DE202009016091U1 - Feder und Taster - Google Patents

Abstract

Feder, umfassend
– einen äußeren Bereich (11) zur Verbindung mit einem Gehäuse (112),
– einen inneren Bereich (12) zur Verbindung mit einem Betätigungselement (80) und
– einen federnden Bereich (13), der zwischen dem äußeren Bereich (11) und dem inneren Bereich (12) angeordnet ist und mindestens eine erste Ausnehmung (14) aufweist.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Feder sowie einen Taster.
• Ein Taster, manchmal auch als Taste bezeichnet, umfasst häufig eine Feder und ein Betätigungselement. Die Feder wird zur Rückstellung des Betätigungselements, beispielsweise in eine Ausgangsstellung, verwendet. Der Taster kann als elektrischer Taster realisiert sein. Ein elektrischer Taster kann beispielsweise als Folientaster hergestellt sein. Der Folientaster umfasst eine Grundfolie und eine Deckfolie, wobei durch Drücken auf die Deckfolie eine elektrische Verbindung zwischen Leiterbahnen hergestellt wird. Die Deckfolie selber oder eine zusätzlich zwischen der Grundfolie und der Deckfolie eingebaute Feder dienen der Rückstellung in die Ausgangsstellung. Die Deckfolie übernimmt hierbei auch die Funktion des Betätigungselements.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Feder sowie einen Taster zu schaffen, welche eine hohe Flexibilität bei der Einstellung der Federcharakteristik aufweist.
• Diese Aufgabe wird mit den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche 1 und 14 gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
• In einer Ausführungsform umfasst eine Feder einen äußeren Bereich, einen inneren Bereich sowie einen federnden Bereich. Der federnde Bereich ist zwischen dem äußeren Bereich und dem inneren Bereich angeordnet. Der federnde Bereich umfasst min destens eine Ausnehmung. Der äußere Bereich dient zur Verbindung mit einem Gehäuse. Der innere Bereich ist zur Verbindung mit einem Betätigungselement geeignet.
• Mit Vorteil weist der federnde Bereich mindestens eine Ausnehmung auf, sodass über die Form der Ausnehmung die Federcharakteristik der Feder eingestellt werden kann. Die Federcharakteristik kann beispielsweise eine Federkennlinie sein, welche die Abhängigkeit einer Federkraft von einem Federweg angibt. Der Federweg ist beispielsweise die Verschiebung des inneren Bereichs in z-Richtung relativ zum äußeren Bereich aus einer Ausgangslage, wobei der äußere Bereich in der x-y-Ebene liegt. Eine derartige Federkennlinie kann progressiv, linear oder degressiv sein. Alternativ kann die Federkennlinie einen nahezu konstanten Verlauf aufweisen. Wiederum alternativ kann die Federkennlinie einen unstetigen Anstieg zeigen. Alternativ oder zusätzlich kann die Federkennlinie einen unstetigen Abfall aufweisen. Bei dem unstetigen Abfall ist die Kraft bei abnehmendem Federweg unstetig.
• In einer Ausführungsform ist die Feder für einen Taster, insbesondere für einen Druck-/Kipptaster, ausgelegt.
• In einer Ausführungsform ist die Feder ausgelegt für mindestens eine Bewegung des inneren Bereichs relativ zum äußeren Bereich aus einer Gruppe, umfassend eine Bewegung des inneren Bereichs parallel zu einer von dem äußeren Bereich aufgespannten Ebene, eine Bewegung des inneren Bereichs senkrecht zu der vom äußeren Bereich aufgespannten Ebene und einer Kippung des inneren Bereichs gegenüber der vom äußeren Bereich aufgespannten Ebene.
• Mit Druck-/Kipptaster ist ein Kipptaster oder alternativ ein Druck- und Kipptaster bezeichnet. Der Kipptaster dient der Ermittlung, ob das Betätigungselement gegenüber dem Gehäuse gekippt ist. In einer Weiterbildung dient der Kipptaster der Ermittlung, in welche Richtung das Betätigungselement gekippt ist. Der Druck- und Kipptaster weist zusätzlich zu der Funktion des Kipptasters die Funktion auf, dass er das Drücken des Betätigungselements beispielsweise gegenüber dem Gehäuse ermitteln kann.
• In einer Ausführungsform ist die Feder einstückig hergestellt. Mit Vorteil ist die Feder dadurch in hohen Stückzahlen preisgünstig herstellbar.
• In einer Ausführungsform weist der federnde Bereich mindestens einen Steg auf. Der Steg begrenzt die Ausnehmung. Der Steg ist durch eine Verschiebung des inneren Bereichs zum äußeren Bereich verformbar. Der Steg kann somit die Funktion eines Biegeelements aufweisen. Der Steg kann eine kleine Querschnittsfläche zeigen, sodass die Federkraft gering ist, um einen Federweg zu erzielen. Weiter kann der Steg alternativ oder zusätzlich einen hohen Wert für die Länge aufweisen, sodass die Federkraft bei einem Wert für den Federweg gering ist.
• In einer Ausführungsform umfasst der innere Bereich eine weitere Ausnehmung. Die weitere Ausnehmung ist ausgelegt zur festen Verbindung des Betätigungselements mit dem inneren Bereich. Das Betätigungselement kann ohne Spiel mittels der Ausnehmung in dem inneren Bereich der Feder fixiert sein. Das Betätigungselement kann mittels eines Klebers, eines Heißklebeverfahrens, einer Presspassung, einer Einklemmvorrichtung, eines Einrastmechanismus oder eines Einschnappmechanismus mit dem inneren Bereich mechanisch fest verbunden sein.
• Die erste Ausnehmung beziehungsweise mindestens eine zusätzliche Ausnehmung können kreisbogenförmige oder spiralförmige Schlitze sein. Die erste beziehungsweise die mindestens eine zusätzliche Ausnehmung können konzentrisch oder schräg zum Mittelpunkt der Feder angeordnet sein. Die Ausnehmung beziehungsweise die mindestens eine zusätzliche Ausnehmung können radial in Richtung des Mittelpunkts des federnden Bereichs ausgerichtet sein. Damit erhöht sich mit Vorteil die Steifigkeit der Feder.
• In einer Ausführungsform ist der federnde Bereich kreisringförmig.
• In einer Ausführungsform kann die Feder als Stanzteil, Ätz-Formteil oder Spritzgussteil realisiert sein. Bei der Herstellung als Ätz-Formteil wird eine Maske auf das ebene Ausgangsmaterial der Feder, wie etwa ein dünnes Blech, aufgebracht. Die nicht von der Maske geschützten Bereiche des Ausgangsmaterials werden durch einen Ätzvorgang entfernt, so dass die von der Maske geschützten Strukturen die Feder ergeben.
• Als Material kann die Feder ein Metall, insbesondere ein Federstahl, oder einen Kunststoff, insbesondere ein Silicon, aufweisen. Das Silicon kann hoch elastisch sein. Eine Feder aus Kunststoff kann beispielsweise mittels Spritzguss realisiert sein. Hingegen kann eine Feder aus einem Metall als Stanzteil, Ätz-Formteil oder Metall-Spritzgussteil realisiert sein.
• Die Feder kann als Membranfeder realisiert sein. Die Feder kann in einer Stellung im Wesentlichen eben sein.
• In einer Ausführungsform umfasst ein Taster die Feder, das Gehäuse und das Betätigungselement. Das Gehäuse ist mit dem äußeren Bereich der Feder verbunden. Das Betätigungselement ist mit dem inneren Bereich der Feder verbunden.
• In einer Weiterbildung umfasst der Taster einen Magneten, der mit dem Betätigungselement verbunden ist. Dazu kann der Magnet am Betätigungselement oder am inneren Bereich der Feder fest fixiert sein. Weiter umfasst der Taster einen Halbleiterkörper mit einem Magnetsensor. Der Magnetsensor kann mit dem Gehäuse fest verbunden sein. Somit kann der Magnet gegenüber dem Halbleiterkörper verschoben werden, da der äußere Bereich der Feder zum inneren Bereich der Feder bewegt werden kann. Der Magnetsensor dient zur Detektion des vom Magneten erzeugten Magnetfeldes. Die Feder kann zur Führung und Rückstellung des Betätigungselementes eingesetzt werden.
• Alternativ oder zusätzlich kann der Magnet gegenüber dem Halbleiterkörper mittels einer Bewegung des äußeren Bereichs der Feder zum inneren Bereich der Feder gekippt sein.
• In einer Ausführungsform kann der Taster für die Erfassung mindestens einer Bewegung des Betätigungselements relativ zum Gehäuse aus einer Gruppe, umfassend eine Bewegung parallel zu einer vom äußeren Bereich der Feder aufgespannten Ebene, eine Bewegung senkrecht zu der vom äußeren Bereich der Feder aufgespannten Ebene und einer Kippung gegenüber der vom äußeren Bereich aufgespannten Ebene, ausgelegt sein.
• Das Gehäuse kann einen Kunststoff oder ein Metall, insbesondere Kupfer oder Aluminium, aufweisen. Das Betätigungselement kann einen Kunststoff oder ein Metall, insbesondere Kupfer oder Aluminium, aufweisen.
• Zusammenfassend hat das vorgeschlagene Prinzip folgende Vorteile: Die Lebensdauer einer Feder ist vom Material der Feder abhängig. Durch die Verwendung eines Metall oder eines harten Kunststoffes als Material der Feder weist die Feder eine hohe Lebensdauer auf. Die Funktionssicherheit der Feder ist hoch. Das Prinzip ermöglicht eine Anpassung der Federsteifigkeiten abhängig von der Baugröße des Tasters, der Anwendung und der Funktionsanforderungen. Die Feder kann kostengünstig für die Massenproduktion hergestellt werden. Die Feder ermöglicht eine Bewegung des inneren Bereichs zum äußeren Bereich in drei Dimensionen. Zusätzlich oder alternativ kann die Feder eine Winkeländerung des inneren Bereichs zum äußeren Bereich in bis zu drei Dimensionen durchführen. Beispielsweise kann der innere Bereich gegenüber dem äußeren Bereich gekippt sein. Wiederum beispielsweise kann der innere Bereich gegenüber dem äußeren Bereich gedreht sein. Dabei kann durch die Wahl der ersten Ausnehmung beziehungsweise von zusätzlichen Ausnehmungen die Charakteristik der Feder bei einer Verschiebung des inneren Bereichs zum äußeren Bereich in einer der drei Dimensionen, einer Verkippung des inneren Bereichs zum äußeren Bereich und/oder einer Drehbewegung des inneren Bereichs zum äußeren Bereich eingestellt werden.
• Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Figuren näher erläutert. Funktions- beziehungsweise wirkungsgleiche Strukturen tragen gleiche Bezugszeichen. Insoweit Strukturen in ihrer Funktion übereinstim men, wird deren Beschreibung nicht in jeder der folgenden Figuren wiederholt. Es zeigen:
• 1A bis 1H beispielhafte Ausführungsformen einer Feder nach dem vorgeschlagenen Prinzip und
• 2A und 2B eine beispielhafte Ausführungsform eines Tasters nach dem vorgeschlagenen Prinzip.
• 1A und 1B zeigen eine beispielhafte Ausführungsform einer Feder. In 1A ist eine Aufsicht und in 1B eine dreidimensionale Darstellung der Feder 10 gezeigt. Die Feder 10 weist einen äußeren Bereich 11, einen inneren Bereich 12 und einen federnden Bereich 13 auf. Der federnde Bereich 13 ist zwischen dem inneren Bereich 12 und dem äußeren Bereich 11 angeordnet. Der federnde Bereich 13 umschließt den inneren Bereich 12. Hingegen umschließt der äußere Bereich 11 den federnden Bereich 13. Der innere Bereich 12 ist in der Aufsicht als Kreis realisiert. Der federnde Bereich 13 weist eine erste Ausnehmung 14 auf. In der Ausführungsform gemäß 1A weist der federnde Bereich genau eine Ausnehmung, nämlich die erste Ausnehmung 14, auf. Der federnde Bereich 13 umfasst einen ersten Steg 15. Der erste Steg 15 verbindet den äußeren Bereich 11 mit dem inneren Bereich 12. Gemäß 1A umfasst der federnde Bereich 13 genau einen Steg, nämlich den ersten Steg 15. Der erste Steg 15 ist als Spirale realisiert.
• Der äußere Bereich 11 ist als Kreisring ausgebildet. Der Kreisring ist geschlossen. Der innere Bereich 12 weist eine weitere Ausnehmung 16 auf. Die weitere Ausnehmung 16 ist kreisförmig realisiert. Somit ist der innere Bereich 12 als Kreisring ausgebildet.
• Der Steg 15 hat in der Aufsicht die Breite B. Die Breite B des Stegs 15 ist konstant. Ein Abstand A zwischen zwei Umläufen des spiralförmigen Stegs 15 ist konstant. Der Abstand A' zwischen dem äußersten Umlauf des spiralförmigen Stegs 15 und dem äußeren Bereich 11 nimmt kontinuierlich auf Null ab. Ebenso nimmt der Abstand A' zwischen dem innersten Umlauf des spiralförmigen Stegs 15 und dem inneren Bereich 12 kontinuierlich auf den Wert Null ab. Aufgrund des spiralförmigen ersten Stegs 15 hat die erste Ausnehmung 14 ebenfalls eine Spiralform. Die Feder 10 ist konzentrisch realisiert. Der Mittelpunkt des kreisförmigen inneren Bereichs 12 ist gleichzeitig der Mittelpunkt des kreisringförmigen äußeren Bereichs 11.
• Der innere Bereich 12 kann gegenüber einer Ebene, die vom äußeren Bereich 11 aufgespannt wird, verschoben werden. Liegt beispielsweise der äußere Bereich 11 in der x-y-Ebene eines x-y-z-Koordinatensystems, so kann der innere Bereich 12 parallel zur x-y-Ebene verschoben werden. Darüber hinaus kann der innere Bereich 12 in z-Richtung und in -z-Richtung verschoben werden. Weiter kann der innere Bereich 12 gegenüber dem äußeren Bereich 11 gekippt werden. Die Flächennormale, die auf der Fläche des inneren Bereichs 12 senkrecht steht, kann somit gegenüber der Flächennormale, die auf der vom äußeren Bereich 11 aufgespannten Ebene senkrecht steht, gekippt werden. Die Flächennormale des inneren Bereichs 12 kann gegenüber der z-Achse gekippt werden. Die Kraft F, um einen Kippwinkel theta gegenüber der z-Achse zu erzielen, ist vorteilhafterweise von der Richtung der Kippung unabhängig.
• 1B zeigt die dreidimensionale Darstellung der Feder 10 aus 1A. Der federnde Bereich 13 hat eine Dicke D. Der äußere Bereich 11 und der innere Bereich 12 weisen ebenfalls die Dicke D auf. Die Dicke der Feder 10 ist somit konstant. Die Feder 10 kann als Stanzteil oder Ätz-Formteil hergestellt werden. Die Feder 10 ermöglicht eine weiche Anbindung von einem Betätigungselement zu einem Gehäuse.
• In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform ist die Dicke D des ersten Steges 15 verschieden von der Dicke des äußeren und des inneren Bereichs 11, 12.
• 1C zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Feder, die eine Weiterbildung der in den 1A und 1B gezeigten Feder ist. Der federnde Bereich 13 umfasst eine zweite Ausnehmung 21 und einen zweiten Steg 24. Der zweite Steg 24 ist ebenfalls spiralförmig realisiert. Somit verbinden zwei spiralförmige Stege 15, 24 den äußeren Bereich 11 mit dem inneren Bereich 12. Der äußere Umriss des federnden Bereichs 13 ist rechteckförmig. Der äußere Bereich 11 weist einen rechteckförmigen Umriss auf. Mit Vorteil ist eine Feder 10 mit einem rechteckförmigen äußeren Umriss des äußeren Bereichs 11 einfach in ein rechteckförmiges Gehäuse einsetzbar. Durch die Verwendung zweier spiralförmiger Stege 15, 24 ist die Feder 10 härter verglichen mit der Feder gemäß 1A und 1B.
• In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform umfasst der federnde Bereich 13 mehr als zwei spiralförmige Stege.
• 1D und 1E zeigen eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Feder nach dem vorgeschlagenen Prinzip, die eine Weiterbildung der in den 1A bis 1C gezeigten Federn ist. In 1D ist die Feder 10 in Aufsicht und in 1E in einer dreidimensionalen Darstellung gezeigt. Der äußere Bereich 11 ist als Kreisring realisiert. Der innere Bereich 12 umfasst in der Aufsicht eine Kreisfläche. Der federnde Bereich 13 ist als Kreisring ausgebildet. Der innere Bereich 12 weist die weitere Ausnehmung 16 auf. Die erste Ausnehmung 14 des federnden Bereichs 13 ist auf einer kreisförmigen Linie 20 angeordnet, die sich im federnden Bereich 13 befindet. Die kreisförmige Linie 20 umschließt den inneren Bereich 12. Weiter umfasst der federnde Bereich 13 mindestens eine weitere Ausnehmung, nämlich eine zweite Ausnehmung 21, die auf der kreisförmigen Linie 20 angeordnet ist. In der Ausführungsform gemäß 1D sind darüber hinaus eine dritte und eine vierte Ausnehmung 22, 23 auf der kreisförmigen Linie 20 angeordnet. Zwischen der Ausnehmung 20 und der zweiten Ausnehmung 21 befindet sich der erste Steg 15. Der federnde Bereich 13 umfasst mindestens einen weiteren Steg, nämlich den zweiten Steg 24, der sich zwischen der zweiten und der dritten Ausnehmung 21, 22 befindet. Darüber hinaus umfasst der federnde Bereich 13 einen dritten und einen vierten Steg 25, 26 zwischen der dritten und der vierten Ausnehmung 22, 23 beziehungsweise der vierten Ausnehmung 23 und der Ausnehmung 20. Die erste, zweite, dritte und vierte Ausnehmung 14, 21, 22, 23 sind entlang der kreisförmigen Linie 20 angeordnet und liegen auf der kreisförmigen Linie 20.
• Darüber hinaus umfasst der federnde Bereich 13 mindestens eine zusätzliche Ausnehmung 28, die auf einer zusätzlichen kreisförmigen Linie 27 angeordnet ist. Die zusätzliche kreisförmige Linie 27 ist von der kreisförmigen Linie 20 umschlossen. Additiv sind auf der zusätzlichen kreisförmigen Linie 27 weitere zusätzliche Ausnehmungen 29, 30, 31 angeordnet. Ferner umfasst der federnde Bereich eine dritte, eine vierte und eine fünfte kreisförmige Linie 32, 33, 34. Die zusätzliche Linie 28 umschließt die dritte kreisförmige Linie 32, die dritte kreisförmige Linie 32 umschließt die vierte kreisförmige Linie 33 und die vierte kreisförmige Linie umschließt die fünfte kreisförmige Linie 34. Die innerste kreisförmige Linie, nämlich die fünfte kreisförmige Linie 34, umschließt den inneren Bereich 12. Auf der dritten, vierten und fünften kreisförmigen Linie 32, 33, 34 sind jeweils vier Ausnehmungen angeordnet. Zwischen den Ausnehmungen 28, 29, 30, 31 auf der zusätzlichen kreisförmigen Linie 27 befinden sich vier Stege. Auch auf den dritten, vierten und fünften kreisförmigen Linien 32 bis 34 befinden sich zwischen den jeweiligen Ausnehmungen Stege. Darüber hinaus befinden sich Stege zwischen zwei benachbarten Ausnehmungen zweier benachbarter kreisförmiger Linien. Die Stege zwischen Ausnehmungen auf einer der kreisförmigen Linien 20, 27, 32, 33, 34 sind versetzt zu den Stegen zwischen den Ausnehmungen der jeweils benachbarten Linie angeordnet. Die erste, zweite, dritte, vierte und die zusätzlichen Ausnehmungen 14, 21, 22, 23, 28, 29, 30, 31 sind kreisbogenförmig. Die Ausnehmungen haben abgerundete Formen.
• Der federnde Bereich 13 ist in der Aufsicht als Lochplatte realisiert. Dabei bilden die Ausnehmungen 14, 21, 22, 23, 28, 29, 30, 31 die Löcher der Lochplatte. Die Ausnehmungen 14, 21, 22, 23, 28, 29, 30, 31 sind als Langlöcher realisiert. Die Ausnehmungen 14, 21, 22, 23, 28, 29, 30, 31 sind konzentrisch um den Mittelpunkt des federnden Bereichs 13 angeordnet. Der äußere Bereich 11 kann in einer x-y-Ebene eines x-y-z-Koordinatensystems liegen. Dabei ist die Feder 10' spiegelsymmetrisch zur x-Achse und spiegelsymmetrisch zur y-Achse. Die z-Achse steht senkrecht auf dem äußeren Bereich 11. Ohne Verkippung steht die z-Achse auch senkrecht auf dem Mittelpunkt des inneren Bereichs 12 und auf dem Mittelpunkt des federnden Bereichs 13. Der federnde Bereich 13 ist drehwinkelsymmetrisch bezüglich einer Drehung um die z-Achse mit einem Drehwinkel phi. Der Wert des Drehwinkels phi beträgt 360°:n. In der Ausführungsform gemäß 1D nimmt n den Wert 4 und der Drehwinkel phi 90° an.
• Der äußere Bereich 11 weist in der Aufsicht einen ersten Durchmesser D1 auf. Der innere Umriss des äußeren Bereichs 11 besitzt einen zweiten Durchmesser D2. Der zweite Durchmesser D2 ist somit der äußere Durchmesser des federnden Bereichs 13. Der äußere Umriss des inneren Bereichs 12 weist einen dritten Durchmesser D3 auf. Je geringer der Unterschied zwischen dem zweiten Durchmesser D2 und dem dritten Durchmesser D3 ist, desto härter ist die Feder 10'.
• 1E zeigt die dreidimensionale Darstellung der Feder 10'. Die Dicke des Stegs 15 oder eines weiteren Stegs des federnden Bereichs 13 nimmt den Wert D an. Der innere Bereich 12 sowie der äußere Bereich 11 haben als Dicke ebenfalls den Wert D.
• Der innere Bereich 12 kann gegenüber dem äußeren Bereich 11 parallel zu der vom äußeren Bereich 11 aufgespannten x-y-Ebene verschoben werden. Insbesondere kann der innere Bereich 12 in die x-Richtung, –x-Richtung, y-Richtung und –y-Richtung verschoben werden. Weiter kann der innere Bereich 12 senkrecht zu der vom äußeren Bereich 11 aufgespannten x-y-Ebene verschoben werden. Insbesondere kann der innere Bereich 12 in z-Richtung und –z-Richtung verschoben werden. Darüber hinaus kann der innere Bereich 12 gegenüber der vom äußeren Bereich 11 aufgespannten x-y-Ebene gekippt werden.
• Mit Vorteil ist die Feder 10' gemäß den 1D und 1E härter als die Feder 10 gemäß den 1A und 1B bei gleichen Abmessungen des inneren und des äußeren Bereichs 11, 12.
• Mit Vorteil weist die Feder 10 eine hohe Robustheit auf, da ein Bruch eines einzelnen Stegs nicht zum Ausfall der Feder 10' führt. Mit Vorteil weist die Feder 10' eine Drehwinkelsymmetrie von 90° auf, so dass sich der Verlauf der Kraft F für eine Kippung mit einer Periode von 90° wiederholt. Somit wird der Benutzer eines Kipptasters mit der Feder 10' hinsichtlich der Richtungen für die Kippung geführt. Der Kipptaster mit der Feder 10' gemäß 1D und 1E kann bevorzugt in vier Richtungen gekippt werden.
• In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform nimmt der Faktor n nicht den Wert 4, wie in den 1D und 1E gezeigt, sondern die Werte 2 oder 3 oder Werte größer als 4 an.
• In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform weist der federnde Bereich nicht fünf kreisförmige Linien auf, auf denen Ausnehmungen angeordnet sind, sondern eine bis vier Linien oder mehr als fünf Linien.
• In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform ist die erste Ausnehmung 14 nicht auf der kreisförmigen Linie 20 angeordnet. Die Ausnehmung 14 kann beispielsweise schräg zum Mittelpunkt des federnden Bereichs 13 angeordnet sein. Alternativ können die erste, zweite, dritte und vierte Ausnehmung 14, 21, 22, 23 radial zum Mittelpunkt des federnden Bereichs 13 ausgerichtet sein. In der radialen Anordnung wird eine hohe Steifigkeit in der x-y-Ebene erreicht.
• 1F bis 1H zeigen eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Feder nach dem vorgeschlagenen Prinzip, die eine Weiterbildung der in den 1A bis 1E gezeigten Federn ist. In 1F ist die Feder 10'' in Aufsicht, in 1G in einer Seitenansicht und in 1H in einer dreidimensionalen Darstellung gezeigt. Darüber hinaus zeigen die Figuren ein Betätigungselement 80, das mit der Feder 10'' verbunden ist. Der federnde Bereich 13 der Feder 10'' weist eine Blattfeder 81 auf. Wie in 1H gezeigt, verbindet die Blattfeder 81 den inneren Bereich 12 mit dem äußeren Bereich 11. Die Blattfeder 81 verbindet einen ersten Bereich 82 des äußeren Bereichs 11 mit dem inneren Bereich 12 sowie den inneren Bereich 12 mit einem zweiten Bereich 83 des äußeren Bereichs 11. Der äußere Bereich 11 ist in der Aufsicht als Kreisring realisiert. Der erste Bereich 82 liegt somit dem zweiten Bereich 83 gegenüber. Der innere Bereich 12 ist in der Mitte des äußeren Bereichs 11 angeordnet. Die Blattfeder 81 weist näherungsweise Geradenabschnitte im Umriss auf.
• Die Blattfeder 81 ist als Blattfederpaar ausgebildet. Dazu weist die Blattfeder 81 einen ersten und einen zweiten Blattfedersteg 84, 85 auf. Die Hauptrichtung des ersten Blattfederstegs 84 ist parallel zu der Hauptrichtung des zweiten Blattfederstegs 85. Der erste und der zweite Blattfedersteg 84, 85 ist in der Aufsicht näherungsweise rechteckförmig. Die Übergänge vom ersten und zweiten Blattfedersteg 84, 85 zum äußeren Bereich 11 sind abgerundet. Dadurch wird die Herstellung vereinfacht und eine Kerbwirkung vermieden, die zu Ausfällen führen könnte.
• Darüber hinaus umfasst die Feder 10'' eine weitere Blattfeder 86. Die weitere Blattfeder 86 ist ebenfalls als Blattfederpaar realisiert. Die zweite Blattfeder 86 weist somit einen dritten und einen vierten Blattfedersteg 87, 88 auf. Die Hauptrichtung des dritten Blattfederstegs 87 ist parallel zu der Hauptrichtung des vierten Blattfederstegs 88. Die weitere Blattfeder 86 verbindet einen dritten Bereich 89 des äußeren Bereichs 11 mit einem vierten Bereich 90 des äußeren Bereichs 11. Der Schnittpunkt zwischen der Blattfeder 81 und der weiteren Blattfeder 86 liegt im inneren Bereich 12. Wie in 1H gezeigt, bilden die Blattfeder 81 sowie die weitere Blattfeder 86 die weitere Ausnehmung 16 im inneren Bereich 12. Die Dimensionen der weiteren Ausnehmung 16 werden durch den ersten, den zweiten, den dritten und den vierten Blattfedersteg 84, 85, 87, 88 vorgegeben. Der erste, der zweite, der dritte und der vierte Bereich 82, 83, 89, 90 sind gleichmäßig auf dem Kreisring des äußeren Bereichs 11 verteilt. Die Blattfeder 81 bildet einen 90°-Winkel zu der weiteren Blattfeder 86.
• Wie in der Seitenansicht gemäß 1G sowie in der dreidimensionalen Ansicht gemäß 1H ersichtlich, umfasst die Feder 10'' ein erstes und ein zweites Federelement 91, 92. Das erste Federelement 91 weist die Blattfeder 81 auf. Das zweite Federelement 92 umfasst die weitere Blattfeder 86. Der äußere Bereich 11 der Feder 10'' umfasst einen Kreisring des ersten Federelements 91 sowie einen Kreisring des zweiten Federelements 92, die aufeinander aufgebracht sind. Das erste und das zweite Federelement 91, 92 können identisch realisiert sein. Zur Herstellung der Feder 10'' werden das erste Federelement 91 gegenüber dem zweiten Federelement 92 derart um einen Drehwinkel gedreht aufgebracht, dass die Blattfeder 91 den Winkel von 90° zur weiteren Blattfeder 86 bildet. Zur Befestigung des ersten Federelements 91 auf dem zweiten Federelement 92 weisen die beiden Federelemente 91, 92 Verstärkungen 93 bis 96 des äußeren Bereichs 11 auf. Die Verstärkungen 93 bis 96 umfassen jeweils eine Justageausnehmung 97 bis 100. Wenn die Justageausnehmungen 97 bis 100 im ersten Federelement 91 unter den Justageausnehmungen im zweiten Federelement liegen, kann mittels eines nicht gezeigten Stifts in den Justageausnehmungen das erste mit dem zweiten Federelement 91, 92 fest fixiert werden.
• Das Betätigungselement 80 ist zylinderförmig ausgeführt. Das Betätigungselement 80 weist einen ersten und einen zweiten Zylinderkörper 101, 102 auf. Der erste Zylinderkörper 101 ist mit dem zweiten Zylinderkörper 102 verbunden. Der erste Zylinderkörper 101 ist spielfrei in die weitere Ausnehmung 16 eingefügt. Der erste Zylinderkörper 101 hat einen kleineren Durchmesser als der zweite Zylinderkörper 102. Zwischen der Blattfeder 81 und der weiteren Blattfeder 86 ist das Betätigungselement 80 spielfrei fixiert und wird durch die Blattfeder 81 beziehungsweise die weitere Blattfeder 86 in die Nulllage zurückgestellt.
• Eine Kraft F auf eine Oberfläche des zweiten Zylinderkörpers 102 wird auf den Biegebalken 81 und den weiteren Biegebalken 86 übertragen. Die erste und der zweite Blattfedersteg 84, 85 weist die Breite B und die Dicke D auf. Die Federkonstante hängt somit von der Breite B und der Dicke D des ersten, zweiten, dritten und vierten Blattfederstegs 84, 85, 87, 88 sowie von der Länge der Blattfeder 81, 86 ab. Die Länge der Blattfeder 81, 86 wiederum ist abhängig von dem Wert des zweiten und des dritten Durchmessers D2, D3.
• In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform kann die Feder 10'' einstückig realisiert sein, wobei der erste, zweite, dritte und vierte Blattfedersteg 84, 85, 87, 88 entsprechend den in 1E gezeigten Blattfederstegen realisiert ist.
• 2A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Tasters, der eine Feder gemäß einer der in den 1A bis 1H gezeigten Ausführungen umfasst. Der Taster 110 weist die Feder 10 und das Betätigungselement 80 auf, das fest mit dem inneren Bereich 12 verbunden ist. Weiter umfasst der Taster 110 einen Magneten 111, der mit dem Betätigungselement 80 verbunden ist. Der Magnet 111 ist zwischen dem Betätigungselement 80 und dem inneren Bereich 12 angeordnet. Der Taster 110 weist ein Gehäuse 112 auf, das mit dem äußeren Bereich 11 der Feder 10 verbunden ist. Die Verbindung von dem Gehäuse 112 zum äußeren Bereich 11 kann mittels Kleber oder mittels Einklemmen des äußeren Bereichs 11 erfolgen.
• Mit dem Gehäuse 112 ist ein Halbleiterkörper 113 fest verbunden. Die Verbindung kann dadurch realisiert sein, dass der Taster 110 einen Träger 114 aufweist, der einerseits fest mit dem Gehäuse 112 und andererseits fest mit dem Halbleiterkörper 113 verbunden ist. Der Träger 114 weist eine Leiterplatte, englisch printed circuit board, auf. Somit ist über die Feder 10 der Magnet 111 beweglich gegenüber dem Halbleiterkörper 113 angeordnet. Der Halbleiterkörper 113 umfasst mindestens einen ersten Magnetsensor 115. Der erste Magnetsensor 115 detektiert das vom Magneten 113 erzeugte Magnetfeld BM. Zur Detektion einer Verschiebung und/oder einer Verkippung des Betätigungselements 80 in dem Gehäuse 112 kann beispielsweise der Halbleiterkörper 113 den ersten Magnetsensor 115 sowie einen zweiten, einen dritten und einen vierten Magnetsensor 116 bis 118 umfassen. Die Feder 10 ist somit über ihre Außenkontur mit dem Gehäuse 112 und damit mit der Leiterplatte 114 verbunden. Die weitere Ausnehmung 16 im inneren Bereich 12 kann als Bohrung realisiert sein. Die Ausnehmung 16 befindet sich somit im Zentrum der Feder 10. Die Ausnehmung 16 dient zur Aufnahme des Betätigungselements 80.
• 2B zeigt die beispielhafte Ausführungsform des Tasters gemäß 2A in einer gegenüber der z-Achse gekippten Stellung. Der Taster 110 kann eine Kippbewegung durchführen, bei der das Betätigungselement 80 und der Magnet 111 gegenüber dem Gehäuse 112, dem Träger 114 und dem Halbleiterkörper 113 kippbar ist. Mit der Kippbewegung kann zum Beispiel ein Feld auf einer Anzeige ausgewählt werden. Weiter kann der Taster 110 eine Druckbewegung durchführen, bei der der Abstand des Betätigungselements 80 und des Magnets 111 gegenüber dem Träger 114 und dem Halbleiterkörper 113 verringert wird. Mit der Druckbewegung kann beispielsweise eine Eingabe bestätigt werden. Der Benutzer kann somit eine Kipp- und Druckbewegung durchführen.
• Der Taster 110 kann in einem elektronischen Gerät verwendet werden. Ein derartiges elektronisches Gerät kann beispielsweise ein Gerät zur mobilen Kommunikation, ein Rechner, insbesondere ein Laptop, oder ein Pocket-PC sein. Der Taster 110 kann zur Navigation eines Mauszeigers an dem Display des Gerätes und zur Selektion der Position der Anzeige durch Knopfdruck ausgelegt sein.
• Die Feder 10 kann so realisiert sein, dass eine große Elastizität senkrecht zur Oberfläche der Feder 10 für die Schaltfunktion des Tasters 110 zur Verfügung steht.
• In einer Ausführungsform weist ein Taster 110 mit einer Feder 10, welche einen spiralförmigen Steg 15 aufweist, eine Blechlinse 119 auf. Mittels der Blechlinse 119 kann eine Schaltfunktion realisiert werden. Die Blechlinse 119 kann ein innen hohler Metallkörper sein. Ein derartiger Taster 110 kann zum Ermitteln einer Druckbewegung ausgelegt sein.
• In einer Ausführungsform weist der Taster 110 keine Blechlinse 119 auf.
• Die Elastizität des Werkstoffes der Feder 10, 10', 10'' bewirkt eine reproduzierbare Rückstellung des Betätigungselements 80 in die Mittellage. Mittels der ersten Ausnehmung 14 beziehungsweise den Ausnehmungen 21, 22, 23, 28, 29, 30, 31 kann die Federsteifigkeit der Feder 10, 10', 10'' eingestellt werden. Somit können unterschiedliche Federsteifigkeiten entsprechend den Abmessungen des Tasters 110 realisiert werden. Die Form der ersten Ausnehmung 14 beziehungsweise der weiteren Ausnehmungen 21, 22, 23, 28, 29, 30, 31 definiert die Form des ersten Steges 15 und der weiteren Stege 24, 25, 26. Der erste Steg 15 sowie die weiteren Stege 24, 25, 26 sind schmal. Der erste Steg 15 sowie die weiteren Stege 24, 25, 26 wirken wie Biegeträger, die sich zufolge der Verschiebung des Betätigungselements 80 zum Gehäuse 112 verformen. Wird das Betätigungselement 80 losgelassen, so nimmt die Feder 10, 10', 10'' aufgrund der Elastizität des Federmaterials wieder die ursprüngliche Form an. Der federnde Bereich 13 kann asymmetrisch realisiert sein, sodass der Taster 110 ausgelegt ist, den Benutzer in seinen Bewegungen zu führen.
• In einer nicht gezeigten Ausführungsform können der erste, zweite, dritte und vierte Steg 15, 24, 25, 26 rotationssymmetrisch angeordnet sein. Dadurch ergibt sich mit Vorteil ein symmetrischer Aufbau beispielsweise für die Anwendung des Tasters 110 als Mauszeiger.

10, 10', 10''

Feder

11

äußerer Bereich

12

innerer Bereich

13

federnder Bereich

14

erste Ausnehmung

15

erster Steg

16

weitere Ausnehmung

20

kreisförmige Linie

21

zweite Ausnehmung

22

dritte Ausnehmung

23

vierte Ausnehmung

24

zweiter Steg

25

dritter Steg

26

vierter Steg

27

zusätzliche kreisförmige Linie

28, 29, 30, 31

zusätzliche Ausnehmung

32

dritte kreisförmige Linie

33

vierte kreisförmige Linie

34

fünfte kreisförmige Linie

80

Betätigungselement

81

Blattfeder

82

erster Bereich

83

zweiter Bereich

84

erster Blattfedersteg

85

zweiter Blattfedersteg

86

weitere Blattfeder

87

dritter Blattfedersteg

88

vierter Blattfedersteg

89

dritter Bereich

90

vierter Bereich

91

erstes Federelement

92

zweites Federelement

93, 94, 95, 96

Verstärkung

97, 98, 99, 100

Justageausnehmung

101

erster Zylinder

102

zweiter Zylinder

110

Taster

111

Magnet

112

Gehäuse

113

Halbleiterkörper

114

Träger

115

erster Magnetfeldsensor

116

zweiter Magnetfeldsensor

117

dritter Magnetfeldsensor

118

vierter Magnetfeldsensor

119

Blechlinse

A, A', A''

Abstand

B

Breite

BM

Magnetfeld

D

Dicke

D1

erster Durchmesser

D2

zweiter Durchmesser

D3

dritter Durchmesser

F

Kraft

theta

Kippwinkel

phi

Drehwinkel

Claims (15)

1. Feder, umfassend – einen äußeren Bereich (11) zur Verbindung mit einem Gehäuse (112), – einen inneren Bereich (12) zur Verbindung mit einem Betätigungselement (80) und – einen federnden Bereich (13), der zwischen dem äußeren Bereich (11) und dem inneren Bereich (12) angeordnet ist und mindestens eine erste Ausnehmung (14) aufweist.
2. Feder nach Anspruch 1, bei der das Gehäuse (112), die Feder (10) und das Betätigungselement (80) für die Erfassung mindestens einer Bewegung des Betätigungselements (80) relativ zum Gehäuse (112) aus einer Gruppe, umfassend eine Bewegung parallel zu einer von dem äußeren Bereich (11) der Feder (10) aufgespannten Ebene, eine Bewegung senkrecht zu der von dem äußeren Bereich (11) der Feder (10) aufgespannten Ebene und einer Kippung, ausgelegt sind.
3. Feder nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Feder (10) einstückig aufgebaut ist.
4. Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der innere Bereich (12) eine weitere Ausnehmung (16) zur Fixierung des Betätigungselementes (80) an der Feder (10) aufweist.
5. Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der äußere Umriss des federnden Bereichs (13) kreisförmig oder polygonal, insbesondere rechteckig oder quadratisch, ist.
6. Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der federnde Bereich (13) mindestens einen ersten Steg (15) aufweist, der spiralförmig realisiert ist und den inneren Bereich (12) mit dem äußeren Bereich (11) verbindet.
7. Feder nach Anspruch 6, wobei der federnde Bereich (13) mindestens einen zweiten Steg (24) umfasst, der spiralförmig realisiert ist und den inneren Bereich (12) mit dem äußeren Bereich (11) verbindet.
8. Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste Ausnehmung (14) auf einer kreisförmigen Linie (20) angeordnet ist, die sich im federnden Bereich (13) befindet.
9. Feder nach Anspruch 8, wobei der federnde Bereich (13) mindestens eine zweite Ausnehmung (21) umfasst, die auf der kreisförmigen Linie (20) angeordnet ist.
10. Feder nach Anspruch 8 oder 9, wobei der federnde Bereich (13) mindestens eine zusätzliche Ausnehmung (28) umfasst, die auf einer zusätzlichen kreisförmigen Linie (27), welche von der kreisförmigen Linie (20) umschlossen ist, angeordnet ist.
11. Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der federnde Bereich (13) eine Blattfeder (81) umfasst, die den inneren Bereich (12) mit dem äußeren Bereich (11) verbindet.
12. Feder nach Anspruch 11, wobei die Blattfeder (81) einen ersten und einen zweiten Blattfedersteg (84, 85) umfasst, die parallel zueinander angeordnet sind.
13. Feder nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Blattfeder (81) in einer Aufsicht im Wesentlichen rechteckig ausgebildet ist.
14. Taster, umfassend – die Feder (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, – das Gehäuse (112), das mit dem äußeren Bereich (11) der Feder (10) verbunden ist, und – das Betätigungselement (80), das mit dem inneren Bereich (12) der Feder (10) verbunden ist.
15. Taster nach Anspruch 14, umfassend – einen Magneten (111), der mit dem Betätigungselement (80) fest verbunden ist, und – einen Halbleiterkörper (113) mit einem ersten Magnetsensor (115) zur Detektion des vom Magneten (111) erzeugten Magnetfeldes (BM), wobei der Halbleiterkörper (113) mit dem Gehäuse (112) fest verbunden ist.