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Die
Erfindung betrifft eine Druckfeder, die aus einem einzigen Federdraht
gewickelt ist und bereichsweise unterschiedliche Wicklungsdurchmesser aufweist.
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In
vielen mechanischen Geräten
werden unterschiedliche Federn für
eine Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt. Der
technische Einsatzbereich von Druck- oder Zugfedern reicht von rein
mechanischen Anwendungen, wie beispielsweise als Stoßdämpfer in
Autos oder als Federung in Matratzen oder Sofas, bis hin zu Schaltmechanismen
in winzigen elektronischen Baugruppen. Auch in Druck- und Tastschaltern
für Taschenlampen oder
Kugelschreibern werden Druckfedern häufig eingesetzt. Dabei zeichnet
sich die Verwendung von Federn in Druck- oder Tastschalter in Taschenlampen
dadurch aus, dass die Feder gleichzeitig als Stromleiter und somit
als Federkontakt dienen kann.
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Eine
solche Druckfeder wird beispielsweise in der
DE 102 37 955 A1 vorgeschlagen,
die aus einem Stück
Federdraht gewickelt sein soll und als Federung in einem Tast- oder Druckschalter
Verwendung finden soll. Die vorgeschlagene Druckfeder soll zwei
Bereiche aufweisen, die sich jeweils durch unterschiedliche Wicklungsdurchmesser
auszeichnen sollen. Dabei soll vorzugsweise ein Bereich mit einem
kleinen Wicklungsdurchmesser und einem verschwindenden axialen Versatz
der Windungen versehen sein, der als Kontaktstift bezeichnet wird
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In
der US 2003/0151916 A1 wird vorgeschlagen die beschriebene Druckfeder
innerhalb eines Druckschalters für
Taschenlampen zu verwenden. Der Bereich der Druckfeder mit dem größeren Wicklungsdurchmesser
soll derart auf einem der Pole der Batterien anliegen, dass ein
elektrischer Kontakt entsteht. Der Kontaktstift hingegen soll in
einer axial bewegbaren Endkappe stecken. Diese Endkappe soll an
Ihrer Unterseite mit einem unterlegscheibenförmigen elektrisch leitfähigen Bereich
versehen sein, der mit dem Kontaktstift der Druckfeder in elektrisch
leitfähig
verbunden sein soll. Die Endkappe soll ferner über einen Flansch verfügen, der
mit einer Bördelung eines
Abschlussstückes
der Taschenlampe derart korrespondiert, dass die Endkappe nicht
aus der Taschenlampe herausrutschen kann. Das Abschlussstück soll
mit dem Taschenlampengehäuse
durch eine Schraubverbindung verbindbar sein. Zwischen dem Gehäuse und
der Endkappe mit dem leitfähigen Bereich
auf der Unterseite ist eine Lücke
vorgesehen, so dass die Endkappe nicht mit dem Ende des Gehäuses in
Kontakt steht. Durch die Wirkung der Druckfeder soll dabei der Abstand
zwischen Endkappe und Gehäuse
stets aufrechterhalten werden. Durch Drücken auf die Endkappe soll
die Feder nachgeben und damit den elektrisch leitfähigen Bereich der
Endkappe in Kontakt mit dem Gehäuse
bringen, wodurch ein Stromkreis über
das Gehäuse
geschlossen werden soll.
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Nachteilig
an den bekannten Druckschaltern ist, dass die Kontaktstellen und
insbesondere die Kontaktstelle zwischen der Endkappe und dem Kontaktstift
mit der Zeit durch Oxidation, Verschmutzung und Verschleißerscheinungen
keinen optimalen elektrischen Kontakt gewährleisten. Das kann insbesondere
zu Wackelkontakten führen.
Durch Staub und andere Verschmutzungen kann auch die Funktionsweise
der Kontaktstelle zwischen der Endkappe und dem Gehäuse beeinträchtigt werden.
Nachteilig ist auch ferner, dass der vorgeschlagene Druckschalter drei
elektrische Kontakte aufweist, nämlich
zwischen Batterie und Feder, zwischen Feder und Endkappe und zwischen
Endkappe und Gehäuse.
Es ist allgemein bekannt, dass die eine größere Anzahl von Kontaktstellen
für die
elektrische Leitfähigkeit
der Schaltung nicht von Vorteil ist.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine neuartige Feder
in einer raumsparenden Anordnung zu schaffen, die insbesondere in
Tast- oder Druckschaltern Verwendung findet, so dass diese unempfindlich
gegen Verschleißerscheinungen und
gegen Schmutzanlagerungen ist. Ferner soll die Anzahl der Kontaktstellen
minimiert werden.
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Diese
Aufgabe wird von der Druckfeder nach Anspruch 1 gelöst, deren
Vorteil insbesondere in der kompakten Bauweise liegt. Weiterbildungen
der Feder sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Nach
einer Weiterentwicklung der Erfindung wird die erfindungsgemäße Druckfeder
in einem Tast- oder Druckschalter verwendet, wobei durch die Feder,
die aus einem elektrisch leitfähigen
Material besteht, beim Zusammendrücken selbst ein Plus- und ein
Minuspol elektrisch verbunden wird. Hierzu besteht die aus einem
einzigen Federdraht gewickelte Feder aus zwei Federbereichen mit
unterschiedlichen Wicklungsdurchmessern, wobei zumindest teilweise
eine Mehrzahl von Wicklungen radial nebeneinander angeordnet ist.
Vorzugsweise sind die beiden Wicklungsbereiche koaxial zueinander
angeordnet. Für
die Konstruktion eines Druck- oder
Tastschalters kann beispielsweise der innere Federbereich länger gewählt werden
als der äußere Federbereich.
Bei geeigneter Lage eines entsprechenden Pols besteht kein Kontakt
zwischen der Feder und dem Pol. Durch Zusammendrücken der inneren Feder kann
die äußere Feder
auf einen elektrischen Pol gedrückt
werden, wodurch ein Stromkreis über
die Druckfeder geschlossen wird.
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Vorteilhaft
gegenüber
dem bekannten Stand der Technik ist, dass der Druckschalter mit
der Druckfeder nur zwei Kontaktstellen aufweist, was die Empfindlichkeit
der Schaltungsanordnung erheblich verbessert. Aufgrund von Torsions-
und Kompressionseffekten kommt es ferner an den Kontaktstellen beim Zusammendrücken der
Feder dazu, dass diese auf den Kontaktstellen reibt. Möglich Staub-,
Schmutzablagerungen oder kleinere Oxidationsschichten werden dadurch
bei Betätigung
des Schalters beseitigt.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren
näher beschrieben.
Es zeigen:
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1a eine
Druckfeder in perspektivischer Darstellung,
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1b einen
vertikaler Schnitt durch eine Druckfeder,
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1c eine
Druckfeder in einer Draufsicht,
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2a eine
andere Ausführungsform
der Druckfeder in perspektivischer Darstellung,
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2b einen
vertikaler Schnitt durch eine Druckfeder,
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2c eine
Draufsicht auf eine Druckfeder.
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3a eine
Schaltkreisanordnung mit integrierter erfindungsgemäßer Feder
bei unterbrochenem Stromkreis,
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3b eine
Schaltkreisanordnung mit integrierter erfindungsgemäßer Feder
bei geschlossenem Stromkreis,
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4a ein
Ausführungsbeispiel
eines Tast- oder Druckschalters (ausgeschaltet),
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4b ein
Ausführungsbeispiel
eines Tast- oder Druckschalters (eingeschaltet),
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4c eine
Draufsicht auf die Schnittebene C-C,
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5a ein
Ausführungsbeispiel
eines Tast- oder Druckschalters (ausgeschaltet),
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5b ein
Ausführungsbeispiel
eines Tast- oder Druckschalters (eingeschaltet),
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5c eine
Draufsicht auf die Schnittebene A-A,
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6a ein
Ausführungsbeispiel
für die
Verwendung des Druckschalters in einer Taschenlampe (ausgeschaltet)
und
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6b ein
Ausführungsbeispiel
für die
Verwendung des Druckschalters in einer Taschenlampe (eingeschaltet).
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Für die erfindungsgemäße Druckfeder
(11, 12) sind im Wesentlichen zwei Ausführungsformen vorgesehen.
In den 1a bis c und 2a bis
c sind diese beiden unterschiedlichen Ausführungsformen perspektivisch,
im Schnitt und in einer Draufsicht dargestellt. Die 1a zeigt
eine erfindungsgemäße Druckfeder
(11), wobei diese Druckfeder (11) einen inneren
Federbereich (13) und einen äußeren Federbereich (12)
aufweist. Der innere Federbereich (13) ist länger als
der äußere Federbereich
(12).
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In
der 2a ist die erfindungsgemäße Druckfeder (21)
dargestellt, wobei bei dieser Ausführungsform der innere Federbereich
(23) kürzer
gewählt
ist als der äußere Federbereich
(22). Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit sieht vor, dass der äußere Federbereich
und der innere Federbereich gleich lang sind.
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In
den Figurengruppen 3 bis 6 sind mehrere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Druckfeder
(11, 21) dargestellt, die in einem Druck- oder Tastschaltern
eingebaut ist. Die 3a und b zeigen eine mögliche Ausführungsform
eines Schaltplans in einer Taschenlampe. In 3a ist
zu erkennen, dass der innere Federbereich (13) auf dem
Minuspol (34) der Batterie (31) aufliegt. Zwischen
der Batterie (31) und dem äußeren Federbereich (12)
befindet sich der Pluspol (35) der Schaltanordnung. Der
dargestellte Stromkreis ist aufgrund des Abstandes (311)
zwischen dem Pluspol (35) und der Druckfeder (11)
nicht geschlossen. In 3b ist dargestellt, dass durch Drücken in
Pfeilrichtung (38) der innere Federbereich (13)
soweit eingedrückt
wird, dass der äußere Federbereich
(12) auf den Pluspol (35) der Schaltanordnung
drückt.
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Für den Einbau
der Druckfeder (11, 21) in einen Tast- oder Druckschalter
sind im Wesentlichen zwei verschiedene Ausführungsformen vorgesehen. Eine
erste Ausführungsform
ist in den 4a bis c dargestellt. Der 4a ist
zu entnehmen, dass der dünne
innere Federbereich (13) auf dem Minuspol (34)
einer Batterie (31) aufliegt, wobei die Batterie (31)
nur teilweise dargestellt ist. Durch Drücken des Druckknopfes (43)
in Pfeilrichtung (38) wird der Kontakt (49) über die äußere breitere
Feder (12) hergestellt. Der Druckschalter als solcher weist
gegenüber dem
Stand der Technik keine besonderen technischen Neuerungen auf. Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist der Druckschalter aus einem normalen Druckknopf (43)
und einem dazugehörigen
Stößel (42)
zusammengesetzt. Vorzugsweise ist dieser Stößel (42) aus einem
elektrisch nicht leitenden Material hergestellt. Dies hat den Vorteil,
dass das Gehäuse
und damit auch der Druckknopf der Taschenlampe aus einem leitenden
Material wie beispielsweise Metall bestehen können.
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Eine
weitere Ausführungsform
der in einem Druck- oder Tastschalter eingebauten Druckfeder ist in
den 5a bis c dargestellt, wobei dieser Ausführungsform
eine Druckfeder (21) vorsieht, bei der innere Federbereich
(23) kürzer
gewählt
ist als der äußere Federbereich
(22). Dadurch entsteht zwischen dem Minuspol (34)
und dem inneren Federbereich (23) ein Abstand (51).
Durch Zusammendrücken
der Druckfeder (21) in Pfeilrichtung (38) wird
zunächst nur
der äußeren Federbereich
(22) zusammengedrückt.
Bei hinreichender Kompression wird der innere Federbereich (23)
auf den Minuspol (34) der Batterie (31) gedrückt, die
ebenfalls nur teilweise dargestellt ist, so dass der Schaltkreis
geschlossen ist. In dieser Ausführungsform
ist die äußere große Feder (22)
direkt auf der Außenkante
(53) der Batterie (31) aufgesetzt.
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Eine
weitere Ausführungsform
ist den 6a und b zu entnehmen, wobei
sich die dargestellte Ausführungsform
von der Ausführungsform der 4a bis
c dadurch unterscheidet, dass der äußere Federbereich (12)
nicht auf der Batterie (31), sondern auf einem Sockel (63)
aufsitzt. Auch hier kann durch Drücken des Druckknopfes (43)
in Pfeilrichtung (38) der dünne lange Federbereich (13)
auf den Minuspol (34) der Batterie (31) gedrückt werden, so
dass der Schaltkreis geschlossen ist.
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Die
erfindungsgemäße Druckfeder
(11, 21) kann nicht nur in Druckknöpfen verwendet
werden, sondern beispielsweise auch als Federelement in Matratzen
und Sofas. Aufgrund der speziellen Kennlinie der Druckfeder (11, 21),
wobei die Kennlinie den Zusammenhang zwischen Verformung bei angewandter
Kraft angibt, ist die Druckfeder (11, 21) geeignet
zur Federung von Personen, die über
unterschiedliche Massen verfügen.
Vorzugsweise ist die Druckfeder derart auszugestalten, dass der
längere Federbereich
(13, 22) eine größere Federkonstante aufweist
als der kürzere
Federbereich (12, 13). Die Kennlinie einer solchen
Druckfeder (11, 21) weist zwei lineare Abschnitte
mit unterschiedlichen Steigungen und eine Sprungstelle auf. Die
Kennlinie ist damit nicht stetig differenzierbar. Für leichte
Personen reicht der Federweg der längeren Feder (13, 22) aus.
Bei Personen mit einer größeren Masse
wird die längere
Feder (13, 22) soweit zusammengedrückt, dass
auch die kleinere Feder (12, 23) zur Federwirkung
beiträgt.
Die Federkonstante der gesamten Druckfeder (11, 21)
ergibt sich durch Addition der einzelnen Federkonstanten, also der Äußeren (12, 22) und
der Inneren (13, 23).
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Auch
eine Verwendung der erfindungemäßen Druckfeder
(11, 21) als Stoßdämpfer ist möglich. Ähnlich wie bei der Anwendung
in Matratzen hat die Sprungstelle in der Kennlinie den Effekt, dass
auch Stöße, die über das
normale Maß hinausgehen,
dadurch aufgefangen werden können.
Ein Durchschlagen auf die Karosserie wird somit verhindert.