieds, welche dem Abstand der ortsfesten Gelenke entspricht, der Momentanpol der Bewegung ins Unendliche verlegt. Um einen bei der Bewegung des Betätigungselements entstehenden Höhenversatz in Bezug auf die Begrenzungsseite des Gehäuses zu kompensieren kann beispielsweise auch die Länge der Koppelglieds kürzer gewählt werden als der Abstand der ortsfesten Glieder, wodurch eine einem Höhenversatz gegenläufige Neigung des Betätigungselements bei der Betätigung resultiert.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Koppelgetriebe eine Glied-Gelenk-Anordnung mit eine Parallelogrammstruktur mit vier Parallelogrammseiten auf, die derart ausgestaltet ist, dass jeweils zwei gegenüberliegende Parallelogrammseiten der Parallelogrammstruktur gleichlang sind und jeweils durch mindestens ein Glied gebildet sind, wobei jeweils zwei Parallelogrammseiten der Parallelogrammstruktur durch ein Gelenk verbunden sind. Durch eine Glied-Gelenk-Anordnung mit Parallelogrammstruktur lässt sich auf besonders einfache Weise eine Bewegung des Betätigungselements umsetzen, deren Momentanpol sehr weit von der Begrenzungsseite des Gehäuses entfernt liegt oder sogar im Unendlichen liegt, ohne das Koppelgetriebe dabei selbst so räumlich ausgedehnt ausgestalten zu müssen.
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Weiterhin ist bevorzugt mindestens ein Schalter in Wirkverbindung mit mindestens einem Glied des Koppelgetriebes angeordnet. So kann durch das Koppelgetriebe bei Betätigung des Betätigungselements auf vorteilhafte Weise die Kraft-Weg-Kennlinie des Schalters auf das Betätigungselement übertragen werden, insbesondere unverändert oder zumindest nahezu unverändert. Dabei kann der Schalter z. B. als Mikroschalter und insbesondere auch als zur rechtwinkligen Randmontage ausgebildeter Mikroschalter ausgestaltet sein, was eine Vielzahl an besonders kompakten Anordnungsmöglichkeiten bereitstellt.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen, wobei gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
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1a eine schematische Darstellung eines Bedienelements mit einem an einer Drehachse befestigten Betätigungsteil gemäß dem Stand der Technik;
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1b eine schematische Darstellung eines Bedienelements mit einem mit einer translatorischen Führung gekoppelten Betätigungsteil gemäß dem Stand der Technik,
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2 eine schematische Darstellung eines Bedienelements in einer Nulllage mit einem Betätigungselement, das über ein Verbindungsglied mit einem viergliedrigen Koppelgetriebe mit Parallelogrammstruktur verbunden ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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3 eine schematische Darstellung des in 2 dargestellten Bedienelements mit einem aus der Nulllage ausgelenktem Betätigungselement;
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4 eine schematische Darstellung eines Bedienelements in einer Nulllage mit einem Betätigungselement, das über ein Verbindungsglied mit einem viergliedrigen Koppelgetriebe mit Trapezstruktur verbunden ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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5 eine schematische Darstellung eines Bedienelements in einer ersten Position mit einem Betätigungselement, das über ein Verbindungsglied mit einem mehrgliedrigen Koppelgetriebe verbunden ist, welches eine Glied-Gelenk-Anordnung mit Parallelogrammstruktur umfasst, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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6 eine schematische Darstellung eines Bedienelements in einer zweiten Position mit einem Betätigungselement, das über ein Verbindungsglied mit einem mehrgliedrigen Koppelgetriebe verbunden ist, welches eine Glied-Gelenk-Anordnung mit Parallelogrammstruktur umfasst, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Bedienelements 20 in einer Nulllage mit einem Betätigungselement 22, das über ein Verbindungsglied 24 mit einem viergliedrigen Koppelgetriebe 26 mit Parallelogrammstruktur verbunden ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Koppelgetriebe 26 umfasst dabei vier Glieder 28a, 28b, 28c, 28d und vier Gelenke 30a, 30b, 30c, 30d, von denen zwei Gelenke 30a, 30b ortsfest in Bezug auf ein Gehäuse (nicht dargestellt) angeordnet sind. Insbesondere ist die ortsfeste Anordnung der Gelenke 30a, 30b so zu verstehen, dass die beiden ortsfesten Gelenke 30a, 30b dabei jeweils ein erstes Gelenkelement umfassen, das ortsfest angeordnet ist, und ein zweites Gelenkelement, das relativ zum jeweiligen ersten Gelenkelement beweglich am ersten Gelenkelement angeordnet ist. Die beiden ortsfesten Gelenke 30a, 30b sind dabei jeweils über ein Glied 28a, 28b mit einem freien Gelenk 30c, 30d, d. h. beweglich gegenüber dem Gehäuse bzw. einem ortsfesten Bezugspunkt, verbunden. Diese beiden Gelenke 30c, 30d sind wiederum durch ein Koppelglied 28c miteinander verbunden. An diesem Koppelglied 28c ist das Verbindungsglied 24 angeordnet, welches insbesondere starr, zumindest in Bezug auf eine Drehung um die y-Achse, und in einem rechten Winkel zum Koppelglied 28c mit diesem verbunden ist. Weiterhin ist das Verbindungsglied 24 auch starr zumindest in Bezug auf eine Drehung um die y-Achse mit dem Betätigungselement 22 verbunden. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass das Betätigungselement 22 um die Achse A des Verbindungsglieds 24 drehbar relativ zum Verbindungsglied 24 ist. Alternativ kann auch das Verbindungsglied 24 mit dem Koppelglied 28c so angeordnet sein, dass das Verbindungsglied 24 um die Achse A relativ zum Koppelglied 28c drehbar ist. Die starre Verbindung in Bezug auf eine Bewegung in zumindest eine Raumrichtung des Verbindungsglieds 24 mit dem Koppelglied 28c sowie auch des Verbindungsglieds 24 mit dem Betätigungselement 22 ist also so zu verstehen, dass bei einer Betätigung des Betätigungselements 22, die eine Auslenkung des Betätigungselements 22 aus der Nulllage bewirkt, insbesondere eine Bewegung des Betätigungselements 22 auf der durch das Koppelgetriebe 26 vorgegebenen Bahnkurve bewirkt, gleichzeitig auch die selbe Bewegung des Verbindungsglieds 24 und des Koppelglieds 28c bewirkt, so dass das Betätigungselement 22, das Verbindungsglied 24 und das Koppelglied 28c als starre Einheit bewegbar sind. Jedoch kann die Verbindung von Betätigungselement 22 und Verbindungsglied 24 und/oder Verbindungsglied 24 und Koppelglied 28c so ausgestaltet sein, dass das Betätigungselement 22 um die Achse A drehbar ist, entweder relativ zum Verbindungsglied 24 oder einhergehend mit einer Drehung des Verbindungsglied 24 relativ zum Koppelglied 28c.
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Die beiden ortsfesten Gelenke 30a, 30b sind weiterhin so angeordnet, dass sie in einer selben Ebene senkrecht zum Verbindungsglied 24 liegen, also auf gleicher Höhe angeordnet sind in Bezug auf beispielsweise eine Begrenzungsseite 32 des Gehäuses, die hier durch die gestrichelte Linie 32 angedeutet sein soll. Weiterhin sind die beiden Glieder 28a, 28b, die jeweils ein ortsfestes Gelenk 30a, 30b mit einem freien Gelenk 30c, 30d verbinden, gleichlang. Darüber hinaus ist auch der Abstand zwischen den beide ortsfesten Gelenken 30a, 30b so groß wie die Länge des Koppelglieds 28c, so dass das Koppelgetriebe also eine Parallelogrammstruktur aufweist, d. h. jeweils zwei gegenüberliegende Glieder 28a und 28b bzw. 28c und 28d des Koppelgetriebes sind gleichlang. Das vierte Glied 28d ist hierbei durch die ortsfeste Anordnung der ortsfesten Gelenke 30a, 30b gegeben und die Länge dieses Glieds 28d ist durch den Abstand der beiden ortsfesten Gelenke 28a und 28b definiert. Ortsfest in Bezug auf das Gehäuse ist dabei so zu verstehen, dass die ortsfesten Gelenke 30a, 30b am Gehäuse selbst befestigt sein können oder an einem Bauteil oder Befestigungselement, das fest am Gehäuse angeordnet ist oder auch nicht mit dem Gehäuse gekoppelt ist, sondern lediglich selbst unbeweglich gegenüber dem Gehäuse angeordnet ist.
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Die Gelenke 30a, 30b, 30c, 30d sind hierbei als Gelenke 30a, 30b, 30c, 30d mit mindestens einem Drehfreiheitsgrad ausgebildet, und bevorzugt als Gelenke 30a, 30b, 30c, 30d mit ausschließlich rotatorischen Freiheitsgraden. Beispielsweise können die Gelenke 30a, 30b, 30c, 30d als Drehgelenke ausgebildet sein. Die Drehachsen der jeweiligen Gelenke 30a, 30b, 30c, 30d sind dann in diesem Fall parallel zueinander angeordnet und erstrecken sich in y-Richtung. Dadurch wird eine Bewegung der Glieder 28a, 28b, 28c, wie in 3 dargestellt, ermöglicht. Diese Bewegung entsteht dabei durch Ausüben einer Kraft F in bzw. entgegen der x-Richtung auf das Betätigungselement 22. Die Bewegungsachse A, die durch das Verbindungsglied 24 festgelegt ist, führt dabei eine rein translatorische Bewegung in bzw. entgegen der x-Richtung aus. Diese rein translatorische Bewegung dieser Achse A kann somit auf besonders vorteilhafte Weise dazu genutzt werden diese Bewegung in Wirkverbindung mit einem Schalter 34 (vgl. 4) zu stellen. Beispielsweise kann ein Schalter 34, wie z. B. ein Mikroschalter, am Koppelglied 28c angeordnet sein, wie in 4 dargestellt. Insbesondere kann der Schalter 34 dabei auch als 90°-Schalter ausgebildet sein, d. h. zur rechtwinkligen Montage, insbesondere am Koppelglied 28c. Es kann auch ein Betätigungsstößel am Koppelglied 28c angeordnet sein, der durch die Betätigung des Betätigungselements 22 und die daraus resultierende Bewegung des Koppelglieds 28c einen ortsfest angeordneten Schalter 34 betätigt. Weiterhin können auch mehrere solche Schalter 34 vorgesehen sein, deren Anzahl in Abhängigkeit der durch das Bedienelement 20 bereitzustellenden Funktionen. Die Schalter 34 können auf einer Schaltermatte angeordnet sein, die ebenfalls am Koppelglied 28c oder anderen Gliedern 28a, 28b, 28d, 28e, 28f, 28g, 28h (vgl. 5 und 6) angeordnet sein kann.
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Bei Anordnungen gemäß dem Stand der Technik, bei denen die Bewegungsachse, die durch den Verbindungsarm 14 gegeben ist (vgl. 1), rotiert, ergeben sich je nach Schalteranordnung unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse aufgrund der sich aus der Rotation des Bewegungsarms 14 um die Drehachse 16 ergebenden unterschiedlichen Hebelarme je nach Abstand des Betätigungsteils und des Schalters von der Drehachse.
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Bei einer rein translatorischen Bewegung der Achse A gemäß diesem in 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung entfällt diese Übersetzung, bzw. es ist immer eine 1:1 Übersetzung gegeben sofern ein Teil einer Schalterbetätigungsanordnung, d. h. ein Betätigungsstößel zum Betätigen des Schalters 34 oder der Schalter 34 selbst, mit einem in Bezug auf die Achse A starren Glied, z. B. das Koppelglied 28c oder das Verbindungsglied 24, verbunden bzw. starr gekoppelt ist. Starr ist hierbei als zumindest unbeweglich in Bezug auf eine Bewegung in oder entgegen x-Richtung um die y-Achse zu verstehen.
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Der Momentanpol der Bewegung des Koppelglieds und somit des Betätigungselements ergibt sich durch die Schnittpunkte der Verlängerungen der mit den ortsfesten Gelenken 30a, 30b verbundenen Glieder 28a, 28b. Da diese aufgrund der Parallelogrammstruktur des Koppelgetriebes 26 parallel verlaufen, liegt der Momentanpol im Unendlichen, wodurch die rein translatorische Bewegung der Achse A gegeben ist.
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Weiterhin ermöglicht diese Ausbildung des Bedienelements 20 eine enorme Reduktion der Spaltbreite zwischen dem Betätigungselement 22 und der Begrenzungsseite 32 des Gehäuses. Insbesondere kann das Betätigungselement 22 in seiner Nulllage direkt oberhalb (in positive z-Richtung) der Begrenzungsseite 32 des Gehäuses angeordnet sein, da der durch die Bewegung des Betätigungselements 22 in oder entgegen x-Richtung bewirkte Höhenversatz in positive z-Richtung und somit weg von der Begrenzungsseite 32 des Gehäuses erfolgt, sind keine Kollisionen mit der Begrenzungsseite 32 des Gehäuses möglich und somit auch keine Maßnahmen wie Kappenbeschnitte des Betätigungselements 22 oder Gehäusemulden erforderlich. Ein weiterer großer Vorteil ist, dass durch die rein translatorische Bewegung der Achse A keine Rotation des Betätigungselements 22 selbst, d. h. kein Verkippen um die y-Achse erfolgt. Die Formgebung und Ausbildung einer Kappe des Betätigungselements 22 unterliegt dementsprechend ebenfalls keinen Einschränkungen. Diese Ausbildung des Bedienelements 20 ermöglicht somit eine äußerst kompakte und bauraumsparende Anordnung, insbesondere in Bezug auf die Anordnung von Schaltern 18, sehr gute haptische Eigenschaften, sehr geringe Spaltbreiten zwischen dem Betätigungselement 22 und der Begrenzungsseite 32 des Gehäuses, keine Einschränkungen in Bezug auf die Ausgestaltung des Betätigungselements 22 zur Kollisionsvermeidung mit Blenden, und eine besonders einfache und kostengünstige Umsetzung.
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Darüber hinaus ist die Bahnkurve, die das Betätigungselement 22 beschreibt, allein durch das Koppelgetriebe 26 vorgegeben. Es sind also keine Führungen oder Führungsschienen erforderlich und es muss auch durch das Gehäuse bzw. die Begrenzungsseite 32 des Gehäuses keine Führungsfunktion bereitgestellt werden. Auch kann bei der Ausgestaltung des Koppelgetriebes 26 auf Schubgelenke und Führungen verzichtet werden. Somit ist das Bedienelement 20 deutlich weniger verschleißanfällig und es können sich keine Komponenten des Bedienelements verklemmen, wie dies bei der Verwendung von translatorischen Führungen der Fall wäre.
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Das hier in der x-z-Ebene dargestellte Bedienelement 20 und insbesondere das Koppelgetriebe 26 kann in y-Richtung invariant unter Verschiebung in y-Richtung, insbesondere bis zu einer vorgegebenen Länge, ausgebildet sein. Die Glieder 28a, 28b, 28c können dabei als Stäbe und/oder als Platten bereitgestellt sein. Weiterhin können als Gelenke 30a, 30b, 30c, 30d auch Gelenke 30a, 30b, 30c, 30d mit zwei oder drei Drehfreiheitsgraden vorgesehen sein. Beispielsweise können die Gelenke 30a, 30b, 30c, 30d auch als Kreuzgelenke ausgebildet sein, so dass sich die in der x-z-Ebene dargestellte Ausbildung und Funktionsweise in gleicher Weise auch in der y-z-Ebene ergibt. Bei einer derartigen Ausbildung ist das Betätigungselement 22 sowohl in und entgegen x-Richtung wie auch in und entgegen y-Richtung durch Betätigung verschiebbar. In diesem Fall ist es weiterhin bevorzugt, das Verbindungsglied 24 mit dem Koppelglied 28c und dem Betätigungselement 22 zumindest starr in Bezug auf eine Bewegung um die x- und um die y-Achse zu verbinden. Es kann aber drehbar um die z-Achse gelagert sein, zum Beispiel, um weitere Funktionen des Bedienelements 20 durch Drehen des Betätigungselements 22 um die z-Achse bzw. die Achse A bereitstellen zu können. Beispielsweise kann dazu das Koppelglied 28c eine Leiterplatte umfassen. Auf dieser kann dann am Verbindungspunkt zwischen dem Verbindungsglied 24 und dem Koppelglied 28c ein Encoder-Baustein bzw. ein Lautstärkeregler angeordnet sein (vgl. 4), so dass durch Drehung des Betätigungselements um die Achse A eine Lautstärkeregelung möglich ist, insbesondere ohne Auslenkung des Betätigungselements 22 aus seiner Nulllage.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Bedienelements 20 in einer Nulllage mit einem Betätigungselement 22, das über ein Verbindungsglied 24 mit einem viergliedrigen Koppelgetriebe 26 mit Trapezstruktur verbunden ist, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Insbesondere ist hier das Bedienelement 20 in gleicher Weise ausgebildet wie in 3 und 4, dargestellt, jedoch mit dem Unterschied, dass das Koppelglied 28c kürzer ist als der Abstand der beiden ortsfesten Gelenke 30a, 30b, wodurch sich eine trapezförmige Struktur des Koppelgetriebes 26 ergibt.
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Bei einer Auslenkung des Betätigungselements 22 in oder entgegen x-Richtung wird die translatorische Bewegung der Achse A zusätzlich durch eine rotatorische Bewegung um eine Achse parallel zur y-Achse überlagert. Betrachtet man diese rotatorische Bewegung allein, ergibt sich aus der daraus resultierende Verkippung des Verbindungsglieds 24 eine Bewegung des Betätigungselements 22 entgegen der z-Richtung. Diese rotatorische Bewegung bewirkt somit zusammen mit der translatorischen Bewegung der Achse A betrachtet, eine Verminderung des Höhenversatzes, wie zu 3 und 4 beschrieben. Durch die Trapezstruktur des Koppelgetriebes 26 kann der Bauraum in z-Richtung zusätzlich reduziert werden und der Höhenversatz zum Teil kompensiert werden. Der Grad des rotatorischen Anteils an der Bewegung der Achse A kann dabei durch die Länge des Koppelglieds 28c im Verhältnis zum Abstand der ortsfesten Gelenke 30a, 30b zueinander, also der Länge des Glieds 28d, bestimmt werden. Insbesondere kann diese Verhältnis so bestimmt werden, dass dennoch eine gute haptische Übersetzung der Schalterbetätigung gegeben ist. Der Momentanpol M der Bewegung des Koppelglieds 28c liegt bei dieser trapezförmigen Ausgestaltung zwar nicht im Unendlichen, jedoch kann der Momentanpol M je nach Wahl der Länge des Koppelglieds sehr weit von der Begrenzungsseite 32 des Gehäuses entfernt gelegt werden, ohne dass die Ausbildung des Koppelgetriebes 26 selbst so viel Bauraum entgegen z-Richtung benötigt. Dies wäre mit nur einer Drehachse, z. B. wie in 1a, nicht möglich.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Bedienelements 20 in einer ersten Position mit einem Betätigungselement 22, das über ein Verbindungsglied mit einem mehrgliedrigen Koppelgetriebe 26 verbunden ist, welches eine Glied-Gelenk-Anordnung mit Parallelogrammstruktur umfasst, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Koppelgetriebe weist wiederum zwei in Bezug auf das Gehäuse ortsfeste Gelenke 30a und 30b auf, welche mindestens einen Drehfreiheitsgrad aufweisen. Die beiden ortsfesten Gelenke 30a, 30b sind dabei über jeweils ein Glied 28e, 28f mit einer Glied-Gelenk-Anordnung mit Parallelogrammstruktur verbunden. Die Parallelogrammstruktur umfasst dabei fünf Gelenke 30e, 30f, 30g, 30h, 30i, die über fünf Glieder 28c, 28g, 28h, 28i, 28j miteinander verbunden sind. Die Glieder 28f und 28g sind dabei gegeneinander nicht bewegbar, und auch die beiden Glieder 28h und 28i sind gegeneinander nicht bewegbar. Die zwischen diesen Gliedern 28f und 28g bzw. 28h und 28i angeordneten Gelenke 30e bzw. 30f sind dabei so ausgestaltet, dass jeweils die Glieder 28j bzw. 28e um diese Gelenke 30e bzw. 30f zumindest um die y-Achse drehbar sind. Die Glieder 28g und 28f können dabei auch einstückig ausgebildet sein, sowie auch die Glieder 28h und 28i. Weiterhin sind die Glieder 28c und 28g gleichlang ausgebildet. Weiterhin ist auch die Summe der Längen der Glieder 28i und 28h so groß wie die Länge des Glieds 28j, so dass eine Parallelogrammstruktur entsteht. Das Koppelglied 28c ist dabei wiederum mit dem Verbindungsglied 24, das am Betätigungselement 22 angeordnet ist, verbunden. Das Verbindungsglied 24 ist dabei wiederum starr zumindest in Bezug auf eine Drehung um die y-Achse mit dem Betätigungselement 22 und dem Koppelglied 28c verbunden. Die Gelenke 30a, 30b, 30e, 30f, 30g, 30h, 30i dieses Koppelgetriebes 26 können dabei wiederum alle als Gelenke 30a, 30b, 30e, 30f, 30g, 30h, 30i mit mindestens einem Drehfreiheitsgrad, und insbesondere als Gelenke 30a, 30b, 30e, 30f, 30g, 30h, 30i mit ausschließlich Drehfreiheitsgraden ausgestaltet sein. Beispielsweise können die Gelenke 30a, 30b, 30e, 30f, 30g, 30h, 30i als Drehgelenke ausgebildet sein, deren Drehachsen alle parallel verlaufen, und insbesondere in y-Richtung.
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Das hier in der x-z-Ebene dargestellte Bedienelement 20 und insbesondere das Koppelgetriebe 26 kann in y-Richtung invariant unter Verschiebung in y-Richtung ausgebildet sein. Die Glieder 28c, 28e, 28f, 28g, 28h, 28i, 28j können wiederum als Stäbe und/oder als Platten bereitgestellt sein. Weiterhin können als Gelenke 30a, 30b, 30e, 30f, 30g, 30h, 30i auch Gelenke 30a, 30b, 30e, 30f, 30g, 30h, 30i mit zwei oder drei Drehfreiheitsgraden vorgesehen sein. Beispielsweise können die Gelenke 30a, 30b, 30e, 30f, 30g, 30h, 30i auch als Kreuzgelenke ausgebildet sein, so dass sich die in der x-z-Ebene dargestellte Ausbildung und Funktionsweise in gleicher Weise auch in der y-z-Ebene ergibt. Bei einer derartigen Ausbildung ist das Betätigungselement 22 sowohl in und entgegen x-Richtung wie auch in und entgegen y-Richtung durch Betätigung verschiebbar. In diesem Fall ist es weiterhin bevorzugt, das Verbindungsglied 24 mit dem Koppelglied 28c und dem Betätigungselement 22 zumindest starr in Bezug auf eine Bewegung um die x- und um die y-Achse zu verbinden. Auch hier kann das Betätigungselement 22 drehbar um die z-Achse gelagert sein, zum Beispiel, um weitere Funktionen des Bedienelements 20 durch Drehen des Betätigungselements 22 um die z-Achse bereitstellen zu können.
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6 zeigt eine schematische Darstellung des in 5 dargestellten Bedienelements 20 in einer zweiten Position des Betätigungselements 22. Bei einer Betätigung des Betätigungselements 22, insbesondere durch Ausüben einer Kraft F in oder entgegen x-Richtung bewegt sich das Betätigungselement auf einer Bahnkurve, die durch das Koppelgetriebe 26 vorgegeben ist. Auch hierbei sind keine Führungen wie Führungsschienen und Führungselemente erforderlich, um das Betätigungselement 22 auf dieser Bahnkurve zu bewegen. Insbesondere muss von der Begrenzungsseite des Gehäuses keine Führungsfunktion bereitgestellt werden. Die Bahnkurve, auf der sich das Betätigungselement 22 in diesem Beispiel bewegt, setzt sich aus mehreren überlagerten Bewegungen zusammen. Das Glied-Gelenk-Parallelogramm führt dabei gleichzeitig zwei Rotationsbewegungen um die ortsfesten Gelenke 30a und 39b aus und verkippt dadurch. Auch durch dieses Koppelgetriebe 26 lässt sich eine Bahnkurve des Betätigungselements 22 erzeugen, welche im Wesentlichen in bzw. entgegen x-Richtung verläuft und dabei nur einen kleinen Höhenversatz aufweist. Durch die Bemessung der Längen der einzelnen Glieder 28e, 28f, 28g, 28h, 28i, 28j, 28c, und dem Abstand der beiden ortsfesten Gelenke 30a, 30b kann auch hierbei ein Momentanpol der Bewegung des Betätigungselements 22 vorgegeben werden der sehr weit von der Begrenzungsseite 32 des Gehäuses entfernt ist, ohne dass die Ausbildung des Koppelgetriebes 26 selbst so viel Bauraum benötigt. So kann auch durch diese Ausbildung des Koppelgetriebes 26 eine äußerst bauraumeffiziente Ausgestaltung des Bedienelements 20 ermöglicht werden. Auch hierbei können Schalter 34 sehr kompakt in Wirkverbindung mit dem Koppelgetriebe 26 angeordnet werden und gleichzeitig eine gute Haptik bereitgestellt werden. Beispielsweise können Schalter 26 in Wirkverbindung mit dem Koppelglied 28c angeordnet sein, welches dann bevorzug eine Leiterplatte umfasst, um ein besonderes gutes Übersetzungsverhältnis nahe 1 zu erhalten.
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Abgesehen von diesen Ausführungsbeispielen stehen noch weitaus mehr Möglichkeiten bereit, ein Bedienelement mit einem Koppelgetriebe auszugestalten. Durch die Verwendung von Koppelgetrieben, insbesondere Gelenken mit ausschließlich rotatorischen Freiheitsgraden, kann das Bedienelement sehr bauraumsparend ausgebildet werden und gleichzeitig gute haptische Eigenschaften bereitstellen, da insbesondere durch die Ausgestaltung des Koppelgetriebes Momentanpole von Bewegungen sehr weit von der Begrenzungsfläche des Gehäuses entfernt gelegt werden können ohne die Anordnung selbst so weit entfernt von der Begrenzungsfläche ausbilden zu müssen. Durch das Vorsehen von Gelenken mit rein rotatorischen Freiheitsgraden entsteht hierbei auch nicht die Gefahr eines Klemmens der Anordnung und es müssen keine teuren und aufwendigen Lagerungen bereitgestellt werden, wodurch sich das erfindungsgemäße Bedienelement besonders kostengünstig und einfach ausgestalten lässt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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