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Die Erfindung betrifft eine Steckverbindung mit einem rohrförmigen Innenteil, das auf seiner Außenseite eine radial vorspringende Schulter und einen sich von der Schulter längs einer zentralen Achse erstreckenden Endabschnitt aufweist, und mit einem Außenteil, das eine Öffnung zur Aufnahme des Endabschnitts des Innenteils und eine mit der Schulter zusammenwirkende Anlagefläche aufweist, wobei der Endabschnitt in der Öffnung relativ zum Außenteil drehbar und in einer in Umfangsrichtung definierten Position in der Öffnung festhaltbar ist.
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Eine Steckverbindung der angegebenen Art ist aus
GB 2 313 367 A zur Befestigung eines Deckels an einem Behälterhals bekannt. Der Behälterhals weist hierbei eine zickzackförmig gewellte, umlaufende Schulter und den tiefsten Stellen der Schulter gegenüberliegende Nocken auf. In der Öffnung des Deckels ist eine gleichermaßen gewellte, umlaufende Rippe ausgebildet, die zur Befestigung des Deckels die Nocken überspringen und zwischen den Nocken und der Schulter einschnappen kann. Da das Einschnappen der Rippe nur bei einer definierten Ausrichtung des Deckels gegenüber dem Behälterhals in Umfangrichtung möglich ist, muss der Deckel zum Schließen gleichzeitig gedreht und axial an den Behälterhals angedrückt werden. Das Erreichen einer Einschnappposition wird hierbei durch das Vorhandensein mehrerer hierfür vorhandener Stellungen und die Ungewissheit, ob die Einschnappposition durch Rechts- oder Linksdrehung schneller erreicht werden kann, erschwert.
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Aus
US 7 028 858 B2 ist ein Behälterverschluss bekannt, bei dem der Deckel an seiner Unterseite eine Vielzahl von Zähnen in Form gleichschenkliger Dreiecke aufweist, wobei der Behälterhals einige entsprechend geformte und entgegengerichtete Zähne hat, die in der Schließstellung in die dreieckigen Zwischenräume zwischen den Zähnen des Deckels eingreifen. Durch das Ineinandergreifen der Zähne kann der mit einer Schnappverbindung am Behälterhals fixierte Deckel durch Drehen im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn leichter geöffnet werden. Das Schließen des Deckels ist in vielen durch die Zahl der Zahnzwischenräume bestimmten Stellungen möglich, nicht aber in einer bestimmten Position.
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Bei einem aus
DE 42 30 432 C1 bekannten Handschreibgerät weist eine zum Abdecken der Schreibspitze bestimmte Kappe an ihrem offenen Ende eine wellenförmige, stirnseitige Anschlagfläche auf, die bei geschlossener Kappe an einer übereinstimmend gestalteten Gegenanschlagfläche des Schreibgeräts anliegt. Die durch federnde Rasten in der Schließstellung gehaltene Kappe kann mit Hilfe der wellenförmigen Anschlag- und Gegenanschlagflächen durch Drehen leicht gelöst werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steckverbindung der eingangs genannten Art zu schaffen, die leicht lösbar ist und die beim Zusammenstecken das Ausrichten des Innenteils gegenüber dem Außenteil in einer in Umfangsrichtung definierten Position auf einfache Weise ermöglicht.
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Die genannte Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
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Nach der Erfindung sind bei einer Steckverbindung der eingangs genannten Art am Endabschnitt oder in der Öffnung Führungsrippen angeordnet, die mit einem in der Öffnung oder an dem Endabschnitt angeordneten Führungsnocken in Eingriff gelangen und den Endabschnitt in die definierte Position drehen, wenn der Endabschnitt in die Öffnung eingesteckt wird.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass beim Zusammenstecken vom Innenteil und Außenteil ohne großen Kraftaufwand und ohne besondere Aufmerksamkeit der den Steckvorgang ausführenden Person Innenteil und Außenteil selbsttätig in die in Umfangsrichtung definierte Position, in der beide Teile miteinander verbunden werden sollen, gedreht werden. Das Positionieren der Teile erfolgt unabhängig von der Gestaltung der Schulter und der Anlagefläche, so dass diese in ihrer Form und eventuellen Steigung nicht festgelegt sind. Allenfalls in einer gegenüber der definierten Position extrem verdrehten Stellung der Teile kann sich ein das Stecken verhindernder Widerstand ergeben. In diesem Fall ist jedoch nur ein gegenseitiges Verdrehen der Teile um einen geringen Winkel erforderlich, um den Steckvorgang einzuleiten und die Teile in der definierten Position zu verbinden.
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Besonders vorteilhaft ist eine weitere Ausgestaltung der Steckverbindung, bei welcher am Endabschnitt oder in der Öffnung zwei gebogene Führungsrippen in Bezug auf eine axiale Mittelebene symmetrisch zueinander angeordnet sind, wobei die Mitten der beiden Führungsrippen diametral angeordnet sind und die Führungsrippen sich von ihrer Mitte aus in entgegengesetzte Umfangsrichtungen und in einer sich von dem Einsteckende des Endabschnitts bzw. der Öffnung entfernenden Richtung erstrecken und wobei die benachbarten Enden verschiedener Führungsrippen in einem solchen Abstand voneinander angeordnet sind, dass der Führungsnocken in der in Umfangsrichtung definierten Position zwischen den Enden hindurchtreten kann. Diese Ausgestaltung stellt einen vorteilhaften Kompromiss zwischen möglichem Schwenkwinkel und geringem Kraftaufwand zur Positionierung einerseits und geringer Baulänge von Endabschnitt und Öffnung andererseits dar.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn sich die Führungsrippe über einen Umfangswinkel von wenigstens 170° erstreckt, und ihr durchschnittlicher Steigungswinkel zwischen ihren Enden und ihrer Mitte 30° bis 45°, vorzugsweise 37,5° beträgt. Der Steigungswinkel ist der Winkel, den die Führungsrippe in der Abwicklung mit einer Umfangslinie bildet, die in einer zur Längsachse normalen Ebene liegt.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann die Führungsrippe auf der dem Einsteckende zugewandten Seite eine Führungsfläche und auf der entgegengesetzten Seite eine Freigabefläche aufweisen, wobei die Führungsfläche im Profil mit der Mantelfläche einen stumpfen Winkel bildet, der 120° bis 150°, vorzugsweise 135° beträgt. Die Freigabefläche bildet im Profil mit der Mantelfläche des Endabschnitts einen stumpfen Winkel, der wenigstens 160°, vorzugsweise 165° bis 175° beträgt.. Die somit steiler angestellte Führungsfläche gewährleistet eine gute Abstützung und Führung des Nockens beim Zusammenstecken der Steckverbindung, während die sehr viel flachere Freigabefläche beim Lösen der Steckverbindung ein leichtes Überspringen der Führungsfläche durch den Nocken ermöglicht.
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Für ein optimales Zusammenwirken mit der Führungsrippe kann der Nocken nach der Erfindung eine dem Einsteckende zugewandte, konvex gekrümmte Nockenfläche und eine dem Einsteckende abgewandte Rampenfläche aufweisen, wobei die Neigung der Nockenfläche an die Neigung der Führungsfläche und die Neigung der Rampenfläche an die Neigung der Freigabefläche angepasst ist. Sind zwei symmetrisch angeordnete Führungsrippen vorgesehen, so ist es vorteilhaft, wenn diese mit zwei diametral angeordneten Nocken zusammenwirken, so dass sich die Führungskräfte auf zwei Stellen verteilen.
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Die Gestaltung der erfindungsgemäßen Steckverbindung ist besonders vorteilhaft, wenn die Schulter und/oder die Anlagefläche zu einer zur Achse senkrechten Ebene zumindest teilweise derart geneigt ist, dass bei einer Drehung des Innenteils relativ zum Außenteil durch das Zusammenwirken von Schulter und Anlagefläche der in der Öffnung festgehaltene Endabschnitt zumindest teilweise aus der Öffnung heraus bewegbar und dadurch von dem Außenteil lösbar ist. Das Lösen der die Steckverbindung fixierenden Haltemittel bedarf somit keiner größeren axialen Abzugskräfte, sondern kann durch eine Drehbewegung mit relativ kleiner Kraft auf einfache Weise bewirkt werden. Hierbei ist von Vorteil, dass die Neigung der Schulter und/oder Anlagefläche wesentlich kleiner sein kann als die Steigung der Führungsrippen, wodurch eine relativ kleine Drehkraft zum Lösen der Steckverbindung erzielbar ist. Vorzugsweise beträgt die durch die Neigung der Schulter und/oder der Anlagefläche bewirkte Steigung maximal 50% der mittleren Steigung der Führungsrippen.
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Nach der Erfindung können die Schulter und/oder die Anlagefläche als geschlossene, zur Achse konzentrischer Ringfläche ausgebildet sein, die wenigstens einen zur einer zur zentralen Achse senkrechten Ebene geneigten Abschnitt aufweist. Die Schulter und/oder die Anlagefläche kann auch mit zwei entgegengesetzten geneigten Abschnitten versehen sein, um in jeder der beiden möglichen Drehrichtungen das Öffnen der Steckverbindung bewirken zu können. Die entgegengesetzt geneigten Abschnitte können auch so angeordnet sein, dass sie Innenteil und Außenteil bei geschlossener Steckverbindung in der in Umfangsrichtung definierten Position formschlüssig fixieren. In einer vorteilhaften Gestaltung haben die Schulter und die Anlagefläche übereinstimmend die Form einer endlosen Wellenlinie derart, dass sie nahtlos miteinander in Kontakt gebracht werden können, wenn sie die in Umfangsrichtung definierte Position einnehmen.
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Zur axialen Fixierung des Endabschnitts in der Öffnung des Außenteils können nach der Erfindung auf dem Endabschnitt und in der Öffnung Haltemittel angeordnet sein, die miteinander eine Rast-Schnappverbindung bilden. Vorzugsweise weist zur Bildung einer Rast-Schnappverbindung der Endabschnitt einen ringförmigen ersten Dichtwulst und die Öffnung einen ringförmigen zweiten Dichtwulst auf, wobei der zweite Dichtwulst einen Innendurchmesser hat, der um ein solches Maß kleiner ist als der Außendurchmesser des ersten Dichtwulstes, dass der zweite Dichtwulst beim Einstecken des Endabschnitts in die Öffnung unter der Wirkung einer axialen Kraft den ersten Dichtwulst überspringen kann, wobei die Dichtwulste derart angeordnet sind, dass sie sich in der ineinander gesteckten Verbindungsstellung der Steckverbindung entgegen der Einsteckrichtung aneinander abstützen. Diese Gestaltung der Rast-Schnappverbindung gewährleistet eine sichere Fixierung der ineinander gesteckten Teile und bewirkt gleichzeitig eine Abdichtung der Verbindungsstelle. Letzteres ist von Bedeutung, wenn die Steckverbindung dazu dient, einen Behälter dicht zu verschließen, wobei entweder das Außenteil oder das Innenteil als Verschlusskappe oder Verschlussstopfen ausgebildet sein kann.
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Vorteilhaft ist weiterhin, wenn der erste Dichtwulst zwischen der Schulter und den Führungsrippen angeordnet ist und der Endabschnitt zwischen dem ersten Dichtwulst und der Schulter einen Außendurchmesser hat, der einen dichten Kontakt mit dem zweiten Dichtwulst bewirkt. Hierdurch wird eine zweite Dichtstelle gebildet und damit die Dichtwirkung erhöht. Auf der dem Einsteckende zugewandten Seite kann sich erfindungsgemäß an den ersten Dichtwulst ein sich konisch zum Einsteckende hin verjüngender erster Abschnitt und ein sich daran anschließender zylindrischer zweiter Abschnitt mit einem Außendurchmesser anschließen, der kleiner ist als der Innendurchmesser zwischen den Nocken.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschreiben. Es zeigen
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1 einen Längsschnitt durch ein Außenteil nach der Erfindung,
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2 eine Ansicht eines Innenteils nach der Erfindung,
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3 einen zur Schnittebene in 1 senkrechten Querschnitt des Außenteils gemäß 1 und
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4 eine zur Ansicht gemäß 2 senkrechte Ansicht des Innenteils gemäß 2.
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Die in der Zeichnung dargestellte Steckverbindung besteht aus einen Außenteil 1 und einem Innenteil 2. Das Außenteil 1 hat die Form einer Hülse mit einer zylindrischen Mantelfläche 11 und einer durchgehenden zylindrischen Öffnung 10 zur Aufnahme eines Abschnitts des Innenteils 2. Ein Ende des Außenteils 1 ist als Einsteckende 12 ausgebildet und weist an seiner Stirnseite eine Anlagefläche 13 auf, die aus konvex gekrümmten Abschnitten 14 und konkav gekrümmten Abschnitten 15 gebildet ist, die im Wechsel aufeinander folgen und in der Abwicklung eine Wellenlinie bilden. Das andere Ende 16 des Außenteils 1 kann je nach Verwendung der Steckverbindung offen oder geschlossen sein. In der Öffnung 10 sind in einem Abstand von der Anlagefläche 13 zwei Nocken 17 diametral angeordnet. Die Nocken 17 sind zur Anlagefläche 13 so ausgerichtet, dass ihre gemeinsame axiale Mittelebene den Scheitel der konvexen Abschnitte 14, 15 schneidet. Die Nocken 17 haben auf ihrer dem Einsteckende 12 zugekehrten Seite eine im wesentlichen halbzylindrische Nockenfläche 18, die so geneigt ist, dass sie in der mit den Nocken 17 gemeinsamen axialen Mittelebene mit der Wand der Öffnung 10 einen stumpfen Winkel von etwa 110° bildet. Auf der dem Einsteckende 12 abgekehrten Seite sind die Nocken 17 mit einer im wesentlich ebenen Rampenfläche 19 versehen, die in der den Nocken 17 gemeinsamen Mittelebene mit der Wand der Öffnung einen stumpfen Winkel von etwa 160° bildet. Zwischen den Nocken 17 und der stirnseitigen Anlagefläche 13 ist in der Öffnung 10 ein nach innen vorspringender kreisringförmiger Dichtwulst 20 ausgebildet, der ein konvex gekrümmtes Oberflächenprofil hat. Der Dichtwulst 20 wie auch die Nocken 17 sind integraler Bestandteil des Außenteils 1, das vorzugsweise aus einem elastischen Kunststoff hergestellt ist. Alternativ kann der Dichtwulst 20 auch von einem separaten Dichtring gebildet sein, der in eine Ringnut im Außenteil eingesetzt ist.
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Das rohrförmige Innenteil 2 hat einen zylindrischen Abschnitt 21, der in Einsteckrichtung an einer Schulter 22 endet. Die Schulter 22 hat eine mit der Anlagefläche 13 des Außenteils 1 übereinstimmende Form, so dass die Schulter 22 und die Anlagefläche 13 nahtlos aneinander anstoßen können. An die Schulter 22 schließt sich ein in das Außenteil 1 einsteckbarer Endabschnitt 23 an, der durch einen im Abstand von der Schulter 22 angeordneten ringförmigen Dichtwulst 24 in einen vorderen Abschnitt 25 und einen hinteren Abschnitt 26 unterteilt ist. Der Dichtwulst 24 ist integraler Bestandteil des Innenteils 2, aus das ebenfalls aus einem elastischen Kunststoff hergestellt sein kann. Alternativ kann der Dichtwulst 24 von einem separaten in eine Ringnut eingesetzten Dichtring gebildet sein.
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Der hintere Abschnitt 26 hat eine zylindrische Mantelfläche, deren Außendurchmesser so groß bemessen ist, dass der Dichtwulst 20 im Außenteil 1 sich dichtend an den Abschnitt 26 anlegen kann. Der Außendurchmesser des Dichtwulstes 24 ist im wesentlich gleich dem Innendurchmesser der Öffnung 10 im Außenteil 1. Der vordere Abschnitt 25 hat eine zylindrische Mantelfläche, deren Außendurchmesser etwas kleiner ist als der Abstand zwischen den Nocken 17 im Außenteil 1, so dass die Nocken 17 beim Einstecken des Innenteils 2 in das Außenteil 1 ohne nennenswerten Widerstand über den vorderen Abschnitt 25 hinweggleiten können. Zwischen der zylindrischen Mantelfläche des vorderen Abschnitts 25 und dem Dichtwulst 24 ist eine konische Übergangsfläche 27 ausgebildet, die ein radiales Aufweiten des Dichtwulstes 20 und sein Hinweggleiten über den Dichtwulst 24 erleichtern soll.
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Auf dem vorderen Abschnitt 25 sind in symmetrischer Anordnung zu einer axialen Mittelebene, welche die konvexen Abschnitte der Schulter 22 in der Mitte schneidet, gebogene Führungsrippen 30 angeordnet. Die Mitten der Führungsrippen 30 befinden sich am Einsteckende des Abschnitts 25 und sind diametral angeordnet. Jede Führungsrippe 30 erstreckt sich von ihrer Mitte aus nach beiden Seiten entlang der Mantelfläche des Abschnitts 25 in Richtung der Symmetrieebene und in Richtung des Dichtwulstes 24. Die einander gegenüber liegenden Enden 32 der Führungsrippen 30 befinden sich in einem Abstand von dem Dichtwulst 24 und haben einen Abstand voneinander, der etwa dem Durchmesser der Nocken 17 in Umfangsrichtung gemessen entspricht. Auf ihren dem Einsteckende 12 zugewandten Seiten haben die Führungsrippen 30 eine Führungsfläche 33, die zur Mantelfläche des Abschnitts 25 derart geneigt ist, dass im Profil die Führungsfläche 33 mit der Mantelfläche des Abschnitts 25 einen stumpfen Winkel bildet, der 120° bis 150°, vorzugsweise 135° beträgt. Auf der dem Einsteckende 12 abgewandten Seite haben die Führungsrippen 30 eine Freigabefläche 34 von solcher Neigung, dass im Profil die Schnittkante der Freigabefläche 34 mit der Schnittkante der Mantelfläche einen stumpfen Winkel bildet, der wenigstens 160°, vorzugsweise 165° bis 175° beträgt. Die Freigabeflächen 34 haben die Aufgabe, beim Trennen der Steckverbindung das Hinweggleiten der Nocken 17 über die Führungsrippen 30 zu erleichtern. Die Führungsflächen bewirken einen guten Gleiteingriff der Nocken. Die Höhe der Führungsrippen 30 ist so bemessen, dass der Außendurchmesser im Bereich der Führungsrippen 30 dem Innendurchmesser des Dichtwulstes 20 entspricht, damit der Dichtwulst 20 ohne nennenswerten Widerstand über die Führungsrippen 30 hinweggleiten kann.
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Die Steigung der Führungsfläche 33 in axialer Richtung in Bezug auf eine radiale Ebene beträgt zwischen den Enden 32 und der Mitte 31 im Durchschnitt 77%, das entspricht einem Steigungswinkel von 37,5°. Durch ihre Wellenform aus konkaven und konvexen Abschnitten haben auch die Schulter 22 und die Anlagefläche 13 eine Steigung in axialer Richtung, die jedoch kleiner ist als die Steigung der Führungsflächen 33. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die durchschnittliche Steigung der Schulter 22 bzw. der Anlagefläche 13 auf einem Viertel des Umfangs etwa 50% der Steigung eines entsprechenden Abschnitts der Führungsrippen 30. Noch kleinere Steigungen der Schulter bzw. der Anlagefläche sind ebenfalls möglich.
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Das Schließen der Steckverbindung und damit das Verbinden von Innenteil 2 und Außenteil 1 erfolgt durch Einstecken des Endabschnitts 23 in die Öffnung 10. Bei diesem Vorgang gelangen je nach vorheriger Ausrichtung die Nocken 17 früher oder später mit den Führungsflächen 33 der Führungsrippen 30 in Kontakt, wobei sie unter der Wirkung einer axialen Steckkraft an den Führungsrippen 30 in Richtung der Enden 32 entlang gleiten und dadurch ein gegenseitiges Verdrehen von Außenteil 1 und Innenteil 2 in Richtung der in Umfangsrichtung definierten Verbindungsposition bewirken. Die vorgesehene Verbindungsposition ist errecht, wenn die Nocken 17 sich zwischen den Enden 32 befinden. In dieser Stellung liegen die konvexen Abschnitte 14 der Anlagefläche 13 den konkaven Abschnitten der Schulter 22 mittig ausgerichtet gegenüber. Durch weitere axiale Annäherung gelangt nun der Dichtwulst 24 mit der Übergangsfläche 27 in Kontakt.
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Durch Erhöhung der axialen Steckkraft kann er unter elastischer Dehnung des Außenteils 1 in diesem Bereich über den Dichtwulst 24 hinweggedrückt werden. Nach Überspringen des Dichtwulstes 24 federt der Dichtwulst 20 in seine Ausgangslage zurück und legt sich dichtend an die Mantelfläche des hinteren Abschnitts 26 an. Gleichzeitig gelangt die Anlagefläche 13 in Kontakt mit der Schulter 22 und verhindert dadurch ein weiteres Eindringen des Endabschnitts 23 in die Öffnung 10. In dieser Endstellung liegt der Dichtwulst 20 mit seinem dem Einsteckende 12 abgekehrten Seite an der der Schulter 22 zugekehrten Seite des Dichtwulstes 24 an, so dass eine formschlüssige und spielfreie axiale Fixierung von Außenteil und Innenteil gegeben ist. Der Kontakt zwischen den Dichtwulsten 20, 24 trägt außerdem zusätzlich zur Abdichtung bei. Die Nocken 17 befinden sich in der ineinander gesteckten Endstellung von Innenteil 2 und Außenteil 1 außerhalb des Zwischenraums zwischen den Enden 32 der Führungsrippen 30 und in Anlage an der Übergangsfläche 27.
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Zum Lösen der Steckverbindung werden das Außenteil 1 und das Innenteil 2 in beliebiger Drehrichtung gegeneinander verdreht. Hierbei bewirkt die flachere Steigung von Schulter 22 und Anlagefläche 13 ein Herausdrücken des Endabschnitts 23 aus der Öffnung 10, wobei der Dichtwulst 24 durch den Dichtwulst 20 hindurchgedrückt wird. Die Nocken 17 gelangen bei dieser schraubenlinienförmigen Relativbewegung in einen den Freigabeflächen 34 benachbarten Bereich. Sobald der Dichtwulst 24 durch den Dichtwulst 20 hindurchgedrückt ist, sind Außenteil 1 und Innenteil 2 nur noch lose miteinander verbunden und können durch axiales Auseinanderziehen voneinander getrennt werden. Die Nocken 17 gleiten hierbei ohne nennenswerten Widerstand mit Hilfe der Freigabeflächen 34 über die Führungsrippen 30 hinweg.
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Die beschriebene Steckverbindung eignet sich für zahlreiche Anwendungen, insbesondere bei rohrförmigen Körpern. Das Innenteil eignet sich bevorzugt als Hals von Flaschen und ähnlichen Behältern, die mittels einer vom Außenteil gebildeten Verschlusskappe verschließbar sind. Die Gestaltung der Steckverbindung hat den Vorteil, dass das Schließen durch eine einfache axiale Bewegung ohne besondere Vorausrichtung von Innenteil und Außenteil erfolgen kann. Zum Öffnen genügt eine leichte Drehbewegung, die aufgrund der geringen Steigung von Schulter und Anlagefläche keinen großen Kraftaufwand erfordert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- GB 2313367 A [0002]
- US 7028858 B2 [0003]
- DE 4230432 C1 [0004]
