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Die Erfindung betrifft eine Verriegelungseinrichtung zur Verriegelung eines ersten Elements an einem zweiten Element, wobei die Elemente relativ zueinander bewegbar sind, insbesondere eines bewegbaren Torelements an einem feststehenden Torelement, oder Teil eines Torelementes. Dabei soll die Verriegelungseinrichtung dazu dienen, das erste Element und das zweite Element zueinander in einer Position zu fixieren, so dass sie nicht getrennt voneinander bewegt werden können oder beide ortsfest gehalten werden. Eines der beiden Elemente kann auch in der nicht verriegelten Position ortsfest sein.
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Eine Anwendung für eine solche Verriegelungseinrichtung sind Torsysteme, die beispielsweise im Außenbereich eingesetzt werden. Solche Torsysteme können Tore an Umzäunungen sein, die vorzugsweise elektrisch betätigt sind. Eine andere Anwendung sind an Gebäuden befindliche Tore oder Ähnliches.
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Momentan werden als Verriegelungen im Torbereich in der Regel manuell oder elektrisch betätigte Riegel oder Hakenschlösser eingesetzt, welche die Torelemente in den Endlagen gegen Öffnen verriegeln. Ein Riegel wird durch seine Schwerkraft in der Tor-Zu-Stellung gehalten und zum Öffnen des Tores durch einen Magnetspule angezogen oder durch einen Elektromotor entsprechend betätigt, so dass die Elemente entriegelt und relativ zueinander bewegbar sind, so dass sich das Tor öffnen kann. Beim Schließen des Tors wird der Riegel, der aufgrund der Schwerkraft in die Tor-Zu-Stellung fällt, in der er nicht am Gegenelement passieren kann und damit diese beiden Elemente zueinander arretiert, durch Stromzufuhr angezogen. Dadurch ist die Relativbeweglichkeit gewährleistet. Die Stromzufuhr wird nach Erreichen der Schließstellung wieder abgeschaltet, so dass der Riegel in beispielsweise eine sich am Boden befindliche Öffnung durch die Schwerkraft fällt. Damit ist das Tor verriegelt. Nachteilig dabei ist jedoch, dass der Öffnungs- und Schließvorgang durch Geräusche begleitet ist, insbesondere wenn der Riegel in das Loch fällt. Außerdem gibt es kaum Maßnahmen gegen das Festfrieren des Riegels bei Eis und Schnee oder anderen ungünstigen Witterungsverhältnissen.
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Die
DE 698 28 422 T2 offenbart ein elektromagnetisches Scherschloss, bei dem eine Elektromagnetanordnung in einem Türrahmen und eine Ankeranordnung in einer Tür angeordnet sind. Die Ankeranordnung weist vorstehende konische Zapfen auf, die in entsprechende konische Vertiefungen in der Elektromagnetanordnung zum verriegelnden Eingriff eingebracht werden können. In dem verriegelten Zustand können die beiden Bauteile durch eine entsprechende elektromagnetische Kraft zusätzlich verriegelt gehalten werden.
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Die
WO 2006/114612 A1 offenbart ein Türhaltesystem, bei dem eine magnetisch anziehende Fläche ortsfest angeordnet ist und ein Elektromagnet in einer Tür in Richtung dieser Fläche beweglich angeordnet ist. Bei Aktivierung des Elektromagneten und entsprechender Gegenüberlage zu der Fläche wird dieser angezogen und kann so eine Tür an ihrer vorgegebenen Position halten.
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Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung eine Verriegelungseinrichtung vorzusehen, die geräuscharm betätigbar ist und auch bei ungünstigen Witterungsbedingungen betriebsbereit bleibt.
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Diese Aufgabe wird mit einer Verriegelungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen und Anwendungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Insbesondere wird eine Verriegelungseinrichtung vorgesehen, die ein Rastelement und ein Verriegelungselement enthält, wobei die beiden Elemente einander gegenüberliegende und zueinander komplementär geformte Oberflächen haben. Die Oberflächen sind insbesondere derart, dass das in der Regel feststehende Rastelement eine sich in Verriegelungsrichtung erhebende, zum Beispiel konvex gekrümmte Oberfläche aufweist, während das Verriegelungselement eine dazu komplementäre, beispielsweise konkav gekrümmte Oberfläche aufweist, so dass die beiden Oberflächen in einen Formschluss miteinander gelangen können. Gleichzeitig ist eine vorzugsweise aktivierbare und abschaltbare Magneteinrichtung vorgesehen, die zwischen dem Rastelement und dem Verriegelungselement wirkt, dass die Elemente gegenseitig angezogen werden, wenn die Magneteinrichtung aktiviert ist. Anders als bei den bisherigen Verriegelungseinrichtungen, ist die Magneteinrichtung zur Arretierung, d. h. in der geschlossenen Position der zueinander zu verriegelnden Elemente, z. B. des Tores, in der das Rastelement und das Verriegelungselement miteinander in Eingriff sind, aktiviert, so dass dann das Rastelement und das Verriegelungselement gegenseitig angezogen werden. Ist die Magneteinrichtung nicht aktivierbar gestaltet, sollte ihre Anziehungskraft so ausgelegt sein, dass sie durch einen Bewegungsmechanismus der bewegbaren Elemente überwunden werden kann und ihre größte Anziehungs- bzw. Haftkraft in der verriegelten Position der Elemente entfaltet.
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Unter Verriegelungsrichtung ist dabei die Richtung zu verstehen, in der das Verriegelungselement und das Rastelement zueinander bewegt werden, wenn die zwei zueinander bewegbaren Elemente aus einer offenen in eine geschlossene Position und umgekehrt überführt werden. Die Magnetkraft wirkt im Wesentlichen in dieser Richtung. Die Verriegelungskraft wirkt somit in einer Richtung senkrecht zur Verriegelungsrichtung, d. h. in Bewegungsrichtung der zueinander zu verriegelnden Elemente, der Bewegung der Elemente relativ zueinander entgegen.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Magneteinrichtung dann zu aktivieren, wenn die Verriegelungseinrichtung in einer verriegelten Position ist. Dies bedeutet, dass bei z. B. Verwendung einer Magnetspule als Magneteinrichtung durch die beispielsweise konstante Stromzufuhr und damit konstante Spannung, die an der Magnetspule in der geschlossenen Position der Elemente anliegt, eine gewisse Wärmemenge erzeugt wird, die dazu beiträgt, die Einrichtung eisfrei zu halten, wenn die Elemente verriegelt sind. Gleichzeitig wird die Funktionsfähigkeit bei ungünstigen Witterungsbedingungen dadurch verbessert, dass das Rastelement und das Verriegelungselement, die zueinander komplementären Oberflächen haben, die bei jedem Öffnungsvorgang einander überstreichen und eine kompakte und geschlossene Anordnung im geschlossenen Zustand bilden. Dadurch ist das Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit deutlich verringert. Schließlich wird in der verriegelten Position sowohl durch den Formschluss als auch durch die Magnetkraft eine ausreichende Haltekraft erzielt.
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Das Rastelement weist vorzugsweise eine im Wesentlichen kugelabschnittsförmige oder kreiszylinderabschnittsförmige, konvex gewölbte Oberfläche auf. Diese Oberfläche steht in Richtung Verriegelungselement vor. Dadurch ist es möglich, das Verriegelungselement bei einem Schließvorgang in leichte Anlage gegen die gewölbte Oberfläche zu bewegen und durch die normale Schließbewegung bei einer in Verriegelungsrichtung verschiebbaren Lagerung des Verriegelungselements dieses schleifend über das Rastelement zu führen, wobei es dieses überstreift und somit Staub und kleine Partikel abstreift. Die Bewegung ist dabei gleichmäßig und glatt, da keinerlei Unstetigkeiten oder Unebenheiten auftreten. Bei einer rein linearen Bewegung, wie beispielsweise bei Schiebetoren, ist ein Kreiszylinderabschnitt einfacher herzustellen und zuverlässiger, wobei die Wölbung entlang der Bewegungsrichtung des beweglichen Elements des Tors bzw. des beweglichen Elements verlauft. Bei einer Schwenkbewegung der zueinander beweglichen Elemente ist vorzugsweise eine kugelabschnittsförmige Form vorzusehen, da dadurch Fertigungsungenauigkeiten oder Montageungenauigkeiten ausgeglichen werden können und, unabhängig von leichten Richtungsabweichungen, das Verriegelungselement gleichmäßig auf das Rastelement aufläuft.
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Erfindungsgemäß ist das Magnetelement in einer Hülse aus weicherem Material als dem des Rastelements befestigt, wobei die Hülse in der Bewegungsrichtung des Verriegelungselements, die die Verriegelungsrichtung ist, bezüglich des Magnetelements in Richtung des Rastelements vorsteht. Beispielsweise umfasst eine im Wesentlichen kreiszylindrische Hülse aus Kunststoffmaterial das Magnetelement, wobei der Kunststoff weicher als das aus eisenhaltigem magnetischem Material gebildete Rastelement ist. Dadurch, dass die Hülse der am weitesten vorspringende Punkt der auf das Rastelement gerichteten Oberfläche des Verriegelungselements ist, gelangt die Hülse zuerst in Berührung mit dem Rastelement, wenn die beiden Elemente, die durch die Verriegelungseinrichtung zu verriegeln sind, aus einer offenen Stellung in eine geschlossene Stellung gebracht werden. Bei einer weiteren Bewegung überstreicht zunächst die Hülse das Rastelement und kann dieses somit säubern.
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Die Magneteinrichtung enthält vorzugsweise eine Magnetspule, so dass eine magnetische Kraft durch Stromzufuhr erzeugt wird. Dadurch kann besonders bevorzugt im arretierten Zustand, in dem Strom zugeführt wird und somit die Magnetkraft vorliegt, einerseits das Rastelement sicher am Verriegelungselement gehalten werden; andererseits wird im geschlossenen Zustand eine Spannung der Magnetspule zugeführt, so dass durch die Wärmewirkung des Stroms eine bestimmte Wärmemenge erzeugt wird, die dazu beiträgt, dass die Umgebung der Magnetspule sich erwärmt und somit zum Beispiel eisfrei gehalten werden kann. Eine Bestromung und gegebenenfalls Verriegelung kann gegebenenfalls auch im vollständig geöffneten Zustand, wenn ein Anschlagpunkt erreicht ist, vorgesehen sein. Bei einem Ausfall der Stromversorgung besteht aufgrund der Formschlüssigkeit zwischen dem Rastelement und dem Verriegelungselement auch dann, wenn keine Magnetkraft vorliegt, eine ausreichende Haltekraft, um beispielsweise Windlasten standhalten zu können, ohne dass die zueinander zu verrastenden Elemente sich voneinander weg bewegen.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verriegelungsrichtung die vertikale Richtung, so dass das Verriegelungselement mit dem Rastelement auch durch die Wirkung der Schwerkraft zu einer Arretierung durch Formschluss der komplementären Oberflächen gelangt. Dadurch kann auch bei einem Ausfall der Stromversorgung oder Ähnlichem, sollte die Magnetkraft versagen, eine gewisse Haltekraft erreicht werden.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Verriegelungseinrichtung für ein Torsystem verwendet, wobei besonders bevorzugt das Verriegelungselement an dem durch Schwenken oder Schieben bewegbaren Torholm angebracht ist und das Rastelement an einem Anschlagelement für das Tor angebracht ist.
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In diesem Fall ist nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform die Hülse am Torholm derart befestigt, dass sie in Vertikalrichtung verschiebbar ist. Dazu ist vorzugsweise die Hülse mit länglichen, in Vertikalrichtung verlaufenden Löchern versehen, durch die ein am Torholm befestigtes Bolzenelement geführt ist. Somit kann die Hülse und damit das in ihr befindliche Magnetelement nur gegen die Schwerkraft nach oben angehoben werden, wenn beispielsweise die Magnetspule nicht bestromt ist und das Tor geöffnet oder geschlossen wird, wobei das Verriegelungselement über das Rastelement geführt wird.
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Vorzugsweise ist eine Steuerung und eine Stromzufuhr für die Magneteinrichtung, insbesondere die Magnetspule, vorgesehen, die derart arbeitet, dass Strom dann zugeführt wird, wenn der Torholm in einer Schließstellung des Tors ist, wobei gegebenenfalls auch Strom dann zugeführt werden kann, wenn er in einer Anschlagsposition in der Offenstellung des Tors ist. Dann kann auch in dieser Offenstellung eine Vereisung durch die Wärmewirkung des Stroms verhindert werden.
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Schließlich ist es auch möglich, als Magneteinrichtung eine Kombination aus einer elektrisch betätigten Magnetspule und einem Permanentmagneten zu verwenden. Beispielsweise kann der Permanentmagnet stets eine Haltekraft zwischen dem Rastelement und dem Verriegelungselement erzeugen, wenn das Rastelement aus magnetisch angezogenem Material durch den Permanentmagnet hergestellt ist. Die Magnetspule kann dann ebenfalls eine Haltekraft erzeugen, die die Haltekraft des Permanentmagneten verstärkt. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, für das Öffnen des Tors die Magnetspule so vorzusehen, dass die Kraft des Permanentmagneten durch die Magnetkraft der Magnetspule kompensiert wird und somit das Tor leichter geöffnet werden kann.
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Schließlich ist es auch möglich, die beschriebene Verriegelungseinrichtung als Ergänzung zu bekannten Verriegelungssystemen zu verwenden, deren elektrisch betätigte Riegel oder Hakenschlösser bei Stromausfall nur durch zusätzliche mechanische Entriegelungsmechanismen entriegelt werden können.
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Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft und anhand der beigefügten Figuren beschrieben, in denen:
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1 das Verriegelungselement in einem Torholm im offenen Zustand des Tores zeigt;
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2 das Verriegelungssystem und ein Rastelement an einem Anschlag für den Torholm im auflaufenden Zustand zeigt;
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3 die Anordnung im geschlossenen Zustand zeigt;
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4 eine perspektivische Ansicht ist; und
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5 eine Schnittansicht im geschlossen Zustand ist.
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1 bis 3 zeigen in Seitenansicht einen Torholm 1 mit einer Verriegelungseinrichtung 10 zur Verriegelung des Torholms 1 an einem beispielsweise am Boden fixierbaren zweiten Element, das beispielsweise als Auflaufschuh 3 gebildet ist. Der Auflaufschuh 3 weist eine Anschlagkante 31 für den Torholm 1 auf. Der am Boden verankerte Auflaufschuh 3 kann dabei sowohl in einer Schließposition des Tores, d. h. in einer Position, bei der bei Verriegelung des Torholms 1 am Auflaufschuh 3 das Tor geschlossen ist, als auch bei Bedarf in einer offenen Position, bei der das Tor offengehalten ist, wenn der Torholm 1 mit dem Auflaufschuh 3 verriegelt ist, vorgesehen sein. Das Tor, dessen Torholm 1 schematisch dargestellt ist, kann ein Schiebe- oder Schwenktor für unterschiedlichste Einsatzzwecke sein.
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1 bis 3 zeigen den Torholm 1 in offener Stellung, in auf den Auflaufschuh 3 auflaufender Stellung und in verriegelter Stellung. Die Bewegungsrichtung des Torholms 1 ist mit R bezeichnet.
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Die Verriegelungseinrichtung 10 weist im Wesentlichen zwei miteinander in Wechselwirkung tretende Elemente, das Rastelement 6 und das Verriegelungselement 8, auf. Auf dem Auflaufschuh 3 ist mit diesem integral ausgebildet oder darauf befestigt das Rastelement 6 in Form eines kreiszylinderabschnittsförmigen Magnetstahlelements angebracht. Die konvexe Wölbung des Rastelements 6 verläuft entlang der Bewegungsrichtung R des Torholms 1 und ist auf das Verriegelungselement 8, das am Torholm 1 angebracht ist, gerichtet. Statt der Kreiszylinderabschnittsform des Rastelements 6 kommen auch eine Kugelabschnittsform mit einer gleichmäßigen Wölbung oder ungleichmäßig gewölbte, konvexe Formen für das Rastelement 6 in Betracht.
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Das Verriegelungselement 8 ist, wie am besten der perspektivischen Ansicht von 4 zu entnehmen ist, im Wesentlichen im unteren Bereich des Torholms 1 untergebracht. 5 zeigt eine Querschnittsansicht durch den Torholm 1, wobei die verriegelte Stellung zwischen Verriegelungselement 8 und dem Rastelement 6 gezeigt ist, und schematisch den Aufbau des Verriegelungselements 8. Das Verriegelungselement 8 enthält eine Magneteinrichtung in Form von Magnetspulen 5, die in einem entsprechenden, in der dargestellten Ausführungsform kreiszylindrischen, Magnetgehäuse 4 untergebracht sind. In dem Magnetgehäuse 4 ist auch eine nicht dargestellte Stromzufuhr an die Magnetspulen 5 vorgesehen. Das Magnetgehäuse 4 mit den Magnetspulen 5 ist in eine Kunststoffhülse 2 eingesetzt, die das Magnetgehäuse 4 und die Magnetspulen 5 umgibt.
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Auf der dem Rastelement 6 zugewandten Fläche 41 weist das Magnetgehäuse 4, in das die Magnetspulen 5 eingesetzt und eingebettet sind, eine dem Rastelement 6 entsprechend gewölbte, konkave Form auf. Die Hülse 2 steht, wie es am besten in 1 zu entnehmen ist, in Richtung des Rastelements 6 über den Abschluss des Magnetgehäuses 4 der Magnetspulen 5 in Vertikalrichtung, die die Verriegelungsrichtung V ist, vor und hat einen Kreisringquerschnitt mit in Verriegelungsrichtung V spitz zulaufender Form als unteren Rand 22. Statt eine weichere, umgebende Hülse vorzusehen, ist es auch möglich, das Magnetgehäuse 4 insgesamt aus weicherem Material als dem des Rastelements 6 zu gestalten, und auf die Hülse entweder vollständig zu verzichten oder diese bündig mit dem Magnetgehäuse 4 zu gestalten. In jedem Fall führt dies dazu, dass bei Reibung des weicheren Materials auf dem Rastelement 6 das Rastelement unbeschädigt bleibt und das weichere Material gegebenenfalls abgenutzt wird. Das Material der Hülse 2 ist nicht weiter eingeschränkt, solange es weicher als dasjenige des Rastelements 6 ist und dessen Form bei einem Anstoßen gegen das Rastelement 6 nicht beschädigt.
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Alternativ zu der beschriebenen Ausführungsform kann auch am Rastelement 6 eine konkave Form und am Verriegelungselement 8 eine dazu komplementäre konvexe Form vorgesehen sein, wobei aus Gründen des stabilen Betriebs die andere Anordnung bevorzugt wird.
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Das Verriegelungselement 8 ist im Torholm 1 höhenverschieblich in Verriegelungsrichtung V gelagert. Dazu sind in der Hülse 2 Aussparungen 21 vorgesehen, die sich entlang eines Teils des Bewegungswegs des Verriegelungselements 8 erstrecken und in ihrer Länge dem maximalen Bewegungsweg entsprechen. Durch die Löcher 21 kann ein Bolzen 7 geführt werden, der am Torholm 1 befestigt ist.
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In der in 5 gezeigten Querschnittsansicht ist das Verriegelungselement 8 in der verriegelten Position, d. h. in der am weitesten unten liegenden Position. In der gezeigten tiefsten Stellung liegt somit der obere Rand der Löcher 21 der Hülse 2 auf dem Bolzen 7 auf, so dass die Hülse auch bei geöffnetem Tor (siehe 1) nicht aus dem Torholm 1 fallen kann oder am Boden streift. Andere Anordnungen, die das Verriegelungselement 8 höhenverstellbar halten und eine auf Druck ansprechende Bewegung des Verriegelungselements 8 nach oben, d. h. gegen die Verriegelungsrichtung V ermöglichen, können ebenfalls eingesetzt werden.
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Nachfolgend wird die Arbeitsweise der Verriegelungseinrichtung 10 für Tore anhand der 1 bis 3 beschrieben.
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Ausgehend von einem Zustand, der in 1 gezeigt ist, in dem der Torholm 1 nicht mit einem Gegenelement zu verriegeln ist und das Verriegelungselement 8 aufgrund seiner Schwerkraft und der Lagerung mittels Bolzen 7 am Torholm 1 hängt, werden das Tor und der Torholm 1 beispielsweise durch elektrische Betätigung des Torlaufs in Richtung auf den Auflaufschuh 3 und das darauf angebrachte Rastelement 6 bewegt. Die Magnetspule 5 ist dabei nicht bestromt, so dass sich auch bei einer Annäherung zwischen Rastelement 6 und Verriegelungselement 8 die beiden Elemente nicht anziehen und keine der vertikalen Verschiebung des Verriegelungselements 8 entgegen wirkende Magnetkraft vorhanden ist.
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Wenn, wie in 2 dargestellt, der Torholm 1 das Rastelement 6 erreicht, gelangt zunächst der untere Rand 22 der Hülse 2, der in Verriegelungsrichtung über das Magnetelement 5 und dessen Magnetgehäuse 4 vorsteht, in Anlage gegen das Rastelement 6. Wird der Torholm 1 dabei weiter in Bewegungsrichtung R des Tors zum Schließen bewegt, so streift der untere Rand 22 der Hülse 2 über das Rastelement 6. Dabei wird das Verriegelungselement 8 gegen die Schwerkraft mit zunehmendem Fortschreiten der Bewegung in Bewegungsrichtung R angehoben, bis der Scheitel des Rastelements 6 erreicht ist. Dies ist die am weitesten angehobene Position des Verriegelungselements 8. Bei einer weiteren Bewegung in Bewegungsrichtung R des Tors beim Schließen wird das Verriegelungselement 8 durch Anlage der Hülse 2, insbesondere deren unterem Rand 22, am Rastelement 6 weiter über das Rastelement 6 bewegt, bis schließlich die konkave Fläche 41 des Verriegelungselements 8 mit der dazu komplementären konvexen Fläche des Rastelements 6 in formschlüssiger Anlage ist. Dabei ist das Verriegelungselement 8 durch die Wirkung der Schwerkraft wieder abgesenkt. Dies ist vorzugsweise gleichzeitig dann erreicht, wenn der Torholm 1 in Anlage mit der Anschlagkante 31 des Auflaufschuhs 3 ist (siehe 3). Durch die streifende Bewegung des Verriegelungselements 8 über das Rastelement 6 beim Schließen des Tores (und in analoger Weise beim Öffnen des Tores) wird das Rastelement vor Verschmutzung gesäubert, so dass dessen Funktionsfähigkeit erhalten bleibt. Statt die Schwerkraft für die Bewegungen des Verriegelungselements 8 auszunützen, könnte dies, insbesondere bei nicht vertikaler Verriegelungsrichtung V, federbelastet oder anderweitig in Verriegelungsrichtung vorbelastet sein.
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Im in 3 gezeigten Zustand, in dem der Torholm 1 in seiner Tor-Zu-Stellung ist, und das Rastelement 6 und das Verriegelungselement 8 einen Formschluss eingehen, der bereits ohne Bestromung der Magneteinrichtung zu einem gewissen Haften und damit Standhalten gegen Windlasten führt, wird zusätzlich die Magnetspule 5 bestromt. Dadurch wird eine Haft- und Haltekraft durch magnetische Anziehungskräfte zwischen dem Rastelement 6 und dem Verriegelungselement 8 erzeugt, so dass neben der Formschlüssigkeit auch die Magnetkraft den Torholm 1 sicher in der verriegelten Position hält. Gleichzeitig bleibt in dieser verriegelten Torstellung die Magnetspule ständig unter Spannung und erwärmt sich somit leicht, so dass auch dessen Umgebung, insbesondere das Verriegelungselement 8 und das Rastelement 6, erwärmt werden und somit ein Festfrieren der Verriegelungseinrichtung auch bei Frost ausgeschlossen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Torholm
- 2
- Hülse
- 3
- Auflaufschuh
- 4
- Magnetgehäuse
- 5
- Magnetspule
- 6
- Rastelement
- 7
- Bolzen
- 8
- Verriegelungselement
- 10
- Verriegelungseinrichtung
- 21
- Loch
- 22
- Rand
- 31
- Anschlagkante
- 41
- Oberfläche
- V
- Verriegelungsrichtung
- R
- Bewegungsrichtung des Torholms
