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Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung für ein Fahrzeug und insbesondere für eine Fahrzeugkomponente wie beispielsweise eine Klimaanlage, ein Navigationsgerät oder ein Infotainmentsystem. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Mensch-Maschine-Interface (HMI) für ein Fahrzeug.
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Bedienvorrichtungen für Fahrzeuge sind entsprechend unterschiedlicher Bedienkonzepte konstruiert und ausgelegt. Bei Bedienvorrichtungen mit Bedientasten, insbesondere Push-Tasten, ist es mitunter wünschenswert, den Tastenhub so gering wie möglich zu halten (sogenannte Kurzhubtaster mit Hüben von weniger als 1 mm). Insbesondere ist man bestrebt, bei der Fertigung von Bedienvorrichtungen die Toleranzen bzw. Spielfreiheit der Bedientaster zu minimieren, so dass beispielsweise das Klappern der Bedientaste unterbunden wird, ohne jedoch die Haptik beim Betätigen der Bedienvorrichtung negativ zu beeinflussen.
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In der Praxis wird die Problematik der Fertigungstoleranzen bei Bedientasten mit Schaltern mit normalem Hub dadurch gelöst, dass die Bedientaste in der Ruheposition durch das „Überpressen“ des Schaltorgans des Schalters gegen die Bedientaste vorgespannt wird. Allerdings ist ein derartiges „Überpressen“ bei Kurzhubtastern kaum möglich, da die Dome der Kurzhubtaster aufgrund des relativ kurzen Hubes sehr hart ausgebildet sein müsse und somit nicht mehr elastisch vorgespannt werden können. Je kleiner der Hub ist, desto weniger kann vorgespannt werden. Ferner würde aufgrund des kurzen Hubes jeder Einfluss von „außen“ den Hub, die Kraft und das haptische Gefühl ändern oder gar zerstören.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bedienvorrichtung für ein Fahrzeug zu schaffen, deren Konstruktion den Toleranzausgleich ermöglicht und somit ein potentielles Spiel bei insbesondere Kurzhubtastern beseitigt, und zwar auf einfacher Art und Weise.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Bedienvorrichtung für ein Fahrzeug vorgeschlagen, die versehen ist mit
- - einem Gehäuse mit einer Vorderwand,
- - mindestens einer manuell niederdrückbaren Bedientaste,
- - einem der Bedientaste zugeordneten Schalter mit einem Schaltorgan, auf das die Bedientaste bei manueller Betätigung einwirkt,
- - einem im Gehäuse angeordneten Trägerelement, an dem der der Bedientaste zugeordnete Schalter angeordnet ist,
- - wobei die Bedientaste ausgehend von einer Ruheposition, in der die Bedientaste an dem Schaltorgan anliegt, zwecks Eingabe eines Befehls oder zwecks Aktivierung einer Funktion manuell in eine Betätigungsposition niederdrückbar und in der das Schaltorgan des Schalters aus der Ausgangsposition in eine Schalterauslöseposition überführbar ist, und
- - mindestens einem elastischen Vorspannelement zum Vorspannen der Bedientaste gegen das Schaltorgan des Schalters in der Ruheposition der Bedientaste mit einer Anlagekraft,
- - womit sich das mindestens eine Vorspannelement beim Überführen der Bedientaste in die Betätigungsposition entspannt.
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Einzelne Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Sinngemäß wird mit der Erfindung eine Bedienvorrichtung für ein Fahrzeug vorgeschlagen, die mindestens eine Bedientaste aufweist, die in ihrer Ruheposition mittels eines Vorspannelements federnd gegen das Schaltorgan des Schalters vorgespannt ist, wobei sich das Vorspannelement beim Überführen der Bedientaste in die Betätigungsposition entspannt. Dabei sind die Bedientasten als Drucktasten ausgebildet, die aus einer Ruheposition in eine Betätigungsposition niedergedrückt werden. Auf der Vorderseite der Bedientaste ist typischerweise ein Symbolfeld angeordnet, in dem sich eine Symbolik für die bei manueller Betätigung der Bedientaste auslösbare Funktion z.B. einer Klimaanlage, eines Radios oder eines Navigationssystems befindet.
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Typischerweise sind die der Bedientaste zugeordneten Schalter auf einem Trägerelement (wie beispielsweise einer Leiterplatine) angeordnet, das sich hinter der Vorderwand des Gehäuses befindet. Auf der Leiterplatine können neben elektrischen Leiterbahnen elektrische und elektronische Bauteile angeordnet sein. Der Schalter weist ein Schaltorgan auf, das durch das Betätigen der Bedientaste aus der Ausgangsposition in die Betätigungsposition überführt wird. Als Schalter können beispielsweise Kurzhubtaster oder Key-Top eingesetzt werden. Ein Beispiel für Kurzhubtaster, die für die Erfindung geeignet ist, ist in
DE 10 2017 114 990 B3 beschrieben, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gehört.
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Erfindungsgemäß ist mindestens ein elastisches Vorspannelement an der Bedientaste angeordnet, welches die Bedientaste in deren Ruheposition mit Anlagekraft gegen das Schaltorgan des Schalters vorspannt, wodurch Toleranzen kompensiert werden können. Gleichzeitig können Leerwege der Bedientaste beim Betätigen der Taste vermieden werden, da die Bedientaste in deren Ruheposition am Schaltorgan des Schalters anliegt und somit die Betätigungskraft der Bedientaste ohne Verzögerung bzw. Leerlauf an den Schalter weitergegeben werden kann.
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Durch den Einsatz des Vorspannelements wird es ermöglicht, dass die Bedientaste nur noch auf das Schaltorgan aufliegt, wodurch ein „Überpressen“ des Schaltorgans des Schalters gegen die Bedientaste überflüssig ist. Dabei kann die Kraft des Vorspannelements individuell so eingestellt sein (beispielsweise durch Anpassung der Federkraft, der Anzahl der Windungen und der Länge der Feder), so dass die Krafteinteilung auf den Kurzhubtaster so klein ist, dass keine spürbare Beeinflussung von Hubweg und -kraft bewirkt wird. Gleichzeitig ist die Federkraft des Vorspannelements so gewählt, dass sie stets kleiner als die Kraft ist, die das Schaltorgan in dessen Ausgangsposition hält.
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Nach der Erfindung wird also die Bedientaste gegen das Schaltorgan des Schalters (vergleichsweise leicht) vorgespannt, wohingegen im Stand der Technik die Elastizität des Schaltorgans ausgenutzt wird, um das Schaltorgan gegen die Bedientaste vorzuspannen.
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Bei dem elastischen Vorspannelement kann es sich um eine Druck- oder Zugfeder in Form z. B einer Wellenfeder, Blattfeder, Federzunge, Zylinderfeder, eckigen Feder handeln. Alternativ kann das Vorspannelement auch elastisches Kunststoffmaterial wie z.B. Schaumstoff oder Gummi (allgemeines Elastomermaterial) aufweisen.
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Bei mit Druck arbeitenden Vorspannelementen wird die Bedientaste in der Ruheposition gegen das Schaltorgan gedrückt, während bei auf Zug arbeitenden Vorspannelementen die Bedientaste gegen das Schaltorgen gezogen wird.
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Das mindestens eine Vorspannelement wird beim Überführen der Bedientaste von der Ruheposition in die Betätigungsposition entspannt. Nach dem Loslassen der Bedientaste drückt das Schaltorgan des Schalters aufgrund von dessen rückstellfähiger Eigenschaft gegen die Bedientaste, so dass die Bedientaste automatisch zurück in ihre Ruheposition überführt wird.
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Wie bereits erwähnt, können als Schalter beispielsweise Kurzhubtaster oder Key-Top eingesetzt werden. Der Kurzhubtaster ist zumeist mit einem schnappenden System versehen, wobei üblicherweise durch Krafteinwirkung auf ein an zwei Enden eingespannter und aufliegender, mit einer Prägung versehenen Metallstreifen derart verformt wird, dass er schlagartig „umspringt“ und dabei zusätzlich ein Knackgeräusch erzeugt. Anstelle eines Metallstreifens wird in Regelfall eine gewölbte Federscheibe eingesetzt, die an ihrem Rand aufliegt und in ihrer Mitte durch z.B. einen Stößel niederdrückbar ist. Die Federscheibe kann als Überbrückungselement eines elektrischen Schalters ausgeführt sein, womit das Schallerzeugungselement als Taster, insbesondere Kurzhubtaster ausgeführt sein kann. Bei einem Key-Top handelt es sich um einen Schalter, der in einer auf der Leiterplatine aufliegenden Kunststoffschaltmatte integriert ist. Grundsätzlich haben Taster die Eigenschaft, dass die Schaltorgane der Schalter nach dem Betätigen wieder selbstständig in seine Ausgangsposition zurückkehren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Vorspannung der Bedientaste durch das Vorspannelement auf Druck. Dabei wirkt die Kraft des Vorspannelements gegen das Schaltorgan des Schalters, wodurch die Bedientaste vorgespannt wird. Das Vorspannelement ist also in der Ruheposition der Bedientaste komprimiert. Wird nun die Bedientaste niedergedrückt, so streckt sich das Vorspannelement und wird entspannt. Für eine derartige auf Druck erfolgende Vorspannung können beispielsweise Wellenfedern, Blattfedern, Zylinderfedern, eckige Federn, Federzunge, Gummi-, Elastomer- oder Schaumstoffmaterial eingesetzt werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann eine Zugfeder als Vorspannelement verwendet werden, wodurch die Vorspannung der Bedientaste (auch) auf Zug erfolgt. Hierbei zieht die Zugfeder die Bedientaste in der Ruheposition gegen das Schaltorgan des Schalters. Wird nun die Bedientaste niedergedrückt, so zieht sich die Zugfeder zusammen und es tritt eine Entspannung der Zugfeder ein.
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Bei Vorspannelementen, die auf Druck vorgespannt sind, stützt sich das eine Ende des mindestens einen Vorspannelements an einer im Gehäuse ausgebildeten Anlagefläche ab, während das andere Ende des Vorspannelements Kontakt mit einer an der Bedientaste ausgebildeten Anlagefläche aufweist. Im Gegensatz dazu ist bei Ausführungsbeispielen mit auf Zug vorgespannten Vorspannelementen das eine Ende der Zugfeder an einer Befestigungsfläche der Bedientaste und das andere Ende der Zugfeder an einer Befestigungsfläche des Gehäuses fixiert.
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Bei Vorspannelementen, die auf Druck vorgespannt sind, kann der Abstand der Vorspannelement-Anlagefläche an der Bedientaste zur Vorderseite der Bedientaste z.B. größer sein als der Abstand der Vorspannelement-Anlagefläche am Gehäuse zur Vorderseite der Bedientaste. Umgekehrt ist es, wenn das Vorspannelement auf Zug vorgespannt ist. Da ist der Abstand der Vorspannelement-Befestigungsfläche der Bedientaste zur Vorderseite der Bedientaste kleiner als der Abstand der Vorspannelement-Befestigungsfläche am Gehäuse zur Vorderseite der Bedientaste.
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Es ist sinnvoll, einen Zentrierstift am Gehäuse oder an der Bedientaste vorzusehen, um das Vorspannelement in Position zu halten und dadurch dessen Verrutschen oder Verbiegen zu verhindern.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Bedienvorrichtung zwei Vorspannelemente auf, welche bezogen auf die Mittelachse der Bedientaste symmetrisch zueinander angeordnet sind. Beispielweise können zwei gleiche Vorspannelemente an zwei gegenüberliegenden Seiten der Bedientaste angeordnet sein, wodurch die Bedientaste ausbalanciert ist. Ein Verkippen oder Klemmen der Bedientaste kann dadurch verhindert werden. Alternativ können auch mehr als zwei Vorspannelemente eingesetzt werden.
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In einer alternativen Ausführungsform weist die Bedienvorrichtung ein Vorspannelement beispielsweise in Form einer sich um die Bedientaste herum erstreckenden Feder auf. Alternativ können hierbei Druck- oder Zugfeder eingesetzt werden.
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In einer zweckmäßigen Ausführungsform ist das mindestens eine Vorspannelement als Federzunge oder Blattfeder ausgebildet, wobei die Federzunge oder Blattfeder mit der Bedientaste oder dem Gehäuse einteilig ausgebildet ist und von der Bedientaste oder dem Gehäuse absteht.
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Mit dem erfindungsmäßigen Konzept ist es möglich, Tastensysteme einzusetzen, die einen sehr kurzen Schaltweg von weniger als 1 mm oder weniger als 0,5 mm oder von 0,3 mm und gleichzeitig relativ große Fertigungstoleranzen aufweisen. Dadurch ist es möglich, handelsüblichen Schalter bzw. Taster einzusetzen, was wiederum zur Reduzierung der Gesamtherstellungskosten der erfindungsmäßigen Bedienvorrichtung führt, da die handelsüblichen Taster und Schalter kostengünstig verfügbar sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Soweit die Elemente -der Ausführungsbeispiele einander funktional oder konstruktiv entsprechen oder gleichen, sind sie mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Im Einzelnen zeigen:
- 1 eine Vorderansicht (perspektivisch) auf eine Bedienvorrichtung,
- 2 eine Schnittansicht durch die Bedienvorrichtung gemäß II der 1 für das Ausführungsbeispiel eines Schalters mit Druckfeder als Vorspannelement in Ruheposition,
- 3 eine Schnittansicht durch die Bedienvorrichtung gemäß II der 1 für das Ausführungsbeispiel eines Schalters mit Zugfeder als Vorspannelement in Ruheposition,
- 4 eine Schnittansicht durch die Bedienvorrichtung gemäß II der 1 für das Ausführungsbeispiel eines Schalters mit einer sich um die Bedientaste herum erstreckenden Feder als Vorspannelement in Ruheposition,
- 5 eine Schnittansicht durch die Bedienvorrichtung gemäß II der 1 für das Ausführungsbeispiel eines Schalters mit als Vorspannelement in Ruheposition,
- 6 eine Schnittansicht durch die Bedienvorrichtung gemäß II der 1 für das Ausführungsbeispiel eines Schalters mit Federzunge als Vorspannelement in Betätigungsposition und
- 7 eine Schnittansicht durch die Bedienvorrichtung gemäß II der 1 für das Ausführungsbeispiel eines Schalters mit Blattfeder als Vorspannelement in Ruheposition.
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In den 1 und 2 ist die grundsätzliche Konstruktion eines Ausführungsbeispiels einer Bedienvorrichtung 10 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Bedienvorrichtung 10 ein Gehäuse 12 auf, an dessen Vorderwand 14 sich beispielsweise ein Display 16 sowie Bedienelemente 18 in Form z.B. von drei Bedientasten 20 befinden. Jede Bedientaste 20 weist eine Vorderseite 22 auf, auf der ein Symbolfeld 24 angeordnet ist, welches mit einer Symbolik für die bei manueller Betätigung der Bedientaste 20 auslösbare Funktion versehen ist. Innerhalb des Gehäuses 12 befindet sich ein Trägerelement 26 für diverse elektrische und elektronische Komponenten. Bei diesem Trägerelement 26 handelt sich typischerweise um eine Leiterplatine 28. Ferner befindet sich pro Bedientaste 20 auf der Leiterplatine 28 ein Schalter 30, der in diesem Ausführungsbeispiel als Kurzhubtaster mit einem Schaltweg von weniger als 1 mm bzw. weniger als 0,5 mm ausgebildet ist. Die Erfindung ist aber nicht auf die Ausgestaltung der Schalter 30 als Kurzhubtaster beschränkt.
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2 zeigt eine Schnittansicht durch die Bedienvorrichtung 10 in der Ruheposition der Bedientaste 20. Die Bedientaste 20 ist mit mindestens einem Vorspannelement 34 versehen, das als Druckfeder 36 ausgebildet ist. Die Bedientaste 20 ist dabei so angeordnet, dass sie ausgehend von einer Ruheposition manuell in eine Betätigungsposition niederdrückbar ist. In der Ruheposition liegt die Rückseite 38 der Bedientaste 20 auf dem Schaltorgan 40 des sich auf der Leiterplatine 28 befindenden Schalters 30 auf. Neben den beiden orthogonal zur Vorderseite 22 der Bedientaste 20 verlaufenden Seiten 32 der Bedientaste 20 ist jeweils eine Druckfeder 36 angeordnet, die in diesem Ausführungsbeispiel als Vorspannelement 34 dient. Die Druckfedern 36, die jeweils mit Hilfe eines Zentrierstiftes 42 in ihrer jeweiligen Position gehalten werden, stützen sich dabei jeweils mit ihrem einen Ende 44 an einer Anlagefläche 46 des Gehäuses 12 und mit dem anderen Ende 48 an einer Anlagefläche 50 der Bedientaste 20 ab.
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Die Federkräfte der Druckfedern 36 wirken der Kraft des Schaltorgans 40 entgegen und spannen die Bedientaste 20 gegen das Schaltorgan 40 des Schalters 30 vor, wodurch das Klappern der Bedientaste 20 unterbunden wird.
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Die Federkraft der Druckfeder 36 ist so gewählt, dass sie kleiner als die Kraft ist, die das Schaltorgan 40 des Schalters 30 in dessen Ausgangsposition hält. Gleichzeitig kann die Federkraft so gewählt sein, dass die Krafteinleitung auf den Schalter 30 so klein ist, dass keine spürbare Beeinflussung von Hubweg und -kraft bewirkt wird.
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Wird nun die Bedientaste 20 aus der Ruheposition in die Betätigungsposition niedergedrückt, so wird das Schaltorgan 40 des Schalters 30 ebenfalls aus dessen Ausgangsposition in die Schaltauslöseposition niedergedrückt. Dabei entspannen sich die Druckfedern 36, da die Betätigungskraft auf die Bedientaste 20 in die gleiche Richtung wie die Federkraft der Druckfedern 36 wirkt.
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Die Bedientaste 20 wird mit solcher Betätigungskraft niedergedrückt, dass das Schaltorgan 40 des Schalters 30 die Schaltauslöseposition erreicht, wodurch eine Schaltkontaktierung zustande kommt. Ist der Schalter 30 als Kurzhubtaster ausgeführt, verformt sich z.B. ein Metallstreifen bzw. eine Federscheibe, der bzw. die sich im Schalter 30 befindet, reversibel derart schlagartig, dass das Schaltorgan 40 des Schalters 30 direkt seine Schaltauslöseposition einnimmt. Beim Loslassen der Bedientaste 20 kehrt das Schaltorgan 40 wegen der Rückstellfähigkeit des Metallstreifens oder der Federscheibe selbständig wieder in die Ausgangsposition zurück. Dabei drückt das Schaltorgan 40 des Schalters 30 erneut gegen die Rückseite 38 der Bedientaste 20, so dass die Bedientaste 20 wieder in ihre Ruheposition gelangt.
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3 zeigt eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels, bei dem das mindestens eine Vorspannelement 34 als Zugfeder 52 ausgebildet ist. Auch hier befinden sich zwei Zugfedern 52 beidseitig der Bedientaste 20. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel mit Druckfeder 36 gemäß 2 ist das eine Ende 44 der Zugfeder 52 an eine Befestigungsfläche 58 der Bedientaste 20 und das andere Ende 48 der Zugfeder 52 an einer Befestigungsfläche 60 des Gehäuses 12 fixiert. In der Ruheposition der Bedientaste 20 ziehen die Zugfedern 52 die Bedientaste 20 gegen das Schaltorgan 40, wodurch die Bedientaste 20 vorgespannt wird. Wird die Bedientaste 20 nun betätigt, so wird die Bedientaste 20 gegen das Schaltorgan 40 des Schalters 30 gedrückt und die Zugfedern 52 entspannen sich, bis sich die Bedientaste 20 in ihrer Betätigungsposition befindet. Durch das automatische Zurückstellen des Schaltorgans 40 des Schalters 30 wiederum drückt das Schaltorgan 40 des Schalters 30 erneut gegen die Rückseite 38 der Bedientaste 20, so dass die Bedientaste 20 wieder in ihre Ruheposition gelangt, wenn sie losgelassen wird.
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4 zeigt eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels, bei dem das Vorspannelement 34 als eine sich um die Bedientaste 20 herum erstreckende Feder 54 ausgebildet ist. Die Feder 54 stützt sich mit beiden Enden 44, 48 jeweils an einer Anlagefläche 46 des Gehäuses 12 und einer Anlagefläche 50 der Bedientaste 20 ab. Das Wirkprinzip dieses Ausführungsbeispiels ist identisch mit dem Ausführungsbeispiel mit Druckfedern 36 als Vorspannelemente 34. Für dieses Ausführungsbeispiel kommen Federtypen in Frage, die entweder auf Zug oder auf Druck vorgespannt werden können.
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In den 5 und 6 sind Schnittansichten eines Ausführungsbeispiels gezeigt, bei dem das Vorspannelement 34 als Federzunge 56 ausgebildet ist. Dabei sind die Federzungen 56 jeweils von den Seiten 32 der Bedientaste 20 abstehend angeordnet und z.B. mit der Bedientaste 20 einteilig ausgebildet oder anderweitig an der Bedientaste 20 angeordnet.
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5 zeigt die Bedienvorrichtung 10 mit der Bedientaste 20 in der Ruheposition, in der die Federzungen 56 infolge ihrer Kraft die Bedientaste 20 gegen das Schaltorgan 40 des Schalters 30 vorgespannen. Wird nun die Bedientaste 20 niedergedrückt, so strecken sich die Federzungen 56 und werden dadurch entspannt (s. 6). Beim anschließenden Loslassen der Bedientaste 20 wird diese aufgrund der sich in dessen Schaltauslöseposition gegebenen Rückstellfähigkeit zurück in die Ruheposition überführt.
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7 zeigt analog zu 5 eine Schnittansicht durch die Bedienvorrichtung 10 in der Ruheposition der Bedientaste 20, wobei das Vorspannelement 34 als eine Blattfeder 62 ausgebildet ist. Das Wirkprinzip dieses Ausführungsbeispiels ist identisch mit demjenigen des Ausführungsbeispiels gemäß 5 mit Federzunge 56 als Vorspannelemente 34.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bedienvorrichtung
- 12
- Gehäuse
- 14
- Vorderwand des Gehäuses
- 16
- Display
- 18
- Bedienelement
- 20
- Bedientaste
- 22
- Vorderseite der Bedientaste
- 24
- Symbolfeld
- 26
- Trägerelement
- 28
- Leiterplatine
- 30
- Schalter
- 32
- Seiten der Bedientaste
- 34
- Vorspannelement
- 36
- Druckfeder
- 38
- Rückseite der Bedientaste
- 40
- Schaltorgan
- 42
- Zentrierstift
- 44
- ein Ende des Vorspannelements
- 46
- Anlagefläche des Gehäuses
- 48
- anderes Ende des Vorspannelements
- 50
- Anlagefläche der Bedientaste
- 52
- Zugfeder
- 54
- sich um die Bedientaste herum erstreckende Feder
- 56
- Federzunge
- 58
- Befestigungsfläche der Bedientaste
- 60
- Befestigungsfläche des Gehäuses
- 62
- Blattfeder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017114990 B3 [0008]
