-
Die Erfindung betrifft eine Mäanderfeder gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1
-
Derartige Mäanderfedern sind aus dem Stand der Technik bei einer Vielzahl von Anwendungen bekannt. Als druckschriftlicher Stand der Technik sei auf
DE 10 2005 015 710 A1 verwiesen, bei welcher eine gattungsgemäße Mäanderfeder Verwendung in einer Antennenanordnung für ein drahtloses Kommunikationsgerät findet.
-
-
Eine Mäanderfeder in ihrer einfachsten Form ist in
JP 8213126 A offenbart und Teil einer Kontaktanordnung zur Anbindung einer Leiterplatte.
-
Mäanderfedern wie auch andere Federn aus dem Stand der Technik – beispielsweise Schraubenfedern – können unter Druckbelastung seitlich verkippen, insbesondere wenn die auf die Feder ausgeübte Kraft nicht streng entlang einer Wirklinie ausgeübt wird, welche sich von einem ersten zu einem zweiten Anordnungsmittel der Feder erstreckt.
-
Die damit einhergehenden Nachteile lassen sich am besten anhand eines Andruckkontaktes nachvollziehen, wie er beispielsweise in
WO 96/28865 beschrieben ist. Ein derartiger Andruckkontakt wird beispielsweise verwendet, um eine Verbindung mit einer oder mehrerer Kontaktaktflächen auf einer Leiterplatte einzugehen. Wenn der Kontakt aufgrund einer instabilen Stauchung der Mäanderfeder seitlich verkippt, kann es dazu kommen, dass der von der leiterplattenseitigen Kontaktfläche abrutscht und die gewünschte Verbindung mit der Leiterplatte nicht hergestellt werden kann.
-
Um dem Nachteil der instabilen Stauchung und des seitlichen Verkippens der Anordnungspunkte einer Mäanderfeder zu begegnen, müssen die Anordnungspunkte im Stand der Technik entsprechend dem gewünschten Bewegungsweg bei einer Federstauchung geführt werden. Im Falle der vorzitierten Druckschrift wird hierzu das Gehäuse in spezieller Weise ausgebildet.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mäanderfeder zu schaffen, welche zumindest unter Druckspannung ein kontrolliertes Stauchungsverhalten aufweist. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine Mäanderfeder zu schaffen, bei welcher sich die Anordnungspunkte unter Druckspannung auf einer durch die Anordnungsmittel verlaufenden Geraden linear aufeinander zu bewegen.
-
Gelöst wird die Aufgabe von einer Mäanderfeder mit den Merkmalen des Anspruches 1.
-
Bei einer Aufführungsform vollzieht die Mäanderfeder unter Aufbau einer Federspannung eine rotative Bewegung um ihren Mittelpunkt.
-
Eine Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, dass die Federschenkel und der Kraftumlenkschenkel in einer gemeinsamen Ebene und die Federschenkel jeweils auf einer Seite einer durch die Anordnungsmittel der Mäanderfeder verlaufenden Geraden angeordnet sind.
-
Bei dieser Ausführungsform ist es insbesondere von Vorteil, wenn die Mäanderfeder zu ihrem Mittelpunkt punktsymmetrisch aufgebaut ist, wobei die Mäanderfeder unter Aufbau einer Federspannung eine rotative Bewegung um ihren Mittelpunkt vollzieht und letztlich die Federschenkel wenigstens zwei mäanderartig nebeneinander angeordnete Federschenkelabschnitte aufweisen.
-
Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mäanderfeder bewirkt bei einer Stauchung eine Selbststabilisierung. Die beiden Anordnungsmittel bewegen sich linear aufeinander zu, auch wenn die von den Elementen auf die Mäanderfeder wirkende Kraftrichtung nicht entlang einer durch beide Anordnungsmittel verlaufenden Geraden verläuft. Über die Anzahl der Federschenkelabschnitte eines jeden Federschenkels lässt sich die Federcharakteristik besonders einfach beeinflussen.
-
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Mäanderfeder beidseitig des Kraftumlenkschenkels eine identische Anzahl von Federschenkelabschnitten aufweist, was die Selbststabilisierung wesentlich verbessert.
-
Die Federschenkel bzw. die Federschenkelabschnitte der Federschenkel verlaufen bei einer bevorzugten Ausführungsform parallel zu einer durch die Anordnungsmittel der Mäanderfeder verlaufenden Geraden, weshalb bei dieser Ausführungsform vergleichsweise hohe Kräfte von der Mäanderfeder aufgenommen werden können.
-
Eine ihren erforderlichen Einbauraum minimierende Ausführungsform der Mäanderfeder sieht vor, dass jede der Federwindungen jedes Federschenkels gekrümmt nach Art von C-Federn ausgebildet ist, wobei sich diese Ausführungsform fortbilden lässt, indem die Federschenkel jeweils eine in etwa halbkreisförmige Fläche überspannen und die Federschenkelabschnitte eines jeden Federschenkels nach Art von C-Federn gekrümmt und mäanderartig nebeneinander angeordnet sind, insbesondere wenn, die mittels des Kraftumlenkschenkels verbundenen Federschenkel eine im wesentlichen vollkreisförmige Fläche überspannen.
-
Bei einer solchen Mäanderfeder lassen sich aufgrund der bogenförmigen Verschachtelung der Federschenkelabschnitte ineinander auch sehr lange Federschenkel auf kleinstem Raum unterbringen.
-
Letztlich kennzeichnet sich eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mäanderfeder dadurch, dass die Federschenkel gegensinnig mäandrierend ausgebildet sind.
-
Weitere Vorteile der Erfindung finden sich in der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen. Es zeigen:
-
1 eine erfindungsgemäße Mäanderfeder mit gekrümmten Federschenkeln in ihrer einfachsten Ausführungsform,
-
2 die Mäanderfeder gemäß 1 in alternativer Ausführungsform,
-
3 eine perspektivische Ansicht gemäß 2, die 4 bis 14 die erfindungsgemäße Mäanderfeder, ausgebildet als Andruckkontakt, wobei,
-
4 und 5 eine Mäanderfeder mit geraden Federschenkeln in ihrer einfachsten Ausführungsform,
-
die 6 bis 8 eine erste, alternative Ausführungsform gemäß den 4 und 5,
-
die 9 bis 11 eine zweite, alternative Ausführungsform gemäß den 4 und 5 darstellen.
-
Anhand der 12 bis 14 werden die beim Stauchen der Mäanderfeder auftretenden Kräfte und Spannungen dargestellt,
-
15 zeigt die erfindungsgemäße Mäanderfeder mit einer Führung im Berech des Kraftumlenkschenkels.
-
Vorab sei angemerkt, dass die in den Prioritätsanmeldungen verwendeten Begriffe Federabschnitt, Federschenkelabschnitt und Federwindung als Synonyme zu betrachten sind.
-
In den Darstellungen ist eine erfindungsgemäße Mäanderfeder insgesamt mit der Bezugsziffer 10 versehen.
-
Die Mäanderfeder 10 umfasst einen ersten Federschenkel 11, einen zweiten Federschenkel 12 und einen Kraftumlenkschenkel 13. Die Federschenkel 11 und 12 weisen einenends Anordnungsmittel 15 und 16 auf, welche in Ausführungsbeispielen der 1 bis 3 als Ösen zur Befestigung an zwei sich aneinander federnd abstützenden Elementen (nicht dargestellt) ausgebildet sind. Anderenends sind die zwei Federschenkel 11 und 12 über im Wesentlichen bogenartig geformte Mäanderschlingen 14 mit dem Kraftumlenkschenkel 13 verbunden.
-
Die Mäanderfeder 10 weist einen Mittel- oder Symmetriepunkt M auf, welcher im Schnittpunkt einer Geraden G, die sich durch die Anordnungsmittel 15 und 16 erstreckt, mit dem Kraftumlenkschenkel 13 liegt. Die Mäanderfeder 10 ist zum Mittelpunkt M punktsymmetrisch aufgebaut, wobei die drei Schenkel 11 bis 13 in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind und bezüglich dieser Ebene auf jeder Seite der Geraden G ein Federschenkel 12 bzw. 13 angeordnet ist.
-
Ausgehend von der in 1 dargestellten Grundform der Mäanderfeder 10 mit insbesondere kreisbogenförmig gekrümmten Federschenkeln 11 und 12 zeigt 2 eine zweite Ausführungsform. Bei dieser weisen die Federschenkel 11 und 12 jeweils fünf Federschenkelabschnitte 17 bis 21 auf, die jeweils über Mäanderschlingen 14 miteinander und letztlich mit dem Kraftumlenkschenkel 13 verbunden sind.
-
Die Federschenkelabschnitte 17 bis 21 sind jeweils gekrümmt nach Art von C-Federn ausgebildet und ausgehend von dem Federschenkelabschnitt 17 mit dem größten Radius bis hin zum Federschenkelabschnitt 21 mit dem kleinsten Radius nebeneinander angeordnet. Auf diese Weise ist eine weiche Mäanderfeder 10 mit einer Vielzahl von Federschenkelabschnitten geschaffen, die einen langen Federweg bietet und besonders raumminimierend konstruiert ist.
-
3 ist eine perspektivische Ansicht der Mäanderfeder 10 in 2, aus welcher ersichtlich ist, dass sich eine derartige Mäanderfeder 10 besonders gut als Stanzteil herstellen lässt, da sich die Federschenkelabschnitte 17 bis 21 nicht überschneiden.
-
Eine als Stanzteil ausgebildete Mäanderfeder 10 hat den großen Vorteil, sehr flach ausgebildet zu sein und bietet sich beispielsweise zur Verwendung als Feder in einem Schiebe- oder Drehmechanismus zum Öffnen von Mobilfunktelefonen und anderen mobilen Kommunikationsgeräten an. Dieser Mechanismus kann unter Verwendung der erfindungsgemäß gestanzten Feder 10 sehr flach konstruiert werden. Im Gegensatz zu den bislang häufig Verwendung findenden Torsions-/Schraubenfedern oder Schenkelfedern weist die in 3 dargestellte Mäanderfeder eine sehr viel geringere Bauhöhe auf.
-
Die 4 bis 11 zeigen erfindungsgemäße Mäanderfedern 10 als Bestandteil eines Andruckkontaktes 22.
-
Als Anordnungsmittel weist der Andruckkontakt 22 einen Schneid-/Klemmkontakt 15 und einen Kontaktfuß 16 zur druckschlüssigen Kontaktierung einer korrespondierenden Kontaktfläche auf.
-
Die zwischen den Anordnungsmitteln 15 und 16 befindliche Mäanderfeder 10 bildet zwei Federschenkel 11 und 12 aus, deren jeweils erster Federschenkelabschnitt 17 im Wesentlichen parallel zur Geraden G ausgerichtet ist. Mäanderschlingen 14 koppeln die Federschenkelabschnitte 17 einenends mit dem Kraftumlenkschenkel 13 und anderenends mit einem jeweils zweiten Federschenkelabschnitt 18, welcher orthogonal in Richtung der Geraden G ausgerichtet ist und an welchen sich das jeweilige Anordnungsmittel 15 bzw. 16 anschließt.
-
Im Vergleich zu den in den 1 bis 3 dargestellten Mäanderfedern, bei welchen die Federschenkel 11 und 12 im Wesentlichen Teilkreisflächen einschließen bzw. überdecken, weist die Mäanderfeder der 4 und 5 eine im Wesentlichen rechteckige Außenkontur auf.
-
Die 6 und 7 zeigen eine weitere Ausführungsform der Mäanderfeder 10 gemäß 4. Gegenüber der in 4 in ihrer einfachsten Grundform dargestellten Mäanderfeder 10 sind in 6 die Federschenkel 11 bzw. 12 um eine weitere Federschenkelabschnitte 19 ergänzt worden.
-
Wie schon zur Ausführungsform der 2 und 3 dargestellt, können allein durch Verlängerung der Federschenkel 12 und 13 in Form zusätzlicher Federschenkelabschnitte 19 die Federeigenschaften der Mäanderfeder 10 verändert werden. Jeder zusätzliche Federschenkelabschnitt führt zu einer weicheren Mäanderfeder 10 mit verlängertem Federweg.
-
Die 9 bis 11 zeigen die Mäanderfeder der 6 und 7 in leicht veränderter Ausführungsform. Die Mäanderfeder 10 weist im vorliegenden Falle wiederum gekrümmte Federschenkel 11 und 12 bzw. gekrümmte Federschenkelabschnitte 17 und 19 auf, wodurch die Mäanderfeder 10 sich weicher stauchen lässt. Im Gegensatz zur Ausführungsform der 1 bis 3 liegt der Kraftumlenkschenkel 13 auf der Geraden G.
-
Anhand der 12 und 13 wird im Folgenden das grundsätzliche Wirkprinzip der Mäanderfeder 10 dargestellt.
-
12 zeigt den in 4 dargestellten Andruckkontakt 22 mit seiner Mäanderfeder 10 in Seitenansicht und ungespanntem Zustand. Mittels der Mäanderfeder 10 stützen sich die als Schneid-/Klemmkontakt bzw. Kontaktfuß ausgebildeten Anordnungsmittel 15 und 16 aneinander federnd ab.
-
13 zeigt die Mäanderfeder in gestauchtem Zustand bei Ausübung einer Kraft in Pfeilrichtung 23 auf das Anordnungsmittel 16, wobei die Linien B die bezüglich der Papierebene seitliche Ausdehnung der Mäanderfeder 10 in Ruhelage symbolisieren. Das Ausüben einer Druckkraft in Pfeilrichtung 23 führt zu einer Krümmung der Federschenkelabschnitte 17 der Federschenkel 11 und 12 bei gleichzeitiger, der Druckkraft ausweichender Bewegung des Anordnungsmittels 16 entlang der Geraden G.
-
Die Federschenkelabschnitte 17 der Federschenkel 11 und 12 krümmen sich bogenförmig um den Mittelpunkt M in Pfeilrichtung 24. Die Mäanderfeder 10 zieht sich folglich bei einer Stauchung kreisförmig um den Mittelpunkt M zusammen.
-
Der in 12 die Gerade G in etwa in einem Winkel α von 45° schneidende Kraftumlenkschenkel hat in 13 ebenfalls eine rotative Bewegung um den Mittelpunkt M vollzogen und schneidet die Gerade G nun in einem wesentlich kleineren Winkel α.
-
Anhand der 13 lässt sich auch die Funktion des Kraftumlenkschenkels 13 erläutern. Die auf das Anordnungsmittel 16 ausgeübte Kraft wird über den sich krümmend verkürzenden Federschenkelabschnitt 17 auf den Kraftumlenkschenkel übertragen. Der Federschenkelabschnitt 17 des Federschenkels 11 weist aufgrund ihrer krümmenden Verkürzung eine Federkraftkomponente FR auf. Sie wirkt bezüglich der Zeichnungsebene nach rechts.
-
Über den Kraftumlenkschenkel 13 wird die in Pfeilrichtung 23 ausgeübte Druckkraft auf den Federschenkelabschnitt 17 des Federschenkels 12 übertragen, welcher sich ebenfalls verkürzend krümmt. Entgegen dieser verkürzenden Krümmung wirkt eine Federkraft FL bezüglich der Zeichnungsebene nach links. Die vom Betrag her identischen Federkräfte FR und FL werden durch die Kopplung der Federschenkel 11 und 12 mittels des Kraftumlenkschenkels 13 in ihrer Richtung umgekehrt.
-
Diese entgegengesetzt wirkenden Federrückstellkräfte, welche mit FR und FL lediglich exemplarisch dargestellt sind, führen gemeinsam mit dem kreisförmigen Zusammenziehen der Mäanderfeder 10 zu einer Selbststabilisierung, die ein im wesentlichen lineares Verschieben der Anordnungsmittel 15 und 16 auf der sie verbindenden Geraden G bewirkt, auch wenn Druckkräfte auf die Anordnungsmittel nicht streng in Richtung der Geraden G bzw. in Pfeilrichtung 23 wirken.
-
Ähnlich wie 13 bzw. 5 den in 4 dargestellte Andruckkontakte in gestauchtem Zustand zeigen, stellen die 8, 11 und 14 die schon vorgestellten weiteren Ausführungsformen der Mäanderfeder 10 in gestauchtem Zustand dar.
-
Mäanderfedern 10 mit mehreren Federschenkelabschnitten, wie sie in den 2, 3, 6, 7, 8 und 9 dargestellt sind, zeichnen sich genau wie die Grundformen der Mäanderfedern 10 dadurch aus, dass die Federschenkel 11 und 12 zueinander gegensinnig mäandrierend verlaufen. Anhand der Darstellungen des Mäanderfederelementes 10 in gestauchtem Zustand in den 7, 10 und 14 lässt sich zunächst erkennen, dass auch diese Mäanderfedern sich unter Krümmung einzelner Federschenkelabschnitte 17 bis 21 um den Mittelpunkt M zusammenziehen, sich jede Ausführungsform der Mäanderfeder 10 unter Spannung folglich rotativ um ihren Mittelpunkt M bewegt.
-
Im Gegensatz zu den Mäanderfedern 10 mit ausschließlich einem Federschenkelabschnitt, krümmt sich bei den Ausführungsformen mit mehreren Federschenkelabschnitten 17 bis 21 nicht jeder Federschenkelabschnitt 17 bis 21 unter Krafteinwirkung um den Mittelpunkt M. Aus den 8, 11 und 14 ist vielmehr zu erkennen, dass sich die Federschenkelabschnitte 17 bis 21 abwechselnd von außen nach innen um den Mittelpunkt M krümmen oder vom Mittelpunkt weg spreizen.
-
Sehr deutlich geht dies aus 14 hervor, in welcher die Mäanderfeder der 2 in gestauchtem Zustand dargestellt ist. Während sich unter Druckspannung der Federschenkelabschnitt 17 des Federschenkels 11 bzw. 12 verstärkt um den Mittelpunkt M krümmt, spreizt sich der darauf folgende Federschenkelabschnitt 18 entgegen der Krümmungsrichtung des Federschenkelabschnittes 17 vom Mittelpunkt M weg, wohingegen im weiteren Wechselspiel sich jeder nächste Federschenkelabschnitt zunächst krümmt und der folgende wieder spreizt.
-
Die einzelnen Federschenkelabschnitte 17 bis 21 werden demzufolge wechselweise zum Mittelpunkt M hin gestaucht bzw. in die Gegenrichtung vom Mittelpunkt M weg gestreckt. Am besten lässt sich dies in den Figuren anhand der unterschiedlichen Abstände der Federwindungen 17 bis 21 zueinander feststellen.
-
An der vergleichenden Betrachtung aller Figuren lässt sich feststellen, dass die einzelnen Federschenkelabschnitte 17 bis 21 der Federschenkel 11 und 12 alle im Wesentlichen parallel zur Geraden G bzw. der Kraftrichtung 23 angeordnet sind. Die Kraftrichtung 23 bzw. eine vom Betrag her entgegengerichtete Kraft stellt die Kraftrichtung dar, die zu kompensieren die Mäanderfeder ausgelegt ist. Folglich kann die erfindungsgemäße Mäanderfeder 10 als im wesentlichen längs belastete Mäanderfeder 10 bezeichnet werden, was sie gegenüber den bekannten Mäanderfedern, bei welchen die Federschenkelabschnitte 17 bis 21 im Wesentlichen quer zur zu kompensierenden Kraft ausgerichtet sind, auszeichnet. Die Mäanderfedern im Stand der Technik sind gemäß dieser Definition im Wesentlichen quer belastete Mäanderfedern.
-
Die hier vorgestellten gekrümmten Ausführungsformen der Mäanderfeder 10 stehen dem nicht entgegen, da die Längsachse A der gekrümmten Federschenkelabschnitte 17 bis 21 ebenfalls parallel zur Geraden G bzw. zur Kompensationsbewegung der Mäanderfeder 10 ausgerichtet sind.
-
Den Figuren ist darüber hinaus zu entnehmen, dass die Stellung des Kraftumlenkschenkels 23 zur Geraden G die Wirkweise der erfindungsgemäßen Mäanderfeder 10 beeinflusst. Die Ausrichtung des Kraftumlenkschenkels 13 zur Geraden G verändert beispielsweise Federweg und Federhärte.
-
Festzuhalten bleibt letztlich noch, dass der Kraftumlenkschenkel 13 auch dann im Wesentlichen spannungsfrei ist, wenn die Mäanderfeder 10 selbst unter maximaler Spannung steht. Dies ist insbesondere einer Vergleichsspannungsmessung zu entnehmen, die anhand einer Mäanderfeder 10 entsprechend der 6 bis 8 vorgenommen wurde.
-
Aus einer solchen Messung wird deutlich, dass die Spannungsverhältnisse zum Mittelpunkt M des Kraftumlenkschenkels 13 ebenfalls spiegelsymmetrisch sind. Der Kraftumlenkschenkel 13 selbst ist weitestgehend spannungsfrei. Er selbst hat daher eine vernachlässigbare Federwirkung und dient lediglich der Verbindung der Federschenkel 11 und 12.
-
In Abhängigkeit der auf die Mäanderfeder 10 einwirkenden Kräfte kann auch bei der erfindungsgemäßen Mäanderfeder 10 eine Führung 27 notwendig sein. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Symmetrie der Mäanderfeder 10 durch äußere Einflüsse gestört wird.
-
Eine solche Führung 27 ist in 15 dargestellt. Hier dient die Feder 10 als Kraftelement zur Öffnung bzw. zum Schließen eines Mobiltelefones. Das Anordnungsmittel 15 ist an einem ersten Gehäuseteil (nicht dargestellt) und das Anordnungsmittel 16 an einem zweiten Gehäuseteil 28 befestigt. Beide Gehäuseteile sind zueinander relativ verschiebbar. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das nicht dargestellte erste Gehäuseteil in Pfeilrichtung 29 bewegt, so dass dem Anordnungsmittel 15 diese Bewegung ebenfalls aufgezwungen wird.
-
Die Führung 27 ist aus einer Kulisse 30 und einem in der Kulisse 30 beweglich gelagerten Zapfen 31 gebildet. Der Zapfen 31 weist einen Schlitz 32 zu haltenden Aufnahme des Kraftumlenkschenkels 13 auf.
-
Wenn die Selbststabilisierung der Mäanderfeder 10 nicht ausreicht, um externe Einflüsse – beispielsweise unterschiedliche Reibung im Bereich der Anordnungsmittel 15 und 16 – zu kompensieren, kann die dargestellte Führung 27 zur Stabilisierung der Bewegung der Mäanderfeder 10 eingesetzt werden. Auch in einem solchen Fall ist der Einsatz des Erfindungsgegenstandes gegenüber Mäanderfedern aus dem Stand der Technik vorteilhaft, da die Führung 27 weniger exakt und aufwendig gestaltet werden kann, als es im Stand der Technik notwendig wäre. Zudem bietet die Führung 27 den Vorteil, das die Verbindung zwischen den Anordnungsmitteln und der auf die Mäanderfeder 10 wirkenden Elemente weniger genau ausgeführt werden muss und folglich größere Fertigungstoleranzen erlaubt.
