Berechnung der Anforderungen an Drehmomentscharniere | Formel + Beispiele

Die Spezifikation eines Drehmomentscharniers beginnt mit einer Zahl: dem für Ihre Anwendung erforderlichen Haltedrehmoment. Wird es richtig gewählt, bleibt die Platte für die gesamte Lebensdauer des Produkts genau dort, wo der Benutzer sie belässt. Wenn Sie es falsch wählen, wird die Platte entweder unter ihrem eigenen Gewicht geschlossen oder sie fühlt sich steif an und lässt sich nur schwer bewegen. Dieser Leitfaden zeigt Ihnen, wie Sie das erforderliche Drehmoment in fünf Schritten berechnen können, mit drei praktischen Beispielen und den Sicherheitsfaktoren, die erfahrene Ingenieure anwenden.

Dieser Artikel ist Teil unseres vollständigen Drehmoment-Scharnierführung. Wenn Sie eine Auffrischung benötigen, was Drehmomentscharniere sind und wie sie funktionieren, beginnen Sie mit unserem Überblick über was ein Drehmomentscharnier ist.

Die Physik: Warum Drehmoment, nicht nur Gewicht

Ein häufiger Fehler besteht darin, ein Scharnier allein nach dem Gewicht der Platte zu bemessen. Das Gewicht ist wichtig, aber was das Scharnier tatsächlich aushält, ist Drehmoment - die Rotationskraft, die durch das Gewicht in einem gewissen Abstand zum Drehpunkt erzeugt wird. Eine leichte Platte, die weit von der Scharnierachse entfernt montiert ist, kann ein größeres Drehmoment erfordern als eine schwere Platte, die nahe an der Achse montiert ist.

Das Drehmoment ist das Produkt aus Kraft und Weg. Die Kraft ist das Gewicht der Platte, das durch die Schwerkraft wirkt. Der Abstand - der so genannte Momentarm - wird von der Drehachse des Scharniers zum Schwerpunkt der Platte gemessen, und zwar horizontal, wenn sich die Platte in ihrer ungünstigsten Position befindet. Je weiter der Schwerpunkt von der Achse entfernt ist, desto mehr Drehmoment muss das Scharnier aushalten, um seine Position zu halten.

Einheiten: N-m und kgf-cm

Das Drehmoment wird in der Regel in Newtonmeter (N-m) angegeben. Einige Kataloge verwenden Kilogramm-Kraft-Zentimeter (kgf-cm), insbesondere in Asien. Die Umrechnung ist ganz einfach: 1 N-m entspricht etwa 10,2 kgf-cm. Die Drehmomentwerte im HSP-Katalog werden in N-m angegeben, wobei Modelle von 0,1 N-m für Mini-Scharniere bis zu 25 N-m für Scharniere mit einstellbarem Drehmoment für schwere Anwendungen erhältlich sind.

Die Formel, Schritt für Schritt

Hier finden Sie den vollständigen Berechnungsprozess. Arbeiten Sie es einmal mit Ihren eigenen Zahlen durch und die Wahl des Drehmoments wird zu einer wiederholbaren, vertretbaren technischen Entscheidung und nicht zu einer Vermutung.

1. Messen Sie das Gewicht der Platte (W). Wiegen Sie das Paneel, den Deckel oder den Bildschirm, den das Scharnier tragen soll, einschließlich der daran befestigten Teile - Bildschirm, Kabel, Zubehör oder Abdeckung. Verwenden Sie die schwerste realistische Konfiguration. Ergebnis in Kilogramm.
2. Ermitteln Sie den Schwerpunktsabstand (d). Messen Sie horizontal von der Drehachse des Scharniers bis zum Schwerpunkt der Platte, an der Stelle, an der die Schwerkraft das größte Drehmoment erzeugt. Bei einer gleichmäßig flachen Platte liegt der Schwerpunkt in der geometrischen Mitte. Ergebnis in Metern.
3. Berechnen Sie das statische Haltemoment (T). Multiplizieren: T = W × 9,81 × d. Die 9,81 wandelt die Masse in die Gravitationskraft um. Ergebnis in Newton-Metern.
4. Wenden Sie einen Sicherheitsfaktor an. Multiplizieren Sie das statische Drehmoment mit 1,5 für normale Anwendungen bzw. mit 2 für Anwendungen mit hoher Beanspruchung, starken Vibrationen oder sicherheitskritischen Anwendungen. Dies berücksichtigt den Verlust der Drehmomentrückhaltung während der Lebensdauer des Scharniers und die realen Lastschwankungen.
5. Falls verwendet, auf mehrere Scharniere aufteilen. Wenn die Platte zwei Scharniere hat, trägt jedes etwa die Hälfte der Last. Teilen Sie das gesamte erforderliche Drehmoment durch die Anzahl der Scharniere, um das erforderliche Drehmoment pro Scharnier zu ermitteln.

Drei Beispiele aus der Praxis

Die Formel wird am deutlichsten, wenn sie auf reale Fälle angewendet wird. Hier sind drei Beispiele aus verschiedenen Lastbereichen und Branchen.

Beispiel 1 - Laptop- oder Tablet-Bildschirm (leichte Belastung)

Ein faltbarer Bildschirm wiegt 0,4 kg, sein Schwerpunkt liegt im geöffneten Zustand 150 mm (0,15 m) von der Scharnierachse entfernt.

• Statisches Drehmoment: 0.4 × 9.81 × 0.15 = 0,59 N-m
• Mit 1,5× Sicherheitsfaktor: 0,59 × 1,5 = 0,88 N-m
• Über zwei Scharniere hinweg: etwa 0,45 N-m pro Scharnier
• Auswahl: ein Mini-Scharnier oder ein Scharnier mit konstantem Drehmoment im Bereich von 0,5-1,0 N-m pro Scharnier. Dies liegt gut im Rahmen der HSP Mini-Torque-Scharnierbereich, die eine Auflösung von bis zu 0,1 N-m bietet.

Beispiel 2 - Industrielles HMI-Bedienfeld (mittlere Belastung)

Ein Bedienpult wiegt 3 kg, wobei der Schwerpunkt 200 mm (0,2 m) von der Scharnierachse entfernt ist. Es wird viele Male pro Schicht geöffnet und geschlossen, es handelt sich also um eine Anwendung mit hoher Taktzahl.

• Statisches Drehmoment: 3 × 9.81 × 0.2 = 5,89 N-m
• Mit 2× Sicherheitsfaktor für den Einsatz bei hoher Belastung: 5.89 × 2 = 11,8 N-m
• Über zwei Scharniere hinweg: etwa 5,9 N-m pro Scharnier
• Auswahl: ein Scharnier mit einstellbarem Drehmoment von etwa 5-6 N-m pro Scharnier. Ein einstellbares Drehmomentscharnier ist hier die richtige Entscheidung, denn so kann der Bediener die Haptik nach der Installation feinabstimmen, wenn sich die Plattenlast oder die Präferenzen ändern.

Beispiel 3 - Selbstbedienungskiosk-Drehdisplay (schwerere Belastung)

Ein Kiosk-Display wiegt 5 kg, sein Schwerpunkt liegt 300 mm (0,3 m) von der Drehachse entfernt. Sie dreht sich für die Kunden- und Bedienersicht und muss jeden Winkel halten.

• Statisches Drehmoment: 5 × 9.81 × 0.3 = 14,7 N-m
• Mit 1,5× Sicherheitsfaktor: 14,7 × 1,5 = 22,1 N-m
• Über zwei Scharniere hinweg: etwa 11 N-m pro Scharnier
• Auswahl: Auf dieser Ebene nähert sich die Anforderung dem oberen Ende des Standard-Drehmomentbereichs, so dass es sinnvoll ist, die Last auf zwei Scharniere zu verteilen oder eine kundenspezifische Einheit mit hohem Drehmoment zu spezifizieren. A Schwenkbares Drehmomentscharnier HSP kann kundenspezifische Drehmomentwerte bis zu 25 N-m für Anwendungen an diesem Ende des Bereichs entwickeln.

Die Wahl des richtigen Sicherheitsfaktors

Der Sicherheitsfaktor ist keine Auffüllung. Er trägt den realen technischen Effekten Rechnung, die das Haltemoment im Laufe der Zeit und unter den Betriebsbedingungen verringern. Die richtige Wahl des Sicherheitsfaktors ist der Unterschied zwischen einem Scharnier, das ein Produktleben lang hält, und einem, das sich nach einem Jahr verschiebt.

Häufig zu vermeidende Fehler

• Größenbestimmung nach Gewicht unter Vernachlässigung der Entfernung. Der Momentarm spielt eine ebenso große Rolle wie das Gewicht. Ein leichtes Paneel an einem langen Arm kann mehr Drehmoment benötigen als ein schweres Paneel, das dicht an dicht montiert ist.
• Vergessen Sie den Sicherheitsfaktor. Die Bemessung nach dem exakten statischen Drehmoment lässt keinen Spielraum für den Drehmomentverlust, den jedes Reibungsscharnier im Laufe seiner Lebensdauer erfährt.
• Ohne Berücksichtigung der zusätzlichen Masse. Kabel, eine schwerere Display-Revision oder später hinzugefügtes Zubehör erhöhen die Belastung. Wählen Sie die Größe für die schwerste realistische Konfiguration.
• Überspezifizierung des Drehmoments. Ein zu hohes Haltemoment macht die Platte steif und schwer beweglich und kann die Befestigungspunkte belasten. Streben Sie den berechneten Wert plus Sicherheitsfaktor an, nicht das höchste verfügbare Drehmoment.
• Angenommen, ein Scharnier trägt alles. Die meisten Platten verwenden zwei oder mehr Scharniere. Verteilen Sie die Last, aber berücksichtigen Sie auch ungleichmäßige Öffnungen, die Ausrichtung und die Steifigkeit der Befestigung.

Checkliste für die Auswahl von Drehmomentscharnieren

Bevor Sie sich für ein Scharniermodell entscheiden, sollten Sie die unten aufgeführten mechanischen und umwelttechnischen Anforderungen überprüfen. Diese Checkliste hilft, eine Unter- oder Überdimensionierung sowie eine falsche Auswahl des Scharniers zu vermeiden.

• Gewicht der Schalttafel, einschließlich Displays, Abdeckungen, Kabel, Griffe und Zubehör
• Abstand von der Scharnierachse zum Massenschwerpunkt
• Ungünstigste Halteposition und erforderlicher Öffnungswinkel
• Anzahl der Scharniere, die sich die Last teilen
• Erforderlicher Sicherheitsfaktor auf der Grundlage von Zyklusdauer, Vibration und Temperatur
• Material und Oberflächenbehandlung für die Betriebsumgebung
• Einbauraum, Schraubenmuster, Plattenstärke und Steifigkeit der Halterung
• Ob die Anwendung ein festes Drehmoment, ein einstellbares Drehmoment, eine Rastpositionierung oder eine 360°-Schwenkbewegung benötigt
• Ob das Scharnier vor Ort justiert werden muss, ob Kabel verlegt werden müssen, ob es verdeckt montiert werden soll oder ob kundenspezifische Drehmomentwerte erforderlich sind

Wann sind mehrere Scharniere zu verwenden?

Die Verteilung der Last auf mehrere Scharniere ist üblich bei Paneelen mit einem Gewicht von mehr als 1-2 kg oder bei Paneelen, die breiter sind als sie hoch sind. Zwei Scharniere teilen sich das erforderliche Drehmoment und verbessern die Stabilität der Ausrichtung; drei oder mehr Scharniere können für lange oder schwere Türen verwendet werden. Wenn Sie mehrere Scharniere verwenden, teilen Sie das erforderliche Gesamtdrehmoment durch die Anzahl der Scharniere, um den Wert pro Scharnier abzuschätzen, aber lassen Sie einen Spielraum für ungleiche Lastverteilung, Montagetoleranzen und Plattenbiegung.

Häufig gestellte Fragen