Mini-Drehmomentscharniere: Ausgewogenes Verhältnis zwischen Halte-Drehmoment und Öffnungskraft

Ein kleiner Deckel kann zwar perfekt offen bleiben, ist aber dennoch umständlich zu bedienen. Der Bediener zieht an einer schmalen Fingeraussparung, das Gehäuse hebt sich von der Arbeitsfläche ab, und der Deckel bewegt sich kaum. Eine Verringerung des Scharnierwiderstands mag das Öffnen zwar erleichtern, führt jedoch dazu, dass sich der Deckel in seiner Arbeitsposition von selbst wieder schließt.

Die Öffnungskraft eines Mini-Drehscharniers hängt von der gesamten Baugruppe ab: von der Last des Deckels, dem Anfangswiderstand des Scharniers und der Stelle, an der die Hand tatsächlich ansetzen kann. Die sinnvolle Wahl ist eine, bei der der Deckel gehalten wird und gleichzeitig genügend Hebelwirkung für die beabsichtigte Öffnungsbewegung verbleibt.

Der Zugpunkt an einem Kompaktgehäuse

Markieren Sie den Schwerpunkt des Deckels und den nutzbaren Zugpunkt auf der Montagezeichnung. Der Schwerpunkt bestimmt das Moment, das dazu neigt, den Deckel zu schließen. Der Zugpunkt bestimmt den Hebelarm, der dem Bediener zur Verfügung steht. Diese beiden Punkte liegen selten an derselben Stelle.

Bei einer Bewegung in der Ebene senkrecht zur Scharnierachse beträgt der wirksame Hebelarm der Hand senkrechter Abstand von dieser Achse zur Wirkungslinie der Kraft. Es handelt sich dabei nicht unbedingt um die entlang des Deckels gemessene Entfernung. Ein Zug, der nahezu in Richtung des Drehpunkts gerichtet ist, erzeugt nur ein geringes Öffnungsmoment, selbst wenn der Finger einen gewissen Abstand davon hat.

Bei einem kompakten Gehäuse kann eine Blende oder eine vertiefte Kante den Benutzer daran hindern, den in der CAD-Zeichnung dargestellten Zugpunkt zu erreichen. Eine Fingerspitze, eine behandschuhte Hand und ein Kneifgriff können zudem unterschiedliche Kraftrichtungen erzeugen. Überprüfen Sie den zugänglichen Kontaktpunkt bei der vorgesehenen Griffart, bevor Sie den Drehmomentwert festlegen.

Berechnen Sie das Schließmoment bei geschlossenem Deckel einschließlich Display, Sichtfenster, Griff und beweglichen Anbauteilen. Verwenden Sie dazu die Berechnung der Anforderungen an Drehmomentscharniere für den Schwerkraftanteil; fügen Sie anschließend die entsprechenden Kabel- oder sonstigen äußeren Momente an den Arbeitspositionen hinzu.

Abstand zur Start-Widerstandsmarke

Haltemoment beschreibt den verfügbaren Widerstand, der erforderlich ist, um den Deckel unter den angegebenen Bedingungen in seiner Position zu halten. Geben Sie die Betriebswinkel, die zulässige Winkelbewegung und die Zeitdauer an, während der der Deckel in dieser Position verbleiben muss. Ein Deckel, der an einem Endanschlag anliegt, erfüllt nicht dieselbe Funktion wie ein Deckel, der in einem Zwischenwinkel gehalten wird.

Losbrechmoment ist der Widerstand beim Anlaufen aus dem Stillstand. Er beeinflusst den anfänglichen Zug. Das Laufdrehmoment bestimmt den Widerstand, sobald die Bewegung in Gang gekommen ist. Achten Sie beim Lesen eines Datenblatts darauf, diese Werte getrennt zu betrachten; ein gleichmäßiges Laufgefühl ist kein Indikator für eine akzeptable Anlaufkraft.

Für das langsame Öffnen eines starren Deckels nach oben um eine horizontale Achse, bei gelöstem Verschluss und vernachlässigbarer Beschleunigung:

Kraft der Starthand = (Gesamtdrehmoment beim Öffnen des Scharniers + entgegenwirkendes Schwerkraftmoment + sonstige entgegenwirkende Momente) ÷ wirksamer Hebelarm der Hand.

Verwenden Sie N·m für Momente und Meter für den Hebelarm, um die Kraft in Newton zu berechnen. Unterstützende Momente werden mit umgekehrtem Vorzeichen eingetragen. Seilreaktionen und Dichtungsauslösung sind in die Berechnung einzubeziehen, sofern sie vorhanden sind. Berechnen Sie alle Momente um die tatsächliche Drehachse; ein Paneel mit vertikaler Achse hat nicht denselben Schwerkraftbeitrag wie ein Deckel mit horizontaler Achse.

Legen Sie die zulässigen Start- und Bewegungskräfte entsprechend dem vorgesehenen Benutzer, dem Griff, der Körperhaltung und der Nutzungshäufigkeit fest. Wenn das Produkt dazu gedacht ist, im Sitzen auf einer Bank mit einer Hand geöffnet zu werden, verändert das Festhalten des Sockels mit der anderen Hand die Aufgabe.

Von der zulässigen Handkraft aus rückwärts berechnen

Sobald der Grenzwert für die Handkraft bekannt ist, wandeln Sie diesen in einen Grenzwert für den Öffnungswiderstand des Scharniersets um. Unter denselben Bedingungen für langsames Öffnen:

Maximal zulässiges Losbrechdrehmoment = zulässige Handkraft × wirksamer Handhebelarm − entgegenwirkendes Schwerkraftmoment − sonstige entgegenwirkende Momente.

Dies ist der Spielraum für alle Drehmomentscharniere, die gemeinsam auf den Deckel einwirken. Ist das Ergebnis null oder negativ, verbrauchen die entgegengesetzten Belastungen bereits die verfügbare Handkraft, bevor der Widerstand der Scharniere hinzukommt. In diesem Fall müssen Hebelwirkung, Belastung oder Unterstützung angepasst werden.

Rechenbeispiel unter Verwendung von angenommenen Werten. Ein starrer Deckel hat eine Masse von 0,20 kg und einen Schwerpunkt, der 40 mm von einer horizontalen Scharnierachse entfernt liegt. In seiner horizontalen Ausgangsposition beträgt das Schwerkraftmoment bei g = 9,81 m/s² etwa 0,0785 N·m. Es wird angenommen, dass der eingebaute Scharniersatz einen stationären Widerstand von 0,10 N·m gegen das Schließen bietet und 0,12 N·m benötigt, um das Öffnen einzuleiten. Das Beispielprojekt begrenzt die anfängliche Handkraft auf 5 N. Die Verriegelung ist gelöst, die Hand zieht senkrecht zum Deckel, und Kabel-, Dichtungs- und Unterstützungsmomente werden nicht berücksichtigt.

Bei 25 mm überschreitet der angenommene Anlaufwiderstand von 0,12 N·m den verfügbaren Spielraum von 0,0465 N·m. Bei 60 mm liegt derselbe Satz innerhalb der berechneten Grenze. Eine Verschiebung des Zugpunkts verändert die Öffnungskraft, ohne den angenommenen Haltewiderstand zu verringern.

Wenn der kürzere Zugpunkt feststeht, prüfen Sie, ob ein Kandidat die untere Grenze des Öffnungswiderstands einhalten und gleichzeitig einen ausreichenden stationären Widerstand gegen das Schließmoment bieten kann. Gehen Sie nicht davon aus, dass das Losbrechdrehmoment beim Öffnen und die Haltekraft in Schließrichtung gleich sind. Eine richtungsabhängige Konstruktion kann sich unterschiedlich verhalten, aber das ausgewählte Modell muss beide Anforderungen erfüllen.

Wiederholen Sie die Prüfung bei Winkeln, bei denen die Schwerkraft, die Hebelwirkung der Hand oder die Seilreaktion ungünstiger sind. Der Grenzwert von 5 N bezieht sich auf dieses Beispiel; es handelt sich dabei nicht um eine allgemeingültige Komfortschwelle.

Drehmomentabweichungen zwischen den Proben

Der bevorzugte Nennwert muss Spielraum für tatsächliche Bauteilabweichungen lassen. Vergleichen Sie die geringste unterstützte Haltekraft mit dem größten erforderlichen Außenmoment und den höchsten unterstützten Anfahr- und Laufwiderstand mit den Grenzwerten für die Handkraft.

Verwenden Sie die Deckelkonfiguration, die das größte äußere Moment erzeugt, und nicht einfach die mit der größten Masse. Ein leichteres Display, das weiter von der Achse entfernt ist, kann ein höheres Haltemoment erfordern als ein schwereres, gut ausbalanciertes Deckelelement. Die ungünstigste Konfiguration für das Halten kann sich zudem von derjenigen unterscheiden, die die höchste Öffnungskraft erzeugt.

Erkundigen Sie sich, was die Angaben des Lieferanten abdecken: neue Teile, den relevanten Temperaturbereich und die vorgesehenen Betriebsbedingungen. Gehen Sie nicht von einem festen Prozentsatz des Drehmomentverlusts oder einem festen Verhältnis zwischen Halte- und Anlaufwiderstand aus. Wenn die Werte des Lieferanten auf unterschiedlichen Definitionen basieren, verwenden Sie die Vergleich der Spezifikationen für konstantes Drehmoment um eine gemeinsame Grundlage zu schaffen.

Ein Leuchtengehäuse kann sich zuerst bewegen

Selbst eine akzeptable Zugkraft kann ein leichtes Gerät bereits anheben, verschieben oder umkippen. Die Masse des Geräts, die Auflagefläche, die Füße, die Oberflächenreibung und die Zugrichtung bestimmen, ob das Gehäuse an seinem Platz bleibt. Eine längere Zuglasche kann zwar die erforderliche Kraft verringern, verändert jedoch auch den Punkt, an dem diese Kraft auf das gesamte Produkt wirkt.

Bevor Sie das Scharnier austauschen, sollten Sie sicherstellen, dass der Widerstand nicht durch eine eingerastete Verriegelung, eine festsitzende Dichtung oder eine am Rahmen reibende Deckelkante verursacht wird. Bei unerwünschtem Kontakt muss der Abstand korrigiert werden. Die Dichtungsöffnungskraft, die im Normalbetrieb auftritt, muss weiterhin innerhalb der vom Benutzer festgelegten Öffnungskraftgrenze liegen.

Falls kein Kandidat beide Anforderungen erfüllt

Wenn ein geringerer Widerstand ein Verrutschen zulässt und ein höherer Widerstand das Öffnen unmöglich macht, lässt ein mittlerer Katalogwert möglicherweise immer noch zu wenig Spielraum für Fertigungstoleranzen. Verwenden Sie die berechnete Öffnungstoleranz, um festzustellen, ob die Einschränkung auf den Widerstand des Scharniers oder auf die Geometrie des Deckels und des Griffs zurückzuführen ist.

Sofern es die Verpackung zulässt, sollten Sie den Zugang für die Finger verbessern, den Griffpunkt verlegen oder den Schwerpunkt des Deckels näher an die Achse bringen. Ein richtungsabhängiges Scharnier kann in Betracht gezogen werden, wenn seine Öffnungsrichtung mit geringem Widerstand und seine Haltekraft in Schließrichtung den Anforderungen der Anwendung entsprechen. Wenn diese Änderungen nicht ausreichen, ist möglicherweise ein Hilfs- oder Stützmechanismus erforderlich.

Zwei Drehmomentscharniere tragen zum Gesamtwiderstandsmoment bei. Geben Sie die beabsichtigte Anordnung an; die Auswahl von zwei Bauteilen, als ob jedes einzelne die gesamte Haltekraft bereitstellen müsste, kann zu einer unnötigen Steifigkeit der Öffnung führen. Das Hinzufügen eines Scharniers ist kein Ersatz für die Überprüfung des kombinierten Widerstands.

Überprüfen Sie die auf der Abdeckung angegebene Konfiguration aus der Auswahlliste

Auswahlliste Mini- und Kompakt-Drehmoment-Scharniere unter Berücksichtigung des Einbauraums, der Anforderungen an die Haltekraft in Schließrichtung und der zulässigen Öffnungswiderstände. Vergleichen Sie diese auf demselben repräsentativen Deckel mit demselben Zugpunkt, denselben Befestigungen, derselben Kabelführung und denselben Einbaubedingungen.

Geben Sie bei jedem Ergebnis die Teilenummern, die Anzahl der Scharniere, die Revisionsnummer der Baugruppe und den Zustand des Musters an. Verwenden Sie eine einheitliche Verfahren zur Messung des Drehmoments an einem Scharnier. Falls auch ein kontrolliertes Schließen erforderlich ist, prüfen Sie dies separat; ein akzeptables Öffnungsergebnis sagt noch nichts über das Schließverhalten aus.

Wählen Sie die Konfiguration aus, die unter den angegebenen Bedingungen alle drei Anforderungen erfüllt. Vergewissern Sie sich, dass die vom Lieferanten vorgelegten Nachweise zu Varianten und Lebensdauer diese Konfiguration abdecken, bevor Sie ein erfolgreiches Muster als repräsentativ betrachten.

Häufig gestellte Fragen zur Öffnungskraft des Mini-Torque-Scharniers

Macht ein höheres Nenn-Drehmoment ein Mini-Scharnier besser?

Nur wenn der zusätzliche Widerstand zum Festhalten erforderlich ist und der Deckel weiterhin verwendet werden kann. Prüfen Sie die Definition der Nennwerte und die Öffnungskraft der gesamten Baugruppe, bevor Sie einen höheren Wert wählen.

Kann ich das im Katalog angegebene Drehmoment durch den Zugweg dividieren?

Um den Beitrag des Scharniers abzuschätzen, sind lediglich das entsprechende Öffnungsdrehmoment und der senkrechte Hebelarm heranzuziehen. Zur Abschätzung der gesamten Öffnungskraft des Deckels müssen die Schwerkraft, Seile, Dichtungen und sonstige Lasten berücksichtigt werden.

Kann ich die Zuglasche versetzen, anstatt das Scharnier auszutauschen?

Ja, sofern die neue Position eine effektivere Hebelwirkung bietet und weiterhin zugänglich ist. Überprüfen Sie noch einmal den gesamten Öffnungsweg und die Stabilität der Vorrichtung; die Richtung der Handkraft kann sich beim Anheben des Deckels ändern.

Erleichtern zwei Mini-Drehscharniere das Öffnen?

Nicht automatisch. Ihre Widerstandswerte addieren sich. Zwei Bauteile mit niedrigerer Nennleistung können zwar zusammen einen geeigneten Gesamtwert ergeben, doch müssen ihr Verhalten im eingebauten Zustand und ihre Ausrichtungslage gemeinsam überprüft werden.

Gibt es für jeden kleinen Deckel eine Standardkraft, die als angenehm empfunden wird?

Es gibt keinen einheitlichen Wert, der für jeden Benutzer, jeden Griff, jede Körperhaltung und jede Bedienungsaufgabe geeignet ist. Legen Sie die Anforderungen am vorgesehenen Zugpunkt fest und geben Sie an, ob das Produkt abgestützt oder freistehend ist.

Was ist, wenn der Deckel nur in der vollständig geöffneten Endposition hält?

Möglicherweise trägt der Anschlag die Last. Überprüfen Sie gegebenenfalls die Zwischenpositionen; eine Anforderung, die sich ausschließlich auf Endpositionen bezieht, sollte getrennt von der kontinuierlichen Positionshaltung festgelegt werden.

Wenn Sie Hilfe bei der Auswahl eines Mini-Drehscharniers benötigen, Senden Sie HSP die Zeichnung des Deckels und die Grenzwerte für die Öffnungskraft. Markieren Sie den Schwerpunkt, den zugänglichen Befestigungspunkt, die Kraftrichtung, die Arbeitswinkel und den Einbauraum. Geben Sie die Masse des Deckels sowie etwaige Messwerte an, damit die Erörterung direkt bei den Anforderungen an die Montage ansetzt.