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Klappdeckelverschluß mit durch Federn bewirktem Gewichtsausgleich
Bei Kesseln oder Behältern, die in verschiedenen Industriezweigen, vornehmlich in
der Lebensmittelindustrie und Molkereiwirtschaft, zum Durchführen von Fertigungsverfahren
oder zum Lagern dienen, sind häufig klappbare Deckel anzutreffen, die von Hand geöffnet
werden und dann in jeder beliebigen Stellung stehenbleiben sollen. - Ein bekannter
Weg, dieses Ziel zu erreichen, sieht vor, daß an dem Deckel hinter dem Deckelgelenk
Gegengewichte oder Zugfedern angebracht werden. Diese Anordnungen sind aus verschiedenen
Gründen oft recht störend.
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Die vorliegende Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, den
Deckelausgleich in das Deckelgelenk selbst zu verlegen, ohne weitere äußere Anbauteile.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung einen Klappdeckelverschluß
mit durch Federn bewirktem Gewichtsausgleich vor, bei dem eine oder mehrere Torsionsfedern
konzentrisch zur Schwenkachse des Deckels so angeordnet sind, daß sie einerseits
drehfest mit dem Gehäuse und andererseits drehfest bzw. nach Zurücklegen eines bestimmten
Schwenkwegs des Deckels drehfest mit dem Deckel verbunden sind und konzentrisch
zur Schwenkachse eine Reibungsbremse angeordnet ist.
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Die Reibungsbremse besteht aus einer Reibscheibe, die durch eine Feder
angedrückt wird.
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Es ist auch vorteilhaft, daß zwischen dem gehäusefesten Federende
und dem Gehäuse eine Einstellvorrichtung für den Wirkungswinkel vorgesehen ist.
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Weiter wird nach der Erfindung vorgeschlagen, zusätzlich notwendige
Federn konzentrisch um die Hauptfeder anzuordnen, wobei die kraftschlüssige Verbindung
dieser Federn mit der Hauptfeder an dem Ende erfolgt, das fest mit dem feststehenden
Lagerbock verbunden ist, und das freie Ende der zusätzlichen Feder oder Federn einen
Federkraftübertragungsring trägt, der eine Ausnehmung entsprechend dem beabsichtigten
Wirkungswinkel aufweist, in die eine mit dem Deckel verbundene Nase eingreift, und
dadurch die Wirkung der zusätzlichen Feder oder Federn auf bestimmte Abschnitte
des Deckelschwenkwinkels beschränkt.
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Zum Stande der Technik wird erwähnt, daß durch die USA.-Patentschrift
2 335 834 eine Aufhängevorrichtung mit Gewichtsausgleich bekanntgeworden ist, bei
der zwei Federn so hintereinander angeordnet sind, daß durch Überlagerung eine bestimmte
gewünschte Gesamtcharakteristik erzielt wird.
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Um den Erfindungsgedanken klar herauszustellen und dabei die theoretischen
Grundlagen zum besseren Verständnis zu behandeln, werden zunächst die Fig. l., 2,
3, 4, 5, 6, 7 und 9 erörtert und zuletzt der Klappdeckelverschluß in der Fig. B.
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In der Fig. 1 sind die theoretischen Grundlagen des Verfahrens dargestellt,
und zwar die angenommenen Kräfte, Schwenkwinkel und Drehmomente. Es bedeutet PD
das Deckelgewicht im Schwerpunkt des Deckels und d dessen Abstand vom Drehpunkt
A.
<# x ist der Öffnungswinkel des Deckels und <# 9p der Verdrehungswinkel
einer Torsionsfeder unter der Annahme, daß der Deckel mit 90° offen sein soll und
der Verdrehungswinkel der Torsionsfeder bei diesem Schwenkwinkel #o = 0° ist.
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Es können selbstverständlich entsprechend den vorliegenden Bedingungen
auch andere Winkelwerte gewählt werden.
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In Fig. 2 ist schematisch, graphisch der Verlauf des Deckel- und des
Torsionsfederdrehmomentes in Abhängigkeit vom Öffnungswinkel des Deckels dargestellt.
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Es ist zu ersehen, daß die Drehmomente nur an zwei Punkten gleich
sind, nämlich bei geschlossenem und bei voll geöffnetem Deckel, d. h., daß in jeder
anderen Winkellage das Deckelmoment MD. größer ist als das Torsionsfedermoment
MT und der Deckel also zufallen würde. Um dieses zu verhindern, ist ein zusätzliches
Bremsdrehmoment durch Einsetzen von Reibungskräften vorgesehen. Das Diagramm in
Fig. 3
zeigt diesen Fall. Das überlagerte Reibungsdrehmoment muß
mindestens so groß sein wie die maximale Differenz der beiden ursprünglichen Drehmomente.
Erechnet man die Winkelstellung a für die maximale Differenz, so ergibt sich ein
Öffnungswinkel von a,-z: 39,5°. Die Drehmomentdifferenz MR ist an dieser Stelle
MR = 0,2115 MD maZ.
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In vielen Fällen wird dieses zusätzliche Drehmoment, das ja von Hand
überwunden werden muß, für eine leichte Bedienung des Behälterdeckels zu hoch sein.
Es ist dann zweckmäßig, die Federkennlinie so zu wählen, daß bei a = 0 noch ein
zusätzliches Öffnungsdrehmoment durch die Feder entsteht (s. Fig. 4), das aber durch
Abbremsen unwirksam gemacht wird. Dieses zusätzliche Drehmoment Z wird zweckmäßigerweise
dem dann noch übrigbleibenden maximalen Drehmoment MR gleich groß gemacht. Das Bremsdrehmoment
-und damit die Bremskraft wird durch diese Anordnung erheblich kleiner.
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Der Nachteil des Falles Fig. 4 liegt darin, daß auf dem Deckel in
geschlossener Stellung ein Öffnungsdrehmoment wirkt, das zwar durch das Abbremsen
nicht zur Auswirkung gelangt. Es ist bei Deckeln, die zusätzlich mechanisch verschlossen
werden, belanglos. Bei Deckeln aber, die nicht mechanisch verschlossen werden und
die eventuell sogar noch Rührwerke oder ähnliche Aufbauten tragen, ist es zweckmäßig,
daß der Deckel mit einem gewissen Schließdruck aufliegt. Dieser letztere Fall ist
graphisch in Fig. 5 dargestellt. Die Differenz zwischen MD und MT (= MR)
bei a = 0 hat schließende Kraftrichtung.
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Wie schon aus der Fig. 5 zu ersehen ist, wird das maximale Restdrehmoment
während des öffnens größer als das wie Fig. 3. Es ist also aus Bedienungsgründen
unzweckmäßig, diesen Weg zu gehen.
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Man kann das Ansteigen des maximalen Restdrehmomentes dadurch herabsetzen,
daß man Federn mit einer weichen Kennlinie verwendet (s. Fig.6). Man muß aber in
Kauf nehmen, daß im geöffneten Zustand ein erhebliches Drehmoment der Feder bestehenbleibt,
das den Deckel zum Überschlagen bringen würde, wenn nicht mechanische Verriegelungen
od. dgl. eingebaut werden.
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Um diesen Nachteil zu beseitigen, muß man die wirksame Federkennlinie
durch Kombinationen von zwei Federn, nämlich mit einer weichen und einer harten,
nur bei größerem a als z. B. 40° Öffnungswinkel zur Wirkung kommenden, entgegengesetzt
wirkenden Feder dem cos: Linienzug angleichen. Die dann noch verbleibenden Restdrehmomente
MR sind sehr gering und durch Reibkräfte bequem abzufangen.
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Es ist auch möglich, bei a = 0 - geschlossener Deckel - ein beliebig
großes schließendes Restdrehmoment einzustellen und trotzdem auf den übrigen Öffnungsweg
ein Stehenbleiben des Deckels - durch das Kräftegleichgewicht - zu erreichen.
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In Fig. 8 ist der Klappdeckelverschluß schematisch dargestellt: Eine
Welle 1, die als Rohr ausgebildet ist, das zwei Befestigungsstutzen 14, 15 für den
Deckel aufweist, ist in den Gelenklagerböcken 2 und 3 gelagert. Die Gelenklagerböcke
2, 3 sind mit dem Apparat, Kessel öd. dgl. fest verbunden. In dem Gelenklagerbock
2 befindet sich drehbar der Federhaltekopf 4, an dem eine Torsionsfeder 5, z. B.
ein Vierkantstab, gegen Verdrehen gegenüber dem Federhaltekopf 4 gesichert ist.
Der Federhaltekopf 4 kann z. B. durch Ringfeder-Spannelemente 6 mit -dem Spannkopf
7 in jeder beliebigen Lage gegenüber dem Gelenklagerbock 2 festgestellt werden.
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Die Gelenkwelle 1 ist einerseits auf dem Federhaltekopf 4 und am anderen
Ende im Gelenklagerbock 3 drehbar gelagert. Die Gelenkwelle 1 trägt an diesem Ende
außerdem die Reibscheibe 8, die mittels Feder 9 und Mutter 10 beliebig angezogen
werden kann.
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An den Federhaltekopf 4 ist ferner eine zweite Feder 11 z. B. ein
Federrohr angebracht, das durch einen Innenvierkant gegen Verdrehen auf dem Torsionsstab
5 in der Nähe des Federhaltekopfes 4 gesichert ist. Das Federrohr 11 besteht am
Ende aus einem Ring 13, der auf einem Teil seines Umfanges einen Durchbruch aufweist,
in den der Arretierstift 12 eingreifen kann.
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Bei geschlossenem Deckel ist die Feder 5 gespannt und die Feder 11
entlastet.
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Öffnet man den Deckel um einen gewissen Winkel, so ist außer der Reibung
durch die Reibscheibe 8 zusätzlich oder abzüglich die Kraft der Differenz' des jeweiligen
Deckeldrehmomentes und des Federdrehmomentes zu überwinden. Ist ein bestimmter Drehwinkel
erreicht, so wird beim weiteren Öffnen die Feder 11 durch den Arretierstift 12 gespannt.
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Es tritt nun ein Kraftausgleich entlang einer neuen Kennlinie ein,
wie es in Fig. 7 gezeichnet ist.
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Man kann bei dieser Anordnung selbstverständlich auch andere Federarten
als die hier im Beispiel angenommenen verwenden.
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Man kann auch die Feder 11 fortlassen, wenn man auf einen möglichst
weitgehenden Kraftdrehmomentausgleich verzichtet. Für diese Anordnung treffen dann
die Erläuterungen zu Fig. 3 und 4 zu.