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Die Erfindung betrifft einen Dreh-/Drücksteller für eine Bedienvorrichtung in einem Fahrzeug.
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Derartige Dreh-/Drücksteller, die beispielsweise in der Mittelkonsole oder auf der Instrumententafel eines Fahrzeugs angeordnet sind, werden in zunehmendem Maße eingesetzt. Neben einer Drehbewegung lassen sich mit diesen Bedienelementen auch Drückbewegungen realisieren. Zur Menüsteuerung, Parametereinstellung und Einstellung weiterer Vorgaben für diverse Fahrzeugkomponenten erfreuen sich die Dreh-/Drücksteller zunehmender Beliebtheit.
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Für den Bedienkomfort von Vorteil ist es, wenn den Dreh-/Drückstellern nicht nur bei Verdrehung, sondern auch beim Niederdrücken eine gewisse „Snap-Haptik“ verliehen wird. Beim Verdrehen des Dreh-/Drückstellers kann dies beispielsweise durch eine wellenförmige Rastbahn realisiert werden, auf der eine Rastfeder entlanggleitet. Derartige Konzepte sind vergleichsweise günstig zu realisieren und im Stand der Technik bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einem Dreh-/Drücksteller eine einfach zu realisierende Snap-Haptik auch beim Drücken zu verleihen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Dreh-/Drücksteller für eine Bedienvorrichtung in einem Fahrzeug vorgeschlagen, der versehen ist mit
- - einem ersten Ringelement zur Anordnung auf einem Untergrund,
- - einem zum ersten Ringelement konzentrisch angeordneten zweiten Ringelement,
- - einem Dreh-/Axiallager zur rotatorischen und translatorischen Lagerung der beiden Ringelemente,
- - einem manuell betätigbaren Dreh-/Drückbedienelement, das mit einem der beiden Ringelemente mechanisch verbunden ist,
- - einer Vielzahl von längs des ersten Ringelements aufeinanderfolgend angeordneten Federzungen, die von dem ersten Ringelement in axialer Richtung abstehen und jeweils ein freies Ende aufweisen, das eine rinnenförmige Sicke mit einer konvexen Seitenfläche aufweist, und
- - einer an dem zweiten Ringelement oder dem mit diesem mechanisch verbundenen Dreh-/Drückbedienelement angeordneten, den konvexen Seitenflächen der freien Enden der Federzungen gegenüberliegenden Federzungen-Auslenkfläche, an der die konvexen Seitenflächen der freien Enden der Federzungen beim relativ zum ersten Ringelement erfolgenden axialen Niederdrücken oder Verkippen des Dreh-/ Drückbedienelements anliegen,
- - wobei die Federzungen-Auslenkfläche eine längs der durch die Federzungen definierten Kreislinie verlaufende Kegelfläche und einen kontinuierlich oder abschnittsweise verlaufenden Schultervorsprung mit einer gerundeten, sich an die Kegelfläche anschließenden und/oder in die Kegelfläche übergehenden Außenfläche aufweist und
- - wobei die freien Enden der Federzungen beim relativ zum ersten Ringelement mit einer Mindestandrückkraft erfolgenden weiteren axialen Niederdrücken über den Schultervorsprung gleiten und damit die Federzungen aufgrund ihrer Wirkverbindung mit der Federzungen-Auslenkfläche dem Dreh-/Drückbedienelement eine Schnappfederhaptik verleihen.
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Der erfindungsgemäße Dreh-/Drücksteller ist mit zwei Ringelementen versehen, zwischen denen ein Lager angeordnet ist, das sowohl eine Verdrehung als auch ein Niederdrücken erlaubt. Das Lager ist also als Dreh-/Axiallager zur rotatorischen und translatorischen Lagerung der beiden Ringelemente ausgebildet. Mit einem der beiden Ringelemente ist das manuell betätigbare Dreh-/Drückbedienelement drehfest verbunden. Derartige Konstruktionen sind grundsätzlich bekannt.
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Erfindungsgemäß wird nun in diese Konstruktion eine „Snap-Haptik“ integriert, die eine Vielzahl von längs eines der beiden Ringelemente aufeinanderfolgend angeordneten Federzungen aufweist. Diese Federzungen stehen von dem besagten Ringelement axial ab und weisen jeweils ein freies Ende auf, das einen Vorsprung aufweist, der beispielsweise als rinnenförmige Sicke mit einer konvexen Seitenfläche ausgebildet ist. Die Federzungen weisen elastisches Material wie beispielsweise Federstahl oder anderes Metall auf.
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Die konvexe Außenfläche des Federvorsprungs liegt an einer Federzungen-Auslenkfläche an, die wiederum an dem anderen der beiden Ringelemente oder aber auch an dem Dreh-/Drückbedienelement angeordnet ist. Beispielsweise ragen die konvexen Seitenflächen der Federzungen an deren Rastvorsprüngen radial nach außen. Die Federzungen-Auslenkfläche weist dann radial einwärts und liegt außen an den konvexen Seitenflächen der Federvorsprünge an. Die Federzungen-Auslenkfläche verläuft konisch verjüngend, so dass nun beim Niederdrücken des Dreh-/Drückbedienelements die anliegenden freien Enden der Federzungen radial einwärts bewegt werden.
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An die Federzungen-Auslenkfläche schließt sich ein Schultervorsprung o.dgl. Verdickung an, die einen Widerstand bildet, wenn die freien Enden der Federzungen an ihm anliegen. Dadurch spürt der Bediener einen gewissen Widerstand, den er durch weitere Krafteinwirkung gegebenenfalls erhöhte Krafteinwirkung zunächst überwinden muss. Wenn dies erfolgt ist, gelangt das Dreh-/Drückbedienelement vorzugsweise ohne Widerstand bzw. ohne Erhöhung des Widerstands in seine Niederdrück-Endposition.
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Die axial abstehenden Federzungen bewirken also in Wirkverbindung mit der speziell ausgebildeten Federzungen-Auslenkfläche eine Schnappfederhaptik. Eine derartige Schnappfederhaptik kann nun erfindungsgemäß flachbauend ausgeführt werden, so dass der gesamte Dreh-/Drücksteller ebenfalls ein flachbauendes Element ist, was je nach den Designanforderungen von Vorteil ist und dem Designer damit einen zusätzlichen Freiheitsgrad liefert.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene Federzungen-Auslenkfläche kann über den gesamten Weg, den das Dreh-/Drückbedienelement beim Niederdrücken zurückbewegt, als Kegelfläche bzw. konisch ausgeführt sein. Auf dieser konischen Kegelfläche befindet sich dann der Schultervorsprung, der beispielsweise als Wulst ausgebildet sein kann. Damit das Dreh-/Drückbedienelement nach der Überwindung des Schultervorsprungs bzw. der Wulst oder Verdickung direkt in die Niederdrück-Endstellung überführt werden kann, ist es zweckmäßig, wenn die Neigung der Federzungen-Auslenkfläche in dem Bereich, den die freien Enden der Federzungen nach dem Überwinden des Vorsprungs erreichen, eine andere Ausrichtung zur Axial-Niederdrückbewegung aufweist. Hier bietet sich insbesondere eine zylindrische Ausgestaltung der Fläche an, an der die Rastvorsprünge der Federzungen nach dem Überwinden des Vorsprungs auf der Kegelfläche kontaktieren. Während dies für die Verleihung der Snap-Haptik von Vorteil ist, können aber nun die vorgespannten Federzungen nicht so ohne Weiteres dafür sorgen, dass das Dreh-/Drückbedienelement nach dem Loslassen automatisch wieder in die Ruheposition zurückkehrt. Hierzu ist es zweckmäßig, wenn neben der Schnappfeder, d.h. neben den Federzungen, noch eine weitere Feder, nämlich eine Axialfeder, zwischen den beiden Ringelementen oder dem Dreh-/Drückbedienelement und einem der Ringelemente wirkt, um den Dreh-/Drücksteller nach einem Niederdrücken wieder automatisch zurück in seine Ausgangsposition zu überführen.
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In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Federzungen von einem Ring axial abstehen, der von dem ersten Ringelement gehalten ist.
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Wie bereits oben beschrieben, weisen die freien Enden der Federzungen Rastvorsprünge auf. Diese können beispielsweise rinnenförmige Sicken sein oder aber auch als andere konvexe Außenflächen bildende Elemente realisiert sein. Vorteilhaft ist es in jedem Fall, wenn die konvexen Seiten-Außenflächen der freien Enden der Federzungen, die die Rastvorsprünge bilden, zylindrisch, ballig oder sphärisch ausgebildet sind.
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Das Dreh-/Axiallager des erfindungsgemäßen Dreh-/Drückstellers kann in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung als Kugellager mit zwei gegenüberliegenden Kugellaufbahnen und mit zwischen diesen angeordneten Kugeln ausgebildet sein, wobei sich die Kugeln bei einer Verdrehung der beiden Ringelemente auf den Kugellaufbahnen in Umfangsrichtung und bei einer axialen Relativverschiebung beider Ringelemente auf den Kugellaufbahnen orthogonal zur Umfangsrichtung abrollen. Ein Beispiel für ein derartiges Kugellager ist in
WO 2012/093005 A1 beschrieben. Der Inhalt dieser Druckschrift wird hiermit durch Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung.
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Wie bereits oben erwähnt, können aus designerischen Gründen flachbauende Dreh-/Drücksteller gefordert sein Bei flachbauenden Dreh-/Drückstellern besteht das Problem der Verkantung beim Drücken, Kippen und/oder Verdrehen. Einer derartigen Problematik kann durch ein entsprechend aufwendig konstruiertes Dreh-/Drücklage entgegengewirkt werden (siehe z.B.
WO 2012/093005 A1 und
US 2004/0007450 ). Das allerdings ist mit zusätzlichen Kosten verbunden, die es möglichst zu vermeiden gilt.
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Um bei einem Dreh-/Drücksteller mit niedriger Aufbauhöhe bei einfacher Konstruktion ein hohes Maß an Funktionalität aufrechterhalten zu können, hat es sich als Vorteil herausgestellt, wenn der Dreh-/Drücksteller versehen ist mit
- - einem feststehenden ersten Lagerringelement mit einer Unterseite zur Auflage auf einem Untergrund,
- - einem um eine Drehachse drehbar sowie konzentrisch zu dem ersten Lagerringelement angeordneten zweiten Lagerringelement,
- - einem manuell betätigbaren Dreh-/Drückbedienelement, das mit dem zweiten Lagerringelement mechanisch verbunden und zusammen mit diesem relativ zum ersten Lagerringelement um die Drehachse drehbar sowie längs dieser axial niederdrückbar ist,
- - wobei das erste Lagerringelement eine erste Lagerfläche und das zweite Lagerringelement eine der ersten Lagerfläche des ersten Lagerringelements gegenüberliegende und zu dieser parallele erste Lagerfläche aufweist,
- - wobei das erste Lagerringelement an dem der Unterseite abgewandten oberen Rand seiner ersten Lagerfläche einen über das zweite Lagerringelement zumindest teilweise ragenden Übergreifflansch aufweist,
- - wobei der Übergreifflansch des ersten Lagerringelements an seiner zum zweiten Lagerringelement weisenden Unterseite eine sich in einem stumpfen Winkel zwischen 120° und 160° an die erste Lagerfläche des ersten Lagerringelements anschließende Lagerschrägfläche aufweist,
- - wobei das zweite Lagerringelement eine der Unterseite des Übergreifflansches gegenüberliegende Schulter mit einer sich an die erste Lagerfläche des zweiten Lagerringelements anschließenden Lagerschrägfläche aufweist, die parallel zur Lagerschrägfläche des ersten Lagerringelements verläuft, und
- - einer Axialfeder zur axialen Vorspannung der beiden Lagerringelemente,
- - wobei die beiden Lagerringelemente mittels der Axialfeder unter Anlage ihrer Lagerschrägflächen gegeneinander vorgespannt sind und
- - wobei das Dreh-/Drückbedienelement gegen die Vorspannkraft der Axialfeder unter Bildung eines Abstands zwischen den Lagerschrägflächen der beiden Lagerringelemente niederdrückbar ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Dreh-/Drücksteller für eine Bedienvorrichtung in einem Fahrzeug zu schaffen, der bei einfacher Konstruktion ein hohes Maß an Funktionalität aufweist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Dreh-/Drücksteller für eine Bedienvorrichtung in einem Fahrzeug vorgeschlagen, wobei der Dreh-/Drücksteller versehen ist mit
- - einem feststehenden ersten Lagerringelement mit einer Unterseite zur Auflage auf einem Untergrund,
- - einem um eine Drehachse drehbar sowie konzentrisch zu dem ersten Lagerringelement angeordneten zweiten Lagerringelement,
- - einem manuell betätigbaren Dreh-/Drückbedienelement, das mit dem zweiten Lagerringelement mechanisch verbunden und zusammen mit diesem relativ zum ersten Lagerringelement um die Drehachse drehbar sowie längs dieser axial niederdrückbar ist,
- - wobei das erste Lagerringelement eine erste Lagerfläche und das zweite Lagerringelement eine der ersten Lagerfläche des ersten Lagerringelements gegenüberliegende und zu dieser parallele erste Lagerfläche aufweist,
- - wobei das erste Lagerringelement an dem der Unterseite abgewandten oberen Rand seiner ersten Lagerfläche einen über das zweite Lagerringelement zumindest teilweise ragenden Übergreifflansch aufweist,
- - wobei der Übergreifflansch des ersten Lagerringelements an seiner zum zweiten Lagerringelement weisenden Unterseite eine sich in einem stumpfen Winkel zwischen 120° und 160° an die erste Lagerfläche des ersten Lagerringelements anschließende Lagerschrägfläche aufweist,
- - wobei das zweite Lagerringelement eine der Unterseite des Übergreifflansches gegenüberliegende Schulter mit einer sich an die erste Lagerfläche des zweiten Lagerringelements anschließenden Lagerschrägfläche aufweist, die parallel zur Lagerschrägfläche des ersten Lagerringelements verläuft, und
- - einer Axialfeder zur axialen Vorspannung der beiden Lagerringelemente,
- - wobei die beiden Lagerringelemente mittels der Axialfeder unter Anlage ihrer Lagerschrägflächen gegeneinander vorgespannt sind und
- - wobei das Dreh-/Drückbedienelement gegen die Vorspannkraft der Axialfeder unter Bildung eines Abstands zwischen den Lagerschrägflächen der beiden Lagerringelemente niederdrückbar ist.
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Der erfindungsgemäße Dreh-/Drücksteller weist ein Dreh-/Drücklager auf, dass ein erstes und ein zweites Lagerringelement umfasst, die konzentrisch zueinander angeordnet sind. Eines der Lagerringelemente (im Folgenden beispielhaft das erste Lagerringelement) ist dabei zur Fixierung auf einem Untergrund vorgesehen. Bei diesem Untergrund kann es sich beispielsweise um eine Abdeckwand oder um ein Display oder um eine andere Untergrundkonstruktion handeln. Die Unterseite des ersten Lagerringelements liegt also auf dem Untergrund auf, während drehbar am ersten Lagerringelement sowie konzentrisch zu diesem das zweite Lagerringelement angeordnet ist. Mit diesem drehbaren zweiten Lagerringelement mechanisch verbunden ist eine Handhabe in Form eines manuell betätigbaren Dreh-/Drückbedienelements. Somit dreht sich das zweite Lagerringelement beim Verdrehen des Dreh-/Drückelements mit. Genauso wird das zweite Lagerringelement beim Niederdrücken des Dreh-/Drückbedienelements mitgenommen, so dass es sich längs seiner Drehachse axial bewegt.
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Beide Lagerringelemente weisen einander zugewandte erste Lagerflächen auf, die ringförmig verlaufen und konisch oder zylindrisch und dementsprechend konzentrisch zueinander sind. Nachfolgend werden Ausgestaltungen der Erfindung für den Fall zylindrischer erster Lagerflächen der beiden Lagerringelemente beschrieben. Diese Ausgestaltungen gelten aber auch für den Fall, dass die ersten Lagerflächen (parallel zueinander sind und) konisch verlaufen.
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An dem der Unterseite abgewandten oberen Rand seiner zylindrischen Lagerfläche weist das erste Lagerringelement einen Übergreifflansch auf, der das zweite Lagerringelement zumindest teilweise überragt. Auf der dem ersten Lagerringelement zugewandten Unterseite des Übergreifflansches ist dieser mit einer Lagerschrägfläche versehen, die sich an die zylindrische Lagerfläche des ersten Lagerringelements unter einem stumpfen Winkel von vorzugsweise zwischen 120 Grad und 160 Grad anschließt. Das zweite Lagerringelement weist in seinem unter dem Übergreifflansch befindlichen Bereich eine Schulter auf, die der Unterseite des Übergreifflansches gegenüberliegt und mit einer sich an die zylindrische Lagerfläche des zweiten Lagerringelements anschließenden Lagerschrägfläche versehen ist. Diese Lagerschrägfläche verläuft parallel zur Lagerschrägfläche an der Unterseite des Übergreifflansches.
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Zwischen den beiden Lagerringelementen wirkt eine Axialfeder zur axialen Vorspannung der beiden Lagerringelemente. Im nicht gedrückten Zustand des Dreh-/Drückbedienelements liegen die Lagerschrägflächen der beiden Lagerringelemente aneinander. Wird nun von oben auf das Dreh-/Drückbedienelement Druck ausgeübt, so wird die Axialfeder zumindest teilweise komprimiert, so dass die beiden zuvor aneinanderliegenden Lagerschrägflächen zumindest teilweise voneinander abrücken. Wird die axiale Niederdrückkraft zentrisch auf das Dreh-/Drückbedienelement ausgeübt, so sind die beiden Lagerschrägflächen über ihre gesamte Fläche voneinander beabstandet.
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Der erfindungsgemäße Dreh-/Drücksteller bietet den Vorteil, dass sich das Dreh-/Drücksteller nach einem Niederdrücken wieder selbsttätig zentriert, und zwar durch die Lagerschrägflächen der beiden Lagerringelemente. Die beiden Lagerringelemente sind mit radialem Spiel zwischen ihren zylindrischen Lagerflächen angeordnet. Beim Niederdrücken des Dreh-/Drückbedienelements können also die beiden Lagerringelemente gegeneinander „schwimmen“. Das diesbezüglich erforderliche radiale Spiel sollte ausreichend groß sein, damit es auch bei einem exzentrischen Niederdrücken des Dreh-/Drückbedienelements nicht sofort zu einer Verkantung kommt, d.h. das Dreh-/Drückbedienelement also aufgrund der Kraft der Axialkraftfeder wieder automatisch in die Ruheposition zurückkehrt.
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All die zuvor erwähnten Funktionalitäten können nach der Erfindung insbesondere bei flachbauenden Dreh-/Drückstellern realisiert werden. Derartige flache Aufbauten können je nach Anforderung aus designerischen Gründen von Vorteil sein.
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Zur weiteren Reduktion der Gefahr einer möglichen Verkantung und Verklemmung beider Lagerringelemente ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die zylindrische Lagerfläche einer der beiden Lagerringe kontinuierlich oder abschnittsweise in Umfangsrichtung verlaufend eine Vorsprungsrippe mit einer Außenfläche aufweist, die ballig oder sphärisch ausgebildet ist.
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Während die Lagerringflächen über ihre Höhe betrachtet einen solchen radialen Abstand voneinander aufweisen, dass es bei einer Verkippung des Dreh-/Drückelements nicht zu einer Kontaktierung (mit der Gefahr einer Verklemmung) der beiden zylindrischen Lagerflächen kommt, sorgt die insbesondere ballig bzw. sphärisch ausgebildete Vorsprungsrippe, die zweckmäßigerweise etwa auf „halber Höhe“, d.h. im mittlerem Bereich der betreffenden zylindrischen Lagerfläche ausgebildet ist, dafür, dass beim zentrischen Niederdrücken des Dreh-/Drückbedienelements das radiale Spiel minimal bleibt und damit „Schwimmbewegungen“ beider Lagerringelemente relativ zueinander minimiert sind, ohne dass die leichte Verdrehbarkeit ohne Verkantung beider Lagerringelemente beeinträchtigt ist.
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Hinsichtlich einer bei der Bedienung des Dreh-/Drückstellers nicht auszuschließenden exzentrischen Niederdrückbewegung des Dreh-/Drückbedienelements ist es zweckmäßig, wenn das zweite Lagerringelement relativ zum ersten Lagerringelement kippbar ist, wobei das zweite Lagerringelement in dem Übergangsbereich zwischen seiner zylindrischen Lagerfläche und seiner Unterseite eine umlaufende Aussparung aufweist. Beim Verkippen des Dreh-/Drückbedienelements kippt dieses um den Kontaktpunkt bzw. um den Kontaktbereich der beiden aneinander liegenden Lagerschrägflächen, und zwar diametral gegenüberliegend zu demjenigen Punkt bzw. Bereich, an bzw. in dem exzentrisch die Niederdrückkraft auf das Dreh-/Drückbedienelement ausgeübt wird. Dabei verringert sich unterhalb des Anlagebereichs der beiden Lagerschrägflächen der Abstand der Lagerflächen der beiden Lagerringelemente an deren unteren Rändern, indem sich der untere Rand der Lagerfläche des gekippten Lagerringelements auf den unteren Rand der Lagerfläche des nicht gekippten anderen Lagerringelements zu bewegt. Damit es hier nicht zu einem Kontakt kommt, sollte eines der beiden Lagerringelemente am unteren Rand seiner Lagerfläche eine Anschrägung bzw. umlaufende Aussparung aufweisen.
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Bei einem Dreh-/Drücksteller werden die Verdrehung und das Niederdrücken durch entsprechende Sensoriken erkannt. Auch die Verkippung kann durch eine Sensorik erkannt werden. Hier bieten sich unterschiedliche Techniken wie beispielsweise kapazitiv, induktiv, resistiv oder optisch arbeitende Sensoriken an. Diese können in dem Dreh-/Drücksteller integriert sein. Auch mechanische Schalterlösungen sind denkbar, und zwar insbesondere für die Drück-Funktion.
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Wie bereits oben beschrieben, umfasst ein in jüngster Zeit entwickeltes Bedienkonzept die Anordnung eines Dreh-/Drückstellers auf dem Display eines Touch-Screen. Derartige Displays sind mit einer Touch-Sensorik versehen, die im Regelfall kapazitiv arbeitet. Die im Display verbaute Touch-Sensorik kann nun mit Vorteil genutzt werden, um die verschiedenen Funktionen bzw. Bedienungen eines Dreh-/Drückstellers zu sensieren. Wenn das Dreh-/Drückbedienelement elektrisch leitendes Material aufweist und derartiges Material auch in Form von einzelnen „Kernen“ in den Lagerringelementen verbaut ist, so lässt sich durch beispielsweise Schleiferlösungen o.dgl. die Drehbewegung des Dreh-/Drückbedienelements beim Entlangschleifen über die elektrisch leitenden, durch elektrisch isolierende Zwischenbereiche gegeneinander isolierten Kerne die Touch-Sensorik des Displays für die Dreh-/Drückstellers und/oder Drückfunktion des Dreh-/Drückbedienelements nutzen. Dabei stehen die elektrisch leitenden „Kerne“ kapazitiv gekoppelt mit der Touch-Sensorik in Wirkverbindung. Ein Beispiel für eine derartige Konstruktion ist in der PCT-Anmeldung PCT/EP2018/050727 beschrieben, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gehört.
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An dieser Stelle sei noch erwähnt, dass die oben beschriebene Konstruktion dahingehend zu verstehen ist, dass das erste Lagerringelement nicht zwingend außen um das zweite Lagerringelement herum angeordnet sein muss, sondern dass dies auch umgekehrt der Fall sein kann. Auch kann das Dreh-/ Drückbedienelement statt drehfest an der Innenseite des zweiten Lagerringelements auch drehfest an der Außenseite des außenliegenden Lagerringelements angeordnet sein. Dasjenige Lagerringelement, an dem das Dreh-/Drückbedienelement nicht drehfest angeordnet ist, ist mit dem Untergrund verbunden. Auch die Anordnung von Übergreifflansch und Schulterfläche kann invers zur oben beschriebenen Konstruktion vorgesehen sein.
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Dies gilt auch für die Anordnung der Federzungen. Diese können ebenso vom zweiten (Lager-)Ringelement abstehen und in Wirkverbindung mit einer Federzungen-Auslenkfläche am ersten (Lager-)Ringelement stehen.
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All diese zuvor genannten Varianten sind im patentrechtlichen Sinne äquivalenten Lösungen und von der Erfindung umfasst.
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Der erfindungsgemäße Dreh-/Drücksteller kann, sofern erforderlich und gewünscht, mit einem Display im mittleren Bereich der Ringstruktur oder dort auch mit einem Tasten-Bedienelement ausgestattet sein. Sofern ein elektrischer Verbraucher wie beispielsweise eine Hinterleuchtungseinheit oder eine elektronische Anzeige am Dreh-/Drücksteller vorgesehen ist, kann die Versorgung des Dreh-/Drückstellers mit elektrischer Energie induktiv erfolgen. Ein Beispiel für eine derartige Konstruktion ist in
WO2018/083039 A1 beschrieben, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gehört. Eine derartige induktive Energieeinspeisung ist insbesondere auch möglich, wenn der Dreh-/Drücksteller auf einem Display angeordnet ist. Die energieerzeugende Spule ist dann unterhalb des Displays, möglicherweise auch unterhalb der Hinterleuchtungseinheit des Displays angeordnet und mit einer Spule in dem Dreh-/Drücksteller bzw. in der Energieversorgungseinheit des Dreh-/Drückstellers induktiv gekoppelt. Die auf diese Weise eingebrachte Energie kann im Übrigen auch für eine von der Touch-Sensorik des Displays getrennt vorgesehene zusätzliche Sensorik im Dreh-/Drücksteller genutzt werden, sofern dessen Drehbewegung, Drehstellung, Niederdrückbewegungsposition und Verkippbewegungsposition nicht mittels der Touch-Sensorik des Displays ausgewertet wird.
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Der Dreh-/Drücksteller nach der Erfindung kann aber auch beispielsweise als Ring ausgebildet sein. Wenn ein derartiger Ring dann beispielsweise auf einem Display angebracht wird, so könnte man den Anzeigebereich des Displays innerhalb des Rings für die Anzeige eines Parameters nutzen, der mittels des Dreh-/Drückstellers eingestellt wird.
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Schließlich brauchen die Lagerflächen nicht zwingend zylindrisch zu sein, sondern können auch konisch und parallel zueinander ausgerichtet sein.
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Die zuvor beschriebene Konstruktion des Dreh-/Drückstellers als flachbauendes Element kann auch Ausgangspunkt und daher Konstruktion für das Vorsehen der erfindungsgemäßen Snap-Haptik sein. Die Erfindung umfasst also sowohl einen Dreh-/Drücksteller in flacher Bauweise mit Snap-Haptik nach der Erfindung als auch einen Dreh-/Drücksteller mit erfindungsgemäßer Snap-Haptik, der zusätzlich auch noch flachbauend ausgebildet ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines flachbauenden Dreh-/Drückstellers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine perspektivische Schnittansicht auf eine Ringhälfte des Dreh-/ Drückstellers der 1, wobei sich der Dreh-/Drücksteller in seiner nicht betätigten Ruheposition befindet,
- 3 einen Querschnitt durch den Dreh-/Drücksteller gemäß 1, wobei sich der Dreh-/Drücksteller in seiner zentrisch niedergedrückten Position befindet,
- 4 den Dreh-/Drücksteller im Querschnitt bei exzentrischer Ausübung einer Niederdrückkraft, so dass es zu einer (gegebenenfalls gewollten) Verkippung kommt,
- 5 eine perspektivische Ansicht auf die beiden Lagerringe mit Axialfeder und ohne das Dreh-/Drückbedienelement, wobei mit A-A die Schnittebene angedeutet ist, die für die 2 bis 4 gelten,
- 6 eine perspektivische Ansicht eines flachbauenden Dreh-/Drückstellers gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 7 eine perspektivische Schnittansicht auf eine Ringhälfte des Dreh-/Drückstellers der 6, wobei sich der Dreh-/Drücksteller in seiner nicht betätigten Ruheposition befindet,
- 8 einen Querschnitt durch den Dreh-/Drücksteller gemäß 6, wobei sich der Dreh-/Drücksteller in seiner zentrisch niedergedrückten Position befindet,
- 9 den Dreh-/Drücksteller im Querschnitt bei exzentrischer Ausübung einer Niederdrückkraft, so dass es zu einer (gegebenenfalls gewollten) Verkippung kommt,
- 10 eine perspektivische Ansicht der „kronenartig“ ausgebildeten Schnappfeder für die Snap-Haptik,
- 11 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs XI der 7, d.h. der Relativanordnung von Federzunge und Federzungen-Auslenkfläche in der Ruheposition des Dreh-/Drückstellers, in der dieser nicht niedergedrückt ist, und
- 12 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs XI der 7 nach einem ersten Niederdrücken des Dreh-/Drückstellers, bis die Federzungen an dem Schultervorsprung anliegen,
- 13 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs XI der 7 nachdem, ausgehend von der Situation gemäß 12, die Niederdrückkraft erhöht worden ist, bis die Federzungen über den Schultervorsprung gleiten, und
- 14 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs XI der 7, d.h. der Relativanordnung von Federzunge und Federzungen-Auslenkfläche in der Niederdrück-Endposition des Dreh-/Drückstellers, in der dieser niedergedrückt ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels eines flachbauenden Dreh-/Drückstellers beschrieben, wobei anhand der 1 bis 5 zunächst auf einen anderen Effekt als die „Snap-Haptik“, nämlich auf eine Konstruktion zur Vermeidung einer Verkantung bzw. Verkippung und Verklemmung des Dreh-/Drückstellers eingegangen ist.
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1 zeigt perspektivisch einen flachbauenden Dreh-/Drücksteller 10, der auf einem Untergrund angeordnet ist, bei dem es sich in diesem Ausführungsbeispiel um die Abdeckscheibe 11 eines z.B. LCD-Displays 12 mit Touch-Sensorik 13 sowie z.B. LCD-Einheit 14 und Hinterleuchtungseinheit 15 handelt. Der Dreh-/Drücksteller 10 weist ein drehbares und niederdrückbares Dreh-/Drückbedienelement 16 auf. Die Konstruktion des Dreh-/Drückstellers 10 wird nachfolgend anhand der 2 bis 5 näher beschrieben.
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Gemäß 2 weist der Dreh-/Drücksteller 10 ein außenliegendes erstes Lagerringelement 18 und ein konzentrisch dazu angeordnetes, innenliegendes zweites Lagerringelement 20 auf. Beide Lagerringelemente 18, 20 weisen jeweils eine zylindrische erste Lagerfläche 22, 24 auf. Diese beiden zylindrischen Lagerflächen sind konzentrisch zueinander. Die ersten Lagerflächen 22, 24 können leicht aber auch mehr oder weniger konzentrisch verlaufen.
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Das erste Lagerringelement 18 ist mittels einer Klebeschicht 26 an seiner Unterseite 28 auf dem Display 12 fixiert. Das Dreh-/Drückbedienelement 16 ist drehfest mit dem zweiten Lagerringelement 20 verbunden, und zwar in diesem Ausführungsbeispiel an der Innenseite (siehe die Rasthaken 27 und die Mitnahmenasen 30 in 5 sowie die Rasthaken 27 in den 2 bis 4). Somit lässt sich das Dreh-/Drückbedienelement 16 zusammen mit dem zweiten Lagerringelement 20 relativ zum ersten Lagerringelement 18 verdrehen.
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Das erste Lagerringelement 18 weist an seinem seiner Unterseite 28 abgewandten oberen Ende der zylindrischen Lagerfläche 22 einen Übergreifflansch 32 auf, der an seiner Unterseite mit einer Lagerschrägfläche 34 versehen ist. Mit dem Übergreifflansch 32 übergreift das erste Lagerringelement 18 eine am zweiten Lagerringelement 20 ausgebildete Schulter 36, deren Schulter-, d.h. Oberseite ebenfalls eine Lagerschrägfläche 38 bildet. Beide Lagerschrägflächen 34, 38 liegen aneinander an, wenn sich das Dreh-/Drückbedienelement 16 in seiner Ruheposition gemäß 2 befindet.
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Wie anhand der Figuren und insbesondere in 5 zu sehen ist, wirkt zwischen den beiden Lagerringelementen 18, 20 eine Axialfeder 40, die drei an der Innenseite 44 des ersten Lagerringelements 18 gehaltene Stege 46 mit jeweils zwei Federzungen 48 aufweist. Die Federzungen 48 drücken auf die Oberseite 50 des ersten Lagerringelements 18, womit das zweite Lagerringelement 20 und damit das Dreh-/Drückbedienelement 16 von dem Display 12 weg nach oben vorgespannt ist. Die diesbezügliche Vorspannung führt dazu, dass die beiden Lagerringelemente 18, 20 an ihren Lagerschrägflächen 38, 34 aneinander liegen, wenn sich der Dreh-/Drücksteller 10 in seiner Ruheposition befindet. Dies ist in 2 gezeigt. Durch diese Konstruktion kommt es nun zu einer automatischen Zentrierung des Dreh-/Drückstellers 10 in dessen Ruheposition. Beim zentrischen Niederdrücken, also beim Niederdrücken entlang der Mittel- und damit Drehachse 52 (siehe den Pfeil 53 in 3) rücken die beiden Lagerschrägflächen 34, 38 voneinander ab. Das (Lager-)Spiel 54 zwischen den zylindrischen Lagerflächen 22, 24 sorgt dafür, dass das Dreh-/Drückbedienelement 16 nun leicht drehbar ist. Damit das Spiel 54 in dieser Phase nicht zu einer zu stark spürbaren Schwimmbewegung des Dreh-/Drückbedienelements 16 kommt, weist eine der beiden zylindrischen Lagerflächen, und zwar im Ausführungsbeispiel die zylindrische Lagerfläche 24 des zweiten Lagerringelements 20 eine Verdickung in Form einer umlaufenden Vorsprungsrippe 56 mit ballig bzw. sphärischer ausgebildeter Außenfläche auf. Diese Vorsprungsrippe 56 sorgt für eine bessere Führung des Dreh-/Drückbedienelements 16 bei dessen Verdrehung.
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In 4 ist die Situation gezeigt, in der die Kraft zum Niederdrücken des Dreh-/Drückbedienelements 16 exzentrisch aufgebracht ist. Gezeigt ist durch den Pfeil 57 die Krafteinwirkung im Bereich 58 auf der Oberseite 60 des Dreh-/Drückbedienelements 16. Diametral gegenüberliegend zu diesem Bereich 58 liegen bei 62 die Lagerschrägflächen 34, 38 aneinander an. Um diesen Bereich 62 ist nun das Dreh-/Drückbedienelement 16 gekippt. Eine umlaufende Anschrägung 64 im Übergangsbereich zwischen der zylindrischen Lagerfläche 22 des ersten Lagerringelements 18 und dessen Unterseite 28 verhindert eine Kontaktierung der beiden Lagerringelemente 18, 20 bei der Verkippung gemäß 4.
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In 5 ist noch angedeutet, dass in das äußere erste Lagerringelement 18, das ein elektrisch isolierendes Material wie z.B. Kunststoff aufweist, elektrisch leitende Elemente 66 (Kerne) eingebettet sind, die an der Unterseite 28 des ersten Lagerringelements 18 freiliegende Plattenbereiche 68 und an der Oberseite 50 des ersten Lagerringelements 18 aufragende Vorsprünge 70, 72 aufweisen. Mehrere derartige elektrisch leitende Kerne 66 sind in Umfangserstreckung des ersten Lagerringelements 18 in dieses eingebettet. Die innenliegenden Vorsprünge 72 an der Oberseite 50 des ersten Lagerringelements 18 sind Teil einer wellenförmigen Rastbahn, die zwischen jeweils benachbarten innenliegenden Vorsprüngen 72 elektrisch isolierende wellenförmige Vorsprünge 74 aufweist. Auf der Rastbahn 76 bzw. der Rastkulisse schleifen die Federzungen 48 entlang, die elektrisch leitend sind. Die Federzungen 48 dienen also insoweit als Rasthaptik beim Verdrehen des Dreh-/Drückbedienelements 16.
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Die elektrisch leitenden Elemente 66 sind kapazitiv gekoppelt mit der Touch-Sensorik 13 im Display 12. Dadurch, dass das Dreh-/Drückbedienelement 16 elektrisch leitendes Material aufweist, kann bei Berührung des Dreh-/Drückbedienelements 16 mit der Hand durch die Touch-Sensorik 13 des Displays 12 erkannt werden, an welchen Stellen die Federzungen 48 in Umfangsrichtung des Dreh-/Drückstellers 10 betrachtet sich befinden. Somit kann eine Verdrehung des Dreh-/Drückbedienelements 16 erkannt werden. Ein zentrisches Niederdrücken des Dreh-/Drückbedienelements 16 kann dadurch erkannt werden, dass das Dreh-/Drückbedienelement 16 nun mehrere der radial außenliegenden Vorsprünge 70 kontaktiert (siehe 3), wodurch mehrere Bereiche auf dem Display 12 durch die Touch-Sensorik detektiert werden können. Im Gegensatz dazu wird bei einer Verkippung des Dreh-/Drückbedienelements 16, wie in 4 gezeigt, ein Kontakt zwischen dem Dreh-/Drückbedienelement 16 nur zu einem Vorsprung 70 oder zwei benachbarten Vorsprüngen 70 erfolgen, was wiederum durch die Touch-Sensorik 13 sensiert wird und entsprechend als Kippbewegung mit Zuordnung der Position, an der die Verkippung erfolgt, ausgewertet werden kann. Die Federzungen dienen also zusammen mit der Touch-Sensorik auch als Enkoder bei der Auswertung einer Verdrehung, der aktuellen Drehposition und einer Verkippung des Dreh-/Drückbedienelements 16.
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Der zuvor beschriebene und in den 1 bis 5 gezeigte Dreh-/Drücksteller 10 lässt sich nun mit einer erfindungsgemäßen Snap-Haptik ausstatten, wie es in den 6 bis 12 gezeigt ist. Auf eine nochmalige Beschreibung der in den 6 bis 9 gezeigten Einzelheiten soll an dieser Stelle insoweit verzichtet werden, als es sich bei diesen Einzelheiten um das spezielle Drehlagerkonzept handelt, das bereits anhand der 1 bis 5 beschrieben worden ist.
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Die konstruktive Ergänzung, die bei dem Dreh-/Drücksteller 10 der 1 bis 5 vorgenommen werden kann, um diesem Dreh-/Drücksteller 10 eine einfach konstruierbare Snap-Haptik zu verleihen, ergibt sich insbesondere aus den 7 bis 12. Von dem außenliegenden ersten Lagerringelement 18 ist hierbei ein Federzungen-Ring 77 aufgenommen, der einen Metallring 78 aufweist, von dem axial hochstehend einzelne Federzungen 80 aufragen. Die Federzungen 80 weisen freie Enden 82 auf, die als Feder- bzw. Rastvorsprünge 84 ausgebildet sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind die freien Enden 82 als rinnenförmige Sicken 86 mit zylindrischer Außenseitenfläche 88 ausgebildet. Die Außenseitenfläche 88 könnte aber ebenso gut auch ballig oder sphärisch ausgebildet sein.
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Wie anhand der 7 bis 9 zu erkennen ist, ist der Federzungen-Ring 77 in einer spaltförmigen Aufnahmevertiefung 90 des ersten Lagerringelements 18 aufgenommen und steht axial nach oben ab. Das Dreh-/Drückbedienelement 16 weist unterhalb seiner Oberseite eine Federzungen-Auslenkfläche 92 auf, an der der Rastvorsprung 84 mit seiner Außenseitenfläche 88 anliegt. Die umlaufend ausgebildete Federzungen-Auslenkfläche 92 ist nach oben von den Federzungen 18 sich konisch verjüngend weg gerichtet, d. h. kegelförmig und bildet einen sich zur Oberseite 60 des Dreh-/Drückbedienelements 16 hin verjüngende konische Fläche. An diese konische Auslenkfläche 92 schließt sich ein Schultervorsprung 94 an, hinter dem das Dreh-/Drückbedienelement 16 einen Freiraum 96 unterhalb seiner Oberseite 60 aufweist. Dieser Freiraum 96 weist eine umlaufende zylindrische Auslauffläche 98 für die freien Enden 82 der Federzungen 80 auf.
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11 zeigt die Situation des Zusammenwirkens des Federzungen-Rings 77 mit der Federzungen-Auslenkfläche 92 in der nicht gedrückten Ruheposition des Dreh-/Drückbedienelements 16 exemplarisch anhand einer der Federzungen 80. Die Federzunge 80 liegt mit ihrem freien Ende 82 an der Federzungen-Auslenkfläche 92 an, und zwar in Abstand zu dem Schultervorsprung 94. Wird in dieser Situation Druck auf das Dreh-/Drückbedienelement 16 ausgeübt, lenkt die Federzunge 80 nach einem durch diesen Abstand bedingten Niederdrückweg an dem Schultervorsprung 94 an (12). Bei Erhöhung der Niederdrückkraft gleitet die Federzunge 80 unter weiterer Auslenkung radial einwärts über den Schultervorsprung 94 (siehe 13). Dieses Vorbeibewegen erfolgt ohne Erhöhung oder mit geringer Erhöhung der Andrückkraft und unter schlagartig einsetzender Widerstandsreduzierung bzw. schlagartig einsetzendem Widerstandswegfall und damit schlagartig einsetzendem Niederdrückkraftabfall, womit sich beim Niederdrücken des Dreh-/Drückbedienelements 16 eine Snap-Haptik zeigt. Die Niederdrückbewegung des Dreh-/Drückbedienelements 16 ist in dem Augenblick beendet, in dem das Dreh-/Drückbedienelement 16 auf einen der elektrisch leitenden Vorsprünge 70 der elektrisch leitenden Kerne 66 aufliegt. Diese Situation ist in 14 gezeigt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Dreh-/Drücksteller
- 11
- Abdeckscheibe
- 12
- LCD-Displays, Display
- 13
- Touch-Sensorik
- 14
- LCD-Einheit
- 15
- Hinterleuchtungseinheit
- 16
- Dreh-/Drückbedienelement
- 18
- erstes Lagerringelement
- 20
- zweites Lagerringelement
- 22
- erste Lagerfläche des ersten Lagerringelements
- 24
- erste Lagerfläche des zweiten Lagerringelements
- 26
- Klebeschicht
- 27
- Rasthaken
- 28
- Unterseite
- 30
- Mitnahmenasen
- 32
- Übergreifflansch
- 34
- Lagerschrägfläche des ersten Lagerringelements
- 36
- Schulter
- 38
- Lagerschrägfläche des zweiten Lagerringelements
- 40
- Axialfeder
- 44
- Innenseite
- 46
- Stege
- 48
- Federzungen
- 50
- Oberseite
- 52
- Drehachse
- 53
- Pfeil
- 54
- Lagerspiel
- 56
- Vorsprungsrippe
- 57
- Pfeil
- 58
- Bereich
- 60
- Oberseite
- 62
- Bereich
- 64
- Anschrägung
- 66
- Kerne
- 68
- Plattenbereiche
- 70
- elektrisch leitender Vorsprung
- 72
- elektrisch leitender wellenförmiger Vorsprung der Rastbahn
- 74
- wellenförmiger Vorsprung der Rastbahn
- 76
- Rastbahn
- 77
- Federzungen-Ring
- 78
- Metallring
- 80
- Federzungen
- 82
- freie Enden
- 84
- Rastvorsprünge
- 86
- rinnenförmige Sicken
- 88
- zylindrische Außenseitenfläche
- 90
- spaltförmige Aufnahmevertiefung
- 92
- Federzungen-Auslenkfläche
- 94
- Schultervorsprung
- 96
- Freiraum
- 98
- zylindrische Auslauffläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2012/093005 A1 [0014, 0015]
- US 20040007450 [0015]
- WO 2018/083039 A1 [0033]
