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Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Fußschaltervorrichtungen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf Fußschaltervorrichtungen zur Verwendung mit medizinischen Geräten, wie elektrochirurgischen Generatoren und dergleichen.
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Hintergrund
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Fußschaltervorrichtungen werden in der modernen Medizin häufig zur Steuerung medizinischer Geräte wie Absaug- oder Spülpumpen, Bildgebungsvorrichtungen und elektrochirurgische Generatoren verwendet. Sie umfassen in der Regel ein Gehäuse und eine Reihe von Pedalen, die beweglich an dem Gehäuse angebracht sind, so dass die Pedale selektiv mit dem Fuß eines Benutzers betätigt werden können. Die Betätigung der Pedale bewirkt die Aktivierung oder Deaktivierung von Schaltern, die mit den Pedalen verbunden sind, und die Ausgangssignale der Schalter werden an das zu steuernde medizinische Gerät weitergeleitet.
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Fußschaltervorrichtungen umfassen in der Regel ein Gehäuse, an dem ein oder mehrere Pedale beweglich angebracht sind. Jedem Pedal ist ein Vorspannelement zugeordnet, so dass das Pedal in eine Ruheposition gedrängt wird, aus der es durch den Fuß des Benutzers gegen die Kraft des Vorspannelements in eine Schaltposition bewegt werden kann. Die Kraft des Vorspannelementes nimmt in der Regel zu, je weiter das Pedal aus der Ruhestellung herausbewegt wird.
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In vielen Fällen umfassen Fußschaltervorrichtungen binäre Schaltelemente, die durch das Pedal betätigt werden, wenn das Pedal in die Schaltstellung bewegt wird. In einigen Fällen umfassen die Schaltvorrichtungen proportionale Schaltelemente, die dazu eingerichtet sind, ein proportionales Schaltsignal in Abhängigkeit von der Pedalstellung abzugeben.
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Während der Benutzung muss der Benutzer einer Fußschaltervorrichtung die Kraft des Vorspannelements überwinden, um die Schaltvorrichtung zu betätigen. Um eine schnelle Betätigung der Schaltvorrichtung zu ermöglichen, bewegt ein Benutzer das Pedal normalerweise zunächst aus der Ruheposition in eine Zwischenposition, so dass nur eine kleine Restbewegung erforderlich ist, um die Schaltposition zu erreichen und die Schaltvorrichtung zu betätigen.
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In einigen Anwendungsfällen kann es erforderlich sein, dass der Benutzer die Schaltvorrichtung innerhalb kurzer Zeit mehrfach betätigen muss, beispielsweise um einem elektrochirurgischen Instrument kontrolliert elektrochirurgische Energie zuzuführen, indem der elektrochirurgische Energieausgang eines elektrochirurgischen Generators wiederholt ein- und ausgeschaltet wird. Da der Benutzer in diesem Fall das Pedal ständig gegen die Kraft des Vorspannelements halten muss, kann die Betätigung der Fußschaltervorrichtung zu Ermüdungserscheinungen führen, was unerwünscht ist.
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Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, eine Fußschaltervorrichtung mit verbesserter Leistung bereitzustellen.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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Die vorliegende Offenbarung stellt eine Fußschaltervorrichtung gemäß den beiliegenden Ansprüchen bereit. Die Fußschaltervorrichtung umfasst ein Gehäuse, ein an dem Gehäuse beweglich angebrachtes Pedal, ein Vorspannelement und eine Schaltvorrichtung. Das Pedal ist dazu eingerichtet, gegen eine Kraft des Vorspannelementes bewegbar zu sein, um die Schaltvorrichtung zu betätigen. Gemäß der vorliegenden Offenbarung weist das Vorspannelement eine nichtlineare Kraftauslenkungskurve auf. Das Pedal kann von einer Ruhestellung über eine Zwischenstellung in eine Schaltstellung bewegt werden. Die Kraft, die erforderlich ist, um das Pedal von der Ruhestellung in die Zwischenstellung zu bewegen, kann höher sein als die Kraft, die erforderlich ist, um das Pedal von der Zwischenstellung in die Schaltstellung zu bewegen. Die nichtlineare Kraftauslenkungskurve des Vorspannelements ermöglicht es einem Benutzer, das Pedal in der Nähe der Schaltposition mit einer geringeren Kraft zu halten, so dass die Ermüdung, die durch das Halten des Pedals entsteht, verringert werden kann.
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In der vorliegenden Offenbarung ist der Begriff „nichtlineare Kraftauslenkungskurve“ so zu verstehen, dass er die vom Vorspannelement ausgeübte Kraft im Verhältnis zu einer Pedalbewegung beschreibt. Dies bedeutet nicht notwendigerweise, dass das Vorspannelement selbst eine nichtlineare Kraftauslenkungskurve liefert, ohne in der Fußschaltervorrichtung, enthalten zu sein, beispielsweise in einem Prüfstand. Die nichtlineare Kraftauslenkungskurve kann sich aus der Art und Weise ergeben, wie das Vorspannelement in der Fußschaltervorrichtung angebracht ist.
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In einigen Ausführungsformen kann die Schaltvorrichtung eine binäre Schaltvorrichtung sein, die dazu eingerichtet ist, von einem ersten Schaltzustand in einen zweiten Schaltzustand zu wechseln, wenn das Pedal in die Schaltstellung bewegt wird. Der erste Schaltzustand kann ein „Ein“-Zustand sein. Der zweite Schaltzustand kann ein „Aus“-Zustand sein. Die Schalteinrichtung kann dazu eingerichtet sein, ein binäres Schaltsignal auszugeben, das zum Aktivieren oder Deaktivieren einer therapeutischen Funktion einer durch die Fußschaltervorrichtung zu steuernden medizinischen Vorrichtung verwendet werden kann.
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In einigen Ausführungsformen kann die Schaltvorrichtung eine proportionale Schaltvorrichtung sein, die dazu eingerichtet ist, ein Schaltsignal in Abhängigkeit von der Position des Pedals auszugeben. Die Schaltvorrichtung kann dazu eingerichtet sein, ein proportionales Schaltsignal auszugeben, das zur Einstellung eines oder mehrerer Parameter einer therapeutischen Funktion der medizinischen Vorrichtung verwendet werden kann, die durch die Fußschaltervorrichtung gesteuert werden soll.
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In einigen Ausführungsformen kann das Vorspannelement eine Zugfeder umfassen. Bei der Zugfeder kann es sich um eine Spiralfeder handeln. Die Spiralfeder kann eine Standardlänge haben und kann dazu eingerichtet sein, ihre Länge zu vergrößern, wenn eine Zugkraft auf die Spiralfeder ausgeübt wird. Das Pedal kann um eine Pedalschwenkachse beweglich sein, und die Zugfeder kann zwischen einem ersten Befestigungspunkt am Gehäuse und einem zweiten Befestigungspunkt am Pedal angebracht sein. Die Zugfeder kann sich entlang einer geraden Linie zwischen dem ersten Befestigungspunkt und dem zweiten Befestigungspunkt erstrecken, wenn das Pedal von der Ruheposition in die Zwischenposition bewegt wird. Die Zugfeder kann an der Pedalschwenkachse ausgelenkt werden, wenn das Pedal über die Zwischenstellung hinaus in Richtung der Schaltstellung bewegt wird.
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In einigen Ausführungsformen kann das Vorspannelement eine Blattfeder umfassen. Bei der Blattfeder kann es sich um eine Knackfroschfeder handeln. Die Knackfroschfeder kann eine erste Konfiguration und eine zweite Konfiguration aufweisen. In der ersten Konfiguration kann die Knackfroschfeder eine hohe Steifigkeit aufweisen. Die Knackfroschfeder kann als Reaktion auf eine Biegekraft von der ersten Konfiguration in die zweite Konfiguration übergehen. Die Knackfroschfeder kann in der zweiten Konfiguration eine geringere Steifigkeit aufweisen. Die Blattfeder kann eine V-förmige Konfiguration haben, wobei ein erster Arm am Pedal befestigt ist, ein Scheitelpunkt auf dem Gehäuse ruht und ein zweiter Arm beweglich auf dem Pedal ruht. Durch die Bewegung des Pedals kann die Blattfeder zusammengedrückt werden, wodurch sich die V-Form ausdehnt.
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In einigen Ausführungsformen kann die Fußschaltervorrichtung außerdem eine Druckfeder umfassen. Die Druckfeder kann zwischen dem Pedal und dem Gehäuse angebracht sein, so dass die Druckfeder zusammengedrückt wird, wenn das Pedal von der Ruhestellung in die Zwischenstellung oder die Schaltstellung bewegt wird. Die Kraft der Druckfeder kann geringer sein als die Kraft der Zugfeder oder der Blattfeder, wenn das Pedal von der Ruhestellung in die Zwischenstellung bewegt wird, und die Kraft der Druckfeder kann gleich oder größer sein als die Kraft der Zugfeder oder der Blattfeder, wenn das Pedal über die Zwischenstellung hinaus bewegt wird. Die Druckfeder kann austauschbar sein, so dass die Kraft der Druckfeder an die Vorlieben eines Benutzers angepasst werden kann.
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Die Fußschaltervorrichtung kann eine Mehrzahl von Pedalen umfassen, die an dem Gehäuse befestigt sind. Jedem der Mehrzahl von Pedalen kann ein eigenes Vorspannelement zugeordnet sein.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung wird anhand einiger beispielhafter Ausführungsformen und Zeichnungen näher beschrieben. Solche Ausführungsformen und Zeichnungen werden nur zum besseren Verständnis des Konzepts der Offenbarung zur Verfügung gestellt, ohne den Schutzbereich, der durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, einzuschränken.
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Die Zeichnungen zeigen:
- 1: Ein Medizinisches Gerätesystem mit einer Fußschaltervorrichtung;
- 2: Eine Schnittdarstellung einer Fußschaltervorrichtung;
- 3: eine schematische Ansicht eines Vorspannelements in einer Fußschaltervorrichtung;
- : Schematische Darstellung eines weiteren Vorspannelementes in einer Fußschaltervorrichtung;
- 5a-c: Eine weitere Fußschaltervorrichtung;
- : Eine weitere Fußschaltervorrichtung.
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Ausführliche Beschreibung
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1 zeigt ein Medizinisches Gerätesystem 100. Das Medizinische Gerätesystem 100 umfasst ein medizinisches Gerät 101, bei dem es sich um einen elektrochirurgischen Generator handeln kann. Das medizinische Gerät 101 ist mit einem chirurgischen Instrument 102 verbunden, bei dem es sich um ein elektrochirurgisches Instrument handeln kann.
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Das Medizinische Gerätesystem 100 umfasst ferner eine Fußschaltervorrichtung 110, mit der ein Arzt die Funktion des medizinischen Geräts 101 steuern kann. Im gezeigten Beispiel umfasst die Fußschaltervorrichtung 110 zwei Pedale 112, 114, die zur Steuerung des elektrochirurgischen Generators 101 verwendet werden können, um unterschiedliche elektrochirurgische Therapiesignale an das elektrochirurgische Instrument 102 auszugeben. Wenn beispielsweise ein Arzt das linke Pedal 112 betätigt, kann der elektrochirurgische Generator 101 so gesteuert werden, dass er ein Koagulationssignal an das elektrochirurgische Instrument 102 ausgibt, und wenn ein Arzt das rechte Pedal 114 betätigt, kann der elektrochirurgische Generator 101 so gesteuert werden, dass er ein Schneidesignal an das elektrochirurgische Instrument 102 ausgibt.
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Die Fußschaltervorrichtung 110 kann mit dem elektrochirurgischen Gerät 101 über eine drahtlose Verbindung kommunizieren, die durch die gestrichelte Linie 115 angezeigt wird. Natürlich kann die Fußschaltervorrichtung 110 auch über eine kabelgebundene Verbindung mit dem medizinischen Gerät 101 verbunden werden.
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2 zeigt eine vereinfachte Schnittdarstellung einer Fußschaltervorrichtung 200. Die Fußschaltervorrichtung 200 umfasst ein Gehäuse 201 und ein an dem Gehäuse 201 beweglich gelagertes Pedal 202. Das Pedal 202 ist um eine Pedalschwenkachse 205 beweglich am Gehäuse 201 angebracht. Das Pedal 202 kann durch den Fuß eines Benutzers in Pfeilrichtung 206 bewegt werden und in Kontakt mit einer Schaltvorrichtung 208 kommen.
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Zwischen dem Gehäuse 201 und dem Pedal 202 ist ein Vorspannelement 210 angeordnet. Das Vorspannelement 210 drückt das Pedal 202 in eine Ruhestellung, wie in 2 durchgehend dargestellt. Um das Pedal aus der Ruhestellung in eine Schaltstellung zu bewegen, in der das Pedal 202 die Schaltvorrichtung 208 berührt und betätigt, muss der Benutzer gegen die Kraft des Vorspannelementes 210 arbeiten.
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Das Vorspannelement 210 ist mit einer nichtlinearen Kraftauslenkungskurve versehen, so dass eine Kraft, die erforderlich ist, um das Pedal 202 aus der Ruhestellung in eine Zwischenstellung zu bewegen, wie in 2 durch gestrichelte Linien dargestellt, höher ist als eine Kraft, die erforderlich ist, um das Pedal 202 aus der Zwischenstellung in die Schaltstellung (nicht dargestellt) zu bewegen.
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3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Vorspannelementes, das eine nichtlineare Kraftauslenkungskurve liefert. Der Übersichtlichkeit halber zeigt 3 nur das Vorspannelement, bei dem es sich um eine Zugfeder 310 handelt, einen ersten Befestigungspunkt 311, an dem die Zugfeder 310 am Gehäuse befestigt ist, einen zweiten Befestigungspunkt 312, an dem die Zugfeder 310 am Pedal befestigt ist, und eine Schwenkachse 315.
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3 zeigt, wie sich die Zugfeder 310 bewegt, wenn das Pedal von einer Ruheposition über eine Zwischenposition in eine Schaltposition bewegt wird. Während der erste Befestigungspunkt 311 und die Drehachse 315 während der Bewegung des Pedals stationär bleiben, bewegt sich der zweite Befestigungspunkt 312 entlang einer Kreisbahn um die Drehachse 315, wie durch den Pfeil 320 angezeigt.
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Es ist zu erkennen, dass die Zugfeder 310 bei der Bewegung von der Ruhestellung in die Zwischenstellung gedehnt wird, wo die Zugfeder 310 mit gestrichelten Linien dargestellt ist. Es ist ferner zu erkennen, dass die Zugfeder in der Zwischenstellung an der Drehachse 315 anliegt. Wenn das Pedal über die Zwischenstellung hinaus bewegt wird, kann sich die Zugfeder 310 nicht mehr entlang einer geraden Linie zwischen dem ersten Befestigungspunkt 311 und dem zweiten Befestigungspunkt 312 erstrecken. Stattdessen spaltet sich die Zugfeder 310 in einen ersten Block 310' und einen zweiten Block 310" auf, die durch gepunktete Linien angezeigt werden und sich an der Schwenkachse 315 trennen. Bei der Bewegung von der Zwischenstellung in die Schaltstellung behalten der erste und der zweite Block 310', 310" der Zugfeder 310 ihre jeweilige Länge bei, werden aber gegeneinander verdreht. Eine solche Verdrehung erfordert jedoch wesentlich weniger Kraft als eine lineare Ausdehnung der Zugfeder 310, so dass eine Kraft, die erforderlich ist, um das Pedal von der Ruheposition in die Zwischenposition zu bewegen, höher ist als eine Kraft, die erforderlich ist, um das Pedal von der Zwischenposition in die Schaltposition zu bewegen.
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4 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Vorspannelementes, das eine nichtlineare Kraftauslenkungskurve liefert. Auch hier sind der Übersichtlichkeit halber nur das Vorspannelement, bei dem es sich um eine Zugfeder 410 handelt, ein erster Befestigungspunkt 411, an dem die Zugfeder 410 am Gehäuse befestigt ist, ein zweiter Befestigungspunkt 412, an dem die Zugfeder 410 am Pedal befestigt ist, und die Schwenkachse 415 dargestellt.
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Anders als bei der in 3 gezeigten Ausführungsform ermöglicht die Schwenkachse 415 ein Durchlaufen der Zugfeder 410 ohne Umlenkung. Es ist zu erkennen, dass die Zugfeder 410 bei der Bewegung von der Ruhestellung in die Zwischenstellung expandiert wird, da der Weg des zweiten Befestigungspunktes 412, wie durch Pfeil 420 angezeigt, in einem Winkel zu einer Kreislinie um den ersten Befestigungspunkt 411 verläuft, wie durch Pfeil 421 angezeigt. Es ist ferner zu erkennen, dass, wenn sich die Zugfeder 410 von der Zwischenstellung in die Schaltstellung bewegt, der Weg des zweiten Befestigungspunktes 412 nahezu parallel zu der Kreislinie um den ersten Befestigungspunkt 411 verläuft, so dass die Zugfeder 410 kaum weiter ausgedehnt wird. Infolgedessen ist eine Kraft, die erforderlich ist, um das Pedal von der Zwischenposition in die Schaltposition zu bewegen, viel geringer als eine Kraft, die erforderlich ist, um das Pedal von der Ruheposition in die Zwischenposition zu bewegen. Ein weiterer Effekt ist, dass mit zunehmender Annäherung der Zugfeder 410 an die Schwenkachse 415 ein wirksamer Hebelarm der Zugfeder abnimmt, so dass auch ein auf das Pedal wirkendes Drehmoment abnimmt.
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Bei der Ausführungsform von 4 ist es wichtig, dass die Schaltstellung erreicht wird, bevor der Weg des zweiten Befestigungspunktes 412 einen maximalen Abstand von der Kreislinie um den ersten Befestigungspunkt 411 erreicht, weil sonst die Zugfeder 410 das Pedal von selbst in die Schaltstellung ziehen würde.
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In den 5a bis 5c ist eine weitere Fußschaltervorrichtung 500 dargestellt. Die Fußschaltervorrichtung 500 umfasst ein Gehäuse 501 und ein an dem Gehäuse 501 beweglich gelagertes Pedal 502. Das Pedal 502 ist um eine Pedalschwenkachse 505 in Richtung einer in 5 nicht dargestellten Schaltvorrichtung bewegbar. Ein Vorspannelement drückt das Pedal 502 in eine Ruhestellung. Das Vorspannelement umfasst in der gezeigten Ausführungsform eine Blattfeder 510. Wenn das Pedal 502 aus der Ruheposition in eine Zwischenposition oder eine Schaltposition bewegt wird, wird die Blattfeder 510 ausgelenkt, wie in gestrichelten Linien in 5a dargestellt. Ein Gleitstück 511 an der Unterseite des Pedals verringert die Reibung zwischen dem Pedal 502 und der Blattfeder 510.
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5b zeigt eine Vorderansicht der Fußschaltervorrichtung 500 mit dem Pedal 502 in Ruhestellung. 5c zeigt eine Detailansicht der in den 5a und 5b gezeigten Blattfeder 510 und des Gleitstücks 511.
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Es ist zu erkennen, dass die Blattfeder 510 einen gekrümmten Querschnitt aufweist. Aufgrund des gekrümmten Querschnitts hat die Blattfeder 510 eine hohe Anfangssteifigkeit, so dass eine hohe Kraft erforderlich ist, um das Pedal 502 aus der Ruhestellung zu bewegen. Sobald jedoch eine bestimmte Kraft aufgebracht wird, wandelt sich die Blattfeder 510 elastisch in eine flache Konfiguration 510' um, wie in gestrichelten Linien in 5c dargestellt. Durch diese Umwandlung nimmt die Steifigkeit der Blattfeder 510 deutlich ab, so dass viel weniger Kraft erforderlich ist, um das Pedal 502 über die Position hinaus zu bewegen, in der die Umwandlung stattfindet. Diese Art der Umwandlung wird auch als „Knackfrosch“-Effekt bezeichnet. Um einen reibungslosen Übergang der Blattfeder 510 zwischen der gekrümmten und der flachen Konfiguration zu ermöglichen, verfügt das Gleitstück 511 über einen Nocken 512, der für einen Punkt- oder Linienkontakt zwischen dem Gleitstück 511 und der Blattfeder 510 sorgt.
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6 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Fußschaltervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die Fußschaltervorrichtung 600 ähnelt der in den 5a bis 5c dargestellten Fußschaltervorrichtung 500.
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Anders als in den 5a bis 5c dargestellt, ist das Vorspannelement der Fußschaltervorrichtung 600 eine Blattfeder 610 mit einer V-förmigen Konfiguration. Ein erster Arm der Blattfeder 610 ist fest mit dem Pedal 602 der Fußschaltervorrichtung 600 an einem Punkt hinter der Drehachse 605 verbunden. Ein Scheitelpunkt der Blattfeder 610 liegt am Gehäuse 601 an einem Punkt nahe an und vor der Schwenkachse 605 auf, und ein zweiter Arm der Blattfeder 610 liegt unter dem Pedal 602 vor und weiter entfernt von der Schwenkachse auf. Die Begriffe „hinter“ und „vor“ sind so zu verstehen, wie sie von einem Benutzer der Fußschaltervorrichtung 600 gesehen werden.
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Wenn das Pedal 602 aus einer Ruhestellung in eine Zwischenstellung bewegt wird, wird die Blattfeder 610 verformt, so dass die Arme der Blattfeder 610 weiter auseinandergespreizt werden. Während der Verformung der Blattfeder 610 gleitet der Scheitelpunkt der Blattfeder entlang der Oberfläche des Gehäuses 601, und der zweite Arm der Blattfeder 610 gleitet entlang einer unteren Fläche des Pedals 602. Da der erste Arm der Blattfeder 610 hinter der Drehachse am Pedal 602 befestigt ist, gleitet der Scheitelpunkt der Blattfeder 610 in Richtung der Drehachse 605, wenn das Pedal aus einer Ruheposition heraus bewegt wird. Durch diese Gleitbewegung verringert sich ein wirksamer Hebelarm der Kraft der Blattfeder 610 auf das Pedal 602, so dass sich auch ein auf das Pedal 602 wirkendes Drehmoment verringert. Dementsprechend ist eine anfängliche Kraft, die erforderlich ist, um das Pedal aus der Ruhestellung zu bewegen, hoch und nimmt dann ab, während das Pedal 602 in Richtung der Zwischenstellung oder der Schaltstellung bewegt wird.
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In einer Abwandlung der in 6 gezeigten Ausführungsform kann die Blattfeder mit dem zweiten Arm vor der Schwenkachse am Pedal befestigt sein und mit dem ersten Arm hinter der Schwenkachse gleitend unter dem Pedal ruhen.
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Ähnlich wie bei der Ausführungsform der 5a bis 5c kann die Blattfeder 610 einen gekrümmten Querschnitt aufweisen, um den zuvor beschriebenen Knackfrosch-Effekt zu erzielen.
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Die Fußschaltervorrichtung 600 umfasst ferner ein zusätzliches Vorspannelement, bei dem es sich um eine Druckfeder 620 zwischen dem Pedal 602 und dem Gehäuse 601 handeln kann. Die Druckfeder 620 kann verwendet werden, um die effektive Kraftauslenkungskurve der Blattfeder 610 weiter anzupassen. Die Druckfeder 620 kann eine relativ geringe Kraft bereitstellen, während das Pedal 602 von der Ruheposition in Richtung der Zwischenposition bewegt wird. Insbesondere kann die von der Druckfeder 620 bereitgestellte Kraft geringer sein als die von der Blattfeder 610 bereitgestellte Kraft, während das Pedal 602 von der Ruhestellung in die Zwischenstellung bewegt wird. Wenn das Pedal 602 weiter in Richtung der Schaltposition bewegt wird, nimmt die von der Druckfeder bereitgestellte Kraft zu und kann gleich oder höher sein als die von der Blattfeder 610 bereitgestellte Kraft.
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Während die Druckfeder 620 nur in 6 dargestellt ist, kann eine ähnliche Druckfeder auch in den in den 3, 4 und 5a bis c gezeigten Ausführungsformen verwendet werden. Die Druckfeder kann austauschbar sein, so dass je nach Wunsch des Benutzers Druckfedern mit unterschiedlichen Stärken verwendet werden können.
