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Doppelwendelfeder.
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Unter Drehfedern sind räumlich gewundene, zylindrische Schraubenfedern
zu verstehen, da bei diesen Bauteilen die Feder in Form einer Schraubenlinie auf
einen zylindrischen Dorn gewickelt ist und die beiden Enden um die Achse des Wickeldorns
gegeneinander verdreht sind. Der Querschnitt einer derartigen Feder wird auf Biegung
beansprucht. Als Doppeldrehfeder bezeichnet man zwei miteinander durch einen Verbindungssteg
verbundene Drehfedern. Diese Doppeldrehfedern werden auf Verdrehung beansprucht.
Das Drehmoment wirkt senkrecht zur Achse.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit relativ geringen Kräften
einer Feder große Betätigungskräfte in Form von Wirkkräften zu erzielen. Unter Betätigungskräften
sind z.B. auch Kontaktkräfte zu vers+ehen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß
zwei durch einen Mittelsteg miteinander verbundene, auf Zug oder Druck zu beanspruchende
Spiralfedern vorgesehen sind, deren freie Schenkel als Betätigungsglieder, z.B.
zur Kontaktbetätigungs, dienen.
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Diese Doppelwendelfeder wird auf Zug oder Druck in Achsrichtung der
Wendel beansprucht. Während bekannte Zug- oder Druckfedern nur eine in Richtung
Achse der Federkraft entsprechende Kraft aufbringen, besteht der wesentliche Vorteil
der Erfindung darin, daß mit einer kleinen Feder größere Kräfte aufgebracht werden
können, als es von den Abmessungen und den Eigenschaften der Feder zu erwarten ist.
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Darüber hinaus ist es weiter für die Herstellung von Doppelkontakten
vorteilhaft,
daß die Doppelwendelfeder zwei weitgehend unabhängig voneinander wirkende freie
Schenkel aufweist.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann die Doppelwendelfeder
nur aus einem Stück federnden Materials, z.B. Federdraht, bestehen. Die Doppelwendelfeder
kann aber auch aus zwei Drehfedern mit je einem Federschenkel und je einem Verbindungsschenkel
aufgebaut sein, wobei die beiden Verbindungsschenkel durch einen Mittelsteg, z.B.
durch Schweißen, miteinander verbunden werden.
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Zur möglichst günstigen Unterbringung in einem Bauteil verläuft der
Mittelsteg vorzugsweise hochgezogen. Je nach der Anwendung kann der Mittelsteg aber
auch gerade durchgeführt sein. Die Kontaktschenkel können mittig von der Spiralfeder
weggeführt sein.
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Doppelwendelfedern nach der Erfindung werden vor allem dort eingesetzt,
wo bei kleinen Einbauverhältnissen der Platz nicht ausreicht, eine Feder so zu dimensionieren,
wie es den erforderlichen Kräften entsprechen würde. Dies ist z.B. bei Niniatur-Koordinatenschaltern
der Fall, die unter Wahrung einer möglichst niedrigen Bauhöhe ein Koppelelement
benötigen, das wenig Raum beansprucht. Mit der Verwendung der erfindungsgemäßen
Doppelwendelfeder ist ein Kopplerprinzip zu realisieren, bei dem durch kleine aufzuwendende
Magnetkräfte relativ große Kontaktkräfte zu erreichen sind. Bei der Anwendung in
Miniatur-Koordinatenschaltern kommt ferner als besonderer Vorteil hinzu, daß der
Verbrauch von Edelmetall durch den für eine Doppelwendelfeder verwendbaren dünneren
Federdraht bzw. durch ein gerades Quervielfach erheblich geringer ist, als bei anderen
bekannten Ausführungen, z.B. mit gewendelten Vielfachen.
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Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert. Es zeigen: Fig. 1
in perspektivischer Darstellung eine Doppelwendelfeder nach der Erfindung, Fig.
2 eine graphische Darstellung der Kraftverhältnisse an der Kontaktfeder, Fig. 3
einen Teil eines Koordinatenschalters mit zwei eingesetzten Doppelwendelfedern im
Schnitt, Fig. 4 eine Teilansicht eines geschnittenen Koordinatenschalters mit zwei
eingesetzten Doppelwendelfedern in der Seitenansicht, Fig. 5 - 9 an einem Ausschnitt
aus einem Koordinatenschalter in der Draufsicht die fortschreitende Schaltfolge
in Verbindung mit Spaltenschienen, Zeilenschienen und Deckelausschnitt und Fig.
10 die vier Schaltfolgen in schematischer Darstellung.
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Aus der Fig. 1 ist in perspektivischer Darstellung die Wendelfeder
1 zu ersehen, die aus zwei Spiralfedern 2 besteht, deren kurze Schenkel 3 durch
einen Mittelsteg 4 verbunden sind. Die freien Schenkel 15, die als Betätigungsglieder
wirken, verlaufen nach der Darstellung in der Fig. 1 am äußeren Umfang der Spiralfedern
nach oben. Diese Doppelwendelfeder besteht vorzugsweise nur aus einem Stück federnden
Materials, z.B. Federdraht. Die freien Schenkel 3 können entsprechend den Erfordernissen
auch bereits vom tiefsten Punkt der Spirale, d.h. mittig weggeführt sein. Der Mittelsteg
4 dient in erster Linie Befestigungszwecken und kann in diesem Zusammenhang auch
entsprechend abgeändert werden.
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Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist aus der Fig. 2 zu ersehen.
Im Hinblick auf den später in den weiteren Figuren zu beschreibenden Anwendungsfall
sind für diese Darstellung bereits die Bezugszeichen verwendet worden, die ebenfalls
in den späteren Figuren wieder auftauchen.
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Der Mittelsteg 4 ist auf einem Längsvielfach 5 befestigt.
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Der freie Schenkel 15 greift durch Ausnehmungen einer Spaltenschiene
16 und einer Zeilenschiene 17 hindurch.
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Die Zeilen- und Spaltenschiene 16 und 17 und das Längsvielfach 5 haben
für die vorliegende Figur einfach die Bedeutung von Betätigungsgliedern. Ebenso
kann das Quervielfach 18 für den vorliegenden Fall nur als Gegenkontakt betrachtet
werden.
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Im betätigten Zustand der Doppelwendelfeder, der in der Fig. 2 dargestellt
ist, werden die Kontaktschenkel 15 an den Gegenkontakt 18 gepresst. Sie liegen weiterhin
an dem Betätigungsglied 16 an, da die jetzt gespannten Spiralfedern versuchen, die
freien Schenkel zurückzuziehen. Dadurch drehen sich die freien Schenkel 15, die
gleichzeitig Kontaktschenkel sind, um den Punkt19 des Betätigungsgliedes 16. Das
bedeutet, daß bei günstig gewähltem Verhältnis von 11 . P1 = 12 P2 relativ große
Kontaktkräfte P1 bei nur kleinen aufzuwendenden Federkräften P2 zu erreichen sind.
Dabei ist mit 11 der Hebelarm bezeichnet, an dem die Kontaktkraft angreift und mit
12 der Hebelarm der Federkraft P2.
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Gegen diese Federkräfte P2 arbeitet im Schaltzustand eine nicht dargestellte
Rückholfeder,die die Aufgabe hat, die Spaltenschiene in die Ruhe- bzw. Ausgangslage
zu bringen.
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Das bedeutet, daß die Rückholfeder so bemessen sein muß, daß sie mit
Sicherheit die Federkräfte P2 überwindet.
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Als ein Anwendungsfall einer Doppelwendelfeder ist die Verwendung
dieser
Feder als Koppelelement in Miniaturkoordinatenschaltern in den Figuren 3 und 4 erläutert.
Der Verbindungssteg 4 ist zu diesem Zweck mit den Längsvielfachen 5 und 6 durch
Schweißen oder Löten verbunden. Die Lage der Doppelwendelfeder in einem Rahmen 7
wird durch einen Querholm 8 bestimmt, in dessen Nut 9 die Längsvielfache 5, 6 geschützt
angeordnet sind. Eine Kammerwand 10 mit einer Nase 11 verhindert das Herausfallen
der Doppelwendelfeder nach oben im Zusammenhang mit Anschlägen 12.
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In der Ruhelage, das heißt im unbetätigten Zustand, liegen die Kontaktschenkel
15 an einer Anschlagkante 13 eines Deckels 14 des Koordinatenschalters an. Die Kontaktschenkel
15 werden von Wählschienen 16 und Zeilenschienen 17 betätigt. Die einzelnen Phasen
des Bewegungsablaufs zeigen die Figuren 5 bis 8.
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In diesen Figuren ist außer den bekannten Bezugszeichen der Deckelausschnitt
mit 20 angegeben, der strichpunktiert ist.
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Darunter liegen die durchgezogen ausgeführte Ausnehmung 21 in der
Spaltenschiene 16 mit einer Nase 22 und die gestrichelt ausgeführte Ausnehmung 23
in der Zeilenschiene 17.
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In der Phase 1, die in der Fig. 5 wiedergegeben ist, befinden sich
die Kontaktschenkel 15 im unbetätigten Zustand.
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In der Fig. 6 ist die zweite Phase des Bewegungsablaufs dargestellt.
Um eine Vergleichsmöglichkeit zu bieten, wird jeweils in der linken Hälfte der neue
Bewegungszustand gezeigt, während die rechte Hälfte den unbetätigten Zustand widergibt.
In der linken Hälfte wurde demnach die Spaltenschiene 16 betätigt. Wie ein Vergleich
mit der rechten Hälfte zeigt, wandern bei diesem Bewegungsvorgang die Nasen 22 nach
unten, während die Kontaktschenkel in ihrer Lage bleiben.
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In der linken Hälfte der Fig. 7 ist der nächste Bewegungsschritt,
die Phase 3, wiedergegeben, die den Ausschnitt bei angezogener Zeilenschiene 17
zeigt. Die Kontaktschenkel 15 wandern nun vor die Nase 22 der Spaltenschiene.
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Zum Schließen des Kontaktes ist es erforderlich, die Spaltenschiene
in die Ausgangslage zurückzuführen, was der Phase 4 entspricht, die in der Fig.
8 dargestellt ist. Die Kontaktschenkel liegen bei dieser Bewegungsablaufstufe an
dem Quervielfach 18 an, was dem Schließen der beiden linken oberen Kontakte entspricht.
Die geschlossenen Kontakte bleiben, wie aus der Fig. 9 zu ersehen ist, im geschlossenen
Zustand, auch wenn die Zeilenschiene in ihre Ausgangslage zurückgeht, da die Kontaktschenkel
durch die Nase 22 in der Spaltenschiene arretiert sind. Zum Frei schalten ist ein
nochmaliges Betätigen der Spaltenschiene 16 erforderlich, durch das der in der Fig.
5 gezeigte Zustand wieder hergestellt wird. Beim nochmaligen Betätigen der Spaltenschiene
16 springen nämlich die Kontaktschenkel 15 in die Ausgangslage, in der sie an der
Anschlagkante 13 des Deckels 14 (Fig. 4) anliegen.
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In der Fig. 10 sind die vier Ablaufphasen schematisch nebeneinander
in der Seitenansicht und in der Draufsicht dargestellt, und zwar unbetätigter Zustand,
Spaltenschiene gezogen, Zeilenschiene angezogen und zurückgestellte Spaltenschiene
mit geschlossenem Kontakt, wobei die Spaltenschiene und die Zeilenschiene schon
in Ruhelage sind.
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10 Figuren 8 Patentansprüche