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Die Erfindung betrifft eine mechanisch-magnetische Verbindungskonstruktion nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, d. h. eine mechanische Verriegelung, die mittels Magnetkraftunterstützung schließt und besonders als Verschluss an Taschen, Rucksäcken und vergleichbaren Gegenständen benutzt wird, wobei diese Aufzählung nicht den Einsatzbereich der Erfindung beschränken soll.
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Aus dem Dokument
WO 92/ 18 028 A1 ist eine Verbindungskonstruktion bekannt, die aus zwei Modulen besteht, die jeweils an den zu koppelnden Gegenständen angebracht sind. Die Module sind als Magnetsystem ausgebildet. Weiterhin ist die Verbindungskonstruktion über ein Verriegelungselement mit schraubenförmigen Eingriffsabschnitten
16 mechanisch verriegelbar.
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Eine weitere Verbindungskonstruktion ist in dem Dokument
WO 2008/006357 A2 beschrieben. Dieser Magnetverschluss besteht aus einem zweiteiligen Magnetsystem, so das sich die beiden Verschlusshälften ab einem vorbestimmten Mindestabstand gegenseitig anziehen und mechanisch verriegeln. Bei dieser mechanischen Verriegelung drückt die Magnetkraft ein Sperrstück gegen ein federndes und somit ausweichendes Verriegelungselement. Das Sperrstück und das federnde Verriegelungselement überlappen oder hinterschneiden sich im eingeschnappten Zustand. Zum Öffnen des Verschlusses wird das Sperrstück gegenüber dem Verriegelungselement verschoben, bis eine Nichteingriffsposition erreicht ist, in der die beiden Elemente nicht mehr in Eingriff sind, d. h. die mechanische Verriegelung sich löst. Bei dieser Verschiebung wird auch gleichzeitig das Magnetsystem in eine Position gebracht, in der die magnetische Anziehungskraft entweder erheblich geschwächt ist, oder eine Abstoßungskraft anliegt, die den Verschluss öffnet. Das Magnetsystem trägt nur unwesentlich zur Stabilität und Festigkeit des Verschlusses bei, sondern dient nur dazu, dass sich der Verschluss haptisch gut schließen und öffnen lässt.
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Die Belastbarkeit des Verschlusses wird von der mechanischen Verriegelung bestimmt und hängt wesentlich davon ab, wie groß die Überlappungsfläche oder die Hinterschnittfläche der Verriegelung ist. Je größer die Überlappungsfläche oder die Hinterschnittfläche ist, um so größer ist die mechanische Stabilität der Verriegelung, wenn alle Bauteile des Verschlusses adäquat konstruiert sind. Aus mehreren Gründen sind die Möglichkeiten, die Überlappungsfläche oder die Hinterschnittfläche möglichst groß auszubilden, beschränkt, was nachfolgend erläutert wird:
Es ist eine spezifische Eigenschaft eines einrastenden Klinkenverschlusses nach dem in der
WO 2008/006357 A2 beschriebenen Stand der Technik, dass dieser nur dann die erforderliche Stabilität und Belastbarkeit aufweist, wenn das federnde Element ausreichend stark dimensioniert ist, was unvermeidbar auch eine stärkere Federkraft bedingt. Damit jedoch der Einrastvorgang von selbst, d. h. ausschließlich mittels Magnetkraft erfolgen kann, wird ein an die Federkraft angepasster Magnet benötigt. Mit anderen Worten, das federnde Element muss mechanisch ausreichend stabil sein, um die erwünschte Zuhaltefunktion zu gewährleisten. Das erfordert jedoch einen ausreichend starken Magneten. Somit werden an den Magneten zwei sich ausschließende Anforderungen gestellt: Der Magnet muss stark genug sein, um die Federkraft zu überwinden und der Magnet sollte möglichst klein und leicht sein, um die Kosten und das Gewicht zu reduzieren.
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Es gibt bei den aus dem Stand der Technik
WO 2008/006357 bekannten Verschlüssen noch ein zweites Problem, das sich bei einem Drehverschluss aus folgendem Sachverhalt ergibt: Das gebräuchlichste Magnetsystem hat zwei Magnetpole je Magnetelement und wird zum Öffnen von einer sich anziehenden Position ca. 120° in eine sich wenigstens teilweise abstoßende Position gedreht. In dieser Position unterstützt die magnetische Abstoßungskraft das Öffnen des Verschlusses. Damit sich jedoch der Verschluss von selbst öffnen kann, muss die mechanische Verriegelung außer Eingriff sein.
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Mit anderen Worten: Es gibt nur einen vorbestimmten Winkelbereich, der für die Verriegelung zu Verfügung steht. Dieser Winkelbereich kann nicht vergrößert werden, da von den maximal zur Verfügung stehenden 360 Grad auch ein vorbestimmter Winkelbereich benötigt wird, in dem die Verriegelungselemente außer Eingriff sein müssen. Der zur Verfügung stehende Winkelbereich des Schließzustandes ist jedoch noch wesentlich kleiner, da das Öffnen nur dann erfolgen soll, wenn die Magnete eine Position erreicht haben, in der sie sich wenigstens teilweise abstoßen, um die gewünschte angenehme Öffnungshaptik des Verschlusses zu erhalten. Da nur im Winkelbereich des Schließzustandes die Überlappung oder die Hinterschneidung auftreten darf, besteht somit eine objektive Grenze für die Vergrößerung der Überlappungs- oder der Hinterschneidungsfläche mittels einer Vergrößerung des Winkelbereichs.
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Soll die Überlappungs- oder die Hinterschneidungsfläche vergrößert werden, so besteht die Möglichkeit, den Durchmesser des Drehverschlusses zu vergrößern. Ein Verschluss mit einem größeren Durchmesser kann z. B. an einer Handtasche unerwünscht sein.
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Ein weiterer Weg zur Vergrößerung der Überlappungs- oder der Hinterschneidungsfläche besteht darin, die Tiefe der Überlappung oder Hinterschneidung in radialer Richtung zu vergrößern. Diese Maßnahme stößt jedoch ebenfalls auf eine Grenze, die sich aus dieser konstruktiven Maßnahme selbst und aus den speziellen Eigenschaften der Magnetkraft ergibt, was nachfolgend erläutert wird:
Beim Zusammenziehen der Verschlusshälften berühren sich die ineinander schnappenden Teile, indem das Sperrstück einen vorbestimmten Weg gegen das federnde und somit ausweichende Verriegelungselement drückt, bis es zum Einschnappen kommt. Dieser Weg ist um so größer, je weiter das Verriegelungselement in radialer Richtung weggedrückt werden muss, d. h., es ist eine proportional ansteigende Druckkraft zur Überwindung der ebenfalls proportional ansteigenden Federkraft des Verriegelungselements erforderlich. Es ist jedoch bekannt, dass Magnetkräfte einen nichtlinearen Verlauf haben und erst im Nahbereich stark anwachsen. Da jedoch die Magnetkraft den Verschluss automatisch zusammenziehen soll und somit die Federkraft überwinden muss, ist es erforderlich, zur Überwindung eines langen Federweges einen besonders starken Magneten auszuwählen, der bereits bei größerem Abstand die Anfangsfederkraft überwindet. Das führt jedoch zu der Forderung nach einem größeren, schwereren und teureren Magneten. Außerdem ist die Magnetkraft im Nahbereich, d. h. im eingeschnappten Zustand höher als benötigt. Das wiederum verlangt einen höheren Kraftaufwand beim Öffnen, was jedoch z. B. bei Handtaschen unerwünscht ist, da diese Verschlüsse eine angenehm weiche Haptik aufweisen sollen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, die gattungsgemäße Verbindungskonstruktion so zu verbessern, dass ihre Zuhaltekraft erhöht wird, ohne die mechanischen Rastelemente und die Magnete zu vergrößern.
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Diese Aufgabe wird mit einer Verbindungskonstruktion nach Anspruch 1 gelöst, die einen Modul A und einen Modul B aufweist. Diese Module sind jeweils Bestandteil der zu verbindenden Gegenstände oder sind an den zu verbindenden Gegenständen befestigt. Die Module A und B sind als Magnetsystem so ausgebildet, dass bei einer Annäherung der Module zueinander diese sich mittels Magnetkraft in eine vorbestimmte räumliche Position ausrichten und anziehen, wodurch ein Federverriegelungselement und ein Sperrstück bis zum Einschnappen gegeneinander gedrängt werden. Das Federverriegelungselement und das Verriegelungsstück weisen je einen schraubenlinienförmigen Eingriffsabschnitt auf und der Eingriffsabschnitt des Verriegelungsstücks ist angeschrägt.
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Die Anwendung eines schraubenlinienförmigen Eingriffsabschnitts ermöglicht eine erhebliche Vergrößerung der Hinterschneidungs- oder Überlappungsfläche der in Eingriff stehenden Elemente, insbesondere dann, wenn die Schraubenlinie mehrgängig ist. Damit werden alle vorstehend beschriebenen Nachteile des Standes der Technik behoben, was in den Ausführungsbeispielen näher erläutert wird.
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Nach Anspruch 2 hat der schraublinienförmige Eingriffsabschnitt mehrere, parallel verlaufende Gänge. Damit wird eine noch größere Hinterschneidungs- oder Überlappungsfläche erzeugt, was zu einer noch höheren mechanischen Belastbarkeit des Verschlusses führt. Andererseits ist es möglich, Verschlüsse mit einer vorbestimmten Belastbarkeit deutlich kleiner zu bauen.
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Nach Anspruch 3 besteht der schraublinienförmige federnde Eingriffsabschnitt aus voneinander getrennten Segmenten. Dadurch wird eine besonders geringe Federsteifigkeit erzielt, sodass die Magnetkraft entsprechend schwächer sein kann und somit u. U. sogar auf den Einsatz von teuren Hochleistungsmagneten verzichtet werden kann. Da die federnden Elemente nun jedes für sich kleiner sind als vergleichbare Konstruktionen aus dem Stand der Technik, können sie auch konstruktiv anders gestaltet werden als große Federelemente. Insbesondere ist es möglich, Materialien wie Polyamid einzusetzen, da sich dieses Material gut verarbeiteten lässt. Zur Herstellung größerer Federelemente ist jedoch Polyamid wenig geeignet.
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Nach Anspruch 4 besteht der schraublinienförmige Eingriffsabschnitt aus voneinander beabstandeten Stiften, die ähnliche Vorteile wie die für Anspruch 3 genannten aufweisen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Vergleichsbeispiels aus dem Stand der Technik und von Ausführungsbeispielen der Erfindung in Verbindung mit anhängenden Zeichnungen näher erläutert:
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1a–c zeigen ein Vergleichsbeispiel aus dem Stand der Technik, mit dessen Hilfe die Erfindung erklärt wird.
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2a–d zeigen die Erfindung in verschiedenen Ansichten.
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3a, 3b zeigen einen Vergleich der Erfindung mit dem Stand der Technik.
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4a, 4b zeigen einen Vergleich der Erfindung mit dem Stand der Technik.
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5a–5c zeigen die funktionellen Details des Öffnungsvorganges.
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6a–6b zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
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6c zeigt eine spezielle Anwendung der Erfindung.
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Die
1 zeigt die wesentlichen Funktionselemente eines Magnetverschlusses aus dem Stand der Technik gemäß dem Dokument
WO 2008/006357 A2 , das hiermit in die vorliegende Anmeldung inkorporiert wird. Ein mit Magneten bestücktes Betätigungsteil
70 wird in Pfeilrichtung in das Unterteil
71 eingeführt. In dem Unterteil
71 ist ein Federverriegelungselement
9 mit Federverriegelungsstücken
9a,
9a' angeordnet. Die Federverriegelungsstücke
9a,
9a' ragen im montierten Zustand durch die Durchbrüche
72. Das Betätigungsteil
70 weist Sperrstücke
5 und
5' und Freigabelücken
6 und
6', auf, wobei
6' in dieser Figur nicht erkennbar ist. Wenn das Betätigungsteil
70 in Pfeilrichtung in das Unterteil
71 eingeführt wird, dreht sich das Betätigungsteil
70 durch Magnetkraft in die gezeichnete Position, in der sich die in
1b erkennbaren Magnete anziehen. Dabei drücken die zwei Sperrstücke
5 und
5' auf die Federverriegelungsstücke
9a,
9a', bis der Verschluss einschnappt. Zum Öffnen wird das Betätigungsteil
70 in der Pfeilrichtung nach links oder rechts gedreht, bis die Federverriegelungsstücke
9a,
9a' in den Freigabelücken
6 und
6' stehen. Durch diese Drehung erfolgt auch gleichzeitig eine Verdrehung der Magnete zueinander, die dann in eine Abstoßungsposition gelangen, so dass der Verschluss von selbst aufspringt.
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Die 1b zeigt den Verschluss nach dem Stand der Technik in dem Moment, bei dem die Federverriegelungsstücke 9a, 9a' mit den Sperrstücken 5 und 5' Kontakt haben. In dieser Position sind die Federverriegelungsstücke 9a, 9a' noch nicht in der radialen Richtung Y um eine vorbestimmte Strecke beiseite gedrückt, und die Magneten stehen sich in einem Abstand X gegenüber. Es ist für den Fachmann erkennbar, dass der Winkel der Anschrägung am Sperrstück und am Federverriegelungsstück nur begrenzt veränderbar ist, wenn die Funktion erhalten werden soll. Die Zusammenhänge zwischen dem Abstand X und Größe des Verschiebewegs in Richtung Y werden mithilfe nachfolgender Figuren erläutert.
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Die 1c zeigt in der Draufsicht die Federverriegelungsstücke 9a, 9a', die hinter die Sperrstücke 5 und 5' gerastet sind. Hier sind die schraffierten Hinterschnittflächen 50, 51 zu erkennen. Es ist ersichtlich, dass bei diesem Stand der Technik die Breite der Federverriegelungsstücke 9a, 9a' nicht verbreitert werden kann, wenn gewährleistet sein soll, dass der Verschluss bei einer Drehung zwischen 100–130° zumindest teilweise auf Abstoßung gepolt werden soll. Somit kann auch nicht die Hinterschnittfläche vergrößert werden.
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2a–d zeigen eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach PA1. Im Drehteil 70 befinden sich Magnete 4a, b, die zu den Magneten 8a, b im Unterteil 71 von einer Anziehungsposition in eine Abstoßungsposition gedreht werden können.
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In den perspektivischen Ansichten 2a, b sind die schraubenlinienförmig ansteigenden Sperrstücke mit 5, 5', 5'' und die Federverriegelungsstücke mit 9a, 9a', 9a'' bezeichnet. Die Sperrstücke und die Federverriegelungselemente sind an den Seiten, die beim Schließen aufeinandertreffen, angeschrägt, sodass beim Schließen das Federverriegelungselement beiseite gedrückt wird. Nach dem Einrasten ist der Verschluss durch Aufdrehen lösbar.
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In der Schnittzeichnung 2c ist der Verschluss in dem Moment beim Schließen gezeichnet, bei dem das Federverriegelungselement und das Sperrstück erstmals Kontakt haben und die Magnete 4a, b und 8a, b sich um die Strecke X beabstandet gegenüberstehen. Darauf wird bei der Beschreibung von 3a, b näher eingegangen. Die 2d zeigt eine Aufsicht auf den Verschluss mit Konturlinien der verdeckten Linien. Hier ist die Hinterschnittfläche 50, 50', 50'' schraffiert. Es ist erkennbar, dass jedes Federverriegelungselement annähernd 120° Winkelbreite betragen kann und so die drei Federverriegelungselemente annähernd 360° abdecken, wodurch die Hinterschnittfläche wesentlich größer gestaltet werden kann, was nachfolgend erläutert wird:
Mit 3a wird die Erfindung dem Stand der Technik 3b gegenübergestellt. Es ist erkennbar, dass die Hinterschnittfläche, die sich aus den drei Flächen 50, 50' und 50'' ergibt, bereits augenscheinlich deutlich größer ist, als die Hinterschnittfläche in 3b, die sich aus den Fläche 50 und 50' ergibt.
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In 4a, 4b werden nun die Abstände X der Magnete beim Stand der Technik 4b und dem erfindungsgemäßen Verschluss 4a verglichen. Es ist erkennbar, dass bei der Erfindung der Abstand X zwischen den Magneten 4a, b und 8a, b wesentlich kleiner ist als beim Stand der Technik nach 4b. Die Ursache ist die geringe Hinterschnitttiefe 60.
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Es ist offensichtlich, dass bei dem erfindungsgemäßen Verschluss schwächere und/oder kleinere Magnete einsetzbar sind, was zu einem hohen Einsparpotenzial führt.
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Zur weiteren Erläuterung zeigen die 5a bis 5c die funktionellen Details des Öffnungsvorganges:
5a zeigt die technische nicht-reelle Darstellung, bei der erkennbar ist, dass beim Öffnen die angeschrägten Seiten vom Sperrstück und Federverriegelungselement kollidieren. Diese Kollision kann je nach Dimensionierung des Magnetsystems und der Federelastizität des verwendeten Federverriegelungselements zwei unterschiedliche Effekte bewirken:
In 5b ist dargestellt, wie sich bei einer relativ harten Elastizität und/oder einem schwachem Magneten Ober- und Unterteil des Verschlusses dem Gewinde folgend öffnen.
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In 5c ist dargestellt, wie bei relativ weichen Federverriegelungselementen und/oder starken Magneten die Federverriegelungselemente beim Öffnen beiseite gedrückt werden und so der Formschluss vorzeitig aufgehoben wird.
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Häufig liegt eine Mischform zwischen 5b und 5c vor, indem zuerst bei beginnender Öffnungsdrehung das Federverriegelungselement ein wenig auseinandergedrückt und vorgespannt wird und bei einem vorbestimmten Drehwinkel die Anschrägungen des Sperrstücks und des Federverriegelungselements das Ober- und das Unterteil auseinander treiben. In beiden Fällen muss der Verschluss aber zur vollständigen Öffnung so weit gedreht werden, bis die Gewindegänge vollständig außer Eingriff gedreht wurden.
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Bei der Dimensionierung der Erfindung ist zu beachten, dass der Verschluss die Tendenz hat, sich bei Belastung aufzuschrauben. Daher müssen Magnetsysteme eingesetzt werden, die ein Rückdrehmoment in die Schließposition bei maximaler Anziehung bewirken, wie z. B. ein rechteckiger Magnet und ein rechteckiger Anker oder ein zweiter Magnet. Weiterhin müssen die Gewindegeometrie und die Reibung zwischen dem Sperrstück und dem Federverriegelungselement berücksichtigt werden.
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Die 6a zeigt eine Kopplungsvorrichtung nach Anspruch 3 in perspektivischer Ansicht, wobei nur das Drehelement und das Federrastelement gezeigt sind. Das schraublinienförmig ausgebildete Federverriegelungselement 9 ist hier derart weitergebildet, dass das Federverriegelungsstück durch Unterbrechungen in mehrere Segmente 9a1...9a8 aufspalten ist. Die Vorteile dieser Weiterbildung liegen in der Kombination der hohen Hinterschnittfläche mit einer sehr weichen Federkonstante des Federverriegelungselementes, die ein sehr leichtes Einschnappen ermöglicht, wobei die Verriegelung jedoch stabil bleibt. Die weiche Federkonstante des als Ring ausgebildeten Federverrieglungselements 9 wird durch die Unterbrechungen zwischen den Segmenten 9a1...9a8 gebildet, da dort jeweils eine leichte Verformung in gewünschter Richtung möglich ist.
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Dem Fachmann ist klar, dass es eine Vielzahl äquivalenter Lösungen für eine Vielzahl von federnden schraublinienförmigen Segmenten gibt, z. B. indem jedes Segment 91...98 eine eigene Feder 9b1...9b8 und Federverriegelungsstück 9a1...9a8 besitzt und die einzelnen Elemente nicht miteinander verbunden sind, wie in 6b gezeigt.
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Die 6c zeigt eine magnetisch-mechanische Verbindungsvorrichtung, bei der das Kopplungselement 106 je nach Drehung entweder in Anziehung zum Unterteil 102 oder in Anziehung zum Oberteil 105 gelangt, wobei es mithilfe einer Winde 101 gedreht wird. Die Trennlinie 107 trennt die Teile der oberen Baugruppe von denen der unteren Baugruppe. Diese Anwendung der Erfindung kann z. B. als Koppelvorrichtung zwischen einem Rollkoffer und einer darauf stehenden Tasche verwendet werden, wobei es darauf ankommt, dass beim Aufsetzen der Tasche auf den Rollkoffer die Kopplungselemente sich durch die magnetische Anziehungskraft sicher finden und einrasten und nach dem Abnehmen der Tasche die Kopplungselemente zurückgezogen werden, so dass sie beim Absetzen der Tasche auf den Boden nicht beschädigt werden.
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Die erfindungsgemäße besonders stabile Verbindung der beiden Baugruppen wird durch den Formschluss des oben beschriebenen Federverriegelungselements 9 mit den segmentartig geteilten, schraublinienförmigen Federverriegelungsstücken 9a1...9a8 und dem Drehteil 106 mit den schraublinienförmig ansteigenden Sperrstücken 5, 5' erreicht.
