Einteiliges scharnierartiges Gelenk aus Kunststoff
Der Patentanspruch I des Hauptpatents bezieht sich auf ein einteiliges scharnierartiges Gelenk aus Kunststoff, dessen Gelenkachse durch eine dünne Gelenkrille gebildet ist, welches Gelenk in seinem mittleren, der Gelenkachse benachbarten Bereich mindestens zwei sich parallel nebeneinander und quer zur Gelenkachse erstreckende, durch einen Schlitz getrennte Gelenkstreifen aufweist, deren als Gelenkachse dienende Gelenkrillen gegeneinander versetzt sind, wobei der eine Gelenkstreifen aus einem federnd biegsamen Abschnitt und einem als Zugorgan wirkenden Abschnitt besteht und dem Gelenk eine federnde Klappwirkung verleiht.
Im Rahmen des Hauptpatents ist dieses Gelenk für eine Scharnierklemme beschrieben worden, und zwar in einer Ausführung mit drei Gelenkstreifen, wobei der aus der Biegefeder und dem Zugarm bestehende Gelenkstreifen mit versetzter Gelenkrille zwischen zwei äusseren Gelenkstreifen mit in gleicher Flucht liegenden Gelenkrillen angeordnet ist. Die unter Federwirkung stattfindende Schliessbewegung setzt voraus, dass die Gelenkrille desjenigen Gelenkstreifens, der aus dem Federarm und seinem Zugarm besteht, bezüglich der fluchtenden Gelenkrillen der benachbarten Gelenkstreifen, die die eigentliche Gelenkachse bilden, nach der mit dem Federarm versehenen Gelenkhälften hin seitlich versetzt ist.
Zwar ist das Hauptpatent weder auf diese besondere Seitenversetzung der mittleren Gelenkrille, noch auf eine bestimmte Zahl von Gelenkstreifen oder die dort beschriebene Anwendung des einteiligen Schnappgelenks aus Kunststoff bei einer Scharnierklemme beschränkt, doch haben sich nachträglich Erkenntnisse und Möglichkeiten für eine beträchtliche Erweiterung des Anwendungsbereichs der im Hauptpatent beschriebenen Erfindung ergeben, die in diesem Sinne durch die vorliegende Erfindung eine weitere Ausgestaltung erhält.
Es hat sich nämlich ergeben, dass das einteilige, aus Kunststoff bestehende Gelenk nach dem Hauptpatent durch eine abgeänderte Versetzung der Gelenkrillen auch eine völlig abweichende Schnappwirkung erhalten kann, bei der es in der Schliessstellung eine federnde Vorspannung aufweist, die die Gelenkhälften stets von selbst in die öffnungslage treibt. Diese Wirkung wird nach der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, dass in der gestreckten öffnungslage der Gelenkhälften die zwischen dem als Biegefeder wirkenden Abschnitt und dem als Zugorgan wirkenden Abschnitt befindliche Gelenkrille von der Gelenkrille des benachbarten Gelenkstreifens nach der dem Zugorgan zugekehrten Seite dieser Gelenkrille soweit versetzt liegt, dass die Gelenkhälften nur unter Anwendung einer äusseren Schliesskraft in die Schliessstellung schwenkbar sind und bei Freigabe federnde Wirkung erlangen.
In der auch beim Hauptpatent vorgesehenen Weise ist das mit einer öffnungsfedemng herzustellende Gelenk nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zweckmässig im Bereich seiner Gelenkachse mit drei querliegenden, durch Schlitze getrennten Gelenkstreifen versehen, nämlich zwei äusseren Gelenkstreifen mit in gleicher Flucht liegenden Gelenkrillen, zwischen denen der durch den Federraum und den Zugarm gebildete Gelenkstreifen mit zu den fluchtenden Gelenkrillen nach zwei sich kreuzenden Richtungen versetzt liegender Gelenkrille angeordnet ist. Diese Doppelversetzung der Gelenkrillen nach zwei sich kreuzenden Richtungen ergibt eine besonders kräftige Abfederung bei der öffnungsbewegung der Gelenkhälften.
Die Zeichnung zeigt Beispiele für die Ausführung des selbsttätig aufklappenden, aus Kunststoff einteilig herstellbaren scharnierartigen Gelenks nach der Erfindung, und zwar zeigen:
Fig. 1 den Grundriss eines mit diesem Gelenk versehenen Scharniers,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Scharnier nach der Linie 2-2 von Fig. 1.
Fig. 3 das Scharnier nach Fig. 1 in der Schliessstellung,
Fig. 4 den Längsschnitt durch ein abgeändertes Scharnier in der öffnungsstellung.
Fig. 5 einen Querschnitt durch ein mit dem Gelenk nach der Erfindung versehenes und mit ihm einteilig hergestelltes Pack- oder Schaukästchens für einen Ring in der öffnungsstellung,
Fig. 6 das gleiche Kästchen in der Schliessstellung im Querschnitt nach Linie 6-6 von Fig. 7 und
Fig. 7 den Grundriss des Kästchens in der Schliessstellung.
Die abgefederten Gelenke nach der Erfindung sind einteilig ausgebildet und daher in einem Arbeitsgang in der Massenfabrikation billig herstellbar. Die Herstellung erfolgt vorzugsweise im Spritzguss aus Kunststoff, insbesondere aus Polypropylen, das ein kristallines Gefüge hat. dem Scharnier eine hohe Federungskraft verleiht und selbst bei niedrigen Temperaturen zäh, biegsam und federnd bleibt und nicht spröde wird. Zwar können auch andere Kunststoffe zur Herstellung des Scharniers nach der Erfindung und der damit versehenen Gegenstände verwendet werden, soweit sie die Eigenschaft haben, bei ständigem Hin- und Herbiegen nicht zu brechen, z.B.
Polyamide, doch hat sich Polypropylen nach den bisherigen Erfahrungen in den für selbstfedernde Scharniere verlangten Eigenschaften am besten bewährt.
Das Scharnier nach Fig. 1 bis 3 weist zwei flache Scharnierplatten 1 und 2 auf, die mit Schraubenlöchern 25 versehen sein können. Die beiden Scharnierplatten 1 und 2 sind durch einteilig mit ihnen hergestellte, dünne koaxiale Gelenkrillen 20 und 21 verbunden.
Die Scharnierplatte 1 weist in ihrer Mitte einen Federarm 16 auf, der an seinen in Längsrichtung des Scharniers liegenden Seitenkanten von der Scharnierplatte 1 durch schmale Längsschlitze getrennt liegt, an der Querlinie 26 jedoch mit ihr zusammenhängt. Der grössere Teil der Oberfläche 16a des Federarms 16 liegt sowohl in der geöffneten Stellung des Scharniers nach Fig. 1 und 2 als auch in seiner Schliessstellung nach Fig. 3 mit der Aussenfläche la bündig in der gleichen Ebene und ragt nicht schräg daraus hervor, wie dies bei dem Scharnier nach Fig. 4 der Fall ist. Das Scharnier nach Fig. 1 bis 3 kann daher mit seiner Aussenfläche la auf einer ebenen Stützfläche flach anliegend befestigt werden, was bei dem Scharnier nach Fig. 4 im Bereich des Federarms 16 nicht möglich ist.
Für das Scharnier nach Fig. 1 bis 3 weist der Federarm 16 an der Verbindungsstelle 26 die gleiche Stärke wie die Scharnierplatte 1 auf, ist aber zum anderen Ende 27 hin verjüngt ausgebildet, wobei dieses Ende über die Hauptfläche 16a des Federarms 16 etwas nach aussen hervorsteht. Da sich dieses Ende 27 im Bereich eines Zwischenraums zwischen den Teilen befinden würde, die man durch ein solches Federscharnier verbinden könnte. wäre das Hervorstehen des Endes 27 über die Aussenfläche 16a des Federarms 16 nicht störend. Der Federarm 16 ist an seinem verjüngten Ende 27 längs einer Querlinie 17 mit einem dünnen Zugarm 19 verbunden, der an seinen in Längsrichtung des Scharniers liegenden Seitenkanten von der Scharnierplatte 2 durch schmale Schlitze getrennt liegt, an seinem äusseren Ende im Bereich einer Querlinie 18 aber mit ihr zusammenhängt.
Die Querlinien 17 und 18 bilden gleichfalls dünne biegsame Gelenkstellen, um die der Zugarm 19 frei schwenkbar ist. Der Zugarm 19 kann im übrigen über seine ganze Länge dünn und biegsam sein. Da keine Druckkraft auf ihn ausgeübt wird, braucht er weder steit noch federnd zu sein, obwohl er in Wirklichkeit aus Gründen des Werkstoffs und der Art seiner Verarbeitung diese beiden Eigenschaften dennoch aufweist. Der Zugarm 19 ist in Fig. 2 an seinen beiden Enden im Bereich der Anlenkstellen 17 und 18 nach der gegenüberliegenden Hauptfläche der Scharnierplatten 1, 2 einwärts gewinkelt und weist an der Kniestelle eine zusätzliche Gelenkrille 29 auf.
Bei der Bewegung aus der geöffneten Stellung nach Fig. 2 in die Schliessstellung nach Fig. 3 führt der Zugarm 19 Biegungen vornehmlich um die Gelenkstellen 17 und 29, dazu auch eine kleine Biegung um die Gelenkstelle 18 aus, während der Federarm 16 kleinen federnden Biegungen bei 26 und 27 unterliegt.
Der Zugarm 19 könnte gleichfalls dick und starr ausgeführt werden, müsste dann aber im Bereich der Querlinie 17. 18 und 29 dünne biegsame Gelenkrillen aufweisen.
Die Gestalt des Zugarms 19 erleichtert die Anbringung des Scharniers an einer Klappe, Tür oder dgl.
Der Federarm 16 muss die Fähigkeit haben, bei Biegung aus seiner Lage selbsttätig in die Ausgangsstellung wieder zurückzufedern. Er braucht jedoch nicht über seine ganze Länge diese Federwirkung aufzuweisen, so würde es ausreichen, wenn er im Bereich der Übergangsstelle 26 in die Scharnierplatte 1 federnd, über den restlichen Teil seiner Länge bis zum verjüngten Ende 27 aber starr sein würde. Aus werkstoffbedingten Gründen ist der Federarm 16 zwar über seine ganze Länge federnd biegsam, doch soll die Bezeichnung als Federarm nicht auf eine über die ganze Armlänge verteilt liegende Federkraft beschränkt sein.
Die Biegelinie 17 ist von den Gelenkrillen 20 und 21 seitlich nach der Scharnierplatte 2 hin in einem Abstand a versetzt. Sie ist ferner auch rechtwinklig zu dieser seitlichen Versetzung in Richtung der Dicke der Scharnierplatten 1 und 2 von den Biegelinien der Gelenkrillen 20 und 21 um den Abstand b versetzt. Wird die Scharnierplatte 2 in der Drehrichtung des Uhrzeigers relativ zur Scharnierplatte 1 um die Biegelinien der Gelenkrillen 20 und 21 verschwenkt, so schwenkt der Zugarm 19 um die Biegelinien 17 und 18 einwärts und zieht dabei den Federarm 16 mit seinem verjüngten Ende 27 gleichfalls in Drehrichtung des Uhrzeigers nach unten, so dass er sich von der Stelle 26 an relativ zur Scharnierplatte 1 krümmt. Je weiter die Scharnierplatte 2 in gleicher Richtung gegen die Scharnierplatte 1 verschwenkt wird, um so stärker wird der Federarm 16 gebogen.
Er erhält seine stärkste Biegung, wenn sich das Scharnier in der Schliessstellung nach Fig. 3 befindet in der der Zugarm 19 in seine Knickstelle 29 so weit gebogen ist, dass er eine gestreckte Lage eingenommen hat. In dieser Stellung liegt die Biegelinie 17 noch weiterhin um einen Abstand b von den Biegelinien der Gelenkrillen 20 und 21 in Richtung der Plattenstärke versetzt. Während die eingetretene Änderung der Versetzung b beträchtlich ist, hat sich die seitliche Versetzung a bei der Bewegung des Scharniers aus der Öffnungsstellung nach Fig. 2 in die Schliessstellung nach Fig. 3 kaum verändert.
Sobald die Kraft nachlässt, mit der die Scharnierplatten 1 und 2 in die Schliessstellung bewegt worden sind, schnappen die Platten selbsttätig unter Wirkung der im Federarm 16 bei seiner Krümmung erzeugten Federungskraft selbsttätig in die öffnungsstellung nach Fig. 2 zurück. Das Scharnier nach der vorliegenden Erfindung hat daher die Eigenschaft, bei einteiliger Ausführung stets selbständig in die Öffnungslage zu schwenken, was es für manche Anwendungen besonders brauchbar macht, z.B. bei Klappen und Türen, die bei gestreckten Scharnieren eine durch die Federkraft gesicherte Schliessstellung einnehmen sollen.
Die Herstellung derartiger Scharniere aus Polypropy- len wird bevorzugt, weil dieses Material infolge seiner kristallinen Struktur beim Biegen im Bereich der Biegeli nien 17, 18, 20 und 21 durch Kaltstreckung eine Ausrichtung und Verfestigung der Moleküle erfährt. Die ständigen Biegungen während des Gebrauchs haben eine Zunahme der Spannkraft und des Reisswiderstandes zur Folge, so dass das Scharnier in den Biegelinien besonders haltbar ist. Bei mit Scharnieren nach der Erfindung durchgeführten Versuchen hat sich ergeben, dass selbst bei einem millionenfachen Wechsel der öffnungs- und Schliessbewegung keine Beschädigung in den Biegelinien und keine Verminderung der Federungskräfte stattfindet.
Voraussetzung ist dabei, dass das Scharnier in der gestreckten Öffnungsstellung hergestellt wird.
Aus Fig. 2 und 3 ist zu entnehmen, dass die Scharniere 1 und 2 zu beiden Seiten der Biegelinien der Gelenkrillen 20, 21 kleine Einsenkungen 30 aufweisen. Hierdurch wird sichergestellt, dass sich die Scharnierplatten 1 und 2 in der Schliessstellung fest aneinanderlegen und hieran nicht durch eine Materialstauchung im Bereich der Gelenkrillen behindert werden können. Aus Fig. 3 ist auch zu entnehmen, dass der Federarm 16 in der Schliessstellung der Scharnierplatten nicht über die Aus senfläche la der Scharnierplatte 1 hervorsteht, so dass sich das Scharnier fest anliegend einbauen lässt.
In manchen Anwendungsfällen kann es erwünscht oder notwendig sein, dass sich eine Scharnierplatte im Verhältnis zur anderen um weniger als 1800 verschwenken lässt. In diesem Falle werden besondere Anschlagkanten vorgesehen, die die Bewegung der Scharnierplatten zueinander begrenzen, dass die Scharnierplatten des einteilig hergestellten Scharniers beim Öffnen und Schliessen eine Schwenkbewegung um mehr als 1800 zueinander ausführen.
Die in Fig. 4 dargestellte Ausführung weicht von dem Scharnier nach Fig. 1 bis 3 nur dadurch ab, dass der Zugarm 19 in seiner ganzen Länge eine ebene Fläche bildet und von der Scharnierplatte 2 aus nach oben gerichtet ist, während der Federarm 16 der Scharnierplatte 1 nicht nur gleichfalls in der gestreckten Lage des Scharniers eine nach der gleichen Seite aus der Scharnierplatte 1 ansteigenden Schrägung aufweist, sondern zusätzlich auch nahezu über seine ganze Länge gleichmässig stark und dünner bemessen ist als die Scharnierplatte
1. Im übrigen weist dieses Federscharnier aber die gleichen Eigenschaften auf wie das Scharnier nach Fig. 1 bis 3.
Infolge seiner einteiligen Herstellbarkeit aus Kunststoff kann das abgefederte, scharnierartige Gelenk nach der Erfindung auch zur einteiligen Herstellung von Gegenständen jeglicher Art verwendet werden, die zwei oder mehr durch ein abgefedertes Gelenk verbundene Teile aufweisen und sich ganz oder mindestens teilweise im Spritzguss aus Kunststoff herstellen lassen. Hierfür braucht man sich nur vorzustellen, dass die Scharnierplatten 1 und 2 des Scharniers nach Fig. 1 durch zwei andere, aus Kunststoff herstellbare Klappteile, z.B. eine Puderdose und ihren Klappdeckel, einen Schreibblockträger und seine Abdeckplatte für den Schreibblock oder dgl. ersetzt sind. Eine solche Anwendung ist in Fig. 5 bis 7 für eine Packschachtel dargestellt, die zum Aufnehmen eines Fingerrings bestimmt ist.
Soweit einzelne Teile des abgefederten Gelenks den Teilen des beschriebenen Scharniers in Fig. 1 bis 4 entsprechen, sind für diese Teile die gleichen Bezugszahlen verwendet worden, die hier jedoch mit Doppelstrichen versehen sind.
Grundsätzlich soll die Packschachtel gleichfalls einteilig im Spritzguss aus Polypropylen oder ähnlichem Kunststoff hergestellt werden. Sie weist einen Behälter 31 und einen Deckel 32 auf. Der Behälter 31 hat einen flachen Boden 33, zwei parallele Seitenwände 34, eine schräge Vorderwand 35 und eine schräge Rückwand 36.
Der Deckel 32 ist ähnlich ausgebildet und weist zwei parallele Seitenwände 37 und eine gewölbte Deckelfläche auf, die vorn mit 38, hinten mit 39 bezeichnet ist. Der Behälter 31 ist an seiner Vorderkante mit einer Schliessnute 50 versehen, in die sich eine an der Vorderkante des Deckels befindliche Schliesszunge einschieben lässt.
Der Behälter 31 und sein Deckel 32 sind durch ein Gelenk 40 verbunden, das dem Scharniergelenk nach der Erfindung entspricht. Dieses Gelenk kann zwar gesondert hergestellt sein und aus einer verkleinerten Ausführung des Scharniers nach Fig. 1 bis 4 bestehen, das dann mit seinen Scharnierplatten 1 und 2 an den Rückwänden 36 und 39 des Behälters 31 und seines Deckels 32 befestigt, z.B. daran verklebt oder verschweisst wird. Vorzugsweise soll jedoch das abgefederte Gelenk 40 zusammen mit den Teilen 31 und 32 einteilig im Spritzguss aus Kunststoff hergestellt werden, wodurch sich eine erhebliche Ersparnis an Kunststoff, eine vereinfachte und billigere Herstellung durch Fortfall jeglicher Montagearbeit und ein besseres Aussehen der Klappschachtel ergeben.
Die Rückwände 36 und 39 sind an ihren Hinterkanten durch zwei Gelenkrillen 20" und 21" verbunden, die koaxial in V-förmigen Gelenkstreifen angeordnet sind.
Zwischen diesen Gelenkstreifen weist der Deckel einen Federarm 16" auf, der durch eine Biegelinie 17" mit einem Zugarm 19" und durch eine weitere Biegelinie 18" mit der Rückwand 36 des Behälters 31 verbunden ist. An den Aussenseiten der Gelenkrillen 20" und 21" sind die Rückwände 39 und 36 mit senkrechten Stegen 41 und 42 versehen, die in der Schliessstellung der Packschachtel die zwischen dem Gelenk 40 und den Seitenwänden befindlichen Teile der Hinterkante verschliessen. In der Schliessstellung liegen der Behälter 31 und sein Deckel 32 mit ihren Seitenkanten und ihren Vorderkanten aufeinander. Der Klappwinkel beträgt etwas mehr als 900, so dass in der Öffnungsstellung nach Fig. 5 die Rückwände 36 und 39 etwa in einer geraden Ebene liegen.
Der Behälter 31 ist innen mit zwei Klemmstegen 43 versehen, an denen ein Fingerring 44 verklemmt ist. Die Innenflächen des Behälters und des Deckels können in bekannter Weise samtartig beflockt sein, die Aussenflächen in gleicher Weise beschichtet oder anderweitig z.B.
mit einem Prägemuster verziert sein. Da die Packschachtel keine Unterscheidungen aufweist, kann sie in geöffnetem Zustand einteilig in einer einfachen Spritzgussform hergestellt werden, die keine verwickelten, lösbaren Einzelteile aufzuweisen braucht.
Das Gelenk 40 ist so ausgebildet, dass der Deckel 39 beim Schliessen etwas nach vorn gleitet und sich mit seiner Schliesszunge selbsttätig in die Schliessnase 50 des Behälters 31 einschiebt. Die Gelenkrillen 20", 21" sind zur Biegelinie 17" um den Abstand b derart versetzt, dass der Deckel selbsttätig aufspringt, wenn man ihn in- der Schliessstellung etwas nach hinten schiebt, damit seine Schliesszunge aus der Schliessnase 50 des Behälters 31 freikommt. Diese Schnappwirkung kommt dadurch zustande, dass beim Schliessen des Deckels sein Federarm 16" von dem Zugarm 19" etwas gekrümmt und gespannt wird. Je kleiner diese Krümmung ist, umso weniger besteht die Gefahr, dass der Federarm eine bleibende Krümmung annimmt, wenn die Packschachtel während längerer Zeit in der Schliessstellung bleibt.