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Die Erfindung betrifft ein Betätigungselement, insbesondere Hebel oder Schraubenschlüssel, das einen Griff und ein Mittel zum Angreifen an einen mit dem Betätigungselement zu betätigenden Gegenstand aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung des Betätigungselements.
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Solche Betätigungselemente sind als Maulschlüssel, Ringschlüssel, Steckschlüssel sowie Hebel, z.B. zur Verstellung von Ventilen oder Kugelhähnen, durch Benutzung bekannt und werden herkömmlich vollständig aus metallischem Werkstoff hergestellt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Gewicht des Betätigungselements der eingangs genannten Art zu verringern.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Griff und das Angreifmittel zumindest teilweise aus Kunststoff gebildet sind und das Angreifmittel ein in den Kunststoff eingebettetes Verstärkungsmittel umfasst, das eine größere Festigkeit und/oder eine größere Steifigkeit als der den Griff bildende Kunststoff aufweist.
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Dank der Verwendung des Kunststoffs lässt sich das Gewicht des erfindungsgemäßen Betätigungselements im Vergleich zu den bekannten Betätigungselementen aus Metall um bis zu 60 % reduzieren. Das Verstärkungsmittel ist zweckmäßigerweise aus einem metallischen Werkstoff, vorzugsweise Stahl, aus einem keramischen Werkstoff, z.B. Al2O3, oder aus einem weiteren Kunststoff, der eine größere Festigkeit als der den Griff bildende Kunststoff aufweist, gebildet. Es verleiht dem Betätigungselement eine größere Steifigkeit, nimmt die mechanischen Belastungen auf, die im Kontaktbereich zwischen dem Angreifmittel und dem Gegenstand auftreten und gibt dem Betätigungselement eine ausreichend große mechanische Stabilität für die Handhabung des Gegenstands. Insbesondere wird durch das Verstärkungsmittel vermieden, dass der Kunststoff bei Benutzung des Betätigungselements in dem Kontaktbereich zwischen dem Angriffsmittel und dem Gegenstand mechanisch so stark beansprucht wird, dass er sich aufgrund der im Kontaktbereich anliegenden Kräfte verformt. Darüber hinaus kann wesentlich einfacher auf das Aussehen des Betätigungselements Einfluss genommen werden. So kann der Kunststoff und damit das Betätigungselement insgesamt zum einen in verschiedenen Farben vorgesehen werden. Zum anderen können Prägungen auf der Betätigungselementoberfläche, z.B. um Informationen über die Art des Betätigungselements oder dessen Hersteller vorzusehen, bei der Herstellung vergleichsweise einfach geändert werden, indem ein entsprechender Prägeeinsatz einer für die Betätigungselementherstellung vorgesehen Gussform ausgetauscht wird.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Verstärkungsmittel in einem Oberflächenbereich des Betätigungselements, der zum unmittelbaren Angreifen an den Gegenstand vorgesehen ist, zur Vermeidung von Verschleiß frei von dem Kunststoff. Zweckmäßigerweise ist das Verstärkungsmittel außerhalb des genannten Oberflächenbereichs des Betätigungselements, der zum unmittelbaren Angreifen an den Gegenstand vorgesehen ist, vollständig von dem Kunststoff umgegeben. Das Verstärkungsmittel kann dann zwar unmittelbar zwischen dem Betätigungselement und dem Gegenstand wirkende Kräfte aufnehmen, es ist aber kaum sichtbar, sodass das Betätigungselement ein einheitliches Aussehen aufweist. Darüber hinaus wird das Verstärkungsmittel dadurch besonders stabil in dem Kunststoff fixiert.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ragt das Verstärkungsmittel zur Kraftübertragung vom Angreifmittel auf den Griff in den Griff hinein. Es hat sich als besonders geeignet erwiesen, das Verstärkungsmittel derart in dem Betätigungselement anzuordnen, dass es in Richtung der Längsachse des Betätigungselements mit zumindest 20 %, vorzugsweise zumindest 30 %, seiner Länge und/oder über eine Länge von zumindest 5 %, vorzugsweise zumindest 7 %, der Länge des Griffs in den Griff hineinragt.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Betätigungselement zwischen dem Griff und dem Angreifmittel mit einer Krümmung versehen, die vorzugsweise einen Krümmungswinkel von 10° ≤ α ≤ 30°, bevorzugt von 15° ≤ α ≤ 25°, aufweist. Das Verstärkungsmittel ist zweckmäßigerweise im selben oder zumindest in einem von dem Krümmungswinkel um maximal 5° abweichenden Winkel wie das Betätigungselement gekrümmt.
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Zweckmäßigerweise ist das Verstärkungsmittel mit einer zum Angreifen des jeweiligen Gegenstands angepassten Innen- und/oder Außenkontur versehen, wobei die Innen- und/oder Außenkontur vorzugsweise eine Negativform des Bereichs des Gegenstands bildet, an dem mit dem Betätigungselement anzugreifen ist. Während es vorstellbar wäre, das Verstärkungsmittel strangförmig, ggf. mit rundem oder polygonalem Querschnitt, vorzusehen, weist es in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Form einer Platte auf, die mit einer Aussparung versehen ist, deren Rand die Innen- und/oder Außenkonturen bildet.
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Das Verstärkungsmittel ist zweckmäßigerweise bezogen auf die Höhe des Angreifmittels mittig in dem Angreifmittel angeordnet, d.h. dass im Angreifmittel der Kunststoff unter- und oberhalb des Verstärkungsmittels in gleichgroßer Dicke gebildet ist. Allerdings könnte das Verstärkungsmittel auch versetzt zur Mitte angeordnet werden, um das Drehmoment, das beim Handhaben des Gegenstands aufgrund der Krümmung des Griffs im Verhältnis zum Angreifmittel wirkt, zu verringern. Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Verstärkungsmittel in der Richtung versetzt zur Mitte anzuordnen, in der die Krümmung gebildet ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Griff einen, vorzugsweise vollständig geschlossenen, Hohlraum auf. Vorteilhaft lässt sich dadurch das Gewicht des Betätigungselements weiter reduzieren, die Menge an Kunststoff, die zur Herstellung des Betätigungselements notwendig ist, verringern und darüber hinaus die mechanische Stabilität und Steifigkeit des Betätigungselements, insbesondere des Griffs, verbessern. Verglichen mit einem Griff ohne Hohlraum, zu dessen Herstellung dieselbe Menge an Kunststoff verwendet worden ist, weist der erfindungsgemäße Griff mit dem Hohlraum ein größeres Flächenträgheitsmoment auf.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Betätigungselement, vorzugsweise der Griff oder/und das Angreifmittel, mit einem Mittel zum berührungslosen Zusammenwirken mit dem Gegenstand, vorzugsweise ein Magnet oder/und ein Elektronikbauteil, insbesondere ein Funksender, z.B. ein RFID-Transponder oder dergleichen, versehen.
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Das Zusammenwirkungsmittel ist zweckmäßigerweise dazu vorgesehen, mit einem, vorzugsweise magnetischen, Näherungsschalter, einem anderen Mittel zur Positionserkennung oder/und einem Funkempfänger, z.B. einem RFID-Lesegerät, des Gegenstands zusammenzuwirken. Beispielsweise könnte vorgesehen sein, dass der Gegenstand, insbesondere das genannte Ventil oder der genannte Kugelhahn, der mit dem Betätigungselement gehandhabt werden soll, mit einer Sperreinrichtung versehen ist und sich die Sperreinrichtung lediglich dann entsperren lässt, wenn der Gegenstand mit einem Betätigungselement betätigt wird, das mit einem entsprechenden Zusammenwirkungsmittel versehen ist. Das Zusammenwirkungsmittel ist vorzugsweise vollständig in den Kunststoff eingebettet, um es vor Einwirkung von außen zu schützen. Das Zusammenwirkungsmittel lässt sich besonders vorteilhaft bei dem in Patentanspruch 1 definierten Betätigungselement einsetzen. Es wäre aber auch vorstellbar, das Zusammenwirkungsmittel bei anderen Betätigungselementen mit Griff und Angreifmittel vorzusehen, z.B. bei solchen aus Kunststoff, die kein Verstärkungsmittel aufweisen oder ein Verstärkungsmittel umfassen, das keine größere Festigkeit und/oder Steifigkeit aufweist als der den Griff bildende Kunststoff.
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Wie eingangs genannt kann das Betätigungselement ein Schraubenschlüssel, insbesondere ein Maulschlüssel, Ringschlüssel, Steckschlüssel, oder ein Hebel, z.B. von Ventilen oder Kugelhähnen, sein.
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In einer Ausführungsform der Erfindung werden die aus dem Kunststoff bestehenden Teile des Griffs und des Angreifmittels, vorzugsweise in einem einzigen Arbeitsschritt, durch Spritzgießen gebildet. Das Verstärkungsmittel wird dabei zweckmäßigerweise in einer Spitzgussform in der Position gehalten, die es im Betätigungselement einnehmen soll und der Kunststoff um das Verstärkungsmittel herum angeordnet. Der Kunststoff ist vorzugsweise ein Thermoplast oder ein Duroplast. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, den Kunststoff von einem Ende der Form aus, das von der Stelle, an der das Verstärkungsmittel angeordnet ist, abgewandt ist, in die Spritzgussform einzuspritzen. Zwar kühlt der Kunststoff beim Durchdringen der Spritzgussform hin zu dem Verstärkungsmittel ab. Er weist dort bei geeigneter Einstellung der Spritzgussparameter aber noch eine ausreichend geringe Viskosität auf, um das Verstärkungsmittel wie oben erläutert einzubetten.
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Um den Griff mit einem Hohlraum versehen zu können, wird der aus dem Kunststoff bestehende Teil des Griffs und des Angreifmittels in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung mittels Fluidinjektion, vorzugsweise unter Verwendung von Gas oder Wasser als Fluid, hergestellt. Dabei wird zweckmäßigerweise zunächst in einer geeigneten Menge der Kunststoff in die Gussform eingespritzt und anschließend, ggf. zumindest zeitweise gleichzeitig mit dem Kunststoff, zur Bildung des Hohlraums im Griff das Fluid in die Gussform gegeben. Auch für die Fluidinjektion hat es sich als geeignet erwiesen, den Kunststoff und ggf. das Fluid von einem Ende oder einer Seite der Gussform aus in die Gussform zu geben, die von einem Bereich der Gussform, in dem das Angreifmittel zu bilden ist, abgewandt ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den beiliegenden Zeichnungen, die sich auf die Ausführungsbeispiele beziehen, näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Betätigungselement in verschiedenen Ansichten,
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2 ein Bauteil des Betätigungselements nach 1 in verschiedenen Ansichten, und
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3 und 4 weitere erfindungsgemäße Betätigungselemente.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Betätigungselement 1 dargestellt, das einen Hebel bildet, mittels dessen sich beispielsweise ein Ventil oder ein Kugelhahn (hier nicht gezeigt) betätigen lässt. Das Betätigungselement 1 umfasst einen Griff 2 und einen Kopfbereich 3, der mit einer polygonalen Aussparung 4 versehen ist, mittels derer an einem Gegenstück des Ventils bzw. des Kugelhahns angegriffen werden kann, das eine der Form der Aussparung 4 entsprechende Außenkontur aufweist, die eine formschlüssige Verbindung zulässt. Wie insbesondere den 1b, c und d zu entnehmen ist, ist zur mechanischen Verstärkung der Aussparung 4 im Inneren des Betätigungselements 1 ein Verstärkungselement 5 angeordnet, das, wie insbesondere 2 zu entnehmen ist, plattenförmig ist und mit einer Aussparung 7 versehen ist, die dieselben Innenkonturen wie die genannte Aussparung 4 aufweist.
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Der Griff 2 und ein das Verstärkungselement 5 umgebender Bereich des Kopfbereichs 3 sind vollständig aus Kunststoff, z.B. Thermoplast, gebildet. Abgesehen von Innenflächen 8 der Aussparung 7 des Verstärkungselements 5, die zum unmittelbaren Angriff an dem Ventil bzw. dem Kugelhahn vorgesehen sind, ist das Verstärkungselement 5 in den Kunststoff eingebettet. Das Verstärkungselement 5 ist aus einem Werkstoff gebildet, der eine größere Festigkeit als der Kunststoff des Griffs 2 aufweist. Dieser Werkstoff kann ein weiterer Kunststoff, der eine größere Festigkeit und/oder Steifigkeit aufweist als der zur Bildung des Griffs 2 verwendete Kunststoff, z.B. ein Duroplast, ein Metall oder ein Keramikwerkstoff.
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Das Betätigungselement 1 ist zwischen dem Kopfbereich 1 und dem Griff 2 gekrümmt. Das Verstärkungselement 5 ist entsprechend der Krümmung des Betätigungselements 1 gekrümmt und derart geformt und im Betätigungselement 1 angeordnet, dass es von dem Kopfbereich 3 in den Griff 2 vorsteht, damit auf das Verstärkungselement 5 wirkende Kräfte in den Griff 2 übertragen werden können.
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Wie insbesondere 1b, c und d zu entnehmen ist, ist in dem Griff 2 zur Verringerung des Gewichts und zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Griffs 2 ein Hohlraum 6 gebildet.
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Das Betätigungselement 1 lässt sich in gleicher Weise benutzen wie ein herkömmliches, vollständig aus Metall gebildetes Betätigungselement, hat aber den Vorteil, dass es wesentlich leichter ist, sich in verschiedenen Farben und kostengünstiger herstellen lässt.
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Zur Herstellung des Betätigungselements 1 wird das Verstärkungselement 5 in der entsprechenden Position in einer geeigneten Spritzgussform gehalten und der Kunststoff in einem einzigen Arbeitsschritt derart in die Spritzgussform gespritzt, dass das Verstärkungselement 5, wie in 1 dargestellt, in den Kunststoff eingebettet wird. Der Kunststoff wird von einer Stelle der Spritzgussform aus, in der ein Ende 9 des Griffs 2 gebildet wird, in die Spritzgussform eingespritzt. Als besonders vorteilhaft erweist sich die Einspritzung an der genannten Stelle, wenn ein Fluidinjektionsverfahren mit Wasser oder Gas benutzt wird, bei dem zunächst Kunststoff allein und anschließend Wasser bzw. Gas und/oder gleichzeitig Kunststoff und Wasser bzw. Gas eingegeben wird, um den Hohlraum 6 im Griff 2 zu bilden.
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Es wird nun auf die 3 und 4 Bezug genommen, in denen gleiche oder gleichwirkende Teile mit derselben Bezugszahl wie in 1 und 2 bezeichnet sind und der betreffenden Bezugszahl jeweils ein Buchstabe beigefügt ist.
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In einem weiteren, in 3a gezeigten erfindungsgemäßen Betätigungselement 1a ist ein Verstärkungselement 5a abweichend von dem Ausführungsbeispiel nach 1 im Kopfbereich 3a bezogen auf die Höhe des Kopfbereichs 3a von der Mitte des Kopfbereichs 3a in eine Richtung versetzt angeordnet, in der ein Griff 2a des Betätigungselements 1a zu dem Kopfbereich 3a gebogen ist, um ein durch die Krümmung bei Arbeit mit dem Betätigungselement 1a verursachtes Drehmoment zu verringern.
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Bei einem in 3b gezeigten erfindungsgemäßen Betätigungselement 1b sind zwei im Abstand voneinander angeordnete Verstärkungselemente 3b vorgesehen worden, um eine größere mechanische Verstärkung des Betätigungselements 1b zu erreichen.
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Ein weiteres erfindungsgemäßes Betätigungselement 1c, das in 4 dargestellt ist, ist in seinem Griff 2c mit einem Magneten oder einem RFID-Chip 10 versehen. Der Magnet bzw. der RFID-Chip 10, der vollständig in den Kunststoff eingebettet und somit gegen Einwirkung von außen geschützt ist, ist dazu vorgesehen, mit einem Näherungssensor bzw. einem RFID-Lesegerät des Ventils bzw. des Kugelhahns zusammenzuwirken. Der Näherungssensor bzw. das RFID-Lesegerät 12 können beispielsweise Teil einer Sperreinrichtung des Ventils bzw. des Kugelhahns sein, die eine Positionsverstellung nur dann zulässt, wenn der Magnet bzw. der RFID-Chip in die Nähe gelangt und von dem Näherungssensor bzw. dem RFID-Lesegerät detektiert wird. Vorteilhaft kann dadurch sichergestellt werden, dass das Ventil bzw. der Kugelhahn lediglich mit dafür vorgesehenem Betätigungselement geöffnet oder geschlossen werden kann.
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Es versteht sich, dass der Kopfbereich 3, 3a, 3b, 3c des Betätigungselements 1, 1a, 1b, 1c je nach Bedarf auch eine andere Form aufweisen könnte, z.B. könnte er wie bei einem Maul-, einem Ring- oder einem Steckschlüssel geformt sein und/oder andere als die gezeigten Konturen aufweisen.
