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Der vorliegende Ansatz bezieht sich auf eine Tastereinrichtung für ein Fahrzeug.
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Kraftsensitive Taster auf Basis von Piezoelementen werden in der Regel als Schichtsystem möglichst flach unter der berührten Oberfläche aufgebaut. Eine Sensierung und ein haptisches Feedback für den Bediener wird durch die Platzierung der Piezoelemente unmittelbar unter der Tastenoberfläche erreicht.
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Vor diesem Hintergrund schafft der vorliegende Ansatz eine verbesserte Tastereinrichtung für ein Fahrzeug gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass ein minimalistischer und somit kostengünstiger Aufbau eines „ASIL A“-, „ASIL C“- und zusätzlich oder alternativ „ASIL D“-fähigen (Automotive Safety Integrity Level A, C, D) kraftsensitiven Tasters ohne Einschränkungen hinsichtlich Umgebungseinflüssen oder Symbolausleuchtung realisierbar ist. Auch ist ein Einsatz ohne zusätzliche ASIL-Anforderung möglich.
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Eine Tastereinrichtung für ein Fahrzeug weist eine Unterschale, ein Piezoelement, ein Tastendeckelelement, zumindest einen Dorn, eine Sensoreinrichtung und eine Leiterplatte auf. Das Piezoelement ist an der Unterschale gelagert. Das Tastendeckelelement weist ein bewegliches Bedienelement mit einer Bedienoberfläche zum Betätigen der Tastereinrichtung auf. Der Dorn erstreckt sich auf einer der Bedienoberfläche gegenüberliegenden Unterseite des Bedienelements in Richtung des Piezoelements, um bei dem Betätigen eine Verformung des Piezoelements zu bewirken. Die Sensoreinrichtung ist dazu ausgebildet, um die Verformung des Piezoelements zu sensieren. Die Leiterplatte ist zwischen der Bedienoberfläche und dem Piezoelement angeordnet.
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Eine hier vorgestellte Tastereinrichtung kann zum Bedienen einer beliebigen Fahrzeugfunktion eines Fahrzeugs eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Tastereinrichtung im Bereich eines Armaturenbretts oder Schalthebels eines Fahrzeugs eingesetzt werden. Hierzu kann beim Betätigen, also wenn Druck auf die Bedienoberfläche ausgeübt wird, das bewegliche Bedienelement zu dem Piezoelement bewegt werden und dieses mechanisch verformen. Das Piezoelement kann als ein Plättchen mit Elektroden an einer Endfläche oder an zwei oder mehr einander gegenüberliegenden Endflächen ausgeformt sein. Das Piezoelement kann zwischen dem Tastendeckelelement und der Unterschale, beabstandet von dem Tastendeckelelement angeordnet sein. Die Sensoreinrichtung kann ebenfalls beabstandet, beispielsweise ohne Kontakt zu der Bedienoberfläche oder dem gesamten Tastendeckelelement, beispielsweise unbeweglich, in der Tastereinrichtung angeordnet sein, sodass beim Betätigen ein Wirkweg realisiert werden kann, der den Anforderungen zumindest eines der Sicherheits-Integritäts-Level A, C und zusätzlich oder alternativ D für die Automobilindustrie, kurz „ASIL A“, „ASIL C“, „ASIL D“, gerecht wird. Eine derartige Anordnung der Sensoreinrichtung ermöglicht zudem eine Erfassung der Betätigung unabhängig von Umgebungseinflüssen. Die Sensoreinrichtung kann zumindest einen kapazitiven oder induktiven Sensor aufweisen. Die Sensoreinrichtung kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, um eine durch die Verformung erzeugte elektrische Spannung, Spannungsänderung, Kapazität oder Kapazitätsänderung des Piezoelements zu sensieren. Der Dorn kann mit dem Tastendeckelelement einstückig oder alternativ auch als zusätzliche Komponente ausgeführt sein, die der Kraftübertragung dient. Die Tastereinrichtung realisiert vorteilhafterweise eine Kombination von physikalisch unterschiedlichen Sensorverfahren (ASIL) und zusätzlich oder alternativ eine Kombination von Beleuchtung durch beispielsweise konventionelle LEDs und Piezo-Taster.
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Die Leiterplatte kann unbeweglich in der Tastereinrichtung aufgenommen, beispielsweise zwischen dem Tastendeckelelement und der Unterschale eingespannt, sein. Die Sensoreinrichtung kann an der Leiterplatte angeordnet oder kontaktiert sein, beispielsweise an einer dem Piezoelement zugewandten Seite der Leiterplatte. Dies ermöglicht eine Aufnahme der Sensoreinrichtung, wobei ein definierter Abstand zu dem Piezoelement realisiert sein kann.
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Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Leiterplatte eine Aussparung, beispielsweise eine Durchgangsöffnung oder eine Nut, aufweist, durch die der Dorn geführt ist. So kann das Bedienelement in Richtung des Piezoelements bewegt werden, ohne dabei die zwischenliegende Leiterplatte oder Sensoreinrichtung auszulenken. Alternativ kann der Dorn aber auch an der Leiterplatte vorbeigeführt sein.
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Die Tastereinrichtung kann zusätzlich oder alternativ eine an der Leiterplatte angeordnete Beleuchtungseinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, um eine Beleuchtung der Tastereinrichtung aus der Bedienoberfläche heraus zu erzeugen. Die Beleuchtungseinrichtung kann zumindest eine oder mehrere LEDs aufweisen. Die Sensoreinrichtung und die Beleuchtungseinrichtung können auf einander gegenüberliegenden Seiten der Leiterplatte angeordnet sein. Die Beleuchtungseinrichtung kann demnach auf einer der Bedienoberfläche zugewandten Seite der Leiterplatte angeordnet sein. Beispielsweise können die Bedienoberfläche und die Leiterplatte parallel zueinander verlaufend angeordnet sein. So kann eine vertikale Lichteinkopplung von unterhalb der Bedienoberfläche durch die Bedienoberfläche erfolgen, die eine direkte und somit sehr starke Beleuchtung durch die Bedienoberfläche ohne zusätzliche Bauteile ermöglicht. Durch eine derartige Beleuchtungseinrichtung kann beispielsweise ein Symbol auf der Bedienoberfläche besonders gut ausgeleuchtet werden und somit sehr gut sichtbar sein.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Sensoreinrichtung dazu ausgebildet sein, um die Verformung kontaktlos oder kontaktbehaftet zu sensieren. Ein kontaktbehafteter Sensor kann ein besonders genaues Messergebnis liefern, da kein Luftspalt zwischen der Sensoreinrichtung und dem Piezoelement angeordnet ist. Ein kontaktloser Sensor hingegen kann sicherstellen, dass beim Betätigen keine Betätigungskräfte auf die Leiterplatte übertragen werden und zusätzlich oder alternativ Vibrationen des Piezoelements, welche eine haptische Rückmeldung für einen Nutzer ermöglichen, nicht gedämpft werden. Eine einfachste Ausführung dieses Sensors ist die Verwendung einer Kupferfläche, die einen Kondensator mit dem Piezoelement bildet oder einer Spule, die durch das Piezoelement verstimmt wird.
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Die Tastereinrichtung kann beispielsweise ein verformbares Kontaktelement aufweisen, das zwischen der Sensoreinrichtung und dem Piezoelement angeordnet ist. Das verformbare Kontaktelement kann hierbei zu einer Seite die Sensoreinrichtung und zu der anderen Seite das Piezoelement kontaktieren. Beispielsweise kann das verformbare Kontaktelement als zumindest eine Kontaktpille oder ein Kontaktschaum realisiert sein. Das Kontaktelement kann elektrisch leitfähig sein.
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Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Tastereinrichtung gemäß einer Ausführungsform eine Dorneneinrichtung mit dem Dorn und zumindest einem weiteren Dorn aufweist, die sich von einer Dorneneinrichtungsunterseite der Dorneneinrichtung in Richtung des Piezoelements erstrecken, um bei dem Betätigen die Verformung des Piezoelements zu bewirken. Der Dorn und der weitere Dorn können zueinander parallel ausgerichtet sein. Der Dorn und der weitere Dorn können angeordnet sein, um die Verformung des Piezoelements bei der Betätigung an zwei gegenüberliegenden Endflächen des Piezoelements zu bewirken. Die Dorneneinrichtung kann auch einen dritten Dorn aufweisen, wobei die drei Dornen gleichmäßig zueinander beabstandet, beispielsweise dreieckförmig, angeordnet sein können.
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Die Dorneneinrichtung kann zwischen dem Dorn und dem zumindest einen weiteren Dorn einen Lichtkanal ausformen. Der Lichtkanal kann zu dem Piezoelement verjüngend ausgeformt sein. Die Dornen können um den Lichtkanal angeordnet sein und sich beispielsweise von einer ringförmigen Grundfläche an einem Ende des Lichtkanals erstrecken. Ein solcher Lichtkanal ermöglicht eine ideale hindernisfreie Beleuchtung des Tastendeckelelements.
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Eine Grundidee der Piezo-Betätigung durch die Dorne ist hierbei, dass diese aus dem Lichtkanal, auch „Lichttunnel“ genannt, der Streulicht abschirmt, ausgebildet werden. Hierbei sind mindestens drei Dorne erforderlich, um eine gleichmäßige Kraftverteilung auf das Piezoelement sicher zu stellen. Die Dorne reichen in einer Ausführungsform durch lokal begrenzte Öffnungen der Leiterplatte hindurch, die durch diesen Aufbau fixiert bleibt. Fertigungstechnisch kann es von Vorteil sein, den Lichttunnel in einer Ausführungsform mit den Dornen nicht als ein Teil aus dem Tastendeckelelement, das auch als „Oberschale“ bezeichnet werden kann, auszubilden, sondern als zusätzliche Komponenten zu konzipieren.
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Der Dorn kann sich ferner einstückig von dem Tastendeckelelement erstrecken. In einer Variante mit zumindest zwei Dornen kann zwischen dem Dorn und dem weiteren Dorn und zusätzlich oder alternativ dem dritten Dorn eine wannenförmige Ausnehmung ausgeformt sein, in der die Sensoreinrichtung und zusätzlich oder alternativ eine Beleuchtungseinrichtung und zusätzlich oder alternativ ein Leiterplattenabschnitt der Leiterplatte aufgenommen sind. So ist eine geschützte und stabile Aufnahme der Sensoreinrichtung und zusätzlich oder alternativ Beleuchtungseinrichtung zwischen den Dornen in der Ausnehmung ermöglicht.
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Das Tastendeckelelement kann zumindest einen flexiblen Abschnitt aufweisen, der eben mit der Bedienoberfläche und zusätzlich oder alternativ einstückig und zusätzlich oder alternativ direkt mit dem Bedienelement verbunden ist. Dies ermöglicht eine bewegliche Aufnahme des Bedienelements in dem Tastendeckelelement. Das Tastendeckelelement kann einstückig ausgeformt sein. Das Tastendeckelelement kann auch zwei derartige flexible Abschnitte aufweisen, die an zwei gegenüberliegenden Enden der Bedienoberfläche angeordnet sein können. Somit ist das Bedienelement gleichmäßig linear zu dem Piezoelement beweglich, ohne bei der Betätigung zu kippen. Das Bedienelement, also die Bedienoberfläche und der Dorn oder die Dornen, kann steif ausgeformt sein. Der flexible Abschnit‟ umgibt in einer Ausführungsform die Bedienoberfläche, die auch als „Tastenbereich“ bezeichnet werden kann, so dass eine Verformung und Krafteinbringung lokalisiert auf den Tastenbereich begrenzt bleibt und die Betätigungskräfte nicht über die angekoppelte Oberschale abgeleitet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Piezoelement in einer Trägereinrichtung aufgenommen sein. Eine solche Trägereinrichtung kann einem Schutz des Piezoelements dienen, beispielsweise vor Verschleiß während des Betätigens. Die Trägereinrichtung kann ein flexibles Material aufweisen, um eine auf die Trägereinrichtung einwirkende Betätigungskraft auf das Piezoelement übertragen zu können.
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Die Trägereinrichtung kann zumindest eine Kerbe zum Aufnehmen des Dorns aufweisen. So kann der Dorn auf einen bestimmten Abschnitt des Piezoelements zentriert ausgerichtet werden, beispielsweise auf eine der Endflächen des Piezoelements, und zusätzlich oder alternativ beim Betätigen ein Abrutschen des Dorns an der Trägereinrichtung verhindert werden. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Trägereinrichtung oder die Unterschale auch einen oder mehrere punktuelle Vertiefungen aufweisen, in denen sich die Betätigungsdorne selbst zentrieren, um eine Sicherung gegen Verdrehen zu erreichen. Die Dorne können auch von dem Piezo-Träger, also der Trägereinrichtung ausgebildet werden, so dass nicht der Lichttunnel durch die Leiterplatte ragt, sondern Dorne auf dem Piezo-Träger, die ihrerseits mit der Tasteroberfläche gekoppelt werden.
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Die Unterschale kann einen Stift aufweisen, der sich zu dem Tastendeckelelement hin erstreckt und zusätzlich oder alternativ kann das Piezoelement auf dem Stift gelagert sein. Dies erlaubt eine stabile Lagerung des Piezoelements, wobei die Endflächen des Piezoelements freiliegen oder -hängen können, um die Verformung durch den oder die Dornen zu der Unterschale hin zu ermöglichen. Wenn das Piezoelement in einer Trägereinrichtung gelagert ist, kann die Trägereinrichtung entsprechend auf dem Stift gelagert sein. Der Stift kann sich mittig und zusätzlich oder alternativ einstückig von der Unterschale erstrecken. Die untere Abstützung des Piezoelement erfolgt vorteilhafterweise mittig, um ein Sensor-Signal zu erzeugen. Das Piezoelement bzw. die Trägereinrichtung für das Piezoelement kann gemäß einer Ausführungsform einen zusätzlichen Endanschlag auf der Gehäuseunterseite haben, um vor einer Beschädigung geschützt zu sein.
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Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 einen schematischen Querschnitt eines Fahrzeugs mit einer Tastereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 einen Querschnitt einer Tastereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 eine perspektivische Aufsicht auf eine Tastereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 4 eine perspektivische Ansicht einer Tastereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 5 eine perspektivische Ansicht einer Tastereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 6 eine perspektivische Ansicht einer Tastereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 7 eine perspektivische Ansicht einer Unterschale einer Tastereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 8 eine perspektivische Aufsicht auf eine Tastereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 9 eine perspektivische Seitenansicht einer Tastereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 10 eine perspektivische Seitenansicht einer Tastereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 11 eine perspektivische Ansicht einer Tastereinrichtung von einer Unterseite gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt einen rein schematischen Querschnitt eines Fahrzeugs 100 mit einer Tastereinrichtung 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Die Tastereinrichtung 105 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel in oder an dem Fahrzeug 100 aufgenommen und dazu ausgebildet, um eine beliebige Fahrzeugfunktion des Fahrzeugs 100 zu bedienen, beispielsweise zu aktivieren. Beispielsweise kann die Tastereinrichtung 105 durch einen Finger eines Insassen des Fahrzeugs 100 betätigt werden. Beispielsweise wird die Tastereinrichtung 105 verwendet, um eine Assistenzfunktion oder Entertainmentfunktion des Fahrzeugs 100 zu aktivieren oder zu deaktivieren.
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Die Tastereinrichtung 105 weist eine Unterschale 110, ein Piezoelement 115, ein Tastendeckelelement 120 und eine Sensoreinrichtung 125 auf. Ferner weist die Tastereinrichtung 105 zumindest einen Dorn 140 und eine Leiterplatte 150 auf. Das Piezoelement 115 ist an der Unterschale 110 gelagert. Das Tastendeckelelement 120 weist ein bewegliches Bedienelement 130 mit einer Bedienoberfläche 135 zum Betätigen der Tastereinrichtung 105 auf. Der Dorn 140 erstreckt sich auf einer der Bedienoberfläche 135 gegenüberliegenden Unterseite 145 des Bedienelements 130 in Richtung des Piezoelements 115, um bei dem Betätigen eine Verformung des Piezoelements 115 zu bewirken. Die Sensoreinrichtung 125 ist dazu ausgebildet, um die Verformung des Piezoelements 115 zu sensieren.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Bedienoberfläche 135 und/oder Unterseite 145 gerade und/oder parallel zueinander verlaufend ausgeformt. Lediglich beispielhaft ist der Dorn 140 gemäß diesem Ausführungsbeispiel einstückig mit dem Tastendeckelelement 120 ausgeformt. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist der Dorn 140 einstückig mit der Unterschale 110 ausgeformt oder anderweitig zwischen dem Tastendeckelelement 120 und der Unterschale 110 gelagert, beispielsweise in oder an der Leiterplatte 150. Der Dorn 140 erstreckt sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel senkrecht von der Unterseite 145 und/oder ist verjüngend zu dem Piezoelement 115 hin ausgeformt. Das Piezoelement 115 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als ein gerades oder gebogenes Plättchen und/oder mit Elektroden an zumindest einer Endfläche oder zwei gegenüberliegenden Endflächen ausgeformt.
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Die Tastereinrichtung 105 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ferner die zwischen der Bedienoberfläche 135 und dem Piezoelement 115 angeordnete Leiterplatte 150 auf, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel an zwei gegenüberliegenden Enden der Tastereinrichtung 105 zwischen der Unterschale 110 und dem Tastendeckelelement 120 gelagert ist. Die Leiterplatte 150 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel parallel zu der Bedienoberfläche 135 und/oder dem Piezoelement 115 angeordnet, wenn dieses gerade ausgeformt ist. Die Leiterplatte 150 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel zumindest eine Durchgangsöffnung 155 auf, durch die der Dorn 140 geführt ist.
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Die Sensoreinrichtung 125 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel an der Leiterplatte 150 angeordnet, gemäß diesem Ausführungsbeispiel an einer dem Piezoelement 115 zugewandten Seite der Leiterplatte 150. Die Sensoreinrichtung 125 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet, um eine durch die Verformung erzeugte elektrische Spannung oder Kapazität des Piezoelements 115 zu sensieren. Die Sensoreinrichtung 125 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel zumindest einen kapazitiven und/oder induktiven Sensor auf, der gemäß diesem Ausführungsbeispiel einem Abschnitt des Piezoelements 115 zugewandt an der Leiterplatte 150 angeordnet ist, wobei der Abschnitt bei der Betätigung die Verformung aufweist. Der Sensor ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet, um die Verformung kontaktlos zu sensieren. Zwischen der Sensoreinrichtung 125 und dem Piezoelement 115 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Luftspalt angeordnet.
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Die Tastereinrichtung 105 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ferner eine an der Leiterplatte 150 angeordnete Beleuchtungseinrichtung 160 auf, die dazu ausgebildet ist, um eine Beleuchtung der Tastereinrichtung 105 aus der Bedienoberfläche 135 heraus zu erzeugen. Die Beleuchtungseinrichtung 160 umfasst hierzu gemäß diesem Ausführungsbeispiel zumindest eine oder mehrere LEDs. Die Sensoreinrichtung 125 und die Beleuchtungseinrichtung 160 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel auf einander gegenüberliegenden Seiten der Leiterplatte 150 angeordnet. Die Beleuchtungseinrichtung 160 ist demnach gemäß diesem Ausführungsbeispiel auf einer der Bedienoberfläche 135 zugewandten Seite der Leiterplatte 150 angeordnet. Die Beleuchtungseinrichtung 160 ist dazu ausgebildet, um eine vertikale Beleuchtung eines Symbols 165 in der Bedienoberfläche 135 zu bewirken. Eine Erstreckungslänge des Dorns 140 zu dem Piezoelement 115 leitet sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel aus einem erforderlichen Abstand der Betätigungsfläche 135 zur Beleuchtungseinrichtung 160 her und einer Dicke der Leiterplatten 150 her.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Tastereinrichtung 105 ferner einen weiteren Dorn 167 auf, der sich von der Unterseite 145 des Bedienelements 130 in Richtung des Piezoelements 115 erstreckt, um bei dem Betätigen die Verformung des Piezoelements 115 zu bewirken. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Tastereinrichtung 105 ferner einen dritten Dorn auf, der sich von der Unterseite 145 des Bedienelements 130 in Richtung des Piezoelements 115 erstreckt, um bei dem Betätigen die Verformung des Piezoelements 115 zu bewirken. Der Dorn 140 und der weitere Dorn 167 und/oder der dritte Dorn sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel zueinander parallel ausgerichtet und/oder identisch ausgeformt. Die zumindest drei Dorne 140, 167 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel radial um das Piezoelement 115 angeordnet, um eine stabile Abstützung zu erreichen. Der Dorn 140 und der weitere Dorn 167 und/oder der dritte Dorn sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel angeordnet, um die Verformung des Piezoelements 115 bei der Betätigung an gegenüberliegenden Endflächen des Piezoelements 115 zu bewirken. Zwischen dem Dorn 140 und dem weiteren Dorn 167 und/oder dem dritten Dorn ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine wannenförmige Ausnehmung 169 ausgeformt, in der die Sensoreinrichtung 125 und/oder die Beleuchtungseinrichtung 160 und/oder ein Leiterplattenabschnitt der Leiterplatte 150 aufgenommen sind. Auch der weitere Dorn 167 und/oder der dritte Dorn ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel durch eine weitere Durchgangsöffnung 170 in der Leiterplatte 150 geführt angeordnet.
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Das Piezoelement 115 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel in einem zu der Bedienoberfläche 135 gebogenen Zustand gezeigt, beispielsweise weil das Piezoelement 115 aufgrund von über die Dornen 140, 167 auf Enden des Piezoelements 115 wirkende Kräfte verformt wurde.
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Das Tastendeckelelement 120 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel zumindest einen flexiblen Abschnitt 175 auf, der eben mit der Bedienoberfläche 135 und/oder einstückig und/oder direkt mit dem Bedienelement 130 verbunden ist. Das Tastendeckelelement 120 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel einstückig ausgeformt. Das Tastendeckelelement 120 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel zwei derartige flexible Abschnitte 175 auf, die an zwei gegenüberliegenden Enden der Bedienoberfläche 135 angeordnet sind. Ein Material des Bedienelements 130 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel steif ausgeformt.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Piezoelement 115 in einer Trägereinrichtung 180 aufgenommen, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein flexibles Material aufweist. Die Sensoreinrichtung 125 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet, um eine Verformung der Trägereinrichtung 180 zu sensieren. Die Trägereinrichtung 180 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel zumindest eine Kerbe 185 zum Aufnehmen des Dorns 140 auf. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Kerbe 185 angeordnet, um eine Spitze des Dorns 140 auf eine an oder unter der Kerbe 185 anliegende Endfläche des Piezoelements 115 zu zentrieren. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Trägereinrichtung 180 eine weitere Kerbe 190 zum Aufnehmen des weiteren Dorns 167 auf, wobei die weitere Kerbe 190 angeordnet ist, um eine Spitze des weiteren Dorns 167 auf eine an oder unter der weiteren Kerbe 190 anliegende gegenüberliegende Endfläche des Piezoelements 115 zu zentrieren.
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Die Unterschale 110 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Stift 195 auf, der sich zu dem Tastendeckelelement 120 hin erstreckt und/oder wobei das Piezoelement 115 auf dem Stift 195 mittig gelagert ist. Die Endflächen des Piezoelements 115 hängen gemäß diesem Ausführungsbeispiel frei, um die Verformung durch den oder die Dornen 140, 167 zu der Unterschale 110 hin zu ermöglichen. Da das Piezoelement 115 gemäß diesem Ausführungsbeispiel in der Trägereinrichtung 180 gelagert ist, ist die das Piezoelement 115 umfassende Trägereinrichtung 180 gemäß diesem Ausführungsbeispiel auf dem Stift 195 gelagert. Beispielsweise weist die Trägereinrichtung 180 eine Aussparung auf, in die das freie Ende des Stifts 195 eingeführt ist. Beispielsweise liegt das freie Ende des Stifts 195 direkt an dem Piezoelement 115 an. Alternativ befindet sich zwischen dem freien Ende des Stifts 195 und dem Piezoelement 115 eine Zwischenschicht, die als Teil der Trägereinrichtung 180, als Teil des Piezoelements 115 oder separat ausgeformt sein kann. Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die Trägereinrichtung 180 und das Piezoelement 115 gemeinsam verformt, wenn die Dornen 140, 167 oder zumindest ein Dorn 140, 167 gegen die Trägereinrichtung 180 drückt. Alternativ ist die Trägereinrichtung 180 starr ausgeführt und das Piezoelement 115 ist verformbar in der Trägereinrichtung 180 gelagert. In diesem Fall wird nur das Piezoelement 115 verformt, wenn zumindest ein Dorn 140, 167 gegen die Trägereinrichtung 180 drückt. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist das Piezoelement 115 direkt an dem Stift 195 gelagert. Der Stift 195 erstreckt sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel mittig und/oder einstückig von der Unterschale 110.
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Die hier vorgestellte Tastereinrichtung 105 bringt unter anderem Vorteile für die Ausleuchtung des Symbols 165 oder mehrerer Tastensymbole mit sich. Die vertikale Lichteinkopplung ist gegenüber einer ebenfalls möglichen horizontalen Lichteinkopplung hinsichtlich einer Lichtausbeute und Ausleuchtungshomogenität vorteilhaft und erfordert keinen zusätzlichen Optimierungsaufwand. Zusätzliche Bauteile wie Lichtleiter, Folien oder andere vergleichbare Bauteile zwischen dem Piezoelement 115 und der Bedienoberfläche 135 sind nicht notwendig. Sicherheitsanforderungen ab ASIL C für Taster erfordern in der Regel einen zusätzlichen physikalischen Wirkweg für die Erfassung der Tasterbetätigung.
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Für die Beleuchtungseinrichtung 160 sind vorteilhafterweise konventionelle kostengünstige und einfach verfügbare LEDs einsetzbar. Die Sensoreinrichtung 125, die auch als „kapazitive Sensorik“ bezeichnet werden kann, als sekundärer Wirkweg für ASIL C (Automotive Safety Integrity Level C), also für das Sicherheits-Integritäts-Level C in der Automobilindustrie, funktioniert vorteilhafterweise unabhängig von Umgebungseinflüssen wie Wasser oder isolierenden Zwischenschichten wie Handschuhen auf der Bedienoberfläche 135. Derartige Umwelteinflüsse verhindern bei der hier vorgestellten Tastereinrichtung 105 eine Erfassung einer Berührung nicht und schränken eine Anwendbarkeit der Tastereinrichtung 105 nicht ein.
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Um die vertikale Symbolausleuchtung zu ermöglichen, ist das Piezoelement 115 bei der Tastereinrichtung 105 unterhalb der Leiterplatte 150, idealerweise in der Trägereinrichtung 180, die auch als „Träger“ bezeichnet werden kann, gelagert. Eine mechanische Kopplung der Bedienoberfläche 135 mit dem Piezoelement 115 erfolgt gemäß diesem Ausführungsbeispiel über die verlängerten Dorne 140, 167 eines Lichttunnels. Durch entsprechende Löcher in der Leiterplatte 150 ist die Leiterplatte 150 von einer Tastenbetätigung und einem Vibrationsfeedback des Piezoelements 115 entkoppelt. Als Gegenlager für das Piezoelement 115 dient ein weiteres Bauteil, gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Unterschale 110.
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Ein Abstand zwischen der Unterseite 145 und der Leiterplatte 150 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel derart gewählt, dass eine Beleuchtung mit konventionellen LEDs ohne zusätzlichen Lichtleiter möglich ist. Die Steifigkeit des Lichttunnels in Kombination mit der Flexibilität der Abschnitte 175 neben der Bedienoberfläche 135 ermöglicht eine Messung der Bedienkraft sowie die Ausgabe eines haptischen Feedbacks in einer hohen Qualität. Um den sekundären Wirkweg zu realisieren, der nicht durch äußere Einflüsse wie Feuchtigkeit auf der Bedienoberfläche 135 oder Handschuhe eingeschränkt wird, ist die Sensoreinrichtung 125 mit gemäß diesem Ausführungsbeispiel einem zusätzlichen kontaktlosen kapazitiven oder induktiven Sensor unterhalb der Leiterplatte 115 angebracht. Dieser Sensor erfasst die Verformung des Piezoelements 115, bei dem sich der in diesem Aufbau äußere Rand bei einer Belastung geringfügig relativ zur Leiterplatte 150 verschiebt. Ein entsprechend abgeglichener Sensor erfasst diese Veränderung gemäß diesem Ausführungsbeispiel genau. Eine vollständig redundante Aufnahme der Tastenbetätigung ist alleine mit dieser Auslegung nicht möglich. Ein entscheidender Vorteil der hier vorgestellten Tastereinrichtung 105 ist der minimalistische und somit kostengünstige Aufbau eines ASIL C - fähigen kraftsensitiven Tasters ohne Einschränkungen hinsichtlich Umgebungseinflüssen oder Symbolausleuchtung.
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Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel weist die Tastereinrichtung 105 keine Trägereinrichtung 180 auf, wobei das Piezoelement 115 in einer solchen Variante direkt zwischen den Dornen 140, 167, die auch als „Lichttunneldornen“ bezeichnet werden können, und der Unterschale 110 gelagert ist. Hinsichtlich einer Bauteilabstimmung erfordert diese Variante allerdings wesentlich mehr Präzision, da kein Toleranzausgleich durch die Trägereinrichtung 180 stattfindet und Verschleiß sowie Belastung am Piezoelement 115 zunehmen können.
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2 zeigt einen Querschnitt einer Tastereinrichtung 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 1 beschriebene Tastereinrichtung 105 handeln, mit dem Unterschied, dass die Sensoreinrichtung 125 gemäß diesem Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet ist, um die Verformung kontaktbehaftet zu sensieren.
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Die Tastereinrichtung 105 weist hierzu gemäß diesem Ausführungsbeispiel zumindest ein verformbares Kontaktelement 200 auf, das zwischen der Sensoreinrichtung 125 und dem Piezoelement 115 angeordnet ist. Das verformbare Kontaktelement 200 kontaktiert gemäß diesem Ausführungsbeispiel zu einer Seite die Sensoreinrichtung 125 und zu der anderen Seite das Piezoelement 115. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das verformbare Kontaktelement 200 als zumindest eine Kontaktpille oder ein Kontaktschaum realisiert.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein kontaktbehafteter sekundärer Wirkweg realisiert. Alternativ zu der in 1 beschriebenen kontaktlosen Messung, werden hierzu gemäß diesem Ausführungsbeispiel Kontaktpillen oder Kontaktschäume verwendet, die zwischen der Leiterplatte 150 und der Trägereinrichtung 180 oder dem Piezoelement 115 direkt liegen. Je nach Anpresskraft ändert sich ein elektrischer Widerstand der Materialen oder deren Oberfläche. Auch für eine induktive oder kapazitive Erfassung bieten sich kontaktbehaftete Füllstoffe an. Die kontaktbehaftete Messung ist gegenüber der kontaktlosen Messung besser abzustimmen, da Messungen über einen Luftspalt größeren Schwankungen unterliegen als Messungen in einem speziell definierten Medium. Betätigungskräfte werden jedoch bei der kontaktbehafteten Messung auf die Leiterplatte 150 übertragen und Vibrationen des Piezoelements 115 zusätzlich gedämpft.
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3 zeigt eine perspektivische Aufsicht auf eine Tastereinrichtung 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 1 oder 2 beschriebene Tastereinrichtung 105 handeln. Das Tastendeckelelement 120 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit der Unterschale 110 gekoppelt. In einer Seitenwand weist das Tastendeckelelement 120 gemäß diesem Ausführungsbeispiel zumindest einen bündig in der Seitenwand eingelassenen Haltearm 305 auf, der in eine Unterschalenöffnung 310 der Unterschale 110 eingesteckt ist, um das Tastendeckelelement 120 an der Unterschale 110 zu befestigen.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Tastereinrichtung 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 3 beschriebene Tastereinrichtung 105 handeln, mit dem Unterschied, dass der Dorn 140 gemäß diesem Ausführungsbeispiel nicht einstückig mit dem Tastendeckelelement ausgeformt ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Tastereinrichtung 105 eine Dorneneinrichtung 400 auf, die den Dorn 140 und/oder den weitere Dorn 167 und/oder den dritten Dorn 405 aufweist. Das Tastendeckelelement ist zur besseren Ansicht der Dorneneinrichtung 400 nicht dargestellt. Auch in allen folgenden Figuren ist das Tastendeckelelement lediglich zur besseren Ansicht anderer Elemente der Tastereinrichtung 105 nicht dargestellt.
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Die Dornen 140, 167, 405 erstrecken sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel von einer Dorneneinrichtungsunterseite 410 der Dorneneinrichtung 400 Richtung des Piezoelements 115, um bei dem Betätigen die Verformung des Piezoelements 115 zu bewirken. Die Leiterplatte 150 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel dreieckig ausgeformt. Die Dornen 140, 167, 405 sind ferner gemäß diesem Ausführungsbeispiel seitlich an der Leiterplatte 150 vorbeigeführt, durchdringen diese also nicht. Die Leiterplatte 150 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel keine Aussparung zum Durchführen eines Dorns 140, 167, 405 auf.
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Die Dorneneinrichtung 400 formt gemäß diesem Ausführungsbeispiel zwischen dem Dorn 140 und dem weiteren Dorn 167 und dem dritten Dorn 405 einen Lichtkanal 415 aus. Der Lichtkanal 415 ist zu dem Piezoelement 115 hin verjüngend ausgeformt. Die Dornen 140, 167, 405 und/oder der Lichtkanal 415 erstrecken sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel von der Dorneneinrichtungsunterseite 410 einer ringförmigen Grundfläche 420 der Dorneneinrichtung 400. Die Dorneneinrichtung 400 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel einstückig ausgeformt.
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Die Unterschale 110 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel drei Führungseinrichtungen 425 für je einen der Dornen 140, 167, 405 und/oder drei Lagereinrichtungen 430 für je ein Eck der Leiterplatte 150 auf. Die Führungseinrichtungen 425 und/oder Lagereinrichtungen 430 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel radial und/oder alternierend und/oder umlaufend an einem ringförmigen Umlaufrand der Unterschale 110 angeordnet. Die Anzahl der Führungseinrichtungen 425 und/oder drei Lagereinrichtungen 430 kann abhängig von einer Anzahl an Dornen 140, 167, 405 oder Ecken der Leiterplatte 150 variieren. Die Führungseinrichtungen 425 weisen je zwei einander gegenüberliegend angeordnete und parallel ausgerichtete Stifte auf, zwischen denen je ein Dornenfortsatz 435 an den Dornen 140, 167, 405 geführt ist. Die Lagereinrichtungen 430 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel trichterförmig und/oder zu der Leiterplatte 150 hin verjüngend ausgeformt. Die Lagereinrichtungen 430 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel dazu ausgeformt, um in je eine in jeder der Ecken der Leiterplatte 150 angeordneten Durchgangsöffnungen einzugreifen, um die Leiterplatte 150 stabil auf einer Schulter der Lagereinrichtungen 430 an der Unterschale 110 zu lagern. Das Piezoelement 115 und/oder die Trägereinrichtung ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel planar und/mit einem kreisförmigen Umlaufrand ausgeformt.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Tastereinrichtung 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 4 beschriebene Tastereinrichtung 105 handeln, mit dem Unterscheid, dass die Dorneneinrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel zur besseren Ansicht der Leiterplatte und Beleuchtungseinrichtung 160 nicht dargestellt ist.
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6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Tastereinrichtung 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 5 beschriebene Tastereinrichtung 105 handeln, mit dem Unterscheid, dass die Leiterplatte gemäß diesem Ausführungsbeispiel zur besseren Ansicht des Piezoelements 115 und/oder der Trägereinrichtung nicht dargestellt ist.
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7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Unterschale 110 einer Tastereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in einer der 3 bis 6 beschriebenen Unterschalen 110 handeln, in der gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Stift 195 erkennbar ist.
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8 zeigt eine perspektivische Aufsicht auf eine Tastereinrichtung 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 4 beschriebene Tastereinrichtung 105 handeln. Zu erkennen ist der Lichtkanal 415, der von der Beleuchtungseinrichtung 160 eine vertikale Lichteinkopplung durch einen Lichttunnel zu dem Tastendeckelelement ermöglicht.
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9 zeigt eine perspektivische Seitenansicht einer Tastereinrichtung 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 8 beschriebene Tastereinrichtung 105 handeln, mit dem Unterscheid, dass die Leiterplatte nicht dargestellt ist. Zu erkennen ist ferner, dass die Dornenfortsätze 435 gemäß diesem Ausführungsbeispiel kürzer ausgeformt sind, als Betätigungsabschnitte 900 der Dornen, welche gemäß diesem Ausführungsbeispiel beim Betätigen die Verformung des Piezoelements bewirken.
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10 zeigt eine perspektivische Seitenansicht einer Tastereinrichtung 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 9 beschriebene Tastereinrichtung 105 handeln, mit dem Unterscheid, dass die Unterschale nicht dargestellt ist, um das Piezoelement 115 besser erkennbar zu machen. Ein kreisringförmiger Randabschnitt einer Unterseite des Piezoelements 115 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel dünner ausgeformt als ein kreisförmiger zentraler Abschnitt der Unterseite des Piezoelements 115.
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11 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Tastereinrichtung 105 von einer Unterseite gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 4, 8 oder 9 beschriebene Tastereinrichtung 105 handeln.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Fahrzeug
- 105
- Tastereinrichtung
- 110
- Unterschale
- 115
- Piezoelement
- 120
- Tastendeckelelement
- 125
- Sensoreinrichtung
- 130
- Bedienelement
- 135
- Bedienoberfläche
- 140
- Dorn
- 145
- Unterseite
- 150
- Leiterplatte
- 155
- Durchgangsöffnung
- 160
- Beleuchtungseinrichtung
- 165
- Symbol
- 167
- weiterer Dorn
- 169
- Ausnehmung
- 170
- weitere Durchgangsöffnung
- 175
- flexibler Abschnitt
- 180
- Trägereinrichtung
- 185
- Kerbe
- 190
- weitere Kerbe
- 195
- Stift
- 200
- verformbares Kontaktelement
- 305
- Haltearm
- 310
- Unterschalenöffnung
- 400
- Dorneneinrichtung
- 405
- dritter Dorn
- 410
- Dorneneinrichtungsunterseite
- 415
- Lichtkanal
- 420
- Grundfläche
- 425
- Führungseinrichtung
- 430
- Lagereinrichtung
- 435
- Dornenfortsatz
- 900
- Betätigungsabschnitt
