DE2944114A1 - Scharnieranordnung fuer steuerklappen - Google Patents
Scharnieranordnung fuer steuerklappenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Scharnierkonstruktion zum Verbinden einer huberzeugenden Tragfläche und einer zu Abschnitten aufgeteilten Steuerfläche und insbesondere eine Scharnieranordnung mit mindestens einem unfrei koppelnden C"coupling
restraining11) Scharnier, das zwei Steuerklappenabschnitte an
einer einzigen Lagerung in der Tragfläche befestigt.
Bei den herkömmlichen Scharnieranordnungen zwischen einer Auftrieb erzeugenden Tragfläche und den Steuerflächen bzw. -klappen
wird die Steuerfläche von zwei oder mehr Scharnieren getragen, die zwischen der Tragfläche und der Klappe angeordnet sind. In
vielen Anwendungen hat die Steuerfläche eine erhebliche Lenge.
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Um daher ein Festklemmen der Scharniere insbesondere im Hittelteil der Klappe infolge der beim Flug auftretenden Biegelasten
zu verhindern, hat man die herkömmlichen langgestreckten Klappenstrukturen su einer Vielzahl von Einzelabschnitten unterteilt.
Diese Abschnitte werden dann so miteinander verbunden, daß die gesamte Klappenkonstruktion sich gleichzeitig und allseitig bewegen kann. Es wird dabei jedoch jeder Abschnitt von mindestens
zwei Scharnieranordnungen gelagert. Folglich treten an jeder Scharnieranordnung unerwünschte Spannungskonzentrationen an den
Bolzenlöchern auf und jede Scharnieranordnung erfordert in der Fertigung eine Bearbeitung auf sehr enge Toleranzen. Der Wegfall
einer Anzahl der Scharniere wäre daher wirtschaftlich und würde die Spannungskonzentrationen abschwächen und die Wartungsausfallzeiten verringern.
Die vorliegende Erfindung schafft daher eine unfrei koppelnde Mitnehmer-Scharnieranordnung zum Verbinden eine· ersten Konstruktionselements mit mindestens einem Paar nebeneinanderliegender
Abschnitte, wobei sie eine unfreie ("restraining") Verbindung zwischen den Abschnitten für eine gemeinsame Schwenkbewegung um
eine Längsachse bietet. Diese Anordnung weist (A) einen vom ersten Element zu einem der Abschnitte hinvorstehenden Scharnier-Augenteil auf, wobei (B) der eine Abschnitt einen Aufnahmeteil
hat, der den Augenteil aufnehmen kann. (C) Her angrenzende Abschnitt ist mit einem dem einen Abschnitt zugewandten Schlitz
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versehen, der im wesentlichen rechtwinklig zu der Längsachse verläuft. (D) Ein Mitnehmer-Scherarm steht von dem einen Abschnitt
an einer dem Schlitz gegenüberliegenden Stelle vor und ragt in den Schlitz hinein. (E) Im Aufnahmeteil befindet sich ein Bolzen,
der in den Schlitz hineinragt, um den ersten Abschnitt schwenkbar mit dem ersten Element und mit dem nebenliegenden Abschnitt
zu verbinden, wobei gleichzeitig durch den Scherarm im Schlitz der eine mit dem anderen Abschnitt unfrei verbunden wird.
Die hier offenbarte Erfindung erlaubt eine in der Konstruktion und in der Herstellung effizientere und wirtschaftlichere Scharnieranordnungen für Steuerflächen. Das speziell konstruierte
Mitnehmer-Scharnier, das die nebeneinanderliegenden Abschnitte einer Steuerklappe allseitig bewegbar um eine langgestreckte
Achse lagert, weist im Prinzip ein Kugelscharnier auf, das auf einem Flügel bzw. einer Tragfläche angeordnet und über einen
Schwenkbolzen schwenkbar mit einem Klappenabschnitt verbunden ist. Der Schwenkbolzen verläuft durch das Scharnier hindurch in den
nebenliegenden Abschnitt und wird dort von einer Fassung aufgenommen. Zusätzlich sind die Abschnitte mit einem Scherarm untereinander verbunden, der Teil der Mitnehmer-Scharnieranordnung ist.
Der Scherarm ist in einen vorbestimmten Abstand zum Scharnierbolzen angeordnet, so daß man eine sehr gute Hebelwirkung im
Sinn einer allseitigen Bewegung der Klappenabschnitte erreicht.
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Die vorliegende Erfindung "betrifft also eine Scharnieranordnung
für Steuer- und Tragflächen; sie ist jedoch besonders wichtig und nützlich für Tragflächenboote. Es ist einzusehen, daß die
verschiedenen auftretenden Lasten in einer Flüssigkeit vielfach höher sind als in einem gasförmigen Strömungsmedium bei einem
Flugzeug oder dergleichen.
Allgemein gesagt, verbindet die hier offenbarte Scharnieranordnung ein erstes Konstruktionselement, d.h. einen Flügel bzw. eine
Tragfläche, mit einem zweiten Konstruktionselement bzw. einer Steuerfläche oder -klappe. Die Steuerfläche weist eine Vielzahl
von Abschnitten auf, die nebeneinander angrenzend an das erste Konstruktionselement angeordnet sind. Die Scharnieranordnung erlaubt eine Relativbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten
Element mittels einer Anzahl von Scharnieranordnungen. Die Anzahl der Scharnieranordnungen ist insgesamt um eins höher als die
Anzahl der Abschnitte und die Scharnieranordnungen sind zwischen dem ersten und dem zweiten Element so angeordnet, daß mindestens
zwei Scharnieranordnungen von einem bestimmten Abschnitt getragen werden. Die Gesamtheit der verwendeten Scharnieranordnungen
weist ein erstes herkömmliches Scharnier zwischen dem ersten Element und einem ersten Abschnitt sowie ein zweites herkömmliches Scharnier zwischen dem ersten Element und dem letzten Abschnitt der Reihe auf, so daß das erste und das zweite Element
relativ zueinander um eine langgestreckte Achse schwenken können.
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Weiterhin weist die Gesamtheit der Scharniere mindestens ein unfrei koppelndes Scharnier auf, das zwischen dem ersten Element
und einem Abschnitt angeordnet und mit diesem und dem angrenzenden Abschnitt verbunden ist. Das unfrei koppelnde Scharnier weist
ein Scharnierauge auf, daß vom ersten Element zu dem einen Abschnitt
hin vorsteht, der seinerseits einen Aufnahmeteil aufweist, der das Scharnierauge aufnimmt. Der angrenzende Abschnitt ist mit
einem Schlitz versehen, der dem einen Abschnitt zugewandt liegt; der Schlitz verläuft im wesentlichen rechtwinklig zu der langgestreckten
Achse. Weiterhin ist ein Scherarm vorgesehen, der von dem einen Abschnitt in vorbestimmtem Abstand von der langgestreckten
Achse her vorsteht, um bei der Schwenkbewegung des zweiten Elements um die langgestreckte Achse eine ausreichende Hebelwirkung zu erzielen. Der Scherarm ist in den Schlitz eingesetzt und
wird dort festgehalten. Der Scharnierbolzen ist im Aufnahmeteil angeordnet, verläuft im wesentlichen koaxial mit der langgestreckten
Achse und ragt ebenfalls in den Schlitz hinein. Es ist also eine Schwenkverbindung zwischen dem ersten Element und diesem
einen Abschnitt sowie eine Schwenkverbindung zum angrenzenden Abschnitt erreicht, wobei der eine Abschnitt gleichzeitig über
den La gerbolzen und durch den Scherarm im Schlitz mit dem angrenzenden Abschnitt verkoppelt ist, so daß die Abschnitte sich allseitig
um die langgestreckte Achse bewegen können.
Die vorliegende Erfindung soll nun unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung ausführlich beschrieben werden.
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Pig. 1 ist eine Draufsicht einer typischen Tragflächen- und
Steuerklappenkonstruktion an der Vorderstrebe einet Tragflächenboots,
wobei eine herkömmliche Scharnierverbindung zwischen den Tragflächen und den Abschnitten der Steuerfläche
vorliegt;
Fig. 2 ist eine vergrößerte Draufsicht eines Teils der Fig. 1;
Fig. 3 ist ein Schnitt auf der Linie 3-3 der Fig. 2;
Fig. 4 ist eine Draufsicht einer Scharnierverbindung zwischen
beweglichen Steuerflächen und einer Tragfläche entsprechend der hier offenbarten Erfindung als Einzelheit aus der
Fig. 7;
Fig. 5 ist ein Schnitt auf der Ebene 5-5 der Fig. 4;
Fig. 6 ist eine isometrische Darstellung der unfrei koppelnden
Scharnieranordnung; und
Fig. 7 ist eine der Figur 1 entsprechenden Draufsicht und zeigt
insbesondere die geringere Anzahl der erforderlichen Scharniere·
Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen herkömmliche Scharniere, mit denen die
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Steuerklappen in einem Tragflächenboot an die Tragflächen angeschlagen
sind. Wie "bereits erwähnt, ist die Erfindung am wichtigsten dort, wo verhältnismäßig hohe Vertikallasten auftreten.
Aus diesem Grund bezieht die nachfolgende Erläuterung eines Ausführungsbeispiels
sich auf die Tragfläche eines Tragflächenboots und deren Steuerklappen. Es ist jedoch einzusehen, daß die Erfindung
gleichermaßen zwischen den Tragflächen und Steuerklappen von Flugzeugen und dergl. angewandt werden kann.
Wie gezeigt, ist die Tragfläche 10 an einer vorderen Strebe 12 angebracht; es handelt sich also um ein Tragflächenboot nach dem
Canard-Tragflächensystem. Bei diesem Canard-System treten an der vorderen Tragfläche mit die höchsten Vertikallasten auf, die aus
der Technik der hydrodynamischen Auftriebserzeugung xvx±ncfm
bekannt sind. Die back- und steuerbordseitigen Klappen 14-, 14*
verlaufen entlang der Hinterkante der Tragfläche 10 und bestehen jeweils aus einer Anzahl im wesentlichen gleichgroßer Abschnitte
16. Sie Abschnitte 16 sind mit einem Mitnahmeelement miteinander verbunden, so daß sie sich gemeinsam allseitig bewegen. Sie sind
jedoch einzeln um die Scharnierachse schwenkbar gelagert, so daß Klemmprobleme vermieden sind. Bei Plugzeugen und auch bei Tragflächenbooten
ist jeder Abschnitt einzeln über mindestens zwei Scharniere 20 an die Tragfläche 10 angeschlagen. Die in der Fig.
2 und 3 gezeigten Scharniere sind mit herkömmlichen Lagern 22 ausgeführt und über die Bolzen 24 an der Tragfläche 10 befestigt.
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Dabei tritt eine Anzahl unerwünschter Spannungskonzentrationspunkte
auf, die am schwersten an den mit den Pfeilen 26 bezeichneten Stellen wiegen.
Was nun die verbesserte Scharnierkonstruktion nach der vorliegenden
Erfindung anbetrifft, zeigt die Pig. 7 daß jeder der Klappenabschnitte 30 - mit Ausnahme der Außenabschnitte 32, 32' - mit
jeweils nur einem Scharnier 34 angeschlagen ist. Die Scharniere
34, wie es die Pig. 4 und 5 zeigen, weist im allgemeinen vorzugsweise
ein einzelnes Lager 36 auf, das in ein einzelnes Scharnierauge
38 an der Tragfläche eingesetzt ist, wobei nahe der Ecke des Abschnitts 30 ein einziger Scharnierbolzen 40 vorliegt. Die
am entgegengesetzten Ende jedes Abschnitts 30 befindliche Ecke ist nicht an der Tragfläche 10 angeschlagen, sondern wird von
dem dort nächstliegenden Abschnitt 30 abgestützt. Diese Abstützung
erfolgt durch Verlängerung des Scharnierbolzens 40 in eine zu diesem Zweck vorgesehene Passung 42. Die Passung 42 ist vorzugsweise
mit einem nichtmetallischen Werkstoff wie Teflon, Nylon oder dergl. beschichtet oder vollständig aus ihm hergestellt.
Wie sich aus einem Vergleich der Pig. 7 i&it der Pig. 1 ergibt,
kommt dabei jedes zweites Lager bzw. Scharnier des Standes der Technik in Wegfall. Auf diese Weise erhält man eine Vielzahl von
Vorteilen. Bspw. entfallen zahlreiche überflüssige Lager, Augen sowie zusätzliche Teile, Bolzen, und die dabei auftretenden
Spannungskonzentrationen, die Notwendigkeit der Einhaltung enger Toleranzen bei der Fertigung, die zusätzlichen Wartungszeiten und
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-kosten usw. Da weiterhin an den Klappenflächen weit geringere Unstetigkeiten auftreten, ist der Strömungswiderstand wesentlich
niedriger, den das Tragflächenboot bzw. Luftfahrzeug überwinden muß.
Die nichtmetallische Passung bzw. Auskleidung 42 verläuft entlang
des Klappenabschnitts und dient als Lastflussweg zwischen dem Scherarm 44 und der Fassung 42, wo das Scharniermoment zwischen
den Abschnitten auftritt.
Die Fig. 5 und 6 zeigen ausführlich die verschiedenen Bestandteile,
die für die neuartige Konstruktion der Scharnierverbindung 34 wesentlich sind. In der Schnittdarstellung der Fig. 5 ist
der Klappenabschnitt 30 mit einer öffnung 50 versehen, die vorzugsweise mit einer Auskleidung 42 für den verbindenden Bolzen
40 versehen ist. Das Lagerelement 36 mit Kugelfläche ist im Auge
38 angeordnet. Die Auskleidung 42 ist geräumig genug , um den Bolzen 40 aufzunehmen und die Verbindung zum nächsten Klappenabschnitt
herzustellen. Es entsteht auf diese Weise zwischen der Tragfläche und dem Klappenabschnitt einerseits und zwischen dem
Klappenabschnitt und dem nächsten Klappenabschnitt ein Schwenkscharnier, das die Kopplung und Mitnahme bewerkstelligt. Danach
wird, wie in den Fig. 4 und 6 gezeigt, ein Füllblock 54 in die
Öffnung 56 eingesetzt, der den Lagerbolzen 40 in der Sollage
hält und gleichzeitig die öffnung 56 verschließt.
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Das Mitnahme-Scharnier ist in der isometrischen Darstellung der Fig. 6 vollständig gezeigt, so daß man die Verkopplung zwischen
den Klappenabschnitten gut erkennen kann. Der Schlitz 50 in den
jeweils nächstliegenden Abschnitt liegt in einer zur langgestreckten
Achse der Scharnierdrehbewegung im wesentlichen rechtwinkligen Ebene. Im Schlitz 50 befindet sich eine Auskleidung 42 aus nichtmetallischem Werkstoff, die den Scharnierbolzen 40 sowie den
Mitnehmer-Scherarm 44 aufnimmt, die beide von dem einen in den nächsten Abschnitt vorstehen. Weder der Bolzen 40 noch der Mitnehmer-Scherarm
sind nicht dicht in den Innenraum der Auskleidung eingesetzt; vielmehr liegt ein geringer Spielraum vor, so daß
zwischen den Abschnitten eine gewisse individuelle waagerechte Gleitbewegung möglich ist, mit der sich Vertikallasten aufnehmen
lassen, die von oben oder unten auf die Steuerflächen wirken. Insbesondere bei den Tragflächen und Steuerflächen von Tragflächenbooten
können diese Lasten erhebliche Höhen erreichen und das zweite Konstruktionselement bzw. die Steuerklappenanordnung
verbiegen bzw. zwischen diesem (dieser) und der Tragfläche zu Ausrichtungsfehlern führen.
Das Scharnier 34 mit dem Bolzen 40, dem Auge 62 und dem Mitnehmer-Scherarm
44 (Fig. 6) ersetzt also die herkömmlichen zwei Scharniere und reduziert die Herstellungskosten, den Wartungsaufwand
und den Verschleiß. Mit einer Anordnung wie der dargestellten lassen sich erhebliche Ersparnisse im Bereich von 30 bis 45 %
erzielen.
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Weiterhin erlaubt der Schlitz 50 ein leichtes Abnehmen der Klappenabschnitte,
indem einfach die Scharnierbolzen 4-0 herausgezogen werden; dann können die Abschnitte nacheinander seitlich von den
Mitnehmerarmen abgenommen werden. Bei den Konstruktionen nach dem Stand der Technik mußten zuvor sämtliche Befestiger der einzelnen
Scharniere entfernt werden, bevor man die Klappenabschnitte abnehmen konnte.
Die Erfindung ist oben in ihrer bevorzugten Aus führungs form in der Anwendung auf bzw. ein Tragflächenboot beschrieben. Sie ist
jedoch auch für Tragflächen und/oder Ruderflächen an Verdrängungswasserfahrzeugen, Unterseebooten, Luftfahrzeugen, Plugkörpern
usw. anwendbar.
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Claims (1)
- 29U1U1BERLIN33 8MUNCHEN80Dr. RUSCHKE & PARTNER Γ"'PATENTANWÄLTEBERLIN - MÜNCHENQuadratur Berlin Quadratur MünchenTELEX: 183788 TELEX: 522767B 1249Patentansprüche1. Scharnierkonstruktion, mit der ein erstes Konstruktionselement mit mindestens zwei nebeneinanderliegenden Klappenabschnitten verbunden werden kann, während zwischen den beiden Abschnitten eine Mitnähmeverbindung zum allseitigen Verschwenken um eine langgestreckte Achse besteht, gekennzeichnet durch (A) ein Scharnierauge, das vom ersten Element zum ersten Abschnitt vorsteht, wobei (E) der erste Abschnitt mit einem Aufnahmeteil versehen ist, der das Auge aufnehmen kann, (C) durch einen eiern ersten Abschnitt zugewandten und im wesentlichen rechtwinklig aur der langgestreckten Achse verlaufenden Schlitz im zwe^t^a Abschnitt, (D) durch einen. VOs1 ersten Abschnitt dem Schlitz gegenüber vorstehend.ar, Mitneliffisr-Sc'rvararm, der in den Schliß hineinragt j und dxxrCi C-) einen in dem Aufnahmeteil liegenden und in den xäcfclita hinein ragende» "iolsen, der das erste Element schwenkbar mit dea erstes Abschnitt und den zweiten Abschnitt s::ii>-3'ruLbB.i --'ι &$m ernten AbsciiAitt verbinöet, v f. ;..„-jh20iti£i del ar--::« Abschnitt sit dem zweiten AbschniT~ o::rch den Mitnehmer--.:ienerariß im Schlitz verbunden ist.2 6/0584344114S u-iarnieriioristruktion nach Anspruch 1, dadurch t kennzeichnet« da3 der Kitnehmer-Scherann aus dem ersten Abschnitt in einem vorbestimmten Abstand zur langgestreckten Achse vorsteht.f> coramierkonstruktion nach Anspruch 1 oder 2, d& lurch gekenn- T»lehnet, daß der Bolzen im wesentlichen Koaxial mit der lang- :_ ■ streckten Achse verläuft.: Schamierkonstruktion nach Anspruch I1 2 oder 3^ dadurch ge- » daß das Auge Lagermittel zur Aufn/Mse des BoI-;:^ns enthält.' ciismierkonstruktion nach Anspruch 1, 2, ? ode" 4, dadurch r-"',:enr.5eichnet, daß der Schlitz eine reibungsmi !ernde Alis— \ - λ e idung enthält.■'arrierkonst rukt ion nach einem der vorgehende Ansprüche, lurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt uit dem das:; ;-re EU-irehmenden !Teil eine mit der langgestrsc· ;men Achse koisl verlaufende öffnung aufweist, um den Bolz ■ in den das .■:~e aufnehmenden Teil, das Äuge und den Schiit einsetzen zu ■ :oi:x:er.. und daß eine Einrichtung vorgesehen ist- us die öffnung vLLlen und so gleichzeitig den Bolzen in ä- τ Sollage fest-03Π02η/058429U1U7. Scharnierkonstruktion zum Verbinden eines Paares nebeneinanderliegender Steuerklappenabschnitte mit einer Tragfläche, wobei die Abschnitte miteinander unfrei verkoppelt sind und sich allseitig um eine langgestreckte Achse verschwenken können, gekennzeichnet durch die Kombination (A) eines Auges, das von der Tragfläche zu einem ersten Abschnitt des Paars vorsteht, wobei (B) der erste Klappenabschnitt Mittel zur Aufnahme des Auges enthalt, (C) eines Schlitzes in der dem ersten Abschnitt zugewandten Seite des zweiten Abschnitts, wobei der Schlitz im wesentlichen in einer zur langgestreckten Achse rechtwinkligen Ebene liegt, (D) eines Mitnehmer-Scherarms, der vom ersten Klappenabschnitt der geschlitzten Seite gegenüber vorsteht, in den Schlitz hineinragt und dort festgehalten wird, und (E) eines Bolzens, der das Auge in dessen Aufnahmeeinrichtung festgelegt und in den Schlitz hineinragt, um den Bolzen mit dem zweiten Abschnitt zu verbinden, so daS dieser die langgestreckte Achse schwenken kann, so daß beim Schwenken des ersten Klappenabschnitts um den Bolzen der zweite Klappenabschnitt ebenfalls um den Bolzen und die Fassung schwenkt und dabei über den Mitnehmer-Scherarm in der im wesentlichen allseitigen Schwenkbewegung mit dem ersten Abschnitt mitgenommen wird.8. Scharnlerkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz mit einer ein Gleitmittel enthaltenden Aus-030026/05(429U1Ukleidung versehen ist.9. Scharnierkonstruktion nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet «daß der erste Klappenabschnitt mit einer öffnung nahe der Aufnahmeeinrichtung versehen ist, durch die der Scharnierbolzen koaxial in das Auge und den Schlitz eingeführt werden kann, und daß ein Füllelement vorgesehen ist derart, daß, nachdem der Bolzen in das Auge und in den Schlitz eingesetzt worden ist, man das Füllelement in die Öffnung eingesetzt und dort festgelegt hat, um den Bolzen im Auge und im Schlitz zu befestigen.10. Scharnieranordnung zum schwenkbaren Verbinden eines ersten Konstruktionselements mit einer Vielzahl von nebeneinanderliegenden Abschnitten, die ein neben dem ersten Element angeordnetes zweites Konstruktionselement bilden, wobei eine Relativbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Element um eine langgestreckte Achse möglich ist und die nebeneinanderliegenden Abschnitte des zweiten Elements gegeneinander in Grenzen verbiegbar sind, geken^ee^f-hwet in Kombination durch (A) eine Anzahl von Scharnieren, deren Anzahl gleich der um eins vermehrten Anzahl der Klappenabschnitte ist und die zwischen dem ersten und dem zweiten Element so angeordnet sind, daß jeder aus der Vielzahl von Abschnitten immer mindestens zwei Scharniere trägt, wobei weiterhin (B) ein erstes030026/058429UT.4allgemeines Scharnier zwischen den ersten Element und einem ersten aus der Vielzahl von Abschnitten und ein zweites allgemeines Scharnier zwischen dem ersten Element und dem letzten der Vielzahl von Abschnitten angeordnet sind, damit eine Schwenkbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Element um die langgestreckte Achse möglich ist, und (C) weiterhin mindestens eine zwischen dem ersten Element und einem Abschnitt angeordnete Scharnierkonstruktion, die den einen mit dem neben i>"" liegenden Abschnitt verkoppelt, wobei (D) letztere Scharnierkonstruktion (1) ein vom ersten Element zu dem einen Abschnitt vorstehendes Auge, (2) einen Aufnahmeteil im ersten Abschnitt zur Aufnahme des Auges, (3) einen Schlitz im nebenliegenden Element, der dem einen Abschnitt zugewandt ist und im wesentlichen rechtwinklig zur langgestreckten Achse verläuft, (4) einen von dem einen Abschnitt in einem vorbestimmten Abstand zur langgestreckten Achse nft dem Schlitz gegenüber vorstehenden Mitnahme-Scherarm, der in den Schlitz hineinragt, sowie (5) einen Bolzen aufweist, der im Aufnahmeteil im wesentlichen koaxial mit der langgestreckten Achse verläuft und in den Schlitz hineinragt, um das erste Element mit dem einen Abschnitt und auch den einen mit dem nebenliegenden Abschnitt schwenkbar zu verbinden, während gleichzeitig der Mitnahme-Scherarm im Schlitz den einen mit dem nebenliegenden Abschnitt unfrei verbindet.030026/0584
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