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Druckmittelbetätigtes Kraftscharnier Die Erfindung betrifft ein druckmittelbetätigtes
Kraftscharnier für Bauteile, wie z. B. Schiffsluken, Deckel, Türen u. dgl., mit
konzentrisch mit und zwischen den Scharnierzapfen und Scharnierhülsen angeordneten
Arbeitskammern, welche von an beiden Scharnierteilen (Scharnierzapfen und Scharnierhülse)
wechselseitig befestigten, im wesentlichen radial gerichteten Flügeln begrenzt werden.
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Die Erfindung bezweckt, die druckmittelbetätigten Kraftscharniere
der vorgenannten Art zu verbessern und so zu gestalten, daß sich bei geringstem
baulichem Aufwand zusätzlich eine druckmittelbetätigte Axialbewegung zwischen Scharnierzapfen
und Scharnierhülse erzielen läßt, um das mit dem Kraftscharnier verbundene Bauteil
in einer bestimmten Einstellung, z. B. der Verschlußstellung, zu verriegeln.
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Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
den Scharnierzapfen oberhalb und unterhalb der radialen Flügel mit kolbenartigen
Ansätzen zu versehen, welche die Arbeitskammern zwischen den Flügeln von am Ende
der Scharnierhülsen angeordneten Endkammern abgrenzen, die über Ventile mit einer
Druckmittelquelle verbunden sind, und so eine an sich bekannte, begrenzte axiale
Relativverschiebung zwischen den Scharnierteilen ermöglichen.
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Um die durch die Schwerkraft hervorgerufenen Kraftkomponenten zu kompensieren,
können die Endkammern, insbesondere durch einseitige Herausführung des Scharnierzapfens,
ungleiche Querschnitte aufweisen und mit gleich großen Drücken beaufschlagt werden.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist darauf gerichtet, die Endkammern
über Rückschlagventile mit den zwischen den radialen Flügeln angeordneten Arbeitskammern
zu verbinden. Auch kann jeweils eine der Endkammern an einen Druck- und die andere
an einen Sauganschluß einer Druckmittelquelle angeschlossen sein.
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Zur Erzielung einer Zwangläufigkeit des Bewegungsbildes werden erfindungsgemäß
für die Druckmittelzufuhr zu den Arbeitskammern Kanäle vorgesehen, deren Öffnungen
durch die Axialverschiebung der Kolbenansätze in der Scharnierhülse freigegeben
bzw. versperrt werden. Die verschiedenen Schaltphasen, welche das Kraftscharnier
ausführt, können auch durch eine Nockensteuerung nacheinander ausgelöst werden,
und es läßt sich in einer solchen Nockensteuerung ein hydraulisches Verzögerungsglied
vorsehen, welches in Abhängigkeit vom Ablauf der Verzögerungszeit die nächste Bewegungsphase
des Kraftscharniers schaltet: Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, welche Ausführungsbeispiele der
Erfindung erläutern. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine Ansicht einer mit erfindungsgemäßem
Kraftscharnier versehenen Tür, Fig. 2 eine Seitenansicht auf die Verschlußeinrichtung
der in Fig. 1 gezeigten Tür gemäß einem Schnitt II-II der Fig. 3, Fig. 3 eine Draufsicht
auf die Tür der Fig. 1 und 2, Fig. 4 einen axialen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes
Kraftscharnier, Fig. 5 eine geschnittene Teilansicht gemäß einem Schnitt V-V der
Fig. 4, Fig. 6 ein hydraulisches Schaltschema.
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Die in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Kraftscharniere 61 sind so ausgebildet,
daß sie sowohl das Auf-und Zudrehen der Türen 60 gegenüber der am Bauteil 59 angeordneten
Türöffnungen als auch eine Verriegelung der Tür bewirken können. Dem Gewicht der
Tür bzw. der aufzubringenden Kraft entsprechend können ein oder mehrere Kraftscharniere
vorgesehen sein. In dem in Fig. 1 bis 3 dargestellten Beispiel sind zwei Kraftscharniere
61 vorgesehen. Zum Verriegeln sind an der Tür 60 drei Verschlußbolzen 62 angebracht,
weiche in Schlitze auf in entsprechender Höhe angeordneten Blechschildern 63 des
Türrahmens eingreifen können. Die Schlitze der Blechschilder 63 verlaufen zunächst
horizontal und anschließend schräg nach unten. Bei dem nachfolgend noch ausführlich
zu beschreibenden Schließvorgang durchlaufen die Verschlußbolzen 62 zunächst den
horizontalen Teil der Schlitze, um anschließend; wenn die Tür 60 abgesenkt wird,
von den schräg auslaufenden Teilen der Schlitze aufgenommen zu werden. Auf Grund
der Neigung der Schlitze wird dabei die Tür 60 fest an den Bauteil 59 angepreßt.
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Für die Wirkungsweise des Verschlusses ist es gleichgültig, ob
die Verschlußbolzen 62 an der Tür und die Blechschilder am Türrahmen 59 befestigt
sind oder ob eine entgegengesetzte Anordnung gewählt wurde. Selbstverständlich können
auch andere Verriegelungsorgane gleicher Funktion vorgesehen werden.
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Eine dieser Verriegelungseinrichtung ähnliche Anordnung kann als Haltevorrichtung
für die geöffnete Tür dienen.
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Die spezielle Ausbildung des Kraftscharniers zeigen die Fig. 4 und
5. Der Scharnierzapfen 64 ist oberhalb und unterhalb des in einer Nut im Scharnierzapfen
64 eingelassenen Flügels 65 auf ein Stück seiner Länge kolbenartig ausgebildet.
Oberhalb und unterhalb dieser kolbenartigen Teile ist der Scharnierzapfen 64 durch
Stopfbüchsen oder gleichwertige Dichtungen 66, die in den Deckeln 67 der Scharnierhülse
68 eingelassen sind, aus der Scharnierhülse 68 herausgeführt. In der Scharnierhülse
68 befindet sich eine längs laufende Nut, in die ein Flügel 69 eingesetzt ist. Sowohl
der Flügel 65 als auch der Flügel 69 wird durch eine elastische Zwischenlage
70 gegen die Scharnierhülse 68 bzw. den Scharnierzapfen 64 gepreßt. Der Flügel 69
kann sich in der Nut der Scharnierhülse in Längsrichtung des Scharniers verschieben.
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Durch die Flügel 65 und 69 wird die Bohrung der Scharnierhülse 68
in zwei Arbeitskammern 73', 74' unterteilt. Weiter sind Bohrungen angebracht, durch
die wahlweise ein Druckmittel in das Innere des Scharniers eingepumpt oder daraus
abgelassen bzw. abgesaugt werden kann. Die Bohrung 71 führt in die Endkammer 71'
unterhalb des unteren kolbenartigen Teils 64'' des Scharnierzapfens 64. Die Bohrung
72 führt in die entsprechende Endkammer 72' am oberen Ende des Scharniers. Die Bohrungen
73, 74, 75, 76 führen in die zwischen den Flügeln 65, 69 liegenden Arbeitskammern
73', 74' im mittleren Teil des Scharniers. Das Druckmittel in den Bohrungen 75 und
76 und in den zu diesen Bohrungen führenden Leitungen steht ständig unter dem an
der Saugseite der Pumpe herrschenden Druck. Derselbe Druck herrscht auch im gesamten
mittleren Teil des Scharniers, wenn nicht die Bohrungen 75 und 76 durch den unteren
kolbenartigen Teil des Scharnierzapfens verschlossen sind, was bei angehobenen Scharnierzapfen
der Fall ist. Die Bohrungen 73 und 74 öffnen sich beim Anheben des Scharnierzapfens
64, während sie bei abgesenkten Scharnierzapfen durch den oberen kolbenartig ausgebildeten
Teil 64' des Scharnierzapfens 64 verschlossen sind.
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Soll die zunächst geschlossene Tür 60 geöffnet werden, sind folgende
Vorgänge notwendig: Es muß durch die Bohrung 71 ein Druckmittel in das Scharnier
eingeführt und gleichzeitig aus der Bohrung 72 abgesaugt oder die in ihr enthaltene
Flüssigkeit oder Luft abgelassen werden. Durch den dabei entstehenden Unterschied
zwischen den Drücken, die auf die untere bzw. obere Stirnfläche der beiden kolbenartigen
Teile 64" und 64' des Scharnierzapfens 64 wirken, wird der Scharnierzapfen 64 und
mit ihm auch die Tür 60 angehoben. Dabei gelangen die Verschlußzapfen 62 aus dem
schrägen Teil der Schlitze in den Blechschildern 63 in den horizontalen Teil der
Schlitze. Gleichzeitig mit dem Anheben des Kolbens werden die Bohrungen 75 und 76
verschlossen, während die Bohrungen 73 und 74 geöffnet werden.
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Es kann nun der Scharnierzapfen 64 und mit ihm die Tür 60 aufgedreht
werden, indem durch die Bohrung 74 ein Druckmittel zugeführt und gleichzeitig aus
der Bohrung 73 abgesaugt bzw. Flüssigkeit oder Luft abgelassen wird. Hat sich die
Tür 60 ganz aufgedreht, so kann sie wieder abgesenkt werden, indem aus Bohrung 71
abgesaugt und in die Bohrung 72 Druckmittel eingelassen wird. Gleichzeitig mit dem
Absenken werden die Bohrungen 73 und 74 verschlossen und die Bohrungen 75 und 76
geöffnet. Da die Bohrungen 75 und 76 ständig mit der Saugseite der Pumpe verbunden
sind, wird das im mittleren Teil des Scharniers befindliche Druckmittel entspannt:
Um die Tür zu schließen, sind sinngemäß dieselben Vorgänge notwendig; insbesondere
muß zum Zudrehen der Tür aus der Bohrung 74 abgesaugt und in die Bohrung 73 Druckmittel
eingelassen werden.
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Gemäß der Erfindung können die Schaltorgane für das Druckmittel entweder
direkt von Hand betätigt werden, oder aber es kann eine weitgehend automatische
Steuerung für sie eingerichtet werden. Eine solche ist in Fig. 6 dargestellt. In
der nur Beispielsweisen Zeichnung bedeutet 78 eine Pumpe, 79 ein in die Druckleitung
der Pumpe geschaltetes Sicherheitsventil und 80 ein Ausgleichsgefäß, das an die
Saugleitung der Pumpe angeschlossen ist und in das auch die Ableitung des Sicherheitsventils
79 mündet. 81 ist ein Umsteuerschieber, durch dessen Betätigung die Tür geöffnet
bzw. geschlossen werden kann. 82 ist ebenfalls ein Umsteuerschieber, der durch einen
Nocken 83, der sich um dieselbe Achse wie die Tür mit dieser mitdreht, gesteuert
wird. 84 und 85 sind Wechselschieber, deren Kolben 86 und 87 Kolbenstangen mit Schlitzen
haben. In diesen Schlitzen gleiten Zapfen 88, die ihrerseits an den Enden der Kolbenstangen
89 eines hydraulischen Verzögerers 90 angebracht sind. Der Hub des Verzögerers 90
ist so bemessen, daß bei einem Hin- bzw. Hergang seines Kolbens 91 die Zapfen 88
zunächst die Schlitze der Kolbenstangen der Wechselventile 84 bzw. 85 durchlaufen
und dann - während des letzten Teiles des Hubes des Verzögerers 90 - die Kolben
86 und 87 der Wechselventile 84 und 85 verstellen.
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Der in Fig. 6 gezeichnete Zustand der Steuerung entspricht der geschlossenen
und abgesenkten Tür. Der Einfachheit halber ist nur ein Kraftscharnier 61 eingezeichnet.
Das zweite kann entweder dem gezeichneten parallel geschaltet werden oder ebenfalls
mit einer gleichartigen Steuerung ausgerüstet werden. Um die Tür zu öffnen, braucht
nur der Kolben 92 des Umsteuerschiebers 81 nach unten verschoben zu werden. Die
Pumpe 78 drückt dann über den Umsteuerschieber 81 und den Wechselschieber 84 in
die Bohrung 71 des Kraftscharniers. Zugleich saugt sie über den Wechselschieber
85 und den Umsteuerschieber 8'1 aus der Bohrung 72 des Kraftscharniers. Der Umsteuerschieber
82 wird zunächst nicht verstellt. Es ändert sich daher auch nichts an dem Zustand
des hydraulischen Verzögerers 90.
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Die vom Umsteuerschieber 81 kommende und zur Bohrung 74 des Kraftscharniers
führende Leitung wird gleichzeitig unter Druck gesetzt, während aus der zur Bohrung
73 des Kraftscharniers führenden Leitung gesaugt wird. Da durch den oberen kolbenartigen
Teil des Scharnierzapfens 74 die Bohrungen 73 und 74 zunächst verschlossen sind,
kann durch die Leitungen, die zu den Bohrungen 73 und 74 führen, kein Druckmittel
fließen.
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Die Folge dieser Schaltstellung ist, daß sich der Scharnierzapfen
und mit ihm die Tür heben wird: Das Hochgehen des Scharnierzapfens bewirkt jedoch,
daß die Bohrungen 73 und 74 freigegeben werden. Dies hat - wie schon früher geschildert
- zur Folge,
daß sich die Tür aufdreht. Gleichzeitig mit der Tür
dreht sich auch der Nocken 83 und bewirkt damit, daß die Mündungen der drei Zuleitungen
zum Umsteuerschieber 82 geschlossen werden. Auch dies hat noch keine Änderung der
Stellung des Kolbens 91 des hydraulischen Verzögerers 90 zur Folge. Erst kurz bevor
die Tür ganz offen ist, bewirkt der Nocken 83, daß der Kolben des Umsteuerschiebers
82 so verstellt wird, daß in den links vom Kolben 91 innerhalb des hydraulischen
Verzögerers 90 liegenden Raum das Druckmittel gedrückt und aus dem rechts vom Kolben
91 liegenden Raum gesaugt wird. Während der Zeit, die der Kolben 91 des hydraulischen
Verzögerers braucht, um eine Strecke gleich dem Weg der Zapfen 88 in den Schlitzen
in den Kolbenstangen der Kolben 86 und 87 der Wechselschieber 84 und 85 zu durchlaufen,
dreht sich die Tür vollständig auf. Nun aber werden durch den hydraulischen Verzögerer
90 die Kolben 86 und 87 der Wechselschieber 84 und 85 verstellt. Dies hat zur Folge,
daß nun aus dem mit der Bohrung 71 verbundenen Raum des Kraftscharniers 61 gesaugt
wird und in den mit der Bohrung 72 verbundenen Raum gedrückt wird. In allen anderen
Leitungen wird der Druck nicht verändert. Der Scharnierzapfen 64 wird sich also
absenken, wobei anfangs, nämlich bis die Bohrungen 73 und 74 von dem oberen kolbenartigen
Teil des Scharnierzapfens geschlossen werden, noch die Tür aufdrücken wird.
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Um die Tür zu schließen, ist es notwendig, den Kolben 92 des Umsteuerschiebers
81 nach oben zu schieben. Es wiederholen sich dann ähnliche Vorgänge, wie sie bereits
für das Öffnen der Tür geschildert wurden.
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Es ist zweckmäßig, den Kolben 82 des Umsteuerschiebers 81 so zu verblocken,
daß er nur bei geschlossener Tür in die Stellung »Auf« und nur bei geschlossener
Tür in die Stellung »Zu« gestellt werden kann.