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Die
Erfindung betrifft einen Gleitmechanismus für tragbare Geräte, wie
Mobilfunktelefon, tragbarer Computer oder persönliche digitale Assistenten (PDA),
welche ein erstes Geräteteil,
beispielsweise eine Unterschale und ein zweites Geräteteil,
beispielsweise eine Oberschale umfasst, wobei Unterschale und Oberschale
relativ zueinander beweglich angeordnet sind, so dass sie unter
Vermittlung eines die Bewegungsrichtung definierenden Steuermechanismus
eine erste und zweite Endlage zueinander einnehmen können, und
mit wenigstens einem Federelement, dessen erster Anlenkpunkt der
Unterschale und dessen zweiter Anlenkpunkt der Oberschale, gegebenenfalls
unter Vermittlung von Zwischenbauteilen, zugeordnet ist, wobei mittels
der Relativbewegung eines Geräteteils
von einer Endlage bis zu einem Kraftumkehrpunkt eine Federspannung des
Federelementes aufgebaut wird, welche das Geräteteil in seine andere Endlage
drängt.
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Ein
derartiger Gleitmechanismus ist beispielsweise aus
EP 1 422 911 A2 bekannt.
Dort wird insbesondere ein Mobilfunktelefon mit Unter- und Oberschale
offenbart, welche gegeneinander verschieblich angeordnet sind. Die
dort eingesetzten Schenkelfedern mit mehrfach gewundenem Auge zwingen,
nach Überwindung
eines Kraftumkehrpunktes, die Oberschale von ihrer ersten in ihre
zweite Endlage.
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Aus
einem ersten druckschriftlich nicht belegbaren Stand der Technik
ist ein Gleitmechanismus bekannt, welcher Schenkelfedern mit spiralartiger Windung
verwendet.
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Aus
dem druckschriftlich belegbaren Stand der Technik ist zu ersehenden,
dass der dortige Gleitmechanismus mehrere Führungsglieder erfordert, was
zu einer vergleichsweise großen
Bauhöhe
führt. Die
Bauhöhe
wird zudem von der Anzahl übereinander
liegender Windungen der Schenkelfeder – also der Federhöhe – beeinflusst.
Nachteilig am druckschriftlichen Stand der Technik ist zusammenfassend die
vergleichsweise große
Bauhöhe,
welche den Anforderungen an die Miniaturisierung tragbarer Geräte bei gleichzeitig
zunehmender Funktionalität
entgegensteht.
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Auch
bei der Verwendung von Schenkelfedern mit spiralartigen Windungen
ist eine Bauhöhe von
wenigstens zwei Federwindungen erforderlich, da das innen liegende
Ende der Spiralwindung über die übrigen Windungen
hinweg zu einem Haltepunkt an Unter- bzw. Oberschale geführt werden
muss, um eine günstige
Kraftübertragung
der Federenergie auf das entsprechende Geräteteil zu gewährleisten.
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Aufgabe
der Erfindung ist daher, einen neuartigen Gleitmechanismus für tragbare
Geräte
mit geringerer Bauhöhe
zu schaffen.
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Gelöst wird
die Aufgabe von einem Gleitmechanismus gemäß Anspruch 1, insbesondere
mit den kennzeichnenden Merkmalen, wonach das Federelement zwei
Federschenkel mit je einem Anlenkpunkt aufweist, die mittels eines
auch unter Federspannung im Wesentlichen spannungsfreien Kraftumlenkschenkels
miteinander gekoppelt sind.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Gleitmechanismus
sind keine übereinander
liegenden Federwindungen erforderlich, was seine Bauhöhe entsprechend
reduziert. Zudem kann das erfindungsgemäße Federelement direkt an Ober-
bzw. Unterschale angreifen, ohne das vermittelnde Zwischenbauteile
notwendig sind, die jedoch gleichwohl Einsatz finden können, sofern
dies vorteilhaft ist. Da anders als bei Schenkelfedern mit schrauben-
oder spiralartigen Windungen beim erfindungsgemäßen Federelement keine sich überlappenden
Federwindungen bzw. Federschenkel notwendig sind, lässt sich
dieses Federelement besonders einfach, beispielsweise durch Stanzen,
herstellen und im automatischen Fertigungsprozess in den Gleitmechanismus
einsetzen.
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Das
Federelement des Gleitmechanismus ist bevorzugt zu seinem Mittelpunkt
punktsymmetrisch aufgebaut, wobei der Mittelpunkt des Federelementes
etwa mittig des Kraftumlenkschenkels liegt.
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Der
Kraftumlenkschenkel bewirkt, dass das Federelement unter Aufbau
und Abbau der Federspannung eine rotative Bewegung um seinen Mittelpunkt
vollzieht.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Gleitmechanismus
sind die Federschenkel im Wesentlichen um den Kraftumlenkschenkel
und/oder den Mittelpunkt des Federelementes gekrümmt ausgebildet, was den Bewegungsraum
des Federelementes unter Vollziehung der rotativen Bewegung minimiert.
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Bevorzug
ist weiterhin ein Gleitmechanismus, dessen Federschenkel mäanderartig
ausgebildet sind, wobei einzelne Federschenkelabschnitte mittels
Mäanderschlingen
einander zugeordnet sind. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Federschenkelabschnitte
im Wesentlichen um den Kraftumlenkschenkel und/oder den Mittelpunkt
des Federelementes gekrümmt
ausgebildet sind.
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Die
mäanderartige
Aneinanderreihung mehrerer Federschenkelabschnitte erlaubt es, die
Federeigenschaften durch Anzahl, Geometrie und Länge der einzelnen Federschenkelabschnitte
an den zur Verfügung
stehenden Raum, an die Kraftanforderungen zum Verschieben von Unter-
und Oberschale zueinander, an den benötigten Federweg sowie die physikalischen
Grenzen des verwendeten Materials anzupassen.
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Gekrümmte Federschenkelabschnitte
führen,
wie schon vorher erwähnt,
bei rotativer Bewegung zu einem geringeren Raumbedarf des Federelementes
und erlauben aufgrund des Zusammenziehens des Federelementes unter
Aufbau einer Federspannung einen großen Federweg.
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Je
nach Anforderung an den Gleitmechanismus kann es vorteilhaft sein,
wenn der Kraftumlenkschenkel im Symmetriepunkt ein Lager aufweist,
mittels dessen das Federelement an wenigstens einem der Geräteteile
drehbar gelagert ist. So wird vermieden, dass das Federelement neben
seiner rotativen Bewegung durch die Bewegung der Geräteteile
zueinander relativ zu seiner Ruhelage verschoben wird.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Gerätes mit erfindungsgemäßem Gleitmechanismus,
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2 das
Gerät gemäß 1 in
Ansicht auf den Gleitmechanismus in einer ersten Endlage,
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3 eine
Ansicht gemäß 2 mit
bis zum Kraftumkehrpunkt verschobenem Geräteteil,
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4 eine
Ansicht gemäß 2 des
in seine zweiten Endlage verschobenen Geräteteils,
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5 eine
schematische Darstellung eines im Gleitmechanismus verwendbaren
Federelementes in seiner Grundform,
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6 ein
in den 2 bis 4 dargestelltes Federelement
in Ansicht von oben,
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7 das
Federelement gemäß 6 in perspektivischer
Ansicht,
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8 ein
Federelement zur Verwendung im Gleitmechanismus in einer alternativen
Ausführungsform,
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9 eine
Darstellung des Federelementes gemäß 8, aus welcher
die innerhalb des Federelementes auftretenden Spannungen ersichtlich sind.
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In
den Figuren ist ein tragbares Gerät, wie beispielsweise ein Mobilfunktelefon,
ein tragbarer Computer (Notebook, Laptop oder Tablet-PC) oder ein persönlicher
digitaler Assistent (PDA), insgesamt mit der Bezugsziffer 10 gekennzeichnet.
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Das
Gerät 10 weist
einen insgesamt mit 11 bezeichneten Gleitmechanismus auf,
mittels dessen ein erstes Geräteteil 12 – im Folgenden
auch als Unterschale 12 bezeichnet – relativ zu einem zweiten Geräteteil 13 – im Folgenden
auch als Unterschale 13 bezeichnet – relativ zueinander bewegbar
sind.
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In
den 2 bis 4 ist das Gerät 10 ohne 13 dargestellt,
um einen Blick auf den Gleitmechanismus 11 zu ermöglichen.
Der Gleitmechanismus 11 umfasst zunächst einen Rahmen 15 und
einen am Rahmen 15 verschieblich angeordneten Schlitten 16. Rahmen 15 und
Schlitten 16 definieren die Bewegungsbahn von Unter- und
Oberschale 12, 13.
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Im
Ausführungsbeispiel
ist der Rahmen 15 der Oberschale 13 bzw. dem zweiten
Geräteteil 13 und
der Schlitten 16 der Unterschale 12 bzw. dem ersten
Geräteteil 12 zugeordnet
und als Zwischenbauteil ausgeführt.
Der Rahmen 15 und der Schlitten 16 können jedoch
genauso integraler Bestandteil bzw. werkstoffeinheitlich-stoffschlüssige Bestandteile von
Oberschale 13 und Unterschale 12 sein.
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Der
erfindungsgemäße Gleitmechanismus 11 benötigt als
einziges weiteres Element ein Federelement 17, welches
der halbautomatischen Öffnung des
Gerätes 10,
also einer halbautomatischen Relativbewegung von Unterschale 12 und
Oberschale 13 zueinander dient.
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Das
Federelement 17 weist einen ersten Federschenkel 18 und
einen zweiten Federschenkel 19 mit jeweils einem Anlenkpunkt 20 und 21 auf,
welche unter Vermittlung eines Kraftumlenkschenkels 22 miteinander
gekoppelt sind. Der grundsätzliche
Aufbau lässt
sich am besten aus der Grundform des Federelementes 17 in 5 ersehen.
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Das
Federelement 17 ist zu seinem Mittelpunkt M punktsymmetrisch
aufgebaut, weshalb der Mittelpunkt M auch als Symmetriepunkt M bezeichnet
wird. Der Mittel-/Symmetriepunkt M liegt bezüglich der Endpunkte 23 des
Kraftumlenkschenkels 22, an welchen sich die Federschenkel 18 und 19 anschließen, etwa
mittig des Kraftumlenkschenkels 22. Zugleich entspricht
der Mittelpunkt M dem Schnittpunkt einer Geraden G mit dem Kraftumlenkschenkel 22,
welche durch die Anlenkpunkte 20 und 21 verläuft.
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Aus
der 5 läßt sich
zudem die Bedeutung des Kraftumlenkschenkels 22 am einfachsten erläutern. Wird
auf den Anlenkpunkt 20 Druck ausgeübt (Pfeilrichtung 31),
führt die
so auf den Federschenkel eingeleitete Kraft nicht nur zu einer Stauchung
des Federschenkels 18, sondern wird auf den Kraftumlenkschenkel 22 weitergegeben.
Der Kraftumlenkschenkel weicht mit seinem bezüglich 5 rechten
Ende 23 in Pfeilrichtung 14 aus. Gleichzeitig schwenkt
das bezüglich 5 linke
Ende 23 des Kraftumlenkschenkels 22 in dieselbe
Richtung (Pfeilrichtung 14). Dabei wandert der Symmetriepunkt bzw.
der Kraftumlenkschenkel in Richtung des Anlenkpunktes 21 auf
der Geraden G. Das Federelement 17 zieht sich folglich
unter Ausführung
einer linearen Bewegung und Drehung um seinen Mittelpunkt M zusammen.
Analog wirkt eine Kraft in Pfeilrichtung 32.
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Der
zum Mittelpunkt M des Kraftumlenkschenkels 22 punksymmetrische
Aufbau des Federelementes 17 in Verbindung mit den um diesen
Symmetriepunkt M gekrümmten
Federschenkeln bewirkt somit eine rotative Bewegung des Federelementes 17 unter
Aufbau einer Federspannung um den Mittelpunkt M und somit zu einer
Selbststabilisierung, wobei sich die Anlenkpunkte 20 und 21 auf
der Geraden G im Wesentlichen linear aufeinander zu bewegen.
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Mit
Blick auf den in 8 und 9 alternativ
dargestellten Aufbau des Federelementes 17 sei klargestellt,
dass die vorbeschriebenen Wirkprinzipien auch hier gelten. Die zur
Geraden G parallele Ausrichtung der Federschenkelabschnitte 24 und 25 sowie
des Kraftumlenkschenkels 22 verändern lediglich die Federcharakteristik.
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Aufgrund
der linearen Bewegung der Anlenkpunkte 20 und 21 wird
beim erfindungsgemäßen Gleitmechanismus 11 lediglich
ein Federelement 17 benötigt.
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Wie
insbesondere aus den 2 bis 5 ersichtlich
ist, dienen die Anlenkpunkte 20 und 21 der Anbindung
des Federelementes 17 einerseits an die Unterschale 12 (Anlenkpunkt 21)
und andererseits an die Oberschale 13 (Anlenkpunkt 20),
wobei die Anlenkpunkte vorzugsweise als Befestigungsaugen ausgebildet
sind, in welche unter- bzw. oberschalenseitige Rastmittel in Form
quergeschlitzter Zapfen zur Befestigung des Federelementes 17 eingreifen.
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In
den 6 und 7 ist ein gegenüber 5 komplexer
aufgebautes Federelement 17 dargestellt, welches im erfindungsgemäßen Gleitmechanismus 11 (siehe
auch 2 bis 4) bevorzugt Verwendung findet.
Das Federelement 17 in 6 weist
Federschenkel 18 und 19 auf, welche mehrfach mäanderartig
bzw. labyrinthartig geschlungen sind. Die Federschenkel 18 und 19 weisen
vorliegend insgesamt fünf
Federschenkelabschnitte auf, welche beginnend mit dem ersten Federschenkelabschnitt 24 bis
zum fünften
Federschenkel 28 mit den Bezugsziffern 24 bis 28 versehen
sind. Die Federschenkelabschnitte 24 bis 28 sind
jeweils einer mit dem nächsten über je eine
Mäanderschlinge 29 miteinander
gekoppelt.
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Abgesehen
von der Materialwahl des Federelementes – es kann nicht nur aus geeigneten
Metallen, sondern auch aus Kunststoff gefertigt sein – bestimmen
insbesondere die Anzahl der Federwindungen, welche durch jeweilige
Federschenkelabschnitte 24 bis 28 und Mäanderschlingen 29 gebildet
werden, die Federkraft und den Federweg. Je nach Anforderungen an
den Gleitmechanismus 11 kann mittels zusätzlicher
Federwindungen das Federelement 17 an die jeweiligen Vorgaben
angepasst werden, z.B. an den für
das Federelement 17 zur Verfügung stehenden Raum, an die
Kraftanforderungen zum Verschieben der Geräteteile, den benötigten Federweg
oder die physikalischen Grenzen des Materiales.
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Das
in 7 nochmals in perspektivischer Ansicht dargestellte
Federelement 17 zeigt in Ergänzung zu bereits weiter oben
Erwähntem,
eine weitere Möglichkeit
der Befestigung der Anlenkpunkte 20 und 21 an
Ober- bzw. Unterschale 13, 12 bzw. an Zwischenbauteilen.
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Anstelle
der vorerwähnt
als Befestigungsaugen ausgebildeten Anlenkpunkte 20 und 21 sind
nunmehr diese in 7 mit den schon vorerwähnten Rastmitteln
in Form quergeschlitzter Zapfen versehen, welche in korrespondierende,
nicht dargestellte Rastöffnungen
von Ober- und Unterschale 13, 12 zur Befestigung
des Federelementes 17 eingreifen.
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Die
perspektivische Darstellung offenbart auch den wesentlichen Vorteil
des Federelementes 17 gegenüber den Federelementen aus
dem Stand der Technik. Die bislang verwendeten Federn benötigen eine
gewisse Mindestbauhöhe
des Gleitmechanismus in Abhängigkeit
von der Anzahl übereinander liegender
Federwindungen. Bei dem hier vorgestellten Federelement liegen die
Federwindungen in einer einzigen gemeinsamen Ebene nebeneinander, so
dass allein die Stärke
bzw. Höhe
des verwendeten Materiales die Höhe
des Federelementes 17 definiert.
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Darüber hinaus
hier nicht dargestellt, aber mit Prioritätsdokument eingehend erläutert, kann
das Federelement 17 insbesondere im Bereich seines Mittelpunktes
M ein Lager aufweisen, mittels dessen es dreh- bzw. schwenkbar an
einem Geräteteil
wie Ober- oder Unterschale 13, 12 lagerbar ist.
Eine solche Lagerung verhindert eine Relativbewegung des Federelementes
bezüglich
des jeweiligen Geräteteiles.
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In
den 2 bis 4 ist die Gleitbewegung der
Geräteteile 12, 13 zueinander,
ausgehend von einer ersten Endlage (2) über das
Erreichen des Kraftumlenkpunktes (3) bis hin
zur zweiten Endlage (4) dargestellt, wobei die Unterschale 12 als ortsfest
und der Rahmen 15 – stellvertretend
für die Oberschale 13 – als jeweils
um eine Strecke S verschoben anzusehen ist.
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Das
Federelement 17 weist in der ersten Endlage des Gleitmechanismusses 11 bzw.
der Oberschale 13 eine erste Ruhelage auf, es befindet sich
im Zustand maximaler Entspannung, ist also entweder im Wesentlichen
ungespannt oder weist eine unter Berücksichtigung vordefinierter
Faktoren konstante Vorspannung auf.
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Bezüglich 3 ist
die Oberschale 13 und somit der ihr zugeordnete Rahmen 15 bis
zum Kraftumlenkpunkt des Federelementes 17 verschoben worden,
wobei das Federelement 17 durch Verkürzen des Abstandes der Anlenkpunkte 21 und 20 zueinander
gestaucht und somit mit einer Federspannung beaufschlagt worden
ist.
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Das
Federelement 17 baut seine Federspannung auf, indem die
einzelnen Windungen bzw. Federschenkelabschnitte 24 wechselweise
zum Symmetriepunkt M hin gestaucht bzw. in die Gegenrichtung – vom Symmetriepunkt
M weg – gestreckt
werden.
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Dies
ist insbesondere bei Erreichen des Kraftumlenkpunktes, dargestellt
in 3, gut ersichtlich, bei dessen Erreichen das Federelement 17 mit einer
maximalen Federspannung beaufschlagt ist. Die beiden äußeren oder
ersten Federschenkelabschnitte 24 des ersten Federschenkels 18 wie
des zweiten Federschenkels 19 sind derart stark in Richtung
des Mittelpunktes M gestaucht, dass sie nahe der Anlenkpunkte 20 und 21 den
jeweils zweiten Federschenkelabschnitt 25 in einem Bereich 30 tangieren.
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Gleichzeitig
wird der jeweils zweite Federschenkel 25 in die Gegenrichtung
vom Symmetriepunkt M weg gestreckt bzw ausgelenkt. Dies ist insbesondere
bei einer vergleichenden Betrachtung der 3 mit 2 bzw. 4 ersichtlich.
Im Bereich der den ersten und zweiten Federschenkelabschnitt 24/25 verbindenden
Mäanderschlinge 29 ist
der Abstand zwischen dem zweiten Federschenkelabschnitt 25 und
dem darauf folgenden dritten Federschenkelabschnitt 26 größer als
in der Ausgangs- oder
Ruhelage des Federelementes 17 (siehe 2).
Einzig der Kraftumlenkschenkel 22 ist trotz Aufbau der
Federspannung spannungsfrei.
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Am
Kraftumlenkpunkt des Federelementes 17 (3),
an welchem das Federelement 17 seine maximale Federspannung
aufbaut, endet die aktiv auf die Oberschale 13 bzw. den
Rahmen 15 ausgeübte
Bewegung. Bei Überschreiten
des Kraftumlenkpunktes gibt das Federelement 17 die unter
Aufbau der Federspannung gespeicherte Federenergie wieder ab und
bewegt die Oberschale 13 nunmehr selbsttätig in ihre
in 4 dargestellte zweite Endlage. Anhand der vergleichenden
Betrachtung der 2 bis 4 ist zudem
ersichtlich, dass sich das Federelement 17 unter Aufbau
der Federspannung rotativ um seinen Mittelpunkt M bewegt. Diese
Bewegung des Federelementes allein aufgrund der Federspannung ist
zusätzlich
in 9 dargestellt.
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Der
erfindungsgemäße Gleitmechanismus 11 ist
nicht auf ein reines Verschieben zweier Geräteteile unter Verwendung des
hier ausführlich
dargestellten Federelementes 17 beschränkt, er lässt sich in gleicher Weise
auch zum Verschwenken zweier Geräteteile
in bogenförmiger
Richtung verwenden, wobei die Steuerkulisse 11 entsprechend
zu gestalten ist.
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8 zeigt
eine weitere, alternative Ausgestaltung des Federelementes 17,
wie sie ebenfalls schon im Prioritätsdokument offenbart ist. Dieses
Federelement 17 weist mehrere Federwindungen, bestehend
aus Federschenkelabschnitten 24 und 25 auf (im
Prioritätsdokument
mit Federabschnitt bezeichnet), welche über Mäanderschlingen 29 miteinander
verbunden sind und zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass
die einzelnen Federschenkelabschnitte nicht gekrümmt, sondern gerade ausgebildet
sind. Auch ein solches Federelement ist selbstverständlich im
Gleitmechanismus 11 verwendbar. Gekrümmte bzw. C-förmige Federschenkelabschnitte
haben jedoch den Vorteil, dass sie bei gleicher Länge einen
wesentlich geringeren Raum einnehmen. Bei der um den Symmetriepunkt
stattfindenden rotativen Bewegung des Federelementes 17 (siehe 2 bis 4 und 9),
ist der Rotationsraum bei gekrümmten
Federelementen darüber
hinaus deutlich geringer.
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9 zeigt
die in dem hier in verschiedenen Alternativen vorgestellten Federelement 17 vorherrschenden
Spannungsverhältnisse,
bei Aufbau einer Federspannung. Auch die 9 findet
sich im Prioritätsdokument
als 13 wieder, weshalb auf den diesbezüglichen
Offenbarungsgehalt der Prioritätsschrift
ausdrücklich
verwiesen wird.
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Die
mit C markierten dunklen Bereiche des Federelementes 17 stellen
fast spannungsfreie Bereiche dar, wobei die Spannung in zunehmend
helleren Bereichen höher
wird. Die mit D gekennzeichneten dunklen Bereiche wiederum sind
Orte höchster Federspannung.
Aus dieser Darstellung wird deutlich, dass die Spannungsverhältnisse
zum hier nicht dargestellten Mittelpunkt M des Kraftumlenkschenkels 22 ebenfalls
spiegelsymmetrisch sind. Der Kraftumlenkschenkel 22 selbst
ist weitestgehend spannungsfrei, hat selbst daher eine vernachlässigbare Federwirkung.
Er dient lediglich der Kopplung der beiden Federschenkel 18 und 19.
Dargestellt ist darüber
hinaus die rotative Bewegung des Federelementes 17 um den
Mittelpunkt M des Kraftumlenkschenkels 22 mittels der Pfeile
R.