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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schalteranordnung umfassend einen manuell bedienbarer Taster, ein elastisches Element und einen Mikroschalter.
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Vor allem bei Desktop Computern und speziell bei kleinen Gehäusen werden häufig Schalter (Ein/Ausschalter, Auswurfknopf für CD ROM etc.) direkt auf das Motherboard gelötet und nicht mehr per Kabel zu der Gehäusefront geführt. Diese Schalter sind in der Regel Mikroschalter, die einen sehr kurzen Schalthub haben. Bei diesen Schaltern darf kein zu hoher Tastendruck ausgeübt werden, da dies sonst zur Beschädigung und damit zum Funktionsausfall führen kann. Da der Taster typischerweise in der Frontblende eines Computers befestigt ist, baut sich eine lange Toleranzkette von einem Stößel des Tasters bis zum Schalter auf. Entsprechend groß muss der Schalthub ausgelegt werden. Dabei kann allerdings bei bestimmten Toleranzlagen der Einschaltdruck auf den Mikroschalter so groß werden, dass der Mikroschalter auf dem Motherboard beschädigt wird.
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Aus der
DE 20 2015 102 661 U1 ist eine Anordnung bekannt, bei der auch bei einer ungünstigen Toleranzlage die Gefahr der Beschädigung des Mikroschalters durch den manuell bedienbaren Taster stark reduziert oder ausgeschlossen wird. Ein elastisches Element ist so zwischen dem manuell betätigbaren Taster und dem Mikroschalter angeordnet, dass bei Betätigung des manuell betätigbaren Tasters maximal die Kraft des elastischen Elements auf den Mikroschalter wirkt.
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Die
DE 2033933 A zeigt eine Schutzvorrichtung für einen Mikroschalter. Die Schutzvorrichtung umfasst einen Stößel, einen Mikroschalter und eine drehbar verankerte Blattfeder. Bei einem Eindrücken des Stößels nimmt der Stößel die Blattfeder mit. Die Blattfeder drückt so einen Druckstift des Mikroschalters nach unten. Die Achsen des Druckstifts und des Stößels laufen parallel.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine alternative Schalteranordnung zu beschreiben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch eine Schalteranordnung, umfassend einen manuell bedienbarer Taster, ein elastisches Element und einen Mikroschalter, gelöst. Die Schalteranordnung umfasst des Weiteren einen drehbar gelagerten Übertrager. Der Taster weist einen Stößel auf, der bei einer Betätigung des Tasters eine erste Kraft auf das elastische Element ausübt. Das elastische Element ist mit einem Kraftarm des Übertragers verbunden und dazu ausgestaltet, wenigstens einen Teil der ersten Kraft auf den Kraftarm zu übertragen und den Übertrager in eine Rotation zu versetzen. Der Übertrager weist außerdem einen Lastarm auf, der dazu ausgestaltet ist, bei Rotation des Übertragers eine zweite Kraft auf den Mikroschalter auszuüben. Der Kraftarm und der Lastarm sind versetzt zueinander an dem Übertrager angeordnet.
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Ein Vorteil einer derartigen Schalteranordnung ist es, dass ein Ansteigen der ersten Kraft, wenn ein Anschlag des Mikroschalters erreicht ist, durch eine Verbiegung des elastischen Elements kompensiert und ein Ansteigen der zweiten Kraft so verhindert wird. Eine Beschädigung oder ein Abbrechen des Mikroschalters durch ein Einwirken einer zu großen zweiten Kraft wird vermieden. Ein Vorteil des drehbar gelagerten Übertragers mit einem Kraftarm und einem Lastarm liegt darin, dass der Mikroschalter nicht unmittelbar hinter dem Stößel des Tasters angebracht sein muss.
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In wenigstens einer Ausgestaltung ist das elastische Element als Federplatte ausgestattet. Ein Vorteil in der Verwendung einer Federplatte liegt darin, dass eine Federplatte einfach herzustellen ist und die elastischen Eigenschaften der Federplatte entsprechend den Anwendungsbedingungen der Schalteranordnung über Material und Form der Federplatte einstellbar sind.
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In wenigstens einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Lastarm in wenigstens zwei unterschiedlichen Richtungen gebogen. Auf diese Weise kann der Lastarm auf den Mikroschalter einwirken, selbst wenn der Mikroschalter in verschiedenen Richtungen versetzt zu dem Taster angeordnet ist.
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In wenigstens einer Ausgestaltung der Erfindung ist das elastische Element an einem ersten Ende mit einem Anbringer und an einem zweiten Ende mit dem Kraftarm des Übertragers verbunden. Der Stößel des Tasters wirkt zwischen dem ersten und dem zweiten Ende auf das elastische Element ein. Ein Vorteil dieser Anbringung liegt darin, dass die elastischen Eigenschaften des elastischen Elements ideal ausgenutzt werden. Abhängig davon, ob der Stößel des Tasters näher an dem ersten Ende oder dem zweite Ende auf das elastische Element einwirkt, wird die Verbiegungsmöglichkeit des elastischen Elements beeinflusst und somit die Übertragung der Kraft auf den Mikroschalter gesteuert.
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In wenigstens einer Ausgestaltung der Erfindung weist das elastische Element eine Vorspannung in Richtung des Tasters auf. Dies hat den Vorteil, dass das elastische Element den Taster nach einer Betätigung des Tasters in einen Ausgangszustand zurückversetzt. Ferner wird sichergestellt, dass kein Spalt zwischen dem Stößel des Tasters und dem elastischen Element entstehen kann.
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Die Schalteranordnung eignet sich insbesondere zur Verwendung in einem Computersystem, wobei der Taster an einem Chassis, insbesondere einer Frontblende, des Computersystems angeordnet ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Schalteranordnung des Weiteren eine Lichtquelle. Der Lastarm und der Übertrager sind als Lichtleiter ausgestaltet. Weist auch der Taster ein Lichtleitelement auf, wird von der Lichtquelle emittiertes Licht über den Lastarm auf das Lichtleitelement des Tasters übertragen und der Taster wird beleuchtet. So kann einem Nutzer beispielsweise angezeigt werden, ob ein Gerät, in das die Schalteranordnung eingebaut ist, ein- oder ausgeschaltet ist.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den angehängten Ansprüchen sowie den nachfolgenden Beschreibungen von Ausführungsbeispielen offenbart. Die Ausführungsbeispiele werden anhand der angehängten Figuren beschrieben. In den Figuren werden für Elemente mit im Wesentlichen gleicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet, diese Elemente müssen jedoch nicht in allen Einzelheiten identisch sein.
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In den Figuren zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Schalteranordnung gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung in einem ersten Zustand,
- 2 eine schematische Darstellung der Schalteranordnung aus 1 in einem zweiten Zustand,
- 3 eine schematische Darstellung der Schalteranordnung aus 1 in einem dritten Zustand,
- 4 eine perspektivische Schnittansicht einer Schalteranordnung gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung,
- 5 eine weitere perspektivische Ansicht der Schalteranordnung aus 4.
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1 zeigt eine Schalteranordnung 1 in einem ersten Zustand. Die Schalteranordnung 1 umfasst einen manuell bedienbaren Taster 2, der an einem Chassis 3 eines elektronischen Geräts, beispielsweise eines Computersystems, angeordnet ist. In dem ersten Zustand befindet sich der Taster 2 in einem Ausgangszustand. Der Taster 2 ist nicht eingedrückt und liegt größtenteils außerhalb des Chassis 3. Weitere Anordnungen des Tasters 2 sind natürlich möglich.
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Der Taster 2 weist an einem innerhalb des Chassis 3 liegenden Ende einen Stößel 4 auf. Der Stößel 4 des Tasters 2 liegt an einer Federplatte 5 an. Die Federplatte 5 ist an einem ersten Ende X über einen Anbringer 6 mit dem Chassis 3 verbunden. Auf der dem Stößel 4 abgewandten Seite der Federplatte 5 weist die Schalteranordnung 1 einen drehbar gelagerten Übertrager 7 auf. An dem Übertrager 7 sind ein Kraftarm 8 und ein Lastarm 9 angebracht. Der Kraftarm 8 des Übertragers 7 liegt an einem zweiten Ende Y der Federplatte 5 an. Die Schalteranordnung 1 umfasst des Weiteren einen Mikroschalter 10, der auf einer Platine 11 angeordnet und insbesondere mit dieser verlötet ist. Der Lastarm 9 des Übertragers 7 ist so ausgestaltet, dass er in kurzem Abstand vor einem Druckknopf 12 des Mikroschalters 10 endet.
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In 2 befindet sich die Schalteranordnung 1 in einem zweiten Zustand. In diesem Zustand ist der Taster 2 etwa bis zur Hälfte eingedrückt. Der Taster 2 überträgt über den Stößel 4 eine erste Kraft F1 linear auf die Federplatte 5. Das zweite Ende Y der Federplatte 5 wird in Richtung der ersten Kraft F1 ausgelenkt. Über die Auslenkung der Federplatte 5 wird wenigstens ein Teil der ersten Kraft F1 auf den Kraftarm 8 des Übertragers 7 übertragen. Dies versetzt den Übertrager 7 in eine Drehbewegung um eine Drehachse 13.
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Die Rotation des Übertragers 7 bewirkt eine Bewegung des Lastarms 9 auf eine Kreisbahn. Die Kreisbahn des Lastarms 9 verläuft derart, dass ein freistehendes Ende des Lastarms 9 auf den Druckknopf 12 des Mikroschalters 10 einwirkt. Der Lastarm 9 übt eine zweite Kraft F2 auf den Druckknopf 12 aus. Der Druckknopf 12 des Mikroschalters 10 weist einen deutlich geringeren Schalthub als der Taster 2 auf und ist so angeordnet, dass die Richtung, in die der Druckknopf 12 eingedrückt wird die gleiche ist, wie die, in die der Taster 2 bewegt wird. Der Druckknopf 12 hat bereits in diesem Zustand einen Anschlag erreicht.
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3 zeigt einen dritten Zustand der Schalteranordnung 1 aus 1. In diesem Zustand ist der Taster 2 nahezu vollständig eingedrückt. Die erste Kraft F1, die der Taster 2 über den Stößel 4 auf die Federplatte 5 überträgt, ist gegenüber dem zweiten Zustand aus 2 weiter angestiegen.
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Eine Übertragung des weiteren Anstiegs der ersten Kraft F1 gegenüber 2 auf den Mikroschalter 10 würde den Mikroschalter 10 beschädigen oder von der Platine 11 abbrechen. Um dies zu vermeiden, erfährt die Federplatte 5 in dem dritten Zustand eine elastische Verbiegung. Diese Verbiegung kompensiert den überschüssigen Teil der ersten Kraft F1, der zu einer Beschädigung des Mikroschalters 10 führen würde.
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4 zeigt eine perspektivische Schnittansicht einer Schalteranordnung 1 gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung. Die Darstellung zeigt einen Taster 2, der einen äußeren Teil 40 und einen inneren Teil 41 aufweist. Der äußere Teil 40 wird bei einer Betätigung des Tasters 2 beispielsweise von einem Benutzer berührt. Der äußere Teil 40 weist an zwei gegenüberliegenden Seitenkanten je eine elastische Lasche 42 auf. Über diese Laschen 42 wird der Taster 2 an einem Chassis befestigt, sodass bei einem Eindrückvorgang des Tasters 2 eine Rückstellkraft durch die Laschen 42 aufgebaut wird, die den Taster 2 nach einer Betätigung in eine Ausgangsposition zurückversetzt.
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Der innere Teil 41 des Tasters 2 ist mit dem äußeren Teil 40 fest verbunden und weist einen Stößel 4 auf. Dieser Stößel 4 ist mittig zwischen den Seitenkanten mit den Laschen 42 und seitlich versetzt zu einem Mittelpunkt des Tasters 2 angebracht. Der Stößel 4 liegt in einer Schnittebene der 4 und steht senkrecht auf eine Oberfläche des inneren Teils 41 des Tasters 2. Der innere Teil 41 weist außerdem zwei erste Stifte 43 auf. Die ersten Stifte 43 werden zur Führung in einem Chassis, insbesondere einer Frontblende eines Computersystems, in das die Schalteranordnung 1 eingebaut ist, verwendet. Diese ersten Stifte 43 stehen ebenfalls senkrecht auf die Oberfläche des inneren Teils 41, sind aber nur etwa halb so lang wie der Stößel 4. Des Weiteren weist der innere Teil 41 einen zweiten Stift 44 auf.
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Der zweite Stift 44 ist in dem Mittelpunkt des Tasters 2 angeordnet und steht senkrecht auf die Oberfläche des inneren Teils 41. Die räumliche Anordnung der ersten Stifte 43, des zweiten Stifts 44 und des Stößels 4 an dem inneren Teil 41 kann selbstverständlich in geeigneter Weise variieren.
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4 zeigt des Weiteren eine Federplatte 5 und einen Anbringer 6. In diesem Ausführungsbeispiel sind Federplatte 5 und Anbringer 6 zwei Teile eines zusammenhängenden Bauteils, das aus einem Stück gefertigt ist. Der Anbringer 6 umfasst zwei Bereiche A und B. Der erste Bereich A dient zur Befestigung an dem Chassis. Der zweite Bereich B weist zwei Aussparungen 45 zur drehbaren Lagerung eines Übertragers 7 auf, von denen in 4 nur eine zu sehen ist. Eine Verbindungslinie zwischen den Aussparungen 45 entspricht einer Drehachse 13 des Übertragers 7.
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Der Bereich A ist parallel zu den Oberflächen der beiden Teile 40, 41 des Tasters 2 angeordnet. Der Bereich B steht senkrecht auf den Bereich A und liegt auf einer dem Taster 2 abgewandten Seite des Bereichs A.
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Ungefähr mittig zwischen einem ersten Ende X und einem zweiten Ende Y der Federplatte 5 liegt an der Federplatte 5 der Stößel 4 an. Die Federplatte 5 ist an dem ersten Ende X mit dem Anbringer 6 verbunden und an dieser Stelle an einer ersten Biegelinie 46 um wenige Grad gegenüber dem Bereich A in Richtung des Tasters 2 abgewinkelt. Diese Abwinklung erzeugt eine Rückstellkraft in Richtung des Tasters 2, welche den Taster 2 nach einer Betätigung in seine Ausgangsposition drückt und zudem gewährleistet, dass auch bei Toleranzen in der Schalteranordnung 1 immer ein schlüssiger Kontakt zwischen der Federplatte 5 und dem Stößel 4 besteht.
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An dem zweiten Ende Y ist die Federplatte 5 an dem Übertrager 7 angebracht. Das erste Ende X der Federplatte 5 ist in etwa auf Höhe der Drehachse 13 angeordnet. Der Übertrager 7 weist in dem Bereich der Federplatte 5 einen Kraftarm 8 auf, der als Schaukel 49 mit einer starren Aufhängung ausgestaltet ist. In dem tiefsten Punkt der Schaukel 49 befindet sich die Anbringung des zweiten Endes Y der Federplatte 5 an dem Kraftarm 8 des Übertragers 7.
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Der Übertrager 7 weist außerdem einen Lastarm 9 auf. Dieser ist etwa auf Höhe der Drehachse 13 an dem Übertrager 7, neben der Schaukel 49 angebracht und steht in einem 90° Winkel zu dem Kraftarm 8. Der Lastarm 9 ist in zwei Richtungen gebogen, sodass seine Form dem Ansatz einer Spirale entspricht. An einem freistehenden Ende weist der Lastarm 9 einen Kopf 48 auf. Der Lastarm 9 zeigt von dem Taster 2 weg und weist einen ähnlichen Durchmesser wie der zweite Stift 44 auf. Auf der dem Taster 2 zugewandten Seite des Übertragers 7 ist auf Höhe des Lastarms 9 ein kurzer Fortsatz 47 des Lastarms 9 angebracht. Lastarm 9 und Fortsatz 47 sind so an dem Übertrager 7 angebracht, dass der Fortsatz 47 stirnseitig gegenüber dem zweiten Stift 44 angeordnet ist. Zwischen zweitem Stift 44 und Fortsatz 47 ist ein genügend großer Abstand, sodass sich die beiden Elemente 44, 47 bei einer Rotation des Übertragers 7 nicht berühren. Lastarm 9, Kopf 48, Fortsatz 47, Übertrager 7, zweiter Stift 44 und der innere Teil 41 des Tasters 2 sind aus einem lichtleitenden Material gefertigt. Der äußere Teil 40 des Tasters 2 besteht aus einem lichtundurchlässigen Material.
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In 5 sind zusätzlich zu den Elementen aus 4 ein Teil eines Chassis 3, eine Platine 11 und ein Mikroschalter 10 zu sehen. Der Mikroschalter 10 ist auf der Platine 11 aufgelötet. Der Mikroschalter 10 weist einen Druckknopf auf, der in dieser Darstellung nicht sichtbar ist. Der Druckknopf ist so an dem Mikroschalter 10 angebracht, dass der Kopf 48 bei einer Rotation des Übertragers 7 den Druckknopf berührt und diesen betätigt.
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Wird der in 4 sichtbare Taster 2 betätigt, so wird ein Schaltzustand des Mikroschalters 10 wie in den 1 bis 3 beschrieben geändert. Durch ein Verbiegen der Federplatte 5 wird ein Überschuss einer ersten Kraft F1 kompensiert, wenn der Druckknopf bereits eingedrückt ist und ein weiterer Anstieg einer zweiten Kraft F2 den Mikroschalter 10 beschädigen würde. Der Kopf 48 weist eine schräge Fläche auf, die so angeordnet ist, dass sie bei der Kreisbewegung des Kopfes 48 flach auf den Druckknopf des Mikroschalters 10 trifft.
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In 5 ist erkennbar, dass die spiralförmige Ausgestaltung des Lastarms 9 bewirkt, dass ein Einwirken des Lastarms 9 auf den Mikroschalter 10 möglich ist, obwohl der Mikroschalter 10 nicht linear hinter dem Stößel 4 des Tasters 2 liegt, sondern zusätzlich in zwei weiteren Richtungen versetzt angeordnet ist. Durch geeignete Ausgestaltungen des Lastarms 9 kann bei nahezu allen beliebigen Anordnungen des Mikroschalters 10 eine Funktionalität der Schalteranordnung 1 gewährleistet werden.
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Des Weiteren ist in 5 eine LED 50 dargestellt, die auf der Platine 11 aufgelötet ist. Die LED 50 ist vor dem Mikroschalter 10, unterhalb des Kopfes 48 angeordnet und strahlt in senkrecht von der Platine 11 weg. Die LED 50 erzeugt, beispielsweise wenn das Computersystem angeschaltet ist, ein Licht, welches von dem lichtleitenden Material des Kopfes 48, des Kraftarms 9, des Übertragers 7, des Fortsatzes 47, des zweiten Stifts 44 bis zu dem inneren Teil 41 des Tasters 2 übertragen wird. In dem äußeren Teil 40 des Tasters 2 befindet sich eine Aussparung, beispielsweise in Form eines Power-Logos, durch die dann das Licht der LED 50 sichtbar ist. Die Anordnung 1 bietet vor dem Mikroschalter 10 genügend Platz auf der Platine 11 für die LED 50. Der Kraftarm 9 ist so ausgestaltet, dass er sowohl den Druckknopf des Mikroschalters 10 betätigen, als auch als Lichtleiter für das der LED ausgestrahlte Licht genutzt werden kann.
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Außerdem ist in 5 eine zweite Biegelinie 51 im Bereich A des Anbringers 6 zu sehen. An dieser zweiten Biegelinie 51 ist ein unterer Teil des Anbringers 6, in dem der Bereich B und die Federplatte 5 angeordnet sind, um wenige Grad in Richtung der Platine 11 abgewinkelt. Ist bei einem Zusammenbau des Computersystems der Bereich A an dem Chassis 3 angebracht und wird anschließend die Platine 11 in das Chassis 3 eingeschoben, so schiebt die Platine 11 den unteren Teil des Anbringers 6 mitsamt der Federplatte 5 und dem Bereich B in eine Sollposition. So wird gewährleistet, dass die Platine 11 und der Anbringer 6 bündig schließen und dadurch der Kopf 48 des Kraftarms 9 in einem vordefinierten Abstand vor dem Mikroschalter 10 liegt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schalteranordnung
- 2
- Taster
- 3
- Chassis
- 4
- Stößel
- 5
- Federplatte
- 6
- Anbringer
- 7
- Übertrager
- 8
- Kraftarm
- 9
- Lastarm
- 10
- Mikroschalter
- 11
- Platine
- 12
- Druckknopf
- 13
- Drehachse
- 40
- äußerer Teil des Tasters
- 41
- innerer Teil des Tasters
- 42
- Lasche
- 43
- erster Stift
- 44
- zweiter Stift
- 45
- Aussparung
- 46
- erste Biegelinie
- 47
- Fortsatz
- 48
- Kopf
- 49
- Schaukel
- 50
- LED
- 51
- zweite Biegelinie
- X
- erstes Ende der Federplatte
- Y
- zweites Ende der Federplatte
- A
- erster Bereich des Anbringers
- B
- zweiter Bereich des Anbringers
- F1
- erste Kraft
- F2
- zweite Kraft
