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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte für elektronische Produkte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Schalter für elektronische Produkte im Consumer-Bereich werden oft mit Tasten ausgerüstet, um eine Bedienfunktion für den Anwender zu ermöglichen. Dabei kann es sich um Produkte verschiedenster Art handeln, z.B. Kommunikationsgeräte, TV und Audiogeräte, Küchengeräte oder elektronische Lichtschalter. Weiterhin werden solche Schalter auch in Wippschaltern oder Tastern genutzt, die an einem Bus (Binary Unit System) angeschlossen sind und über die verschiedene Busteilnehmer, z.B. Jalousien, Beleuchtung oder Heizung, gesteuert werden können.
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Um eine preisgünstige Produktion zu erreichen, werden oft Miniaturtasten für Leiterplattenmontage verwendet. Nachteil dieser Taster ist, dass ihr Schaltweg sehr gering ist. Für viele handelsüblichen Standard-Taster in den Größen 6x6mm und kleiner beträgt er 0,25mm. Dieser kurze Schaltweg wird von bedienenden Menschen nicht als angenehm empfunden. Auch die Betätigungskraft, die bei oben genannten Tasten im Bereich von 1 bis 3 Newton liegt, wird durch den Bediener bei kurzen Schaltwegen als hart und unangenehm empfunden.
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Weiterhin sind Taster, die längere Schaltwege und weichere Betätigungskräfte haben, auf dem Bauteilemarkt verfügbar. Nachteilig an diesen Tastern ist jedoch, dass diese einerseits mechanisch aufwändiger konstruiert sind und andererseits teurer als die sogenannten Miniaturtaster sind. Ein weiterer Nachteil dieser Taster ist, dass diese zum Erreichen eines angenehmen Bedienergefühls eine deutlich grössere Einbautiefe als die Miniaturtaster benötigen.
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In der
DE 197 00 848 C1 ist eine elektrische Schalteinrichtung für einen tragbaren Codegeber dargestellt. Diese soll in geringen Abmessungen, bspw. in einer Chipkarte untergebracht werden können und trotzdem ein sicheres Durchschalten ermöglichen. Um das sichere Durchschalten zu ermöglichen ist ein Taster mit einem federnden Element verbunden, wobei durch ein Betätigen durch einen Anwender, das federnde Element an ein Gehäuse der Schalteinrichtung gepresst wird.
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Weiterhin ist in der
US 5 262 601 A ebenfalls ein Schalteinrichtung dargestellt, bei der einer Leiterplatte ein federndes Element aufweist, dem ein Leiter der auf einer Auflage angebracht ist, zugeordnet ist. Durch Betätigung eines Schaltknopfs kann das federnde Element gegen den Leiter gepresst oder von diesem weggedrückt werden, wodurch ein anderer Schaltzustand erreicht wird.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es einen Taster/Schalter für elektronische Produkte zur Verfügung zustellen, bei dem mit handelsüblichen preisgünstigen Kurzhubtastern ein längerer Schaltweg erreicht wird, der im Schaltverhalten dem eines Langhubtasters entspricht. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung eine Methode zur Verfügung zu stellen mit der die Kurzhubtaster eine sich steigernde Betätigungskraft erhalten. Zudem sollen durch die Erfindung die Produktionskosten für Taster/Schalter bei Erreichen der zuvor genannten Vorteile gesenkt werden, und es soll die Einbautiefe der Schaltelemente im Vergleich zu herkömmlichen Langhubtastern reduziert werden.
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Lösung der Aufgabe
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Zur Lösung der Aufgabe führen die Merkmale nach den Ansprüchen 1
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In einem typischen Ausführungsbeispiel weist eine Leiterplatte für elektronische Produkte, insbesondere für Schalttaster oder Wippschalter einen Kurzhubtaster als Schaltelement auf. Der Kurzhubtaster ist über zumindest einen Kontaktierungsbereich mit einer Leiterplatte, insbesondere mit den Leiterbahnen der Leiterplatte verbunden und steht somit mit der Leiterplatte in elektrischem Kontakt.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Leiterplatte im Bereich der Kurzhubtaster eine Flexibilitätsöffnung auf. Durch die Flexibilitätsöffnung wird ein einstückig mit der Leiterplatte ausgebildeter Freischwingarm gebildet. Die Flexibilitätsöffnung kann in einem Arbeitsschritt mit den weiteren Ausnehmungen und/oder Ausfräsungen in die Leiterplatte eingebracht werden, wodurch die Kosten der fertig bestückten Leiterplatte im Bereich einer herkömmlichen Leiterplatte mit Kurzhubtastern liegen und somit deutlich billiger sind als eine Leiterplatte, die mit Langhubtastern bestückt ist.
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Bei dem einstückig mit der Leiterplatte ausgebildeten Freischwingarm handelt es sich um ein Element welches geeignet ist zum Nachgeben. Somit weist eine erfindungsgemässe Leiterplatte, insbesondere das aus Freischwingarm und Kurzhubtaster gebildete Schaltelement neben einem ersten nachgiebigen Element, das in dem herkömmlichen Kurzhubtaster eingebracht ist, ein weiteres nachgiebiges Element auf. Der Freischwingarm weist dabei vorzugsweise die Eigenschaften einer Feder, insbesondere einer Blattfeder auf.
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Durch die Kombination des Freischwingarms mit dem Kurzhubtaster können Betätigungsschaltwege in einem Bereich von 0,5 mm bis 2 mm, bevorzugt im Bereich von 0,8 mm bis 1,4 mm bei einer Betätigungskraft von 1 Newton bis 3 Newton erreicht werden, die dem Betätigungsschaltweg und er Betätigungskraft eines Langhubtasters entsprechen. Der Betätigungsschaltweg ist somit für den Anwender deutlich angenehmer als der Betätigungsschaltweg eines Kurzhubtasters, der auf einer Leiterplatte ohne Flexibilitätsöffnung angebracht ist und im Bereich von 0,2 mm bis 0,5 mm, typischerweise im Bereich von 0,25 mm bis 0,4 mm liegt.
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Durch die geringe Einbauhöhe einer erfindungsgemässen Leiterplatte mit einem Kurzhubtaster kann weiterhin die Einbautiefe eines Unterputz-Wippschalters oder Unterputz-Kurzhubtasters im Vergleich zur Nutzung einer Leiterplatte mit einem Langhubtaster reduziert werden, was neben den gesenkten Kosten einen weiteren Vorteil einer erfindungsgemässen Leiterplatte gegenüber einer herkömmlichen Leiterplatte mit mechanisch aufwändigen und teureren Langhubtastern darstellt.
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Der Freischwingarm weist in einer typischen Ausführungsform eine Federkonstante auf. Über die Federkonstante des Freischwingarms, die einen Proportionalitätsfaktor darstellt, kann bei einer durch den Kurzhubtaster vorgegebenen Betätigungskraft der Betätigungsschaltweg festgelegt und/oder variiert werden.
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Die Federkonstante kann über verschiedene Faktoren variiert werden. So kann die Federkonstante beispielsweise über die Form des Freischwingarms variiert werden. In typischen Ausführungsbeispielen weist der Freischwingarm eine rechteckige oder trapezförmige Form auf. In weiteren Ausführungsbeispielen weist der Freischwingarm die Form eines Dreiecks auf. Auch eine gebogen ausgefräste Flexibilitätsöffnung ist möglich und durch die vorliegende Erfindung umfasst.
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Weiterhin kann die Federkonstante über eine Länge des Freischwingarms oder eine Breite des rechteckförmigen Freischwingarms variiert werden. Auch bei einem trapezförmigen Freischwingarm kann die Federkonstante über die Länge und oder die dem Kurzhubtaster zu- und oder abgewandte Breite bestimmt werden. Die Länge des Freischwingarms entspricht in einem typischen Ausführungsbeispiel der Geraden, die sich von der Mitte des Kurzhubtasters, dem Kraftangriffspunkt der Betätigungskraft, zu Enden der Flexibilitätsöffnung erstreckt. Die Breite entspricht in einem typischen Ausführungsbeispiel der orthogonal zu der Länge liegenden Geraden. Weiterhin kann die Federkonstante über die Materialwahl der Leiterplatte und/oder die Dicke der Leiterplatte variiert werden. In typischen Ausführungsbeispielen beträgt die Dicke der Leiterplatte 1,0 mm oder 1,6 mm.
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Der Kurzhubtaster wird mit der Leiterplatte in einem typischen Ausführungsbeispiel stoffschlüssig verbunden. Vorzugsweise wird der Kurzhubtaster mit der Leiterplatte verlötet. In einem weiteren Beispiel wird der Kurzhubtaster aufgeclipst und somit nicht stoffschlüssig mit der Leiterpatte verbunden.
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In einem weiteren Beispiel ist das Schaltelement nicht einstückig mit der Leiterplatte ausgeformt. In dieser Ausführungsform ist der Kurzhubtaster auf einem nachgiebigen Element, das vorzugsweise die Eigenschaften einer Blattfeder aufweist und/oder eine Blattfeder ist, angebracht und steht mit diesem in Wirkverbindung. Die Funktionsweise des nachgiebigen Elements und/oder der Blattfeder entspricht dabei der des Freischwingarms in den zuvor aufgeführten Beispielen und weist ebenfalls eine Federkonstante auf die über die selben Parameter variiert und/oder festgelegt werden kann, wie dies beim Freischwingarm der Fall ist.
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Das nachgiebige Element ist in dieser Ausführungsform aus einem leitfähigen Material hergestellt und/oder weist Leiterbahnen auf über die die Schaltimpulse des Kurzhubtasters weitergegeben werden können. Der Kurzhubtaster ist hierfür vorzugsweise stoffschlüssig mit dem nachgiebigen Element verbunden oder auf dieses aufgeclipst. Das nachgiebige Element ist auf der dem Kurzhubtaster abgewandten Seite vorzugsweise stoffschlüssig mit der Leiterplatte verbunden und steht in diesem Kontaktierungsbereich in elektrischen Kontakt mit der Leiterpatte, um die Schaltsignale und/oder die elektrischen Impulse des Schalters übertragen zu können.
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Die erfindungsgemässe Leiterplatte und/oder ein erfindungsgemässes Schaltelement sind zur Verwendung, beispielsweise in elektronischen Produkten im Consumer-Bereich, vorgesehen, um eine angenehme Bedienfunktion für den Anwender zu ermöglichen. Dabei ist die erfindungsgemässe Leiterplatte und/oder das erfindungsgemässe Schaltelement zur Verwendung in Produkten verschiedenster Art, z.B. in Kommunikationsgeräten, in TV- und Audiogeräten, in Küchengeräten, in elektronischen Lichtschaltern, in Wippschaltern und/oder in Schalttastern geeignet. Jegliche weitere Anwendungsform, die für den Fachmann nahe liegend ist, ist durch die vorliegende Erfindung ebenfalls erfasst.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in
- 1 eine schematische Draufsicht auf eine Blattfeder mit einem Kurzhubtaster/-schalter;
- 2 eine schematische Seitenansicht einer Blattfeder mit Kurzhubtaster/-schalter nach 1;
- 3 eine schematische Seitenansicht einer Blattfeder mit Kurzhubtaster/-schalter nach 1 belastet mit einer Kraft;
- 4 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemässe Leiterplatte mit einer ersten Ausführungsform eines Freischwingarms; und
- 5 eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitts einer Leiterplatte mit einer weiteren Ausführungsform eines Freischwingarms.
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Ausführungsbeispiel
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In den 1 bis 3 ist eine Ausführungsform eines Schaltelements für elektronische Produkte mit einem Kurzhubtaster 3.1 dargestellt. Ein solches Schaltelement ist beispielsweise für die Nutzung in Tastern oder Wippschaltern vorgesehen.
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Der Kurzhubtaster 3.1 weist ein erstes nicht dargestelltes nachgiebiges Element, das sich im Tastergehäuse 4.1 befindet auf. Weiterhin besitzt der Kurzhubtaster einen nicht dargestellten Betätigungsschaltweg bei dem der Taster einen Schaltimpuls 5 auslöst. Der Kurzhubtaster 3.1 ist auf einem weiteren nachgiebigen Element angebracht und steht mit diesem in Wirkverbindung. Bei dem weiteren nachgiebigen Element handelt es sich vorzugsweise um eine Feder, insbesondere um eine Blattfeder 1. Weiterhin steht der Kurzhubtaster über einen Kontaktierungsbereich 10.5 mit einer Leiterplatte 2 in elektrischem Kontakt.
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Durch die Anbringung des Kurzhubtasters 3.1 auf einer Blattfeder 1 wird erreicht, dass das Schaltelement einen Betätigungsschaltweg sD aufweist, der dem eines Langhubtasters entspricht. Eine Betätigungskraft FD entspricht dabei der Kraft bei der die Kurzhubtaste 3.1 durchschaltet, welche wiederum bei einer Durchbiegung der Blattfeder 1 um den Betätigungsschaltweg sD erreicht wird. Durch den verlängerten Betätigungsschaltweg sD wird ein verbessertes Schaltgefühl für einen Nutzer des Schalters/Tasters, in den das Schaltelement eingebaut ist, erreicht.
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In dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Blattfeder 1 stoffschlüssig mit der Leiterplatte 2 verbunden und der Kurzhubtaster 3.1 ist stoffschlüssig mit der Blattfeder 1 verbunden. Die Blattfeder 1 kann in einer solchen Ausführungsform aus einem leitfähigen Werkstoff hergestellt sein und/oder Leiterbahnen zum Übertragen der elektrischen Schaltimpulse aufweisen.
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In den 4 und 5 sind weitere, bevorzugte Ausführungsformen eines Schaltelements dargestellt. In diesen Ausführungsformen ist das weitere nachgiebige Element einstückig mit der Leiterplatte 6.1 und 6.2 in Form eines Freischwingarms 9.1 bis 9.10 ausgeformt, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden können. Der Freischwingarm 9.1 bis 9.10 wird durch die Einbringung einer Flexibilitätsöffnung 8.1 bis 8.10 gebildet. Die Flexibilitätsöffnung 8.1 bis 8.10 übernimmt die Funktion eines Druckaufnahmeschlitzes. Die Flexibilitätsöffnung 8.1 bis 8.10 kann in einem Arbeitsschritt mit den weiteren Ausnehmungen 7.1 bis 7.8 in die Leiterplatte 6.1 und 6.2 eingebracht werden ohne die Herstellungskosten der Leiterplatten 6.1 und 6.2 nennenswert zu erhöhen.
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Auf dem Freischwingarm 9.1 bis 9.10 der Leiterplatte 6.1 bis 6.2 befindet sich ein Kurzhubtaster 3.2 bis 3.11, der in elektrischem Kontakt mit der Leiterplatte 6.1 bis 6.2 steht. Der Kurzhubtaster 3.2 bis 3.11 ist in einem Kontaktierungsbereich 10.1 bis 10.4 vorzugsweise stoffschlüssig mit der Leiterplatte 6.1 bis 6.2 verbunden und weist neben einem Schaltergehäuse 4.2 einen Taster 5 auf.
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Für eine bessere Übersichtlichkeit sind die Kontaktierungsbereiche 10.1 bis 10.4, das Schaltergehäuse 4.2 und der Taster 5 lediglich am Kurzhubtaster 3.2 dargestellt. Die Kurzhubtaster 3.3 bis 3.11 weisen diese Bereiche und Bauteile ebenfalls auf und entsprechen in einem typischen Ausführungsbeispiel demselben Aufbau. Dadurch können die Herstellungskosten der Leiterplatte 6.1 bis 6.2 niedrig gehalten werden.
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Der Freischwingarm 9.1 bis 9.10 ist in einem typischen Ausführungsbeispiel ein Element welches geeignet ist nachzugeben und weist vorzugsweise ähnliche oder gleiche Eigenschaften auf, die auch eine Blattfeder 1 aufweist. Der Freischwingarm 9.1 bis 9.10 weist weiterhin eine Federkonstante D2 auf. Über die Federkonstante D2 des Freischwingarms 9.1 bis 9.10 ist der Betätigungsschaltweg sD des Schaltelements veränderbar, das durch den Freischwingarm 9.1 bis 9.10 und den Kurzhubtaster 3.2 bis 3.11 gebildet wird.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel in 4 ist der Freischwingarm 9.1 bis 9.8 als Rechteck mit einer Länge l2 und einer Breite b2 ausgeformt. In 5 ist eine weitere Ausführungsform des Freischwingarms 9.9 bis 9.10 in Form eines Trapezes dargestellt, welches eine Länge l3 aufweist und sich zum Kurzhubtaster 3.10 und 3.11 von einer Breite b3 auf eine Breite b4 verjüngt. In einer weiteren Ausführungsform weist der Freischwingarm die Form eines Dreiecks auf. Auch weitere Formen, beispielsweise eine ungleichmässige Verjüngung des Freischwingarms über eine Kurve anstelle einer Geraden, wie beim Trapez, sind denkbar und durch die vorliegende Erfindung umfasst.
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Über die Länge l1 bis l3 und/oder die Breite b1 bis b4 und/oder die Form des Freischwingarms 9.1 bis 9.10 und/oder der Blattfeder 1 kann die Federkonstante D1 und D2 festgelegt und/oder verändert werden. Weiterhin kann die Federkonstante D1 und D2 auch über die Dicke der Leiterplatte 6.1 und 6.2 bzw. die Dicke h der Blattfeder festgelegt und/oder verändert werden. Weiterhin kann die Federkonstante D1 und D2 über den Werkstoff festgelegt oder verändert werden.
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Somit ist der Betätigungsschaltweg sD zum Durchschalten des Kurzhubtasters 3.1 bis 3.11 abhängig von der Federkonstante D1 oder D2. In typischen Ausführungsbeispielen wird die Federkonstante D1 und D2 über die Form und/oder Länge l1 bis l3 und/oder die Breite b1 bis b4 festgelegt, da es sich bei der Blattfeder 1 in einem typischen Ausführungsbeispiel um einen Freischwingarm 9.1 bis 9.10 handelt, der einstückig mit der Leiterplatte 6.1 und 6.2 ausgeformt ist. Somit sind der Werkstoff und die Dicke h durch die Leiterplatte 6.1 und 6.2 vorgegeben.
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Die Funktionsweise des erfindungsgemässen Schaltelements und/oder der erfindungsgemässen Leiterplatte 2, 6.1 bis 6.2 ist die folgende und wird anhand von 3 und 4 erläutert:
- Die Leiterplatte 6.1 ist in einem typischen Ausführungsbeispiel in einem Wippschalter oder in einen Taster integriert über den beispielsweise das Licht gedimmt oder Jalousien betätigt werden können.
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Durch die Kombination der Leiterplatte 6.1 mit den kostengünstigen Kurzhubtastern 3.2 bis 3.9, die auf den Freischwingarmen 9.1 bis 9.8 angebracht und mit den zu- und/oder abführenden Leiterbahnen stoffschlüssig verbunden sind, können günstige Herstellungskosten und eine geringe Einbautiefe erzielt werden, die gerade bei Unterputzschaltern/-tastern sehr vorteilhaft sind.
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Betätigt nun ein Anwender einen der Wippschalter wird zunächst der Flexibilitätsarm 3.1 bis 3.8 durch die auf das Schaltelement wirkende Kraft durchgebogen. Da der Flexibilitätsarm 3.1 bis 3.8 zusammen mit dem Kurzhubtaster betätigt wird, steigt im Folgenden die Federkraft entgegen der Druckrichtung proportional zum Druckweg an. Erreicht die Federkraft die Betätigungskraft FD des Kurzhubtasters 3.1 bis 3.8, schaltet der Kurzhubtaster 3.1 bis 3.8 durch. Die Betätigungskraft FD wird bei einem über die Federkonstante D1 und D2 bestimmten Betätigungsschaltweg sD, wie in 3 dargestellt, erreicht. Im Anschluss kann das Schaltelement durch die Elastizität des Freischwingarms 3.1 bis 3.8, der die Eigenschaften einer Blattfeder 1 aufweist, weiter durchgedrückt werden, was zu einem für den Anwender angenehmen und weichen Schaltgefühl führt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Blattfeder
- 2
- Leiterplatte
- 3.1 -3.11
- Kurzhubtaster/-schalter
- 4.1, 4.2
- Tastergehäuse
- 5
- Taster
- 6.1. 6.2
- Leiterplatte
- 7.1 - 7.8
- Ausnehmung
- 8.1 -8.10
- Flexibilitätsöffnung/ Druck-aufnahmeschlitz
- 9.1 -9.10
- Freischwingarm
- 10.1, 10.2,
- Kontaktierungsbereich
- 10.3, 10.4, 10.5
- FD Betätigungskraft
- b1-b4
- Breite
- l1, l2,
- Länge
- l3 h1,
- Dicke
- h2 s
- Schaltweg
- D2
- Federkonstante
- SD
- Betätigungsschaltweg
