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Hydraulisch betätigtes Kraftscharnier Die Erfindung bezieht sich auf
ein hydraulisch für Lukenabdeckungen auf Schiffen betätigtes Kraftscharnier für
Lukenabdeckungen auf Schiffen mit parallel zu den benachbarten Deckelkanten verlaufender
Achse, bestehend aus einem zwischen zwei Scharnierarmen befindlichen Zylinder mit
zwei gegenläufigen Kolben, deren hülsenförmige Stangen einerseits mit dem Gehäuse
und andererseits mit in den hülsenförmigen Stangen angeordneten, die Scharnierarme
antreibenden drehbaren Wellen durch Führungsmittel in Verbindung stehen.
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Bei den bekannten Kraftscharnieren dieser Art sind die die Scharnierarme
antreibenden Wellen miteinander mittels einer durch die beiden Kolben hindurchgehenden
Stange verbunden, um so die Axialkräfte, die durch die in entgegengesetzter Richtung
wirkenden Kolben erzeugt werden, innerhalb des Gehäuses aufzunehmen. Diese durch
die Kolben hindurchgehende Verbindungsstange macht den mittleren Flächenteil der
beiden Kolben unwirksam, so daß zur Erzielung des geforderten Drehmoments ein großer
Kolbendurchmesser und/oder ein hoher Druck des hydraulischen Mediums erforderlich
sind. Daraus ergibt sich ein großer Platzbedarf und ein hohes Gewicht des Kraftscharniers
bzw. ein beträchtlicher Energieaufwand zur Erzielung des hohen hydraulischen Druckes.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Mängeln abzuhelfen,
und sie beruht auf der Erkenntnis, daß es eines Ausgleichs der entgegengesetzt gerichteten
Axialkräfte des Gehäuses nicht bedarf, da die Axialkräfte über die Scharnierarme
ohne weiteres von den Lukendeckeln aufgenommen werden.
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Erfindungsgemäß sind daher bei einem eingangs erwähnten Kraftscharnier
die durch die Gehäuseenden nach innen ragenden Antriebswellen der Scharnierarme
voneinander getrennt und enden innerhalb der hülsenförmigen Kolbenstangen. Dadurch
werden die Kolben auf ihrer ganzen Fläche wirksam beaufschlagt, haben somit geringeren
Durchmesser und können mit einem unter niedrigeren Druck stehenden Medium angetrieben
werden, ohne daß sich das Drehmoment des Scharniers vermindert.
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Eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist
an Hand der Zeichnung näher beschrieben, und zwar zeigt F i g. 1 den Grundriß einer
Lukenabdeckung mit einem Kraftscharnier gemäß der Erfindung, F i g. 2 eine Seitenansicht
der Lukenabdeckung bei teilweise gefalteten Lukendeckeln, F i g. 3 einen schaubildlich
dargestellten Teilabschnitt durch das Kraftscharnier, wobei einzelne Teile weggebrochen
sind, F i g. 4 einen Teillängsschnitt durch das Kraftscharnier und F i g. 5 eine
schaubildliche Teilansicht der Lukenabdeckung in geöffneter Stellung.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Lukenöffnung 22
in dem Deck 21 des Schiffes auf jeder Seite eine Schiene 23 auf, die die Laufbahn
24 für die Laufrollen der aus einem Paar rechteckiger Lukendeckel A, B bestehenden
Lukenabdeckung 26 bildet. Die Lukendeckel A und B sind durch das Kraftscharnier
36 verbunden, so daß das Deckelpaar A, B über das Scharnier 36 aus der in
F i g. 1 gezeigten Verschlußstellung heraus zusammengefaltet werden kann, um in
die in F i g. 5 gezeigte geöffnete Stellung zu gelangen.
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Das in den F i g. 3 und 4 in größerem Maßstab gezeigte Scharnier 36
weist ein Gehäuse auf, das aus dem Mittelteil 41 und den Endteilen
44 besteht, die sich an die Enden 43 des Mittelteiles anschließen und mit
ihm durch überwurfmuttern 51 mit Innengewinde 52 verbunden sind. Ein Stutzen
42 in dem Gehäusemittelteil 41 dient zum Einlaß des Druckmediums. Die Endteile
44 des Gehäuses haben nahe ihren inneren Enden 46 außen einen ringförmigen Flansch
45, der gegen das benachbarte Ende 43 des Gehäusemittelteiles 41 stößt und über
den die überwurfmutter 51 mit ihrem Flansch 53 greift. Die Außenseite der Endteile
44 weist zwischen dem inneren Ende 46 und dem Flansch 45 eine ringförmige
Nut 47 auf, in welcher eine Dichtung 48 angeordnet ist, die der Herstellung einer
Abdichtung
zwischen den benachbarten Oberflächen des Gehäusemittelteils
41 und des Gehäuseendteiles 44 dient.
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Jeder der Gehäuseendteile 44, welcher teleskopartig in den Gehäusemittelteil41
eingesetzt ist, hat einen Druckmittelanschluß 55 nahe seinem äußeren Ende 56. Durch
Schweißung od. dgl. ist mit diesen Enden 56 der Gehäuseendteile 44 bei 57 eine zylindrische
Hülse 58 verbunden, die mit dem Gehäusemittelteil 41 und den Endteilen 44 koaxial
verläuft. Jede der Hülsen 58 trägt nahe ihrem äußeren Ende 61 Innengewinde 59, so
daß in die Bohrung 63 jeder der Hülsen 58 eine Buchse 62 mit einem entsprechenden
Außengewinde eingeschraubt werden kann, bis der ringförmige Flansch 64 am äußeren
Ende jeder Buchse gegen das Ende 61 der zugehörigen Hülse 58 stößt.
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Jede der Buchsen 62 ist mit inneren bzw. äußeren Ringnuten 65, 65'
versehen, die einen Dichtungsring 66 enthalten, so daß zwischen den benachbarten
Flächen der Hülse 58 und der Buchse 62 und zwischen den benachbarten Flächen der
Bohrung 67 der Buchse und des zylindrischen Teiles 68 der Antriebswelle 69 eine
Dichtung gebildet wird.
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Außerdem hat jede Buchse 62 nahe ihrem Flansch 64 eine Ringnut
70, die einen Dichtungsring 70' enthält, welche verhindern soll, daß
Schmutz bis zu dem benachbarten Dichtungsring 66 gelangen kann.
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Die Buchsen 62 dienen als Lager für die Antriebswellen 69 und bestehen
aus geeignetem Lagermetall, z. B. aus Bronze. Durch die Verwendung entfernbarer
Buchsen 62 ist es möglich, die Dichtungsringe 66 zu ersetzen, ohne daß man das Gehäuse
auseinanderbauen muß. Weiterhin gestattet die dargestellte Ausführung, im Bedarfsfalle
das Lager gegen ein neues auszutauschen. Außerdem ist eine aus zwei Teilen bestehende
Konstruktion wirtschaftlicher, als wenn der ganze Querschnitt aus dem besonderen
Lagermaterial gefertigt werden müßte.
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In dem Gehäusemittelteil 41 ist ein Paar gegenläufiger Kolben 71 -verschiebbar
gelagert. An der Außenseite hat jeder- der Kolben eine Ringnut 72, in welcher ein
Dichtungsring 73 gelagert ist, der zwischen dem Kolben und der Innenwand des Gehäusemittelteiles
41 für Abdichtung sorgt. Im übrigen hat jeder Kolben auf seiner Außenseite eine
Ausdrehung 74, so daß sich eine Ringwand 75 ergibt, die bei 76 Innengewinde trägt,
um das mit entsprechendem Gewinde versehene Ende der hülsenförmigen Kolbenstange
77 aufzunehmen.
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Die Außenfläche jeder Kolbenstange 77 hat Führungsmittel, die bei
der dargestellten Ausführungsform aus Schraubengängen 78 bestehen. Die Schraubengänge
78 der beiden Kolbenstangen 77 verlaufen in entgegengesetzter Richtung. Die vorgenannten
Schraubengänge auf ' den Kolbenstangen 77 werden durch entsprechende Führungsmittel
78' auf der Innenseite der Gehäüseendteile44 nahe deren inneren Enden 46 ergänzt.
Die Führungsmittel auf den Kolbenstangen 77 stehen mit den Führungsmitteln 78' im
Eingriff. Der äußere Teil der Innenfläche jeder Kolbenstange 77 hat Führungsmittel,
die in der Darstellung aus Schraubengängen 81 bestehen, wobei diese Schraubengänge
81 der beiden Kolbenstangen 77 in entgegengesetzter Richtung verlaufen.
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In jedem der Gehäuseendteile 44 ist eine Antriebswelle 69 für die
Scharnierarme gelagert, deren Hauptteil 80 Führungsmittel 82 trägt,
die mit den gegenüberliegenden inneren Führungsmitteln 81 `der entsprechenden Kolbenstange
77 im Eingriff stehen.
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Die Führungsmittel 78', 78 bzw. 81, 82 können statt aus Schraubengängen
entgegengesetzter Richtung, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist, auch aus
Schraubengängen gleicher Richtung, jedoch verschiedenen Steigungswinkeln bestehen.
Schließlich ist es möglich, daß ein Paar Führungsmittel aus Schraubengängen besteht,
während das andere Paar in axialer Richtung einen geraden Verlauf hat. Die tatsächlich
verwendete Kombination hängt, wenigstens teilweise, von der Größe des gewünschten
Drehmoments und von der gewünschten Drehbewegung ab.
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Der Teil 68 jeder der Antriebswellen 69 hat einen kleineren Durchmesser,
so daß am äußeren Ende des zugehörigen Wellenhauptteiles 80 eine ringförmige
Schulter 85 gebildet wird, die sich in einem Abstand von dem inneren Ende 62' der
Buchse 62 befindet.
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Der Teil 68 von geringerem Durchmesser einer jeden Antriebswelle
erstreckt sich über den Flansch 64 der zugehörigen Buchse 62 hinaus. Jedes der überstehenden
Enden 86 hat einen noch kleineren Durchmesser, wodurch sich eine weitere ringförmige
Schulter 87 ergibt. Außerdem ist jedes der überstehenden Enden 86 mit Rippen 88
versehen, die sich parallel zur Längsachse der Antriebswelle 69 erstrecken und der
übertragung des Drehmoments dienen.
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Das vorstehend beschriebene Kraftscharnier 36 ist zwischen den parallelen
Kanten 35, 35' der Lukendeckel A, B, und zwar parallel zu diesen, in der
Mitte zwischen den Seiten 91 der Lukendeckel angeordnet. Mit jeder der Hülsen 58
ist z. B. durch Schweißung ein innerer Scharnierarm 92 verbunden, der andererseits
mit einem Balken 28 des Lukendeckels B verbunden ist. Nach F i g. 5 hat jeder innere
Scharnierarm 92 eine Verbindungsplatte 93;
die an den Balken 28 angebolzt
ist. Jedes der mit Rippen versehenen überstehenden Enden 86 der Antriebswellen 69
ist von einer Nabe 94 umgeben, deren Bohrung 95 parallele Nuten 96 aufweist, in
die die Rippen 88 hineinpassen. Das innere Ende jeder der Bohrungen 95 hat größeren
Durchmesser, so daß eine ringförmige Schulter 97 vorhanden ist, die als Anschlag
für die Schulter 87 der zugehörigen Antriebswelle 69 dient.
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Mit jeder der Naben 94 ist z. B. durch Schweißung ein äußerer Scharnierarm
98 verbunden, der seinerseits mit einem Balken 28 des Lukendeckels A verbunden ist.
Wie aus F i g. 5 zu ersehen ist, trägt jeder äußere Scharnierarm 98 eine Verbindungsplatte
99, die an dem Balken 28 mit Hilfe von Bolzen 100 befestigt ist.
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Bei der Beschreibung der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Kraftscharniers
sei angenommen, daß die Kolben 71 sich in ihrer innersten Stellung befinden, wenn
sie von dem durch den Einlaßstutzen 42 zugeführten Druckmittel beaufschlagt werden.
Das Druckmittel wirkt gegen die ganze Fläche der Kolben 71 und drückt diese nach
außen. Infolge der Auswärtsbewegung der Kolben und der damit starr verbundenen Kolbenstangen
77 kommt in Anbetracht des gegenseitigen Eingriffs der Schraubengänge 78 und 78'
eine Drehung der Kolbenstangen 77 zustande. Die Auswärtsbewegung der Kolbenstangen
77 und deren Drehung bewirken andererseits infolge des gegenseitigen Eingriffs der
Schraubengänge 81
und 82 eine Drehung der Antriebswellen 69. Infolge
des Auftreffens der Schultern 87 der Wellen 69 auf die Schultern 97 der ortsfesten
Naben 94 wird die Auswärtsbewegung der Wellen 69 begrenzt, und zwischen den Schultern
85 der Wellen 69 und den inneren Enden 62' der Buchsen 62 verbleibt ein Abstand.
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Obwohl die Buchsen 62 ortsfest sind und die Schultern 85 der Wellen
69 sich drehen, braucht infolge des erwähnten Abstandes zwischen diesen Teilen kein
Drucklager zwischengeschaltet zu werden.
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Durch die Drehung der Wellen 69 wird infolge des Eingriffs der Rippen
88 auf den Wellenzapfen 86 in die Nuten 96 der Naben 94 auf die beiden Lukendeckel
A und B ein Drehmoment übertragen, so daß diese in die in F i g. 5
gezeigte Offenstellung bewegt werden.
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Der nach außen gerichtete Axialschub der Wellen 69 wird durch das
Zusammentreffen der Schultern 87 und 97 aufgenommen, und da sowohl die die Schultern
87 tragenden Wellen 69 als auch die die Schultern 97 tragenden Naben 94 zusammen
die gleiche Drehbewegung ausführen, kann an den Schultern 87 und 97 keine Reibung
auftreten, so daß auch hier kein Axialschublager erforderlich ist.
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Der auftretende Axialschub wird über die Naben 94 und die Scharnierarme
auf die üblicherweise in kräftiger Konstruktion ausgeführten Lukendeckel übertragen,
die zu dessen Aufnahme ohne besondere Vorkehrungen fähig sind.
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Um die Lukendeckel A, B, aus der Stellung nach F i g. 5 in
die Schlußstellung nach F i g. 1 zu bringen, wird durch den Anschluß 55 Druckmittel
zugeführt, während der Anschluß 42 als Auslaß geöffnet bleibt.
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Beim Eintritt des Druckmittels durch die Einlässe 55 wirkt das Druckmittel
zuerst auf die ringförmigen Schultern 85, wodurch zu Anfang die Tendenz besteht,
daß sich die Wellen 69 nach innen bewegen. Daraus kann sich eine kleine Axialbewegung
der Enden 86 der Wellen 69 in den Bohrungen 95 der Naben 94 ergeben. Da jedoch das
Druckmittel, welches durch die Einlässe 55 zuströmt, durch die zwischen den Schraubengängen
82 der Hauptteile 80 der Wellen 69 vorhandenen Durchlässe hindurchfließt, wirkt
das Druckmittel dann auch auf die inneren Enden 69' der Wellen 69 ein. Die Oberfläche
der Enden 69', welche dem Druck ausgesetzt ist, der die Wellen 69 nach außen zu
bewegen trachtet, hat einen viel größeren Flächeninhalt als die Fläche der Schultern
85, die dem Druck des Druckmittels ausgesetzt ist, der die Wellen 69 nach innen
zu verschieben sucht. Daher ist das Ergebnis dieser Kräfte eine Verschiebung der
Wellen 69 nach außen, wobei die Schultern 87 und 97 sich aufeinander abstützen.
Das über den Stutzen 35 zugeführte Druckmittel wirkt außerdem auf die Außenseite
74 der Kolben 71, deren Fläche im wesentlichen der Fläche der nicht unterbrochenen
Innenseite 71' gleich ist, wodurch die Kolben gegeneinander bewegt werden und so
eine Drehung der Wellen 69 in entgegengesetzter Richtung erfolgt, was die Schließung
der Lukendeckel A und B bewirkt.