EP0836576B2 - Federnde scharnieranordnung, z.b. für einteilig gespritzte kunststoffverschlüsse - Google Patents

Federnde scharnieranordnung, z.b. für einteilig gespritzte kunststoffverschlüsse Download PDF

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EP0836576B2
EP0836576B2 EP96923931A EP96923931A EP0836576B2 EP 0836576 B2 EP0836576 B2 EP 0836576B2 EP 96923931 A EP96923931 A EP 96923931A EP 96923931 A EP96923931 A EP 96923931A EP 0836576 B2 EP0836576 B2 EP 0836576B2
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EP
European Patent Office
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hinge
elements
hinge arrangement
pressure
tension
Prior art date
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EP96923931A
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EP0836576B1 (de
EP0836576A1 (de
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Rudolf Rentsch
Louis Lagler
Bruno Streich
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Creanova AG
Original Assignee
Creanova AG
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D47/00—Closures with filling and discharging, or with discharging, devices
    • B65D47/04—Closures with discharging devices other than pumps
    • B65D47/06—Closures with discharging devices other than pumps with pouring spouts or tubes; with discharge nozzles or passages
    • B65D47/08—Closures with discharging devices other than pumps with pouring spouts or tubes; with discharge nozzles or passages having articulated or hinged closures
    • B65D47/0804—Closures with discharging devices other than pumps with pouring spouts or tubes; with discharge nozzles or passages having articulated or hinged closures integrally formed with the base element provided with the spout or discharge passage
    • B65D47/0809—Closures with discharging devices other than pumps with pouring spouts or tubes; with discharge nozzles or passages having articulated or hinged closures integrally formed with the base element provided with the spout or discharge passage and elastically biased towards both the open and the closed positions
    • B65D47/0814—Closures with discharging devices other than pumps with pouring spouts or tubes; with discharge nozzles or passages having articulated or hinged closures integrally formed with the base element provided with the spout or discharge passage and elastically biased towards both the open and the closed positions by at least three hinge sections, at least one having a length different from the others
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05D—HINGES OR SUSPENSION DEVICES FOR DOORS, WINDOWS OR WINGS
    • E05D1/00—Pinless hinges; Substitutes for hinges
    • E05D1/02—Pinless hinges; Substitutes for hinges made of one piece
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES E05D AND E05F, RELATING TO CONSTRUCTION ELEMENTS, ELECTRIC CONTROL, POWER SUPPLY, POWER SIGNAL OR TRANSMISSION, USER INTERFACES, MOUNTING OR COUPLING, DETAILS, ACCESSORIES, AUXILIARY OPERATIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, APPLICATION THEREOF
    • E05Y2999/00—Subject-matter not otherwise provided for in this subclass
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S16/00—Miscellaneous hardware, e.g. bushing, carpet fastener, caster, door closer, panel hanger, attachable or adjunct handle, hinge, window sash balance
    • Y10S16/13—Plastic hinge

Definitions

  • the present invention relates to a hinge according to the preamble of claim 1.
  • a so-called snap effect should be brought about regularly with such hinges for plastic closures .
  • a snap effect is understood to mean opening the hinge automatically after a certain forced initial deflection (dead center) of the hinge system and an analogous effect when closing, in that the hinge automatically returns to a closed position after a dead center has been exceeded. This effect is basically taken over by special spring elements.
  • the snap force and the angle of action are characteristic quantities.
  • the snap force is the resistance that the hinge system has to opening and closing.
  • the angle of action is defined by the area which the hinge parts independently overcome due to the spring action and is thus determined by the area between the rest positions of the hinge parts.
  • European patent EP 0 056 469 describes a hinge for a plastic closure, whose axis of rotation by a defined, the lid and main film hinge connecting the closure body is formed and clearly defined.
  • the A snap effect is achieved by interacting with the side this main hinge arranged spring arms reached.
  • the snap effect is based on one embodiment on the bend of U-shaped intermediate elements in other embodiments on one Bending wall areas of the closure parts, wherein usually the cap has a bend in the middle experiences.
  • the snap effect also comes here caused by bending effects around the narrow side.
  • U.S. Patent No. 5,148,912 describes one Hinge arrangement for a closure with a closure body and lid, with which the closure has the same circular cross section as the closure body itself. Lid and closure body are via two flexible, belt-like connecting arms that are trapezoidal, connected. These connecting arms are flexible and over Thin spots on the closure and on the closure body attached.
  • the hinge-side film hinges the thin spots are arranged at an angle to one another. If you look at the closure from behind, so these film hinges are inevitably random arranged in the form of a V open at the bottom.
  • the arrangement of the two lid-side film hinges is mirror-symmetrical. This hinge points not a good snap effect because there are no suitable ones Spring forces can be built up.
  • the known hinge arrangements have various disadvantages. With all known hinges with a major axis against which Tension straps or similar elements are staggered (joint axis offset), there is a need to this main axis for convex injection molding closures outside the closure outer contours to arrange. The above elements are however out technical and aesthetic reasons undesirable. Another disadvantage is that the snap effect because of the difficult mechanical influences is unpredictable and regular to one insufficient snap effect or too impermissible Material stresses leads. Another disadvantage is the fact that conventional hinge arrangements only unpredictable and insufficient angles of action enable that often only at about 100 ° lie. It is because of the well known principles unpredictable mode of action particularly disadvantageous, that for a design-wished, new locking geometry each complex prototype series must be made to a technically to achieve satisfactory closure kinematics.
  • the one with conventional closures Main hinge means that the locking parts in the Spray condition must be very close to each other.
  • the corresponding injection mold therefore has the Disadvantage that the wall thicknesses in this area, due to the inevitable connection between the Closure bodies must be made very thin.
  • the subsequent cooling and wear problems have a negative effect on the cycle time and the service life of the injection mold.
  • Hinge arrangements which are made in one piece from plastic can be injected is that only systems can be achieved with a maximum of one snap effect can.
  • a maximum of one snap effect can be achieved for the opening process of the closure beyond a maximum of one Dead center reached a maximum of two rest positions. These rest positions are essentially the open and the closed Condition of the closure. Because of the regular occurring plastic deformations falls the open rest position is not with the position in the injection molding state together.
  • the mechanical effects that work such closures are based on essential spiral spring effects.
  • the energy that needs is used to deform a bending element by means of bending, determines the snap force of the hinge. Becomes an element of a bend relevant to this effect the corresponding bending deformations are exposed these elements are large compared to it characteristic sizes (e.g. thickness of a bending plate) or the spiral springs have in the unloaded Condition a considerable spatial expansion.
  • the necessary functional elements of conventional hinge arrangements like main hinge and straps, not Realize more or lead to insufficient Snap effects or impermissible material stress.
  • Another limitation is that the closures in the area of the hinge are necessarily have a convex outer contour have to.
  • the hinge parts are advantageous, for example, when an obstacle area has to be overcome. But the movement path also has a meaning when the two hinge parts functionally interact Contain elements.
  • the two hinge parts functionally interact Contain elements.
  • plastic closures it is essential that the pouring spout with its sealing counterpart meet at a favorable angle to achieve an optimal seal.
  • the invention enables a hinge system which has two or more essentially tension-free rest positions and intermediate dead points during the opening and closing process.
  • the states beyond the dead centers are predetermined and controlled.
  • the functional, mechanical effects are no longer bending effects around the narrow side, but coordinated pulling and pushing effects with their possible secondary appearances. If functionally important elements of the present invention are subjected to bending, this is only secondary. Such bending deformations are prevented as far as possible by appropriate technical measures (e.g. rigid design of the pressure element concerned).
  • the hinge type according to the invention draws further characterized by the fact that z. B. with sprayed one-piece plastic closures none protrude disruptive parts from the closure contour.
  • the idea of the invention aims at the necessary design and concentrate functional elements that an essentially predictable Kinematics of the closure is achieved while ensuring that the end positions and the intermediate resting positions of the closure largely are tension-free.
  • the snap force is exclusive through the concentrated, between the hinge parts lying, functional elements.
  • cover and closure body of a plastic closure can with freely definable stiffness and largely any geometry.
  • the invention has no fixed main motion axis. At any point in the movement process, only a momentary, non-fixed pivot axis can be determined, which can also be skewed at times.
  • This virtual axis which moves during the movement process, is not physically present and does not coincide with a structural part of the hinge. Nevertheless, the cover parts move on the intended path and reliably reach the end position intended for them. The position and movement of this virtual axis and thus the relative movement of the hinge parts are significantly influenced and controlled via the geometric structure of the hinge mechanism.
  • the hinge according to the invention which articulates at least two hinge parts, consists of one or more tilting steps, each of which is bordered by rigid intermediate members or the hinge parts themselves.
  • a single tilting step has the purpose of giving the hinge a certain partial snap force and partial angle (in relation to the total opening / closing movement) and is responsible for a snap effect. If several tilt levels are connected in series, the hinge receives the same number of snap effects as tilt levels. When opening or closing, the hinge passes as many dead centers as there are tilting stages connected in series. Each flip-flop thus carries a certain proportion of the total angle of effect.
  • the corresponding partial angle can assume a certain desired size through a corresponding geometric arrangement of the functionally important elements of a tilting step. A relationship between the partial angle of a tilting step and the geometric arrangement exists and is used in a targeted manner.
  • FIG. 1 shows a schematic representation the functional elements of a flip-flop 1 in the closed Status.
  • the flip-flop contains two pressure elements 2.1, 2.2, which are articulated, e.g. via film hinges, connected with two intermediate links 20, 21 are.
  • Two tension elements 3.1 and 3.2 are parallel to arranged these pressure elements.
  • Between Pressure elements 2.1, 2.2 and the two tension elements 3.1, 3.2 two thrust elements 4.1 and 4.2 are arranged.
  • the flip-flop thus has two functional groups, namely two connecting elements 5.1, 5.2, which in turn one push element 2, one pull element 3 and contain a thrust element 4.
  • the functionally important ones Elements are articulated with the stiff pontics 20 and 21 connected. This flexibility can with plastic injection molded lids with the help of thin points or analogous arrangements can be achieved.
  • the intermediate links 20 and 21 limit the here Tilt level 1 or the tilt level is directly with here Hinge parts not shown directly connected.
  • the pressure and tension elements act as compression springs or as elastic Spring elements and cause the spring effect per connecting element. If the critical dead center is reached, the flip-flop jumps into the open one without further action Position.
  • the proportion and arrangement of the pressure 2.1, 2.2 and tension elements 3.1, 3.2 are determined in such a way that optimized angles of action and snap forces occur. It is essential that the required in the pressure element Pressure forces initiated and without buckling can be included. This is the thickness of the Pressure elements in relation to the thickness of the tension elements to consider. Insufficient thickness of the printing elements leads to unfavorable snap behavior.
  • the end points of the pressure and tension element of a connecting element 5.1, 5.2 make an angle ⁇ one, which will be explained further below, according to the invention to achieve the desired partial angle Flip-flop is used.
  • closures of different shapes or designs even if they are based on the same principle, have very different snap effects and different snap forces.
  • Certain versions of these closures even completely miss a snap effect, although this is an explicit target of corresponding patent specifications.
  • the reason for this lies in the complex mechanical processes on which such hinges are based, or in the fact that the hinge parts themselves make a significant contribution to the functioning of the closure and thus, even with slight changes in geometry, effects which are not easy or unforeseeable occur.
  • These disadvantages are remedied by the present invention in that the functionally essential elements are reduced to a minimum and are concentrated locally and in their spatial extent, but at the same time allowing more flexible movement sequences compared to conventional hinge principles. This is especially true in contrast to snap locks with fixed main axes of movement, which always describe a rotational movement with a spatially fixed axis of rotation relative to one another.
  • the operating principle of flip-flop 1 is based on the presence of one or more pressurized Pressure elements 2.1, 2.2 which in active combination to suitably arranged tensile loads Tension elements 3.1, 3.2 stand.
  • Pressure elements 2.1, 2.2 which in active combination to suitably arranged tensile loads
  • Tension elements 3.1, 3.2 stand.
  • pressure and tensile forces are specifically introduced. With unwanted movements, it is unavoidable that secondary pressure loads on the Tensile element act. These are undesirable forces but much smaller than those that occur in normal operation Tensile loads and are in terms of intended function of the hinge negligible.
  • pro Tilt level 1 at least one thrust element 4.1, 4.2 is provided.
  • This thrust element 4.1, 4.2 is essential for the invention, by preventing unwanted movements and the locking parts around their virtual movement axis coordinated.
  • the thrust element can be as in Figure 1 each a pull with a pressure element directly connect, or provided elsewhere become.
  • the resilience and the total angle of action, hence the snap effect of a flip-flop according to the invention essentially only with the help of compression and tension elements and not by bending springs reached.
  • FIG. 2 and Figure 3 A preferred embodiment of a flip-flop is shown in Figure 2 and Figure 3.
  • the two Figures show the tilt stage 1 once in the closed State ( Figure 2) and in the open state ( Figure 3). It contains two printing elements 2.1 and 2.2 and two Tension elements 3.1 and 3.2.
  • the corresponding thrust elements 4.1, 4.2 which the necessary interaction guarantee the pressure and tension elements, are formed here by rigid shear membranes in this embodiment for optical reasons, especially if the hinge is injection molded is made of plastic, as a thin, continuous Membrane are formed.
  • the resulting essentially trapezoidal elements have a pronounced stiffened pressure side and one pronounced, relatively thin elastic side of the tension.
  • the flip-flop 1 then consists of two connecting elements 5.1, 5.2, which by thin spots 10 with the stiff pontics adjacent to the flip-flop 20.1, 21.1 are connected.
  • the strain on the Thin spots 10 can be formed by suitable geometry or Pressure or tensile stiffness of the essential elements be kept within a permissible range. excessive Forces can go through in certain areas plastic deformation of a permissible part of the Thin spots are reduced.
  • the printing elements 2 are constructed in such a way that they are not under the can buckle normal loads.
  • Figure 3 is clearly visible, like the flip-flop around the thin areas 10 is moved and to rest in its open position comes. Both those in FIG. 2 and in FIG. 3 positions shown are all elements of the flip-flop essentially free of tension. During the tipping process are basically neither bending effects in the Intermediate links 20.1,21.2 still in the connecting elements 5.1, 5.2 required. A bend or Buckling of the connecting elements does not occur.
  • FIG. 4 A possible relative movement of the hinge parts 23, 24 of a hinge 25.1 is shown schematically in FIG. 4.
  • the hinge parts 23, 24 are connected here via two tilting stages connected in series.
  • the first flip-flop is made up of intermediate links 20, 21 and connecting elements 5.2.
  • the second flip-flop is made up of links 21, 22 and connecting elements 5.1.
  • Figure 4 shows three states of tilt of the hinge.
  • the hinge is shown in the closed state 25.1, in the first tilting state 25.2, ie with the first tilting stage open, and finally in the open state 25.3, in which both tilting stages are open.
  • the opening path of the hinge is illustrated by the spatial curve or arrow 32. This opening path 32 can be significantly influenced by the arrangement and design of the partial tilt stages. It can be seen in FIG.
  • the first flip-flop which is formed from the connecting elements 5.2 and from the intermediate members 20, 21, has either a smaller snap force or the same snap force as the second flip-flop consisting of the connecting elements 5.2 and the intermediate members 21, 22, but then has one geometrically determined earlier snap effect.
  • the first tilting step jumps to its open state first. All three tilting states shown in FIG. 4 are essentially stress-free by using the relationships according to the invention to be explained below.
  • FIGS. 5 and 6 Such a flip-flop for a one-piece sprayable Plastic snap lock 25 shown.
  • the closure 25 contains two hinge parts, namely the closure body 24 and a corresponding cover 23.
  • a filler opening 16 on the closure body 24 is also intended a counterpart 16 of the cover 23 cooperate.
  • the hinge parts are through a locking level 15 separately.
  • the clasp has only one Tilt level, which connecting elements 5.3 and 5.4 contains.
  • the connecting elements 5.3, 5.4 are over Thin spots 10 with the cover 23 or with the closure body 24 connected. Since there is only one Flip-flop exists, are those described above Intermediate links through the cover 23 or the closure body 24 replaced itself.
  • the geometry of this The flip-flop enables a total angle of effect of over 180 ° and thus an opening angle from here approx. 200 ° so that the lock is in the open position (Fig 6) inclined downwards relative to the closure plane and the fill opening 16 is fully accessible makes.
  • the closure ideally designed so that no or only minimal plastic deformations in the When the lock is pressed, the opening angle is (Position during injection molding) and the angle of action equal to the flip level.
  • a bevel 18 allows it without major tool effort to manufacture the plastic cover so that the mentioned Open position can be achieved without the Interfering with the outer walls of the locking parts.
  • the connecting elements 5.3 and 5.4 each consist of the very rigid Pressure elements 2.3, 2.4, the tension elements 3.3, 3.4 and intermediate shear membranes 4.3, 4.4.
  • the outside of the connecting elements 5.3, 5.4 is just designed and optimally divided into the outer contour of the closed plastic cover.
  • the Cross section of the plastic cover in Fig. 4 and 5 is for the application of the flip-flop shown here optimal, because straight thin spots 10 and optimal wrap angle can be realized.
  • This kind of a flip-flop can also be used with other closure geometries combine. It is quite possible circular Cross sections, or other than described here Cross sections to use or slightly curved Thin spots 10 or other joint means in their place provided. To ensure a good snap effect, the thin spots are as ideal as possible Train joint axes.
  • FIG. 1 Another preferred exemplary embodiment of a flip-flop 1 is shown in FIG.
  • This tilting stage contains two pressure elements 2.1, 2.2 and two tension elements 3.1, 3.2, which are each arranged parallel to one another.
  • the flexurally rigid pressure elements 2.1, 2.2 are located directly next to a hinge center plane and are connected to one another via a thin point 11. This middle plane does not necessarily have to coincide with the symmetry plane.
  • a pulling element 3 can be connected to a pushing element 2 by a thin shear-resistant membrane for aesthetic reasons.
  • the wall thicknesses can be varied, it being necessary to ensure that the functions of a tilting step that are essential to the invention are retained.
  • the connecting elements 5.1, 5.2 are directly connected to one another via the thin point 11 and each have a pronounced, stiffened pressure side and a relatively thin, elastic tension side.
  • FIG 8 schematically shows an embodiment with only one level, only part of which is shown here a connecting element 5 is shown.
  • the flip-flop is characterized here by two planes of symmetry 40, 41 out. These planes of symmetry 40, 41 generally remain preserved in every opening position of the hinge.
  • This version has a (theoretical) angle of action from 180 ° to. It will go on from there assumed that under a position with an opening angle from 0 ° the drawn closed state and an opening angle under an open position of 180 ° is understood.
  • This approach enables that Explain the function based on a sub-problem.
  • the for the sake of simplicity one push and one pull element as lying in one plane and as geometrical Unity.
  • the wrap angle ⁇ is the An angle that can be seen from a top view of the hinge between the levels of the intermediate links in a closed Position (see Figure 1, arrows 30, 31).
  • the intermediate links 5 in other embodiments are not perpendicular to the hinge parts or Pressure elements 2 and tension elements 3 are not parallel to each other are the determination of the Angle ⁇ accordingly.
  • parallel arrangement of the push and pull elements are those spanned by the pressure elements Level and that spanned by the tension elements Level (not shown in Figure 8) accordingly spaced from each other.
  • the planes of symmetry are in FIG. 8 shown.
  • the plane of symmetry 40 is during that entire stationary sequence of symmetry the flip-flop. It generally forms the plane of symmetry between the connecting elements 5.
  • the plane of symmetry 41 is movable and forms the second plane of symmetry in every state of motion. It forms the plane of symmetry of each Connecting element 5 to itself. From Figure 8 is their position in the closed position 41.1 and in the open position 41.2 of the flip-flop.
  • the as train zones designated areas can be in length and Thickness can be varied so that, due to the geometry, forced stretch the material load within the elastic (reversible) material behavior remains.
  • the plane of symmetry 41 ensures symmetrical design of the flip-flop a good snap force by adding a double hinge effect is avoided within the flip-flop.
  • the reference numbers * .1 each refer to Elements in the closed position, those with * .2 on Items in the open state.
  • the reason for the squeeze can best be understood if a point P is viewed in space. This point P is on the Line of symmetry 43 of the intermediate links 5 and in the movable Level of symmetry 41. Its position is dependent from the opening angle of the flip-flop. The position of P on the line of symmetry plays for these considerations no relevant meaning. P would, due to the hinge condition to which it is subject the circular path k1 move with the center at point A and the hinge axis 10 as the axis of rotation. Due to the invention forced symmetry conditions the flip-flop, however, point P becomes a curve This forced the model to be a circle with a center is approximated in B.
  • a straight line e2 between the stationary Point B and the moving point on K2 which is the Not shown in Figure 8 for clarity was (see FIG. 9), forms the Tilt level in its point lying on water the surface normal to level 41.
  • This straight line e2 moves together with the connecting element 5.
  • a straight line e1, between the stationary points B and the moving point on k1, would describe line e2, if this is not subject to any constraint would.
  • Figure 8 is also half the wrap angle ⁇ / 2 and the angle ⁇ / 2, which are significant influence the snap effect, clearly recognizable.
  • Figure 9 shows schematically the constraint state of half the connecting element 5.
  • the reference number 43.3 is the position of the line of symmetry 43 as a result of coercion. They are also lines Pressure and tension areas 2, 3 of the connecting element 5 shown.
  • the constructive location of point P to determine the angle ⁇ must of course not necessarily in the middle of the section shown here the line of symmetry 43. The situation, however, is depending on the material thickness selected Pressure and tension areas 2, 3 and is determined by the Neutral point on line 43. Below The neutral point is understood here as the point in which the stresses along the straight line 43 in Are balance.
  • Figure 10 now shows a schematic partial representation the relationships of a flip-flop with one Opening angle ⁇ less than 180 °.
  • the opening angle ⁇ of a flip-flop can meet the requirements to get voted.
  • These relationships according to the invention are also at an opening angle ⁇ of more than Purpose 180 °.
  • Intermediate member 21 is half of a connecting element 5 in closed 5.1 and in open Position 5.2 shown. The intermediate member 21 and that Connecting elements are via a hinge axis 10 connected.
  • FIG. 11 shows a typical course of the constraint angle ⁇ of a flip-flop as a function of the angle ⁇ and the opening angle ⁇ of a flip-flop. It is assumed that an angle ⁇ is selected, which to the stress-free according to the invention End positions. As already shown ⁇ means a measure of the constraint of the material. Given the wrap angle ⁇ is in the points with horizontal tangent the maximum Squeezing the material and the dead center of the snap force given. The dead center lies in half the opening angle ⁇ of the flip-flop.
  • Figures 12-14 show a hinge with two flip-flops 1.1, 1.2 with stiff pontics 20, 21 and 22, and two hinge parts 23, 24.
  • the flip-flops can also go directly into the Skip hinge parts.
  • the tilt levels are schematic drawn and correspond for example the flip-flops as described with reference to Figures 2 and 3 were.
  • the hinge is shown in FIG shown closed state. Jumps the flip-flop 1.1 in its open state, then corresponds to first theoretically stress-free tipping state of the Hinge the state shown in Figure 13. at no external forces act in this tilted state on the hinge.
  • the flip-flop 1.1 is fully open and flip-flop 1.2 is still fully closed.
  • the hinge shown in Figure 13 has a first Partial snap effect already effected.
  • the invention preferred, in particular one-piece molded hinge parts, a total angle of effect of 180 ° to provide the tool shop to simplify. From manufacturing technology Geometries of the tilt levels are to be preferred for reasons which such as those shown in Figures 2, 3, 7 Exemplary embodiments, as few articulation points as possible exhibit.
  • a particular advantage of the invention is also the fact that with low and maintenance-friendly, tooling effort thanks to the Concentration of the functional elements under extensive Avoiding slits or recesses for closures, especially on the hinge adjacent areas, a good seal is brought about can be. The seal may be preferred under further avoidance of recesses, through measures such as those in the international patent application PCT / EP 95/00651 are provided, be made.
  • the described train and Printing elements can also the described train and Printing elements not parallel, but at an angle be arranged to each other.
  • elongated hinge parts can also have two or more tilt levels next to each other to be ordered.
  • the individual side by side arranged elements of the flip-flops can have no connection with each other or, if desired, by means of an unimportant function Membrane connected. It is therefore conceivable to have several Combine tilting stages in their mode of action, for example to enhance the snap effect to effect.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Scharnier gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Verschiedene federnde Scharniere, wie sie insbesondere bei einteilig gespritzten Kunststoffverschlüssen Anwendung finden, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Regelmässig soll bei solchen Scharnieren für Kunststoffverschlüsse ein sogenannter Schnappeffekt bewirkt werden. Als Schnappeffekt versteht man ein selbstständiges Öffnen des Scharniers nach einer bestimmten aufgezwungenen Anfangsauslenkung (Totpunkt) des Scharniersystems sowie einen analogen Effekt beim Schliessen, indem das Scharnier nach Überschreiten eines Totpunkts selbständig in eine geschlossene Lage zurückkehrt. Dieser Effekt wird grundsätzlich von speziellen Federelementen übernommen. Im Zusammenhang mit solchen Schnappeffekten gelten die Schnappkraft und der Wirkungswinkel als charakteristische Grössen. Als Schnappkraft versteht man den Widerstand den das Scharniersystem dem Öffnen bzw. dem Schliessen entgegenbringt. Der Wirkungswinkel wird durch den Bereich definiert, welchen die Scharnierteile aufgrund der Federwirkung selbständig überwinden und ist somit durch den Bereich zwischen den Ruhelagen der Scharnierteile bestimmt.
Das Grundprinzip bei der grossen Mehrheit solcher Scharniere besteht darin, einen Deckelteil um eine definierte Bewegungshauptachse zu schwenken.
Die europäische Patentschrift EP 0 056 469 beschreibt ein Scharnier für einen Kunststoffverschluss, dessen Rotationsachse durch ein definiertes, den Dekkel und den Verschlusskörper verbindendes Hauptfilmscharnier gebildet wird und klar bestimmt ist. Der Schnappeffekt wird durch ein Zusammenwirken mit seitlich dieses Hauptscharniers angeordneten Federarmen erreicht. Der Schnappeffekt beruht bei einer Ausführungsform auf der Biegung von U-förmigen Zwischenelementen bei anderen Ausführungsformen auf einer Biegung von Wandbereichen der Verschlussteile, wobei in der Regel der Verschlussdeckel eine Biegung im Mittenbereich erfährt. Der Schnappeffekt kommt auch hier durch Biegeeffekte um die Schmalseite zustande.
Die aus den Patentschriften WO 92/13775 oder EP 0 331 940 bekannten Scharnieranordnungen verwenden primäre Biegeeffekte in Kombination mit einer Hauptachse, um eine Federwirkung für einen Schnappeffekt zu erzielen. Die entsprechenden Verschlüsse öffnen sich wegen den vorhandenen geometrischen Hauptachsen im wesentlichen auf einer kreisförmigen Bahn. Bei den genannten Konstruktionen ragen, bei geschlossenem Verschluss, gewisse Teile aus der Aussenkontur des Verschlusses heraus.
Das US Patent Nr. 5,148,912 beschreibt eine Scharnieranordnung für einen Verschluss mit Verschlusskörper und Deckel, bei dem der Verschluss den gleichen kreisrunden Querschnitt aufweist wie der Verschlusskörper selbst. Deckel und Verschlusskörper sind über zwei flexible, gürtelartige Verbindungsarme, die trapezförmig ausgebildet sind, verbunden. Diese Verbindungsarme sind biegeelastisch ausgeführt und über Dünnstellen am Verschluss und am Verschlusskörper befestigt. Die verschlusskörperseitigen Filmscharniere der Dünnstellen sind schräg zueinander angeordnet. Betrachtet man den Verschluss in einer Ansicht von hinten, so sind diese Filmscharniere zwangsläufig aber zufällig in Form eines nach unten offenen V angeordnet. Die Anordnung der beiden deckelseitigen Filmscharniere ist dazu spiegelsymmetrisch. Dieses Scharnier weist keinen guten Schnappeffekt auf, da keine geeigneten Federkräfte aufgebaut werden können.
Die bekannten Scharnieranordnungen weisen verschiedene Nachteile auf. Bei allen bekannten Scharnieren mit einer Hauptachse, gegenüber welcher Spannbänder oder ähnliche Elemente versetzt angeordnet sind (Gelenkachsenoffset), besteht die Notwendigkeit, diese Hauptachse bei konvexen Spritzguss-Verschlüssen ausserhalb der Verschluss-Aussenkonturen anzuordnen. Vorstehende Elemente sind aber aus technischen und ästhetischen Gründen unerwünscht. Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass der Schnappeffekt wegen der schwierigen mechanischen Beeinflussungen nicht vorhersehbar ist und regelmässig zu einem ungenügenden Schnappeffekt oder aber zu unzulässigen Materialbeanspruchungen führt. Nachteilig ist auch die Tatsache, dass herkömmliche Scharnieranordnungen nur unvorhersehbare und unzureichende Wirkungswinkel ermöglichen, die häufig nur bei ca. 100° liegen. Es ist bei den bekannten Prinzipien wegen der unvorhersehbaren Wirkungsweise besonders nachteilig, dass bei einer aus Designgründen gewünschten, neuen Verschlussgeometrie jeweils aufwendige Prototypenserien angefertigt werden müssen, um eine technisch befriedigende Verschlusskinematik zu erreichen. Das bei herkömmlichen Verschlüssen vorhandene Hauptscharnier bedingt, dass die Verschlussteile im Spritz-Zustand sehr nahe beieinander liegen müssen. Die entsprechende Spritzgussform hat deshalb den Nachteil, dass die Wandstärken in diesem Bereich, aufgrund der zwangsläufigen Verbindung zwischen den Verschlusskörpern, sehr dünn ausgeführt werden müssen. Die in der Folge auftretenden Kühl- und Verschleissprobleme, wirken sich negativ auf die Zykluszeit und die Standzeit der Spritzgussform aus.
Eine weitere Einschränkung solcher bekannter Scharnieranordnungen, welche einteilig aus Kunststoff gespritzt werden können, liegt darin, dass nur Systeme mit maximal einem Schnappeffekt erzielt werden können. Mit anderen Worten werden für den Öffnungsvorgang des Verschlusses jenseits von maximal einem Totpunkt maximal zwei Ruhelagen erreicht. Diese Ruhelagen sind im wesentlichen der offene und der geschlossene Zustand des Verschlusses. Wegen den regelmässig auftretenden plastischen Verformungen fällt die Offenruhelage nicht mit der Position im Spritzgiesszustand zusammen.
Die mechanischen Effekte, die dem Funktionieren solcher Verschlüsse zu Grunde liegen sind im wesentlichen Biegefedereffekte. Die Energie, die benötigt wird um ein Biegeelement mittels Biegung zu verformen, bestimmt die Schnappkraft des Scharniers. Wird ein Element einer für diesen Effekt relevanten Biegung ausgesetzt, so sind die entsprechenden Biegeverformungen dieser Elemente gross im Vergleich zu dessen charakteristischen Grössen (z. B. Dicke einer Biegeplatte) oder die Biegefedern haben im unbelasteten Zustand eine erhebliche räumliche Ausdehnung. Bei sehr kleinen Verschlüssen oder bei besonderen Verschlussgeometrien (geringe Krümmungsradien im Bereich des Schamiers) lassen sich die erforderlichen funktionalen Elemente herkömmlicher Scharnieranordnungen, wie Hauptschamier und Spannbänder, nicht mehr realisieren oder führen zu ungenügenden Schnappeffekten oder unzulässigen Materialbeanspruchungen. Eine Einschränkung besteht zudem darin, dass die Verschlüsse im Bereich des Scharniers notwendigerweise eine konvexe Aussenkontur aufweisen müssen.
Beobachtet man bei verschiedenen existierenden Kunststoffverschlüssen den Kraftfluss, so stellt man hier bei gleichen Verschlusstypen erhebliche Variationen fest. Dünnstellen (Filmscharniere) werden bei vielen Konstruktionen unzulässig hoch beansprucht. Ist einem Verschluss eine fixe Hauptbewegungsachse in Form einer Dünnstelle vorgegeben, sind zum Teil große Zwängungen in den funktionswichtigen Elementen, insbesondere in den Filmbereichen erkennbar. Scharnierteile, die beispielsweise fix über ein Hauptfilmscharnier miteinander verbunden sind, bilden im geöffnetem Zustand immer noch eine relativ steife Einheit. Wird dem Verschluss bei geöffnetem Scharnier eine Relativbewegung längs des Hauptscharniers gegenüber dem Hauptbehälter aufgezwungen, können eben durch diese steife Verbindung Deckel-Hauptbehälter hohe Spannungen in den funktionswichtigen Scharnierelementen eingeleitet werden, welche zur Zerstörung des Verschlusses fuhren.
Die Bahn, welche die Scharnierteile beim Öffnen oder Schliessen relativ zueinander beschreiben ist bei all diesen herkömmlichen Scharnierprinzipien im wesentlichen eine kreisförmige Bahn, die durch das Hauptfilmscharnier exakt vorgegeben wird. Sind Anforderungen an die Relativbewegung der Scharnierteile beim Öffnen gestellt, können diese von derartigen Konstruktionen nicht abgedeckt werden.
Viele Materialien (auch spritzbare Kunststoffe) zeigen ein ungünstiges Verhalten, wenn sie längere Zeit einer Beanspruchung ausgesetzt werden. Diese Kriech- und Alterungseffekte wirken sich negativ auf die Funktionsweise eines Verschlusses aus. Es wirkt sich daher nachteilig aus, dass die bekannten Scharnieranordnungen diesem Umstand keine Rechnung tragen und in den Ruhepositionen oft erhebliche Restspannungen aufweisen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Scharnier zu schaffen, welches bei weitgehend vorausbestimmbaren, guten Schnappkräften und grossen möglichen Wirkungswinkeln, wenn gewünscht auch über 180°, unter Vermeidung übermässiger Materialbelastungen eine definierte, aber variable Relativbewegung der Verschlussteile zueinander um eine virtuelle Bewegungsachse und wenn gewünscht mehrere stabile Ruhepositionen zulässt. Es ist zudem Aufgabe der Erfindung, ein Scharnier zu schaffen, welches auch bei kleinen und komplizierten, insbesondere auch konkaven Verschlussgeometrien, eingesetzt werden kann und weitgehend innerhalb der Verschlussaussenkontur angeordnet werden kann. Insbesondere soll die optimale Gestaltung der Spritzgussform möglich sein, um einerseits die Zykluszeit bei der Herstellung zu verkürzen und andererseits die Standzeit der Spritzgussform zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen angegebene Erfindung gelöst.
Eine bestimmte gegenseitige Bewegungskurve der Scharnierteile ist zum Beispiel dann von Vorteil, wenn ein Hindernisbereich überwunden werden muss. Der Bewegungsweg hat aber auch dann eine Bedeutung, wenn die beiden Scharnierteile funktional zusammenwirkende Elemente enthalten. Im Bereich von Kunststoffverschlüssen ist es beispielsweise wesentlich, dass die Ausgussöffnung mit ihrem dichtenden Gegenstück unter einem günstigen Winkel aufeinandertreffen um eine optimale Dichtung zu erreichen.
Die Erfindung ermöglicht ein Scharniersystem, welches beim Öffnungs- und Schliessvorgang über zwei oder mehrere im wesentlichen spannungsfreie Ruhelagen und dazwischenliegende Totpunkte verfügt. Die Zustände jenseits der Totpunkte sind vorherbestimmt und kontrolliert. Man kann mehrere Schnappeffekte mit verschiedenen Schnappkräften bei einem Öffnungs- und Schliessvorgang erzielen, basierend auf der konstruktiven Konzentration funktionaler Scharnierelemente zur gezielten Nutzung quasistabiler Zustände. Dabei sind die funktionswesentlichen, mechanischen Effekte nicht mehr Biegeeffekte um die Schmalseite, sondern koordinierte Zug- und Druckeffekte mit ihren etwaigen sekundären Erscheinungen. Werden funktionswichtige Elemente der vorliegenden Erfindung auf Biegung belastet, ist dies nur sekundär. Solche Biegeverformungen werden grundsätzlich durch entsprechende technische Massnahmen (z. B. biegesteife Ausführung des betroffenen Druckelementes) bestmöglich verhindert.
Der Scharniertyp gemäss der Erfindung zeichnet sich des weiteren dadurch aus, dass z. B. bei gespritzten einstückigen Kunststoffverschlüssen keine störenden Teile aus der Verschlusskontur herausragen.
Die Erfindungsidee bezweckt, die erforderlichen funktionalen Elemente so zu gestalten und zu konzentrieren, dass eine im wesentlichen im voraus bestimmbare Kinematik des Verschlusses erreicht wird, wobei gleichzeitig gewährleistet ist, dass die Endlagen und die Zwischenruhelagen des Verschlusses weitgehend spannungsfrei sind.
Der Schnappeffekt und insbesondere die Schnappkraft werden erfindungsgemäss ausschliesslich durch die konzentrierten, zwischen den Scharnierteilen liegenden, funktionalen Elemente erzeugt. Deckel und Verschlusskörper eines Kunststoffverschlusses können so mit frei bestimmbarer Steifigkeit und mit weitgehend beliebiger Geometrie ausgeführt werden.
Da die Scharnierteile nicht fest über ein Hauptscharnier in der Hauptbewegungsachse miteinander verbunden sind, wird erreicht, dass unbeabsichtige Relativbewegungen der Scharnierteile, bspw. Torsionen quer zur Schwenkbewegung, zu keiner Beschädigung des Scharniers führen. Die Erfindung besitzt keine fixe Bewegungshauptachse. In jedem Zeitpunkt des Bewegungsvorgangs kann nur eine momentane, nicht raumfeste Schwenkachse bestimmt werden, welche zeitweise auch windschief liegen kann. Diese sich beim Bewegungsvorgang bewegende, virtuelle Achse ist nicht physisch vorhanden und fällt nicht mit einem Strukturteil des Scharniers zusammen. Trotzdem bewegen sich die Deckelteile auf der vorgesehenen Bahn und erreichen zuverlässig die für sie vorgesehene Endposition. Über den geometrischen Aufbau der Scharniermechanik wird die Lage und die Bewegung dieser virtuellen Achse und damit die Relativbewegung der Scharnierteile wesentlich beeinflusst und gesteuert. Es werden mehr Freiheitsgrade ermöglicht und ein Gesamtwirkungswinkel von mehr als 180° mit - sofern gewünscht - mehreren Schnappeffekten kann bewirkt werden. Spezielle Ausführungsformen erlauben auch eine mindestens annähernd vollständige Integration der Funktionselemente in die Aussenkontur des Verschlusses, insbesondere bei einstückig gespritzten Kunststoffverschlüssen.
Anhand der unten aufgeführten Figuren und Diagramme werden das erfindungsgemäße Funktionsprinzip und Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Figur 1
zeigt einen funktionalen, schematischen Aufbau einer Kippstufe 1 mit zwei Zwischengliedern 20, 21, zwei Druckelementen 2.1, 2.2, zwei Zugelementen 3.1, 3.2 sowie zwei Schubelementen 4.1 und 4.2:
Figur 2
zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Kippstufe 1 in geschlossenem Zustand;
Figur 3
zeigt das Ausführungsbeispiel von Figur 2 im offenen Zustand;
Figur 4
zeigt schematisch die Bewegungskurve und drei Kippzustände eines Scharniers 25.1-25.3 mit zwei hintereinander geschalteten Kippstufen;
Figur 5
zeigt ein Anwendungsbeispiel einer Kippstufe gemäß Figuren 2 und 3 in einem einteilig gespritzten Kunststoffverschluß 25 bei geschlossenem Verschluß;
Figur 6
zeigt den Kunststoffverschluß gemäß Figur 5 in offenem Zustand;
Figur 7
zeigt eine Kippstufe 1 mit zwei über eine Dünnstelle 11 verbundenen Druckelementen 2.1, 2.2 in geschlossenem Zustand;
Figur 8
zeigt schematisch die Wirkungsweise eines besonderen Ausführungsbeispiels mit einem Gesamtwirkungswinkel von 180°;
Figur 9
zeigt schematisch ein Verbindungselement 5 mit dargestelltem Zwängungswinkel k;
Figur 10
zeigt eine schematische Darstellung eines Kippvorganges mit seinen Winkelzusammenhängen;
Figur 11
zeigt ein Diagramm zur erfindungsgemäßen Optimierung der Geometrien;
Figur 12
zeigt ein Ausführungsbeispiel mit zwei hintereinander geschalteten Kippstufen 1.1, 1.2 in geschlossenem Zustand;
Figur 13
zeigt das Beispiel von Figur 12 in einem teiloffenen Zustand bei geöffneter, erster Kippstufe 1.1;
Figur 14
zeigt das Beispiel gemäß Figur 12 und Figur 13 im vollständig offenen Zustand mit geöffneten Kippstufen 1.1, 1.2.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen für einteilig spritzbare Kunststoff-Schnappverschlüsse näher erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf derartige Kunststoffteile eingeschränkt. Das erfindungsgemäße Scharnier, welches mindestens zwei Scharnierteile gelenkig verbindet, besteht aus einer oder mehreren Kippstufen, die jeweils von steifen Zwischengliedern bzw. den Scharnierteilen selber berandet sind. Eine einzelne Kippstufe hat den Zweck, dem Scharnier eine bestimmte Teilschnappkraft und Teilwinkel (bezogen auf die gesamte Öffnungs-/Schliessbewegung) zu verleihen und ist verantwortlich für einen Schnappeffekt. Werden mehrere Kippstufen hintereinandergeschaltet so erhält das Scharnier gleich viele Schnappeffekte wie Kippstufen. Das Scharnier passiert beim Öffnen respektive Schliessen so viele Totpunkte, wie es hintereinandergeschaltete Kippstufen besitzt. Jede Kippstufe trägt somit einen bestimmten Anteil am Gesamtwirkungswinkel. Der entsprechende Teilwinkel kann durch entsprechende geometrische Anordnung der funktionswichtigen Elemente einer Kippstufe eine bestimmte gewünschte Grösse annehmen. Ein Zusammenhang zwischen dem Teilwinkel einer Kippstufe und der geometrischen Anordnung existiert und wird gezielt verwendet.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung der funktionalen Elemente einer Kippstufe 1 im geschlossenen Zustand. Die Kippstufe enthält zwei Druckelemente 2.1, 2.2, welche gelenkig, bspw. über Filmscharniere, mit zwei Zwischengliedern 20, 21 verbunden sind. Zwei Zugelemente 3.1 und 3.2 sind parallel zu diesen Druckelementen angeordnet. Zwischen den Druckelementen 2.1, 2.2 und den beiden Zugelementen 3.1, 3.2 sind zwei Schubelemente 4.1 und 4.2 angeordnet. Die Kippstufe besitzt somit zwei funktionale Gruppen, nämlich zwei Verbindungselemente 5.1, 5.2, welche ihrerseits je ein Druckelement 2, ein Zugelement 3 und ein Schubelement 4 enthalten. Die funktionswichtigen Elemente sind gelenkig mit den steifen Zwischengliedern 20 und 21 verbunden. Diese Gelenkigkeit kann bei Kunststoffspritzgussdeckeln mit Hilfe von Dünnstellen oder analog wirkenden Vorkehrungen erreicht werden. Die Zwischenglieder 20 und 21 begrenzen hier die Kippstufe 1 oder aber die Kippstufe ist direkt mit hier nicht näher dargestellten Schamierteilen direkt verbunden.
Um vom geschlossenen in den offenen Zustand einer Kippstufe 1 zu gelangen, müssen die steifen Zwischenglieder 20, 21 so gegeneinander bewegt werden, dass sich das Zwischenglied 20 um eine momentane Rotationsachse, die hier annähernd parallel zu der Verbindungslinie der Mittelpunkte der beiden Druckelemente liegt und während dem Schliessvorgang nicht ortsfest ist, nach hinten bewegt. Die Kraft, die dabei angewendet werden muss, beschreibt die Schnappkraft der Kippstufe 1. Eine solche Kraft tritt naturgemäss beim Öffnen des die Kippstufe enthaltenden Scharniers auf. Die benötigte Kraft ändert sich bis zum Erreichen des Totpunkts der Kippstufe. Wenn sich diese Kraft vergrössert, vergrössern sich auch die Spannungen in der funktionswichtigen Elemente. Die Zugelemente 3.1, 3.2 werden immer mehr auf Zug und die Druckelemente 2.1, 2.2 immer mehr auf Druck belastet. Sind diese Belastungen in einem für das verwendete Material zulässigen Bereich, verkürzen bzw. verlängern sich die entsprechenden Elemente reversibel. Es wird Energie in diesen Elementen gespeichert. Die Druck und Zugelemente wirken als Druckfedern bzw. als zugelastische Federelemente und bewirken den Federeffekt je Verbindungselement. Wird der kritische Totpunkt erreicht, springt die Kippstufe ohne weiteres Zutun in die offene Position.
Die Proportion und Anordnung der Druck- 2.1, 2.2 und Zugelemente 3.1, 3.2 werden derart bestimmt, dass optimierte Wirkungswinkel und Schnappkräfte auftreten. Wesentlich ist, dass im Druckelement die erforderlichen Druckkräfte eingeleitet und ohne Ausknicken aufgenommen werden können. Dazu ist die Dicke der Druckelemente im Verhältnis zur Dicke der Zugelemente zu beachten. Eine zu geringe Dicke der Druckelemente führt zu ungünstigem Schnappverhalten. Die in Figur 1 eingetragenen, gestrichelten Hilfslinien durch die Endpunkte von Druck- und Zugelement je eines Verbindungselementes 5.1, 5.2 schliessen einen Winkel  ein, der wie weiter unten noch erläutert wird, erfindungsgemäss zur Erreichung des gewünschten Teilwinkels einer Kippstufe eingesetzt wird. Des weiteren ist zur Erreichung einer optimalen Schnappkraft der durch zwei normal zu den je durch die Druckelemente 2.1, 2.2 und die Zugelemente 3.1, 3.2 aufgespannten Ebenen stehenden Vektoren 30 und 31 in den Endpositionen des Verschlusses eingeschlossene Umschlingungswinkel von Bedeutung. Bei der konstruktiven Umsetzung der Erfindung ist darauf zu achten, dass die in einem Druckelement, z. B. durch exzentrisches Drücken hervorgerufene Biegespannungen, durch geeignete technische Massnahmen daran gehindert werden, das Druckelement zum Ausknicken zu veranlassen.
Beim Betrachten herkömmlicher Scharniersysteme für Kunststoffverschlüsse, kann man erkennen, dass form- oder konstruktionsverschiedene Verschlüsse, auch wenn sie auf demselben Prinzip beruhen, sehr unterschiedliche Schnappeffekte und unterschiedliche Schnappkräfte aufweisen. Gewisse Ausführungen dieser Verschlüsse lassen sogar einen Schnappeffekt gänzlich vermissen, obwohl dieser ein explizites Ziel entsprechender Patentschriften darstellt. Der Grund dafür liegt in den komplexen mechanischen Vorgängen, auf welchen solche Scharniere basieren bzw. darin, dass die Scharnierteile selbst einen erheblichen Anteil zum Funktionieren des Verschlusses beitragen und somit schon bei geringfügigen Geometrieänderungen nicht leicht oder gar nicht vorhersehbare Effekte auftreten. Diese Nachteile werden durch die vorliegende Erfindung behoben, indem die funktionswesentlichen Elemente auf ein Minimum reduziert und örtlich und in ihrer räumlichen Ausdehnung konzentriert sind, gleichzeitig aber gegenüber herkömmlichen Scharnierprinzipien flexiblere Bewegungsabläufe ermöglicht werden. Dies gilt insbesondere im Unterschied zu Schnappverschlüssen mit fixen Hauptbewegungsachsen, welche relativ zueinander immer eine Rotationsbewegung mit einer räumlich festen Drehachse beschreiben.
Das Funktionsprinzip der Kippstufe 1 beruht auf dem Vorhandensein eines oder mehrerer druckbelasteter Druckelemente 2.1, 2.2 welche in Wirkkombination zu entsprechend angeordneten zugbelasteten Zugelementen 3.1, 3.2 stehen. Indem Druck- und Zugelemente in ihrer räumlichen Ausdehnung und Dimensionierung aufeinander abgestimmt sind, wird erreicht, dass Druck und Zugkräfte gezielt eingeleitet werden. Bei ungewollten Bewegungsabläufen ist es nicht vermeidbar, dass auch sekundäre Drucklasten auf das Zugelement wirken. Diese unerwünschten Kräfte sind aber wesentlich kleiner als die im normalen Betrieb auftretenden Zugbelastungen und sind im Hinblick auf die bezweckte Funktion des Scharniers vernachlässigbar. Analoges gilt für die Druckelemente. Um die Scharniermechanik gegen Verscheren zu schützen und um unstatthafte Bewegungsabläufe zu verhindern, wird pro Kippstufe 1 mindestens ein Schubelement 4.1, 4.2 vorgesehen. Es kann beispielsweise bei Kunststoffspritzgussteilen als eine dünne, schubsteife Membran oder Dünnstelle ausgebildet werden. Dieses Schubelement 4.1, 4.2 ist von wesentlicher Bedeutung für die Erfindung, indem es unerwünschte Bewegungsabläufe verhindert und die Verschlussteile um ihre virtuelle Bewegungsachse koordiniert. Das Schubelement kann wie in Figur 1 jeweils ein Zug- mit einem Druckelement direkt verbinden, oder aber an einer anderen Stelle vorgesehen werden. Die Spannkraft und der Gesamtwirkungswinkel, mithin der Schnappeffekt einer Kippstufe werden erfindungsgemäss im wesentlichen nur mit Hilfe von Druck- und Zugelementen und nicht durch Biegefedern erreicht.
Eine bevorzugte Ausführungsform einer Kippstufe ist in Figur 2 und Figur 3 dargestellt. Die beiden Figuren zeigen die Kippstufe 1 einmal im geschlossenen Zustand (Figur 2) und im offenen Zustand (Figur 3). Sie enthält zwei Druckelemente 2.1 und 2.2 sowie zwei Zugelemente 3.1 und 3.2. Die entsprechenden Schubelemente 4.1, 4.2, welche das notwendige Zusammenwirken der Druck- und Zugelemente gewährleisten, werden hier durch schubsteife Membrane gebildet die bei diesem Ausführungsbeispiel aus optischen Gründen, vor allem wenn das Scharnier in Spritzgusstechnik aus Kunststoff gefertigt wird, als dünne, durchgehende Membran ausgebildet sind. Diese auf diese Weise entstehenden, im wesentlichen trapezförmigen Elemente weisen eine ausgeprägte versteifte Druckseite und eine ausgeprägte, relativ dünne zugelastische Zugseite auf. Die Kippstufe 1 besteht dann aus zwei Verbindungselementen 5.1, 5.2, welche durch Dünnstellen 10 mit den der Kippstufe angrenzenden steifen Zwischengliedern 20.1, 21.1 verbunden sind. Die Beanspruchung der Dünnstellen 10 kann durch geeignete Geometrie bzw. Druck- oder Zugsteifigkeit der wesentlichen Elemente in einem zulässigen Bereich gehalten werden. Übermässige Kräfte können in gewissen Bereichen durch plastische Deformation eines zulässigen Teils der Dünnstellen abgebaut werden. Die Druckelemente 2 sind so aufgebaut, dass sie auf keinen Fall unter der betriebsüblichen Lasten ausknicken können. In Figur 3 ist gut erkennbar, wie die Kippstufe um die Dünnstellen 10 bewegt ist und in ihre offene Position zu ruhen kommt. Sowohl die in der in Figur 2 als auch in Figur 3 dargestellten Positionen sind alle Elemente der Kippstufe im wesentlichen spannungsfrei. Während dem Kippvorgang sind grundsätzlich weder Biegeeffekte in den Zwischengliedern 20.1,21.2 noch in den Verbindungselementen 5.1, 5.2 erforderlich. Ein Durchbiegen oder Ausknicken der Verbindungselemente tritt nicht auf.
Eine mögliche Relativbewegung der Scharnierteile 23, 24 eines Scharniers 25.1 ist schematisch in Figur 4 dargestellt. Die Scharnierteile 23, 24 sind hier über zwei in Serie geschaltete Kippstufen verbunden. Die erste Kippstufe ist aus Zwischengliedern 20, 21 und aus Verbindungselementen 5.2 aufgebaut. Die zweite Kippstufe ist aus Zwischengliedern 21, 22 und aus Verbindungselementen 5.1 aufgebaut. Figur 4 zeigt drei Kippzustände des Scharniers. Das Scharnier ist im geschlossenem Zustand 25.1, im ersten Kippzustand 25.2, d.h. mit offener erster Kippstufe, und schliesslich im offenem Zustand 25.3, bei welchem beide Kippstufen offen sind, dargestellt. Der Öffnungsweg des Scharniers wird durch die räumliche Kurve bzw. den Pfeil 32 verdeutlicht. Dieser Öffnungsweg 32 kann durch die Anordnung und Auslegung der Teilkippstufen wesentlich beeinflusst werden. Man sieht in der Figur 4, dass der eingezeichnete Öffnungsweg stark von herkömmlichen, kreisförmigen Öffnungswegen, welche insbesondere bei Scharnieren mit fixer Bewegungshauptachse aufgezwungen wurden, abweicht. Im Unterschied zu anderen bekannten Scharnieren ohne Hauptachse, ist aber gleichwohl ein definierter Bewegungsweg vorhanden. Die erste Kippstufe, die aus den Verbindungselementen 5.2 und aus den Zwischengliedern 20, 21 gebildet wird, verfügt entweder über eine kleinere Schnappkraft oder über die gleiche Schnappkraft wie die zweite aus den Verbindungselementen 5.2 und den Zwischengliedern 21, 22 bestehende Kippstufe, hat dann aber einen geometrisch bedingten früheren Schnappeffekt. Beim Öffnen des Scharniers springt die erste Kippstufe zuerst in ihren offenen Zustand. Alle drei in Figur 4 eingezeichneten Kippzustände sind im wesentlichen spannungsfrei, indem die weiter unten zu erläuternden erfindungsgemässen Zusammenhänge eingesetzt werden.
In den Figuren 5 und 6 ist nun eine Anwendung einer solchen Kippstufe für einen einstückig spritzbaren Kunststoffschnappverschluss 25 dargestellt. Der Verschluss 25 enthält zwei Scharnierteile, nämlich den Verschlusskörper 24 und einen entsprechenden Deckel 23. Eine Ausfüllöffnung 16 am Verschlusskörper 24 soll mit einem Gegenstück 16 des Deckels 23 zusammenwirken. Die Scharnierteile sind durch eine Verschlussebene 15 getrennt. Der Verschluss besitzt hier eine einzige Kippstufe, welche Verbindungselemente 5.3 und 5.4 enthält. Die Verbindungselemente 5.3, 5.4 sind über Dünnstellen 10 mit dem Deckel 23 bzw. mit dem Verschlusskörper 24 verbunden. Da hier nur eine einzige Kippstufe vorhanden ist, sind die oben beschriebenen Zwischenglieder durch den Deckel 23 bzw. den Verschlusskörper 24 selbst ersetzt. Die Geometrie dieser Kippstufe ermöglicht einen Gesamtwirkungswinkel von über 180° und damit einen Öffnungswinkel von hier ca. 200°, so dass der Verschluss in der offenen Stellung (Figur 6) gegenüber der Verschlussebene nach unten geneigt ist und die Ausfüllöffnung 16 vollständig zugänglich macht. Ist der Verschluss ideal ausgelegt, so dass keine oder nur minimste plastische Deformationen beim Betätigen des Verschlusses erfolgen, so ist der Öffnungswinkel (Position beim Spritzgiessen) und der Wirkungswinkel der Kippstufe gleich gross. Eine Abschrägung 18 erlaubt es, ohne grösseren Werkzeugaufwand den Kunststoffdeckel so zu fertigen, dass die erwähnte Offenstellung erreicht werden kann ohne dass sich die Aussenwände der Verschlussteile gegenseitig behindem. Selbstverständlich ist es möglich, einen entsprechenden Verschluss auch in einer 180° Offenstellung zu spritzen, wenn dies aus werkzeugtechnischen Gründen gewünscht ist. Die Verbindungselemente 5.3 und 5.4 bestehen je aus den sehr biegesteif ausgeführten Druckelementen 2.3, 2.4, den Zugelementen 3.3, 3.4 und dazwischenliegenden Schubmembranen 4.3, 4.4. Die Aussenseite der Verbindungselemente 5.3, 5.4 ist eben gestaltet und gliedert sich optimal in die Aussenkontur des geschlossenen Kunststoffdeckels ein. Der Querschnitt des Kunststoffdeckels in Fig. 4 und 5 ist für die Anwendung der hier gezeigten Kippstufe optimal, da gerade Dünnstellen 10 und optimale Umschlingungswinkel realisiert werden können. Diese Art einer Kippstufe lässt sich aber auch mit anderen Verschlussgeometrien kombinieren. Es ist durchaus möglich kreisrunde Querschnitte, oder andere als hier beschriebene Querschnitte zu verwenden oder auch leicht gekrümmte Dünnstellen 10 oder an deren Stelle andere Gelenkmittel vorzusehen. Um einen guten Schnappeffekt zu gewährleisten, sind die Dünnstellen möglichst als ideale Gelenkachsen auszubilden. Selbstverständlich können dafür auch entsprechende, funktional gleichwirkende Massnahmen getroffen werden. Bei gekrümmten Aussenkonturen können die Verbindungselemente entsprechend geformt sein. Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Verbindungselemente 5.3, 5.4 grundsätzlich frei von der Lage der Verschlussebene angeordnet werden können. Es ist so bspw. möglich, diese in vertikaler Richtung gegen den Verschlusskörper 24 zu verschieben und so voll in diesen zu integrieren, was große Freiheiten hinsichtlich der Verschlussgeometrien und Designmöglichkeiten zulässt. Aus den Figuren 5 und 6 ist gut erkenntlich, dass im geschlossenen Zustand die Kippstufe senkrecht zu den Scharnierteilen bzw. zur Verschlussebene steht und hier direkt in den starren Verschlusskörper 24 bzw. Deckel 23 übergeht.
Ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Kippstufe 1 ist in Figur 7 dargestellt. Diese Kippstufe enthält zwei Druckelemente 2.1, 2.2 und zwei Zugelemente 3.1, 3.2, die je parallel zueinander angeordnet sind. Die biegesteif ausgebildeten Druckelemente 2.1, 2.2 befinden sich unmittelbar neben einer Scharnier-Mittelebene und sind über eine Dünnstelle 11 miteinander verbunden. Diese Mittelebene muss nicht zwingend mit der Symmetrieebene zusammenfallen. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform können aus ästhetischen Gründen je ein Zugelement 3 mit einem Druckelement 2 durch eine dünne schubsteife Membran verbunden werden. Selbstverständlich können bei dieser und bei anderen Ausführungsformen die Wandstärken variiert werden, wobei zu gewährleisten ist, dass die erfindungswesentlichen Funktionen einer Kippstufe erhalten bleiben. Es ist beispielsweise möglich, das Schubelement 4.1 mit einer der Wandstärke des Zugelementes 3.1, 3.2 entsprechenden oder bereichsweise grösseren Wandstärke auszugestalten, solange die funktionale Zugelastizität des Zugelementes 3.1, 3.2 gewährleistet bleibt. Die hier vorliegenden Verbindungselemente 5.1, 5.2 sind über die Dünnstelle 11 unmittelbar miteinander verbunden und weisen je eine ausgeprägte, versteifte Druckseite und eine relativ dünne zugelastische Zugseite auf.
Anhand der folgenden Figuren 8-11 soll der Erfindungsgedanke in seiner umfassenden Bedeutung dargestellt werden. Die Wirkungsweise wir anhand eines Spezialfalles einer Kippstufe eingehender erläutert. Grundsätzlich kann durch spezielle Wahl der Geometriewinkel und Längen der Teilwinkel, die Schnappkraft und die Materialbelastung einer Kippstufe variiert werden. Es soll hier nochmals hervorgehoben werden, dass jede Kippstufe grundsätzlich nur einen Teilwinkel der gesamten Scharnierbewegung erfasst. Im nachfolgend beschriebenen, einfachsten Fall einer einzigen Kippstufe entspricht der Teilwinkel der Kippstufe jedoch dem Gesamtwirkungswinkel. Die nötigen Zusammenhänge werden weiter unten erläutert.
Figur 8 zeigt schematisch eine Ausführungsform mit nur einer Kippstufe, von der hier nur der Teil eines Verbindungselements 5 gezeigt ist. Die Kippstufe zeichnet sich hier durch zwei Symmetrieebenen 40, 41 aus. Diese Symmetrieebenen 40, 41 bleiben im allgemeinen in jeder Öffnungslage des Scharniers erhalten. Diese Ausführung weist einen (theoretischen) Wirkungswinkel von 180° auf. Es wird im weiteren davon ausgegangen, dass unter einer Position mit einem Öffnungswinkel von 0° der gezeichnete geschlossene Zustand und unter einer offenen Position ein Öffnungswinkel von 180° verstanden wird. Bei der Erklärung der Funktionsiweise dieser speziellen Ausführungsform wird auf die beiden erwähnten Symmetrieebenen bezug genommen. Diese Betrachtungsweise ermöglicht das Erklären der Funktion anhand eines Teilproblems. Der Einfachheit halber werden je ein Druck- und Zugelement als in einer Ebene liegend und als geometrische Einheit aufgefasst. Die folgenden Parameter sind von erfindungswichtiger Bedeutung. Einerseits der Winkel  zwischen hier angenommenen zwei Dünnstellen eines Zwischenglieds bzw. der durch die Endpunkte der Druck- und Zugelemente definierten Linien eingeschlossene Winkel. Der Umschlingungswinkel ω ist der bei einer Draufsicht auf das Scharnier erkennbare Winkel zwischen den Ebenen der Zwischenglieder in geschlossener Position (vgl. Figur 1, Pfeile 30, 31). Sofern die Zwischenglieder 5 bei anderen Ausführungsformen nicht senkrecht zu den Scharnierteilen stehen oder Druckelemente 2 und Zugelemente 3 nicht parallalel zueinander ausgerichtet sind, ist die Bestimmung des Winkels ω entsprechend vorzunehmen. Bei der hier vorliegenden, parallelen Anordnung der Druck- und Zugelemente sind die durch die Druckelemente aufgespannte Ebene und die durch die Zugelemente aufgespannte Ebene (in Figur 8 nicht näher dargestellt) dementsprechend gegeneinander beabstandet. Beide Winkel bestimmen massgeblich die Zwängung (und damit die Schnappkraft) an den Zwischengliedern und den Öffnungswinkel. Die Symmetrieebenen sind in Figur 8 dargestellt. Die Symmetrieebene 40 ist während dem ganzen Bewegungsablauf die stationäre Symmetrieebene der Kippstufe. Sie bildet im allgemeinen die Symmetrieebene zwischen den Verbindungselementen 5.
Die Symmetrieebene 41 ist beweglich und bildet in jedem Bewegungszustand die zweite Symmetrieebene. Sie bildet jeweils die Symmetrieebene jedes Verbindungselementes 5 zu sich selbst. Aus Figur 8 ist ihre Lage in der geschlossenen Position 41.1 und in der geöffneten Position 41.2 der Kippstufe ersichtlich.
Aufgrund der Symmetriebedingungen wird die Funktionsweise anhand eines Teilmodells betrachtet, welches einen Viertel der Kippstufe ausmacht. Dieses Teilmodell ist in Figur 8 gezeigt. Es zeigt die Hälfte eines Zwischengliedes 21 und einen Teil eines Verbindungselementes 5. Das dargestellte Modell beschreibt näherungsweise die mechanischen Abläufe der Kippstufe. Die Zusammenhänge und die bewirkte Zwängung, welche die Schnappkraft bewirkt, ist nachfolgend modellhaft dargestellt. Unter Zwängung wird die dem Material aufgezwungene Deformation verstanden, welche einen elastischen (reversiblen) Spannungszustand hervorruft. Das Material widersetzt sich der aufgezwungenen elastischen Deformation, worauf der Schnappeffekt beruht. Erfindungsgemäss werden spezifische Zug- und Druckzonen ausgebildet. Die als Druckzonen bezeichneten Bereiche werden so ausgebildet, dass ein Ausknicken aus ihrer Ebene verhindert wird. Die als Zugzonen bezeichneten Bereiche können in ihrer Länge und Dicke so variiert werden, dass die, aufgrund der Geometrie, aufgezwungene Dehnung die Materialbelastung innerhalb des elastischen (reversiblen) Materialverhaltens bleibt. Die hinsichtlich der Symmetrieebene 41 symmetrische Ausgestaltung der Kippstufe gewährleistet einen gute Schnappkraft, indem ein Doppelscharniereffekt innerhalb der Kippstufe vermieden wird.
Es wird davon ausgegangen, dass für die Modellvorstellung die als Scharniere tätigen Dünnstellen 10 als ideale Scharniere betrachtet werden. Unter einem idealen Scharnier wird ein Scharnier verstanden, welches keine innere Reibung und keine Dehnungen in den Scharnierteilen selber erfährt. Es wird also davon ausgegangen, dass die Rotationsbewegung aller Punkte reibungsfrei um eine fixe Achse 10 geschieht. Die als Zwischenglieder 21 bezeichneten Teile werden als nicht deformierbar vorausgesetzt. Jedes der Verbindungselemente 5 wird als ein in seiner Ebene im Zugbereich dehnbares Element betrachtet. Die Verbindungselemente 5 bleiben immer in einer Ebene, so dass ein Ausbiegen aus dieser Ebene als nicht zulässig betrachtet wird.
Die Bezugsziffern *.1 verweisen jeweils auf Elemente in geschlossener Position, solche mit *.2 auf Elemente im offenen Zustand. Der Grund der Zwängung kann am besten verstanden werden, wenn ein Punkt P im Raum betrachtet wird. Dieser Punkt P liegt auf der Symmetrielinie 43 der Zwischenglieder 5 und in der beweglichen Symmetrieebene 41. Seine Position ist abhängig vom Öffnungswinkel der Kippstufe. Die Position von P auf der Symmetrielinie spielt für diese Betrachtungen keine relevante Bedeutung. P würde sich, aufgrund der Scharnierbedingung welcher er unterliegt, auf der Kreisbahn k1 bewegen mit Zentrum im Punkt A und der Scharnierachse 10 als Drehachse. Aufgrund der erfindungsgemäss erzwungenen Symmetriebedingungen der Kippstufe, wird der Punkt P jedoch auf eine Kurve k2 gezwungen, welche im Modell als Kreis mit Zentrum in B angenähert wird.
Eine Gerade e2 zwischen dem stationären Punkt B und dem beweglichen Punkt auf k2, welche der Übersichtlichkeit halber in Figur 8 nicht eingezeichnet wurde (vgl. Figur 9), bildet bei jedem Öffnungswinkel der Kippstufe in ihrem auf k2 liegenden Punkt die Flächennormale auf die Ebene 41. Diese Gerade e2 bewegt sich zusammen mit dem Verbindungselement 5. Eine Gerade e1, zwischen dem stationären Punkten B und dem beweglichen Punkt auf k1, würde die Gerade e2 beschreiben, wenn diese keiner Zwängung unterworfen wäre. In Figur 8 ist zudem der halbe Umschlingungswinkel ω/2 sowie der Winkel /2, welche massgeblich auf den Schnappeffekt Einfluss nehmen, gut erkennbar.
Figur 9 zeigt schematisch den Zwängungszustand des halben Verbindungselementes 5. Mit der Bezugsziffer 43.3 ist die Position der Symmetrielinie 43 infolge der Zwängung dargestellt. Als Linien sind auch die Druck- und Zugbereiche 2, 3 des Verbindungselementes 5 dargestellt. Die konstruktive Lage des Punktes P zur Bestimmung des Winkels κ muss selbstverständlich nicht zwingend in der Mitte des hier dargestellten Abschnitts der Symmetrielinie 43 liegen. Die Lage ist hingegen abhängig von den gewählten Materialstärken der Druck- und Zugbereiche 2, 3 und ist bestimmt durch den Spannungsneutralpunkt auf der Geraden 43. Unter Spannungsneutralpunkt wird hier der Punkt verstanden in welchem die Spannungen entlang der Geraden 43 im Gleichgewicht sind.
Figur 10 zeigt nun in einer schematischen Teildarstellung die Zusammenhänge einer Kippstufe mit einem Öffnungswinkel γ kleiner als 180°. Der Öffnungswinkel γ einer Kippstufe kann den Anforderungen entsprechend gewählt werden. Um in geschlossener und in geöffneter Position einer Kippstufe erfindungsgemäss zwei spannungsfreie Zustände zu erreichen, soll nachfolgender beschriebener Zusammenhang erfüllt sein. Diese erfindungsgemässen Zusammenhänge werden auch bei einem Öffnungswinkel γ von mehr als 180° bezweckt. Neben dem hier nur teilweise dargestellten Zwischenglied 21 ist die Hälfte eines Verbindungselementes 5 in geschlossener 5.1 und in offener Position 5.2 dargestellt. Das Zwischenglied 21 und das Verbindungselement sind über eine Scharnierachse 10 verbunden.
Für zwei spannungsfreie Zustände der Kippstufe ist der Zusammenhang zwischen dem Öffnungswinkel γ einer Kippstufe, dem Umschlingungswinkel ω und dem Winkel  der Verbindungselemente durch folgende Formel definiert:  = 2 *arctan[Sin(γ/2)1-cos(γ/2) *sin(ω/2)]
In Figur 11 ist ein typischer Verlauf des Zwängungswinkels κ einer Kippstufe als Funktion des Winkels ω und des Öffnungswinkel γ einer Kippstufe dargestellt. Dabei wird davon ausgegangen, dass ein Winkel  gewählt wird, welcher zu den erfindungsgemäss spannungsfreien Endpositionen führt. Wie bereits dargestellt wurde, bedeutet κ ein Mass für die Zwängung des Materials. Bei gegebenem Umschlingungswinkel ω ist in den Punkten mit horizontaler Tangente die maximale Zwängung des Materials und der Totpunkt der Schnappkraft gegeben. Der Totpunkt liegt in der Hälfte des Öffnungswinkels γ der Kippstufe.
Die Figuren 12-14 zeigen ein Scharnier mit zwei Kippstufen 1.1, 1.2 mit steifen Zwischengliedern 20, 21 und 22, und zwei Scharnierteilen 23, 24. Selbstverständlich können die Kippstufen auch direkt in die Scharnierteile übergehen. Die Kippstufen sind schematisch eingezeichnet und entsprechen beispielsweise den Kippstufen wie sie anhand von Figur 2 und 3 beschriebenen wurden. Das Scharnier ist in Figur 12 im geschlossenen Zustand dargestellt. Springt die Kippstufe 1.1 in ihren offenen Zustand, dann entspricht der erste theoretisch spannungsfreie Kippzustand des Scharniers dem in Figur 13 dargestellten Zustand. Bei diesem Kippzustand wirken keinerlei äusseren Kräfte auf das Scharnier ein. Die Kippstufe 1.1 ist voll offen und die Kippstufe 1.2 ist immer noch voll geschlossen. Das in Figur 13 dargestellte Scharnier hat einen ersten Teilschnappeffekt bereits bewirkt. Öffnet man das Scharnier weiter, so erreicht man einen weiteren Totpunkt und das Scharnier springt in einen weiteren im wesentlichen spannungsfreien Kippzustand, entsprechend Figur 14. Bei dem in den Figuren 12-14 gezeigten Scharnier ist dies der vollständig offene Kippzustand. Der Öffnungswinkel des schematisch gezeichneten Scharniers beträgt wesentlich mehr als 180°.
Die Erfindung bevorzugt, insbesondere bei einstückigen gespritzten Schamierteilen, einen Gesamtwirkwinkel von 180° vorzusehen, um den Werkzeugbau zu vereinfachen. Aus fertigungstechnischen Gründen sind Geometrien der Kippstufen zu bevorzugen, welche wie beispielsweise die in Figur 2, 3, 7 dargestellten Ausführungsbeispiele, möglichst wenige Gelenkstellen aufweisen. Ein besonderer Vorzug der Erfindung liegt auch darin, dass bei geringem und wartungsfreundlichen, werkzeugtechnischen Aufwand dank der Konzentration der funktionalen Elemente unter weitgehender Vermeidung von Schlitzen oder Ausnehmungen bei Verschlüssen, insbesondere an den dem Scharnier angrenzenden Bereichen, eine gute Dichtung herbeigeführt werden kann. Die Dichtung kann bevorzugt, unter weitergehender Vermeidung von Ausnehmungen, durch Massnahmen, wie Sie in der internationalen Patentanmeldung PCT/EP 95/00651 vorgesehen sind, vorgenommen werden. Bei besonderen Ausführungsformen können auch die beschriebenen Zug- und Druckelemente nicht parallel, sondern in einem Winkel zueinander angeordnet sein. Für langgestreckte Scharnierteile können auch zwei oder mehr Kippstufen nebeneinander angeordnet werden. Die einzelnen nebeneinander angeordneten Elemente der Kippstufen können dabei untereinander keine Verbindung aufweisen oder, falls erwünscht, mittels einer funktionsunwichtigen Membran verbunden sein. Es ist somit denkbar, mehrere Kippstufen in ihrer Wirkungsweise zu kombinieren, um beispielsweise eine Verstärkung des Schnappeffektes zu bewirken.

Claims (10)

  1. Federnde Scharnieranordnung ohne Hauptscharnier mit mindestens zwei Scharnierteilen und mit diese verbindenden Verbindungsarmen, gekennzeichnet durch eine oder mehrere in Serie angeordnete Kippstufen (1) mit je mindestens zwei Verbindungselementen (5), welche je ein biegesteifes Druckelement (2) und ein zugelastisches Zugelement (3) enthalten, die je über eine gelenkige Verbindung an steifen Zwischengliedern (20) oder direkt mit steifen Bereichen der Scharnierteile (24, 25) befestigt und die mittels mindestens einem zugeordneten Schubelement (4) mindestens annähernd schubsteif angeordnet sind.
  2. Scharnieranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenglieder (20) und die Kippstufen (1) sowohl in der geöffneten als auch in der geschlossenen Stellung im wesentlichen spannungsfrei sind.
  3. Scharnieranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druck- (2) und Zugelemente (3) einer Kippstufe (1) parallel zueinander angeordnet sind und die durch die Druckelemente (2) aufgespannte und die durch die Zugelemente (3) aufgespannte Ebene gegenseitig beabstandet sind.
  4. Scharnieranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass je zwei Verbindungselemente (5) miteinander über ein parallel zu einer Hauptbewegungsebene angeordneten Gelenkachse (11) gelenkig miteinander verbunden sind.
  5. Scharnieranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel , der von den durch die Endpunkte der Druckelemente (2) und Zugelemente (3) definierten Linien eingeschlossen wird, einen Wert aufweist, welcher der nachfolgenden Formel genügt =2*arctansin(γ/2)1-cos(γ/2) *sin(ω/2)] wobei ω der bei einer Draufsicht auf das Scharnier projizierte Winkel zwischen zwei Normalen auf die durch je ein Druck- (2) und Zugelement (3) aufgespannten Ebenen und γ der Öffnungswinkel einer Kippstufe ist.
  6. Scharnieranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckelemente (2) und Zugelemente (3) derart gegeneinander angeordnet sind, dass in jeder Öffnungsposition eine senkrecht zur Hauptbewegungsebene stehende, sich bewegende Symmetrieebene (41) die Symmetrieebene der Druckelemente (2) und Zugelemente (3) zu sich selbst bildet.
  7. Scharnieranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schubelement (4) durch eine das Druck- (2) und Zugelement (3) über ihre ganze Länge verbindende, schubsteife Membran ausgebildet ist.
  8. Scharnieranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kippstufen (1) derart miteinander verbunden sind, daß die Scharnieranordnung eine ihrer Anzahl Kippstufen entsprechende Anzahl spannungsfreier Zustände aufweist, und daß je zwischen zwei solchen Zuständen ein Totpunkt liegt, und daß die Scharnieranordnung je außerhalb eines solchen Totpunktes selbständig elastisch federnd den nächstbenachbarten spannungsfreien Zustand einnimmt.
  9. Scharnieranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
       dadurch gekennzeichnet, daß das Schubelement mit dem Druckelement (2) und dem Zugelement (3) verbunden ist und die gleiche Wandstärke aufweist wie das Zugelement (3).
  10. Verwendung einer Scharnieranordnung nach einem der vorgergehenden Ansprüche für einen einteilig gespritzten Kunststoffverschluß.
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