DE69605742T2 - Kalottenförmige Kurzhub-Scheibenfeder - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf kalottenförmige (halbkugelförmige) Scheibenfedern, d. h. kuppelförmige Federn, welche in Schaltern für kleine und kompakte elektrische oder elektronische Geräte, wie z. B. Mobiltelefone, eingesetzt werden.
• Eine kalottenförmige Kurzhub-Scheibenfeder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist z. B. in der US-A-4 194 105 offenbart.
Stand der Technik
• Eine in einem kleinen Schalter verwendete herkömmliche kalottenförmige Scheibenfeder besteht aus Metall, wie z. B. rostfreien Stahl oder Kupfer, oder aus einem Harz wie z. B. Polyethylenterephtalat (PET). Im Falle einer Metallfeder kann der Hubweg eines kalottenförmigen Bereichs, nachdem ein "Einknicken" der Feder mit einem Gefühl des "Klickens" auftritt, d. h. ein Verformen beim Drücken und eine Rückkehr in den Ursprungszustand beim Loslassen, auf ungefähr 0.3 mm vßerkürzt werden. Wenn jedoch eine Vielzahl von Schaltern in einem Gerät angeordnet ist, so muß entsprechend der Zahl der Schalter eine Anzahl von metallischen kalottenförmigen Scheibenfedern montiert werden, was zu einem erheblichen Aufwand führt. Weiterhin kann, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, die Oberfläche eines Schalters nicht von dessen Rückseite aus beleuchtet werden, da die metallische Feder nicht durchsichtig ist.
• Besteht andererseits, wie die in Fig. 4 gezeigt, eine kalottenförmige Scheibenfeder aus einem Harz, so muß in diesem Falle, wenn der Durchmesser der Feder weniger als 10 mm beträgt, die Höhe der Feder mehr als 0,65 mm betragen, um das Gefühl eines "Klickens" zu erzeugen. Dies führt dazu, daß der kalottenförmige Teil zu lang wird, als daß ein kurzer Hubweg auftreten könnte.
• Bei kommerziell erhältlichen Telefonen beträgt der Abstand zwischen Tasten (Schaltern) im Eingabebereich weniger als 12 mm, d. h. eine jede Taste ist in einem Abstand von 12 mm angebracht, so daß der Durchmesser einer kalottenförmigen Scheibenfeder weniger als 10 mm betragen muß.
• Aus diesem Grunde ist bei der vorliegenden Erfindung eine kalottenförmige Scheibenfeder aus einem Harzfilm gefertigt, dessen Dicke zwischen 75 und 200 um beträgt. Der Querschnitt des Mantellinienbereichs der Feder steigt in einer geraden Linie an, und der Anstiegswinkel ist um einen Winkel von 40 bis 60 Grad nach innen geneigt. Die Höhe des Mantellinienbereichs beträgt 0.2 bis 0.4 mm. Auf diese Weise ist es möglich, eine kalottenförmige Scheibenfeder mit einem Durchmesser von weniger als 10 mm herzustellen. Bei dieser kalottenförmigen Scheibenfeder ergibt sich die Steifigkeit in Scherrichtung des kalottenförmigen Bereichs aus der Kraft von der Oberseite des kalottenförmigen Abschnitts, so daß ein Einknicken der Feder in Hubrichtung stattfindet, und dementsprechend ergibt sich selbst bei einem kurzen Hubweg ein Gefühl eines definierten "Klickens".
• Weitere Ziele und Vorteile vorliegenden Erfindung werden aufgrund der nachfolgenden Erläuterung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, wie sie in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind, erklärt.
• Es zeigen:
• Fig. 1 einen Querschnitt;
• Fig. 2 ein Diagramm, welches den Zusammenhang zwischen einer Last und einem Hubweg zeigt;
• Fig. 3 ein Diagramm, welches den Aufbau eines herkömmlichen Schalters zeigt; und
• Fig. 4 einen Querschnitt einer herkömmlichen kalottenförmigen Scheibenfeder aus Harz.
• Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen kalottenförmigen Scheibenfeder wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
• Bevorzugterweise wird die Dicke eines Harzfilms, welcher zur Herstellung einer erfindungsgemäßen kalottenförmigen Scheibenfeder verwendet wird, zwischen 75 um und 200 um gewählt. Falls die Dicke des Harzfilms weniger als 75 um beträgt, so wird Feder durchtritt. Weiterhin ermöglicht es die Verwendung von Harzfilmen, daß eine Vielzahl von kalottenförmigen Scheibenfedern zur selben Zeit hergestellt werden, wodurch der Aufwand für Montagearbeiten reduziert werden kann.
Test
• Eine Vielzahl von kalottenförmigen Scheibenfedern wurden aus einem PET-Film mit einer Dicke von 100 um hergestellt. Für die Gestalt des Mantellinienbereichs wurde der Anstiegswinkel a zwischen 30 und 70 Grad in Schritten von 5 Grad und die Höhe zwischen 0,15 mm und 0,4 mm in Schritten von 0,05 mm variiert. Die Höhe des kalottenförmigen oberen Bereichs 2 beträgt 0,55 mm und der Durchmesser 4 mm. Für eine jede auf diese Weise hergestellte Scheibenfeder wurde das Verhältnis zwischen (Spitzenlast bei einer gegebenen Belastung - auslösender Last, wenn der obere Bereich mit der unteren Oberfläche nach dem Klick in Kontakt tritt, d. h. wenn der Schalter eingeschaltet ist) relativ zur Spitzenlast gemessen. Diese Größe wird als "Klickverhältnis" bezeichnet, d. h.
• Klickverhältnis = (Spitzenlast (g) - auslösende Last (g))/Spitzenlast (g)
• Die Meßergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
• Aus Tabelle 1 ergibt sich, daß falls der Anstiegswinkel a eines Mantellinienabschnitts 1 zwischen 40 und 60 Grad liegt, und die Höhe b des Mantellinienabschnitts 1 zwischen 0,2 und 0,4 mm, das Klickverhältnis, bei dem ein "Klicken" fühlbar ist, mehr als 20% beträgt.
• Falls die Höhe b der Mantellinie 0,4 mm übersteigt, wird der Hubweg ebenfalls 0,4 mm übersteigen. Um eine kurzen Hubweg zu erhalten, ist es deshalb zu bevorzugen, daß die Höhe des Mantellinienbereichs weniger als 0,4 mm beträgt.
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