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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen schräg gewickelte Federn und insbesondere Verfahren, Vorrichtungen und Systeme in Bezug auf eine schräg gewickelte Feder mit einem variablen Querschnitt der schräg gewickelten Feder.
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HINTERGRUND
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Herkömmliche Federn mit schräger Wicklung weisen tangentiale Berührungspunkte zwischen jeder Windung und einer oder mehreren flachen Flächen einer Nut auf, in welcher die Feder ganz oder teilweise aufgenommen wird. Die erwähnten tangentialen Berührungspunkte werden durch die elliptischen Windungen der Feder gebildet, welche die eine oder die mehreren flachen Flächen der Nut berühren. Da der Kontakt zwischen den Windungen und der Nut an einem oder mehreren Punkten erfolgt, steht ein begrenzter Kontaktflächenbereich für thermische und/oder elektrische Leitfähigkeit zur Verfügung.
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KURZDARSTELLUNG
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Eine schräg gewickelte Feder gemäß den Aspekten der Offenbarung umfasst eine Mehrzahl von schrägen Windungen, die in Bezug auf eine Mittellinie, die sich durch die Windungen erstreckt, im Allgemeinen abgeschrägt sind. Mindestens eine Windung umfasst bei Betrachtung in Richtung der Mittellinie eine nicht elliptische Form und eine nicht kreisrunde Form, wenn die mindestens eine Windung im nicht vorgespannten Zustand ist. Die Mehrzahl von Windungen ist im Allgemeinen in einem ersten Windungswinkel in Bezug auf die Mittellinie abgeschrägt. Mindestens eine Wicklung umfasst mindestens einen Abschnitt, der in einem zweiten Windungswinkel in Bezug auf die Mittellinie abgeschrägt ist. Der zweite Windungswinkel unterscheidet sich vom ersten Windungswinkel, wenn die mindestens eine Windung in einem nicht vorgespannten Zustand ist.
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Eine Baueinheit oder ein System mit einer schräg gewickelten Feder gemäß Aspekten der Offenbarung umfasst eine Nut mit mindestens einer flachen Fläche und eine schräg gewickelte Feder, die eine Mehrzahl von schrägen Windungen umfasst, die in Bezug auf eine Mittellinie, die sich durch die Windungen erstreckt, im Allgemeinen abgeschrägt sind. Mindestens eine Windung weist bei Betrachtung in Richtung der Mittellinie eine nicht elliptische Form und eine nicht kreisrunde Form auf, wenn die mindestens eine Windung im nicht vorgespannten Zustand ist. Außerdem berührt mindestens eine Windung die mindestens eine flache Fläche mit einem größeren Kontaktbereich, wenn die mindestens eine Windung im nicht vorgespannten Zustand ist, als eine nicht vorgespannte Windung einer ähnlichen schräg gewickelten Feder mit einer elliptischen Form oder einer kreisrunden Form.
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Ein Verfahren zur Herstellung einer schräg gewickelten Feder gemäß Aspekten der Offenbarung umfasst das Herstellen eines Drahtes in einer schrägen Spiralform, um dadurch eine Mehrzahl von Windungen zu bilden, die in Bezug auf eine Mittellinie, die sich durch die Windungen erstreckt, in einem ersten Windungswinkel abgeschrägt sind, und Biegen mindestens eines Abschnitts mindestens einer Windung in einen zweiten Windungswinkel in Bezug auf die Mittellinie. Der erste Windungswinkel unterscheidet sich vom zweiten Windungswinkel, wenn die mindestens eine Windung in einem nicht vorgespannten Zustand ist.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Baueinheiten und Verfahren werden ersichtlich, wenn dieselben unter Bezugnahme auf die Spezifikation, die Ansprüche und die angehängten Zeichnungen, die im Folgenden kurz beschrieben werden, besser verstanden werden.
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1A ist eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Verbinders mit einer schräg gewickelten Feder.
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1B ist eine Draufsicht der schräg gewickelten Feder von 1A.
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1C ist eine andere Querschnittsansicht des Verbinders von 1A mit der schräg gewickelten Feder.
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1D ist eine Seitenansicht einer schräg gewickelten Feder, die gemäß Aspekten der vorliegenden Vorrichtung, des vorliegenden Systems und des vorliegenden Verfahrens bereitgestellt wird.
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2A ist eine Querschnittsansicht eines Verbinders mit einer schräg gewickelten Feder mit einem elliptischen oder kreisförmigen Querschnitt.
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2B ist eine Draufsicht des Verbinders und der schräg gewickelten Feder von 2A, die einen Kontakt zwischen einer Windung der schräg gewickelten Feder und einer flachen Fläche des Verbinders darstellt.
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2C ist eine andere Querschnittsansicht des Verbinders und der schräg gewickelten Feder von 1A bis 1D.
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2D ist eine Draufsicht des Verbinders und der schräg gewickelten Feder von 2C, die einen Kontakt zwischen einer Windung der schräg gewickelten Feder und einer flachen Fläche des Verbinders darstellt.
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3A bis 3D sind eine Draufsicht, eine Seitenansicht, eine Unteransicht bzw. eine Querschnittsansicht einer schräg gewickelten Feder, die gemäß Aspekten der vorliegenden Vorrichtung, des vorliegenden Systems und des vorliegenden Verfahrens bereitgestellt wird, wobei ein Kontakt zwischen der schräg gewickelten Feder und flachen Flächen einer Nut eines Verbinders dargestellt ist.
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4A bis 4D sind eine Draufsicht, eine Seitenansicht, eine Unteransicht bzw. eine Querschnittsansicht einer anderen schräg gewickelten Feder, die gemäß Aspekten der vorliegenden Vorrichtung, des vorliegenden Systems und des vorliegenden Verfahrens bereitgestellt wird, wobei ein Kontakt zwischen der schräg gewickelten Feder und flachen Flächen einer Nut eines Verbinders dargestellt ist.
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5A bis 5D sind eine Draufsicht, eine Seitenansicht, eine Unteransicht bzw. eine Querschnittsansicht einer anderen schräg gewickelten Feder, die gemäß Aspekten der vorliegenden Vorrichtung, des vorliegenden Systems und des vorliegenden Verfahrens bereitgestellt wird, wobei ein Kontakt zwischen der schräg gewickelten Feder und flachen Flächen einer Nut eines Verbinders dargestellt ist.
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6 ist eine Seitenansicht einer anderen schräg gewickelten Feder, die gemäß Aspekten der vorliegenden Vorrichtung, des vorliegenden Systems und des vorliegenden Verfahrens bereitgestellt wird, wobei jede Windung der Feder so dargestellt ist, dass sie zwei sekundäre Windungswinkel aufweist.
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7A und 7B sind eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht eines Beispiels einer schräg gewickelten Feder gemäß der Ausführungsform von 6, wobei ein Kontakt zwischen der schräg gewickelten Feder und flachen Flächen einer Nut eines Verbinders dargestellt ist.
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8A und 8B sind eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht eines anderen Beispiels einer schräg gewickelten Feder gemäß der Ausführungsform von 6, wobei ein Kontakt zwischen der schräg gewickelten Feder und flachen Flächen einer Nut eines Verbinders dargestellt ist.
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9A und 9B sind eine Seitenansicht bzw. eine Querschnittsansicht einer schräg gewickelten Feder, die gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Vorrichtung, des vorliegenden Systems und des vorliegenden Verfahrens bereitgestellt wird, wobei die schräg gewickelte Feder so dargestellt ist, dass sie abwechselnd konfigurierte Windungen von kreisrunder oder elliptischer Querschnittsform und Windungen von nicht kreisrunder oder nicht elliptischer Querschnittsform umfasst, wobei die Windungen ungefähr die gleiche Windungsbreite aufweisen.
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10A und 10B sind eine Seitenansicht bzw. eine Querschnittsansicht einer schräg gewickelten Feder, die gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Vorrichtung, des vorliegenden Systems und des vorliegenden Verfahrens bereitgestellt wird, wobei die schräg gewickelte Feder so dargestellt ist, dass sie abwechselnd konfigurierte Windungen von kreisrunder oder elliptischer Querschnittsform und Windungen von nicht kreisrunder und nicht elliptischer Querschnittsform umfasst, wobei die Windungen verschiedene Windungsbreiten aufweisen.
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11A und 11B sind Seitenansichten, die ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung einer schräg gewickelten Feder veranschaulichen.
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12A bis 12C sind eine Seitensicht, eine Querschnittsansicht bzw. eine Draufsicht einer anderen beispielhaften schräg gewickelten Feder, die gemäß Aspekten der vorliegenden Vorrichtung, des vorliegenden Systems und des vorliegenden Verfahrens bereitgestellt wird, wobei die Feder so dargestellt ist, dass sie flache Flächen einer Nut eines Verbinders berührt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die ausführliche Beschreibung, die im Folgenden in Verbindung mit den angehängten Zeichnungen dargelegt wird, ist als eine Beschreibung von Ausführungsformen einer schräg gewickelten Feder mit einem variablen Querschnitt der schräg gewickelten Feder und Verfahren zur Herstellung derselben gedacht und nicht dazu bestimmt, die einzigen Formen darzustellen, in welchen die vorliegenden Baueinheiten und Verfahren konstruiert oder verwendet werden können. Die Beschreibung legt die Merkmale und die Schritte zur Verwendung und Konstruktion der schräg gewickelten Federn und Verfahren in Verbindung mit den veranschaulichten Ausführungsformen dar. Es versteht sich jedoch von selbst, dass die gleichen oder gleichwertige Funktionen und Strukturen durch andere Ausführungsformen erreicht werden können, die ebenfalls durch den Sinn und Schutzumfang der Baueinheiten und Verfahren erfasst werden sollen. Wie hierin an anderer Stelle angegeben, sollen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente oder Merkmale bezeichnen.
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Wie hierin verwendet, bezieht sich eine Querschnittsform einer Windung einer schräg gewickelten Feder auf die Form der Windung, wie sie bei Betrachtung in Richtung einer Mittellinie C erscheint, die sich durch die schräg gewickelte Feder erstreckt.
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Unter Bezugnahme auf 1A und 1C sind Teilschnittansichten eines beispielhaften Verbinders 10 dargestellt. Der Verbinder 10 kann in zahlreichen Industriebranchen verwendet werden, wie beispielsweise Unterhaltungselektronik, elektrische Energieübertragung, KFZ, Luft- und Raumfahrt, Medizin und Militär, um nur einige zu nennen. Der Verbinder 10 kann einen Schaft 12 und ein Gehäuse 14 umfassen. Der Schaft 12, der auch ein Stift, ein Stiel oder ein Stab sein kann, und das Gehäuse 14 umfassen Haltenuten 18 bzw. 19 zum Aufnehmen wenigstens eines Teils der schräg gewickelten Feder 20. In den hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Nut 16 durch eine Seitenwand 17a, eine Seitenwand 17b und eine obere Wand 17c, die sich zwischen den Seitenwänden 17a und 17b befindet, definiert, welche zusammen als die Wände 17 der Nut 16 bezeichnet werden. Die Nut 18 ist durch eine Seitenwand 17a, eine Seitenwand 17b und eine untere Wand 17c, die sich zwischen den Seitenwänden 17a und 17b befindet, definiert, welche zusammen als die Wände 17 der Nut 18 bezeichnet werden. In den hierin offenbarten Ausführungsbeispielen weist jede der Seitenwände 17a, 17b, der oberen Wand 17c und der unteren Wand 17d eine flache Fläche zum Berühren der Windungen 22 der schräg gewickelten Feder 20 auf. Im Folgenden können die Nut 16 oder die Nut 18 zusammen als die Nut 16 bezeichnet werden, wenn der Kontakt zwischen einer schräg gewickelten Feder 20 und den Nuten 16 und/oder 18 allgemein beschrieben wird Die schräg gewickelte Feder 20 kann eine Verriegelungs- oder Sperrverbindung (dargestellt in 1C) zwischen dem Schaft 12 und dem Gehäuse 14 bereitstellen, als Teil eines Dichtungssatzes zum Abdichten der Verbindung zwischen dem Schaft 12 und dem Gehäuse 14 fungieren und/oder als eine Leitung zur Wärmeübertragung und/oder Übertragung von elektrischem Strom zwischen dem Schaft 12 und dem Gehäuse 14 dienen. In alternativen Ausführungsformen weist das Gehäuse oder der Schaft, aber nicht beide, eine Nut auf, so dass der Verbinder Haltefähigkeit bereitstellt.
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Unter Bezugnahme auf 2A ist ein Querschnitt des Verbinders 10 und einer schräg gewickelten Feder 30 dargestellt. Die schräg gewickelte Feder 30 weist einen elliptischen oder einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Außendurchmesser oder einer Windungsbreite CW auf, die im Wesentlichen der Breite GW der Nut 16 entspricht (der Schaft 12 von 2A ist ohne Nut 18 dargestellt). Wenn die Nut 16 rechteckig ist und die schräg gewickelte Feder 30 einen elliptischen oder kreisförmigen Querschnitt aufweist, erfolgen Kontakte zwischen den Windungen 32 der schräg gewickelten Feder 30 und den flachen Flächen der Wände 17 der Nut 16, wenn die Windungen 32 in einem nicht vorgespannten Zustand sind, an einem tangentialen Kontaktflächenbereich TC, der in 2B dargestellt ist. Der Kontaktflächenbereich TC ist mit gestrichelten Linien um einen Berührungspunkt P dargestellt, der den Kontakt zwischen der elliptischen oder kreisförmigen Windung 32 der schräg gewickelten Feder 30 und den flachen Flächen der Wände 17 der Nut 16 (d. h. den tangentialen oder Punktkontakt zwischen einer Ellipse oder einem Kreis und einem Quadrat oder einem Rechteck) mathematisch charakterisiert. Wie für einen Durchschnittsfachmann leicht zu erkennen ist, ist die Bandbreite für den Durchfluss zwischen dem Schaft 12 und dem Gehäuse 14 über die Windungen umso größer, je größer der Kontaktflächenbereich zwischen den Windungen 32 der schräg gewickelten Feder 30 und der Nut 16 ist. Wenn die schräg gewickelte Feder 30 in Anwendungen zum Beispiel als eine Wärmeübertragungsleitung oder eine Leitung für elektrischen Strom zwischen dem Schaft 12 und dem Gehäuse 14 fungiert, würde ein größerer Kontaktflächenbereich als der Kontaktflächenbereich TC von 2A eine bessere thermische oder elektrische Leitfähigkeit zwischen dem Schaft 12 und dem Gehäuse 14 bereitstellen. Wie im Folgenden ausführlich beschrieben, kann eine schräg gewickelte Feder gemäß Aspekten der vorliegenden Vorrichtung, des vorliegenden Systems und des vorliegenden Verfahrens den Kontaktflächenbereich zwischen der schräg gewickelten Feder und den flachen Flächen der Wände 17 der Nut 16 im Vergleich zu der schräg gewickelten Feder 30 von 2A vergrößern. Wie beschrieben, können die vorliegende Vorrichtung, das vorliegende System und das vorliegende Verfahren so verstanden werden, dass sie einen Verbinder mit vergrößerten Kontaktflächen zwischen einer schräg gewickelten Feder mit einer Mehrzahl von Windungen und einem Paar von Nuten, die eine Federhaltenut definieren, umfassen. Die vergrößerten Kontaktflächen senken den Strom- oder elektrischen Widerstand, indem sie mehr Durchflusswege zwischen der Haltenut und der Feder bereitstellen.
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Unter neuerlicher Bezugnahme auf 1B und 1C sowie außerdem unter Bezugnahme auf 2C und 2D umfasst die schräg gewickelte Feder 20 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform eine Mehrzahl von Windungen 22, die im Allgemeinen in einem spitzen Windungswinkel α in Bezug auf eine Mittellinie C abgeschrägt sind. Mindestens eine Windung 22 weist eine nicht kreisrunde oder nicht elliptische Querschnittsform auf (scheint z. B. eine nicht kreisrunde oder nicht elliptische Querschnittsform aufzuweisen, wenn in Richtung der Mittellinie C betrachtet). In der beispielhaften Ausführungsform, die in 1A bis D sowie 2C und D dargestellt ist, umfasst die schräg gewickelte Feder 20 Windungen 22, die eine im Wesentlichen quadratische Querschnittsform (z. B. quadratisch mit abgerundeten Ecken) oder eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform (z. B. rechteckig mit abgerundeten Ecken) aufweisen, wenn die Windungen 22 in einem nicht vorgespannten Zustand sind. Wie hierin verwendet, ist „nicht vorgespannter Zustand” so zu verstehen, dass er ein Fehlen von externen Kräften bedeutet, die dazu neigen, die Windungen abzuschrägen. Demgemäß weisen bei Betrachtung in Richtung der Mittellinie C, was die Ansicht ist, die in 1C und 2C dargestellt ist, die Windungen 22 der schräg gewickelten Feder 20 vier Abschnitte S auf, die linear zu sein scheinen. Die Abschnitte S können in Wirklichkeit eine gekrümmte Form aufweisen oder eine nichtlineare Form aufweisen und erscheinen möglicherweise nur linear, wenn die Windung 22 in Richtung der Mittellinie C betrachtet wird. Bei den Kontaktflächenbereichen LC zwischen den flachen Flächen der Wände 17 der Nut 16 und den entsprechenden Abschnitten S der Windung 22, die in 2D mit gestrichelten Linien dargestellt sind, handelt es sich um einen Bereich, der durch eine gekrümmte Linie S definiert ist, welche den Kontakt zwischen dem Abschnitt S und den flachen Flächen der Wände 17 der Nut 16 mathematisch charakterisiert. Daher ist für einen Durchschnittsfachmann leicht zu erkennen, dass der Kontaktflächenbereich LC zwischen den Windungen 22 und den flachen Flächen der Wände 17 der Nut 16 größer als der Kontaktflächenbereich TC der Windungen 32 der schräg gewickelten Feder 30 von 2A und B ist. Gemäß Aspekten der vorliegenden Vorrichtung, des vorliegenden Systems und des vorliegenden Verfahrens wird der größere Kontaktflächenbereich zwischen jeder Windung bereitgestellt, indem der Abschnitt S der Windung in Richtung der Mittellinie gebogen wird, um einen flacheren Eingriffsbereich mit den flachen Flächen der Wände 17 der Nut 16 bereitzustellen. Demnach kann die Windung so betrachtet werden, dass sie einen ersten Windungsabschnitt, der entlang einer ersten Ebene ausgebildet ist, und einen gebogenen Abschnitt aufweist, der kontinuierlich ausgebildet ist, wobei der erste Windungsabschnitt entlang einer zweiten Ebene ausgebildet ist, die in einem Winkel zur ersten Ebene ist.
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In der beispielhaften Ausführungsform, die in 1A bis D sowie 2C und D dargestellt ist, weisen die Abschnitte S einen spitzen Windungswinkel θ in Bezug auf die Mittellinie C auf, der kleiner als der spitze Windungswinkel α ist. Der Windungswinkel α und der Windungswinkel θ können hierin auch als der erste Windungswinkel bzw. der zweite Windungswinkel bezeichnet werden. In Abhängigkeit von den funktionellen Anforderungen einer schräg gewickelten Feder in einer bestimmten Anwendung kann eine schräg gewickelte Feder gemäß Aspekten der vorliegenden Vorrichtung, des vorliegenden Systems und des vorliegenden Verfahrens so hergestellt werden, dass sie eine oder mehrere Windungen mit einem zweiten Windungswinkel aufweist, der kleiner oder größer als der erste Windungswinkel ist.
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In einer beispielhaften Ausführungsform, die in 3A bis 3D dargestellt ist, weist eine schräg gewickelte Feder 40 eine oder mehrere Windungen 42 auf, welche nur einen Abschnitt S haben, der einen Kontaktflächenbereich LC mit einer der flachen Flächen der Wand 17c der Nut 16 bereitstellt. Wie in 3B dargestellt, weist der Abschnitt S einen zweiten Windungswinkel θ auf, der kleiner als der erste Windungswinkel α ist. Wie jedoch in 3D dargestellt, weisen die restlichen Teile der Windungen 42 keine Abschnitte S mit einem zweiten Windungswinkel auf und haben folglich eine kreisrunde oder eine elliptische Querschnittsform. Wie in 3A dargestellt, stellt demgemäß der Abschnitt S am oberen Ende der Windungen 42 einen Kontaktflächenbereich LC bereit, der durch die Linie L zwischen den Windungen 42 und der flachen Fläche der Wand 17c der Nut 16 definiert ist, während, wie in 3C dargestellt, die restlichen Teile der Windungen 42 Kontaktflächenbereiche TC (nicht dargestellt) bereitstellen, die durch Punkte P zwischen der schräg gewickelten Feder 40 und den flachen Flächen der anderen Wände 17 der Nut 16 definiert sind.
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In einer anderen beispielhaften Ausführungsform, die in 4A bis 4D dargestellt ist, weist eine schräg gewickelte Feder 50 eine oder mehrere Windungen 52 auf, die zwei Abschnitte S einander gegenüber in Bezug auf die Mittellinie C aufweisen, die Kontaktflächenbereiche LC mit flachen Flächen von gegenüberliegenden Wänden 17 der Nut 16 bereitstellen. Wie in 4B dargestellt, weisen die Abschnitte S einen zweiten Windungswinkel θ auf, der kleiner als der erste Windungswinkel α ist. Wie jedoch in 4D dargestellt, weisen die restlichen Teile der Windungen 52, welche die Teile auf den Seiten der Windung 52 sind, keine Abschnitte S mit einem zweiten Windungswinkel auf und haben folglich eine kreisrunde oder eine elliptische Querschnittsform. Wie in 4A und 4C dargestellt, stellen demgemäß die Abschnitte S am oberen Ende und am unteren Ende der Windungen 52 Kontaktflächenbereiche LC zwischen den Windungen 52 und den flachen Flächen der Wände 17c und 17d der Nuten 16 bzw. 18 bereit, währen die restlichen Teile der Windungen 52 Kontaktflächenbereiche TC (nicht dargestellt) zwischen der schräg gewickelten Feder 50 und den flachen Flächen 17a und 17b der Nuten 16 und 18 bereitstellen.
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In einer anderen beispielhaften Ausführungsform, die in 5A bis 5D dargestellt ist, weist eine schräg gewickelte Feder 60 eine oder mehrere Windungen 62 auf, die zwei Abschnitte S1 und S2 einander gegenüber in Bezug auf die Mittellinie C aufweisen, die Kontaktflächenbereichen LC1 bzw. LC2 mit flachen Flächen 17 von zwei gegenüberliegenden Wänden der Nut 16 bereitstellen. Wie in 5B dargestellt, weisen die Abschnitte S1 einen zweiten Windungswinkel θ1 auf, der kleiner als der erste Windungswinkel α ist. Die Abschnitte S2 weisen einen zweiten Windungswinkel θ2 auf, der ebenfalls kleiner als der erste Windungswinkel α ist. Im Gegensatz zu der Ausführungsform von 4A bis 4D, unterscheidet sich jedoch der zweite Windungswinkel θ1 der Abschnitte S1 am oberen Ende der Windungen 62 vom zweiten Windungswinkel θ2 der Abschnitte S2 am unteren Ende der Windungen 62. Wie in 5A und 5C dargestellt, stellen demgemäß die Abschnitte S1 am oberen Ende und die Abschnitte S2 am unteren Ende der Windungen 62 verschiedene Kontaktflächenbereiche LC1 bzw. LC2 zwischen den Windungen und den flachen Flächen der Wände 17c und 17d der Nuten 16 bzw. 18 bereit. Die restlichen Teile der Windungen 62, welche die Teile auf den Seiten der Windung 62 sind, weisen keine Abschnitte S mit einem zweiten Windungswinkel auf und haben folglich eine kreisrunde Querschnittsform oder eine elliptische Querschnittsform, wie in 5D dargestellt. Diese kreisförmigen oder elliptischen Teile der Windung 62 stellen Kontaktflächenbereiche TC (nicht dargestellt) zwischen der schräg gewickelten Feder 62 und den flachen Flächen der Seitenwände 17a und 17b der Nut 16 bereit. Die Feder 60 kann bei Anwendungen verwendet werden, bei welchen der Kontaktflächenbereich zwischen einer Seite der Feder und der flachen Fläche der entsprechenden Seitenwand 17 anfänglich größer als die andere Seite der Feder sein soll. Zum Beispiel ist im nicht vorgespannten Zustand der Feder 60, die in 5B dargestellt ist, der Kontaktflächenbereich zwischen den Abschnitten S1 und der flachen Fläche der oberen Wand 17e größer als der Kontaktflächenbereich zwischen den Abschnitten S2 und der flachen Fläche der unteren Wand 17d. Wenn jedoch die Feder 60 zusammengedrückt wird, vergrößert sich der Kontaktflächenbereich zwischen den Abschnitten S2 und der flachen Fläche der unteren Wand 17d, was ein Merkmal ist, das in bestimmten Anwendungen möglicherweise bevorzugt wird. Da sich zum Beispiel der Kontaktflächenbereich am Abschnitt S2 beim Zusammendrücken der Feder vergrößert, können die Abschnitte S1 einen bevorzugten Grad an elektrischer Leitfähigkeit durch die Feder bereitstellen, während der Kontaktflächenbereich S2 einen erhöhten bevorzugten Leitfähigkeitsgrad bereitstellt, der durch ein verstärktes Zusammendrücken der Feder erreicht werden kann. In anderen Ausführungsformen können die Wandflächen der Haltenut konisch zulaufen oder so modifiziert sein, dass Flächenkontakte mit den Windungen zunehmen. Mit anderen Worten, die Windungen, die Haltenut oder beide können so modifiziert werden, dass Flächenkontakte zunehmen.
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In einer anderen beispielhaften Ausführungsform, die in 6 dargestellt ist, kann eine schräg gewickelte Feder 70 Windungen 72a und 72b aufweisen, die Abschnitte S1 und S2 auf einer Seite oder der gleichen Seite davon mit verschiedenen zweiten Windungswinkeln θ1 bzw. θ2 umfassen. Zum Beispiel kann die Windung 72a einen Abschnitt S1 mit einem zweiten Windungswinkel θ1 aufweisen, während eine zweite Windung 72b einen Abschnitt S2 auf der gleichen Seite der schräg gewickelten Feder 70 mit einem zweiten Windungswinkel θ2 aufweisen kann, der vom zweiten Windungswinkel θ1 verschieden ist. Demgemäß stellen die Windungen 72a und 72b verschiedene Kontaktflächenbereiche LC (nicht dargestellt) mit der flachen Fläche der gleichen Wand 17 der Nut 16 bereit. Die Abschnitte 52, die so dargestellt sind, dass sie einen kleineren zweiten Windungswinkel θ aufweisen, werden verwendet, um im nicht vorgespannten Zustand der Feder 70 und während eines mäßigen Federwegs der Feder 70 einen großen Kontaktflächenbereich mit der Fläche der Wand 17 bereitzustellen. Die Abschnitte S1, die so dargestellt sind, dass sie einen größeren zweiten Windungswinkel θ aufweisen, stellen jedoch einen großen Kontaktflächenbereich während eines übermäßigen Federwegs bereit. Demnach stellen in den hierin offenbarten Ausführungsformen, in welchen die zweiten Windungswinkel θ auf der gleichen Seite der schräg gewickelten Feder von einer oder mehreren Windungen zu einer oder mehreren anderen Windungen variieren, die Abschnitte der Windungen, die mit den variierenden zweiten Windungswinkeln assoziiert sind, große Kontaktflächenbereiche mit den flachen Flächen der Wände 17 für verschiedene Federwegbereiche der Feder bereit.
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Ein Beispiel für eine schräg gewickelte Feder 70 gemäß der Ausführungsform von 6 ist in 7A und 7B dargestellt. Die erste Windung 72a weist, wenn in 7A von links nach rechts betrachtet, einen Abschnitt S1 mit einem derartigen zweiten Windungswinkel θ1 auf, dass der Abschnitt S1 einen Kontaktflächenbereich LC1 mit der flachen Fläche der Wand 17c bereitstellt. Die zweite Windung 72b weist einen Abschnitt S2 mit einem zweiten Windungswinkel θ2 auf, der größer als θ1 und etwas kleiner als der erste Windungswinkel α ist. Demgemäß ist der Kontaktflächenbereich LC2 zwischen der zweiten Windung 72b und der flachen Fläche der Wand 17c kleiner als LC1, aber immer noch größer als ein tangentialer oder Punktkontakt TC (nicht dargestellt) einer typischen schräg gewickelten Feder 30, wie in 2A dargestellt. Die dritte Windung 72c und die vierte Windung 72d weisen Abschnitte S3 und S4 mit verschiedenen zweiten Windungswinkeln θ3 und θ4 auf, welche verschiedene Kontaktflächenbereich LC3 bzw. LC4 bereitstellen. Daher können in der beispielhaften Ausführungsform von 7A und 7B die Windungen 72a bis d der schräg gewickelten Feder 70 verschiedene zweite Windungswinkel θ1 bis θ4 aufweisen, um verschiedene Kontaktflächenbereiche LC1 bis LC4 mit den flachen Flächen der Wände 17 bereitzustellen.
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In einer anderen beispielhaften Ausführungsform, die in 5A und 8B dargestellt ist, weist eine schräg gewickelte Feder 80 eine oder mehrere Windungen 82a bis b mit Abschnitten S1 bis S4 auf, wobei einer oder mehrere der Abschnitte negative spitze zweite Windungswinkel in Bezug auf die Mittellinie C aufweisen. Die erste Windung 82a weist (in 8B von links nach rechts betrachtet) einen zweiten Windungswinkel θ1 auf, der ein negativer spitzer Winkel in Bezug auf die Mittellinie C ist. Mit anderen Worten, der Abschnitt S1 der Windung 82a erstreckt sich zur Mittellinie C hin, statt sich von der Mittellinie C weg zu erstrecken. Demgemäß bilden zwei gekrümmte Übergangsbereiche T1 und T2 (in 8B ist nur T1 dargestellt), welche die Übergangsbereiche zwischen dem Abschnitt S1 und S3 der Windung 82a und 82c definieren, und die restlichen Abschnitte der Windung 82a bzw. 82c zwei beabstandete Kontaktflächenbereiche BC1 und BC3 zwischen den Windungen 82a bzw. 82c und der flachen Fläche der Wand 17c. In Abhängigkeit von der Schärfe der Krümmung der Übergangsbereiche T1 und T2 können die Kontaktflächenbereiche tangentiale oder Punktkontakte TC oder Linienkontakt LC zwischen der Feder 80 und den flachen Flächen der Wände 17 bereitstellen. Zum Beispiel stellt eine langsame oder flache Übergangskurve T1 einen Linienkontaktbereich LC bereit, während ein schneller oder scharfer Übergang T1 einen tangentialen oder Punktkontakt zwischen der Feder 80 und der flachen Fläche der Wand 17c bereitstellen kann. In dieser Ausführungsform ist die schräg gewickelte Feder 82 so dargestellt, dass sie zwei Wicklungen 82a und 82c mit Abschnitten S1 bzw. S3 mit negativen zweiten Windungswinkeln θ1 bzw. θ3 und zwei Windungen 82b und 82d mit Abschnitten S2 bzw. S4 mit positiven zweiten Windungswinkeln θ2 und θ4 aufweist.
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In einer anderen beispielhaften Ausführungsform, die in 9A und 9B dargestellt ist, hat eine schräg gewickelte Feder 90 Windungen 92a, die kreisrunde oder elliptische Querschnittsformen aufweisen und abwechselnd zwischen Windungen 92b angeordnet sind, die einen oder mehrere Abschnitte S aufweisen, die bei Betrachtung in Richtung der Mittellinie C nicht kreisrunde oder nicht elliptische Formen zu haben scheinen (dargestellt in 9B). In dieser beispielhaften Ausführungsform weisen beide Windungen 92a und 92b die gleiche Windungsbreite CW auf. Die Windungen 92a und 92b sind nicht auf die abwechselnde Anordnung beschränkt, die zuvor erörtert wurde, sondern können in beliebiger Art und Weise angeordnet werden, um eine gewünschte Funktion für die Feder in einer bestimmten Anwendung zu erreichen.
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In einer anderen beispielhaften Ausführungsform, die in 10A und 10B dargestellt ist, hat eine schräg gewickelte Feder 100 Windungen 102a, die kreisrunde oder elliptische Querschnittsformen aufweisen und abwechselnd zwischen Windungen 102b angeordnet sind, die einen oder mehrere Abschnitte S aufweisen, die bei Betrachtung in Richtung der Mittellinie C nicht kreisrunde oder nicht elliptische Formen zu haben scheinen (dargestellt in 10B). In dieser beispielhaften Ausführungsform weisen die ersten Windungen 102a eine kleinere Windungsbreite CW1 als die Windungsbreite CW2 der zweiten Windungen 102b auf. In dieser beispielhaften Ausführungsform weisen beide Windungen 92a und 92b die gleiche Windungsbreite CW auf. Die Windungen 102a und 102b sind nicht auf die abwechselnde Anordnung oder die relativen Größen beschränkt, die zuvor erörtert wurden, sondern können in beliebiger Art und Weise angeordnet und bemessen werden, um eine gewünschte Funktion für die Feder in einer bestimmten Anwendung zu erreichen.
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Nunmehr unter Bezugnahme auf 11A und 11B ist ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung einer schräg gewickelten Feder 110 dargestellt. Die schräg gewickelte Feder 110 kann als eine typische schräg gewickelte Feder mit dem ersten Windungswinkel α, wie in 11A dargestellt, durch Verfahren hergestellt werden, die den Durchschnittsfachleuten bekannt sind. Während oder nach solch einer Herstellung werden ein oder mehrere Abschnitte S einer oder mehrerer der Windungen 112 an einer Biegungslinie BL in Richtung des Pfeils AR in den gleichen oder einen unterschiedlichen zweiten Windungswinkel θ gebogen, wie in 11B dargestellt. Die Windungen 112 können an der gleichen Biegungslinie BL gebogen werden, wie in 11A und 11B als ein Beispiel dargestellt ist, oder sie können an verschiedenen Biegungslinien gebogen werden (nicht dargestellt). In 11B ist nur der obere Teil der Windung 112 an der Biegungslinie BL gebogen, um Abschnitte S bereitzustellen. Andere Seiten der Windungen 112 können jedoch in ähnlicher Weise gebogen werden, um mehrere Seiten auf jeder Windung bereitzustellen, die Abschnitte S zum Berühren von flachen Flächen einer oder mehrerer Wände 17 der Nut 16 und 18 an den Kontaktflächenbereichen LC aufweisen, wie hierin erörtert. Zum Beispiel weist die schräg gewickelte Feder 20 von 1A bis 1D Windungen 22 auf, die durch Biegen jeder Windung 22 auf vier Seiten hergestellt sind, um einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt für jede Windung 22 bereitzustellen In einem weiteren Beispiel weist die schräg gewickelte Feder 50 von 4A bis 4D Windungen 52 auf, die durch Biegen jeder Windung 52 auf zwei gegenüberliegenden Seiten hergestellt sind, um zwei gegenüberliegende Abschnitte S bereitzustellen. In noch einem weiteren Beispiel kann die Nut 16 sechskantförmig sein (nicht dargestellt). Demgemäß können die Windungen einer schräg gewickelten Feder auf sechs Seiten (nicht dargestellt) gebogen werden, um im Wesentlichen der Sechskantform der Nut zu entsprechen und Kontaktflächenbereiche zwischen der schräg gewickelten Feder und der flachen Fläche der Wände der Nut zu vergrößern. Daher ist für einen Durchschnittsfachmann leicht zu erkennen, dass die Windungen einer schräg gewickelten Feder so hergestellt werden können, dass sie eine beliebige Form aufweisen, um der Form einer Nut zu entsprechen und dadurch die Kontaktflächenbereiche zwischen den Windungen der schräg gewickelten Feder und der flachen Fläche der Wände der Nut zu vergrößern.
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In den beispielhaften Ausführungsformen der schräg gewickelten Feder und des Verfahrens zur Herstellung der schräg gewickelten Feder, die zuvor erörtert wurden, werden ein oder mehrere Abschnitte einer oder mehrerer Windungen einer typischen schräg gewickelten Feder in den gleichen oder verschiedenen zweiten Windungswinkeln gebogen, um den Kontaktflächenbereich zwischen den Windungen und der flachen Fläche der Wände der Nut zu vergrößern. Bei diesen beispielhaften Federn scheint eine Windung bei Betrachtung in Richtung der Mittellinie C einen oder mehrere Abschnitte aufzuweisen, die linear sind. Wie jedoch bereits erwähnt, sind diese Abschnitte in Wirklichkeit gekrümmt und scheinen nur linear zu sein, wenn in Richtung der Mittellinie C betrachtet, da sie in einem zweiten Windungswinkel in Bezug auf die Mittellinie C gebogen sind. Wie nachstehend erörtert, werden schräg gewickelte Federn gemäß anderen beispielhaften Ausführungsformen mit einer oder mehreren Windungen hergestellt, die einen oder mehrere tatsächlich lineare Abschnitte aufweisen, um den Kontaktflächenbereich mit einer oder mehreren flachen Flächen der Wände der Nut zu vergrößern.
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In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst eine schräg gewickelte Feder gemäß Aspekten der vorliegenden Vorrichtung, des vorliegenden Systems und des vorliegenden Verfahrens einen oder mehrere Abschnitte einer oder mehrerer Windungen, die linear sind, um einen Linienkontakt mit der flachen Fläche einer oder mehrerer Wände der Nut 16 bereitzustellen. Unter Bezugnahme auf 12A umfassen eine oder mehrere Windungen 122 der schräg gewickelten Feder 120 vier lineare Seiten SL, welche die gleiche oder eine unterschiedliche Länge aufweisen können, um eine quadratische oder rechteckige Querschnittsform bereitzustellen. Demgemäß sind diese Windungen 122 der schräg gewickelten Feder 120 im ersten Windungswinkel α in Bezug auf die Mittellinie C konfiguriert und weisen keinen Abschnitt auf, der in einem zweiten Windungswinkel in Bezug auf die Mittellinie C gebogen ist. Unter Bezugnahme auf 12B und 12C sind die Kontaktbereiche zwischen den Windungen 122 und der flachen Fläche der Wand der Nut 16 tatsächliche Linienkontakte. Obwohl die schräg gewickelte Feder 120 so dargestellt ist, dass sie vier lineare Abschnitte aufweist, ist für einen Durchschnittsfachmann leicht zu erkennen, dass eine oder mehrere Windungen 122 der schräg gewickelten Feder 120 Teile, die gekrümmt sind, und Abschnitte, die als lineare Segmente ausgebildet sind, aufweisen können.
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Eine schräg gewickelte Feder gemäß Aspekten der vorliegenden Vorrichtung, des vorliegenden Systems und des vorliegenden Verfahrens kann thermische oder elektrische Leitfähigkeit zwischen zwei Bauteilen bereitstellen, wie beispielsweise bei einem Verbinder mit Steck- und Aufnahmeteilen ähnlich dem Schaft 12 und dem Gehäuse 14 des Verbinders 10 von 1A. Die thermische und elektrische Leitfähigkeit für die schräg gewickelte Feder an jeder Windung, um jede Windung und basierend auf dem Betriebskompressionsbereich jeder Windung oder verschiedenen Längen der Feder kann auf der Basis der jeweiligen Anforderungen jeder Anwendung konzipiert werden, indem ähnliche oder verschiedene Größen des Kontaktflächenbereichs zwischen den Windungen und den Steck- und Aufnahmeteilen für verschiedene Kompressionsstufen der Feder bereitgestellt werden. Die verschiedenen Größen des Kontaktflächenbereichs im nicht vorgespannten Zustand der Feder oder während des Zusammendrückens der Feder können durch Ändern der Größe des zweiten Windungswinkels an einem oder mehreren Abschnitten auf jeder Windung, Ändern der Größe der zweiten Windungswinkel einer oder mehrerer Windungen in Bezug auf andere Windungen und/oder Ändern der Windungsbreite und Querschnittsformen auf der Basis von abwechselnden oder anderen Mustern erreicht werden.
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Obwohl beschränkte Ausführungsformen von schräg gewickelten Federn und Verfahren zur Herstellung der schräg gewickelten Federn hierin spezifisch beschrieben und veranschaulicht wurden, sind für die Fachleute viele Modifikationen und Änderungen ersichtlich. Demgemäß versteht es sich von selbst, dass die schräg gewickelten Federn und Verfahren zur Herstellung dieser Federn gemäß den hierin beschriebenen Prinzipien anders realisiert werden können, als hierin spezifisch beschrieben. Die schräg gewickelten Federn und die Verfahren zur Herstellung dieser Federn sind außerdem in den folgenden Ansprüchen definiert.
