Scharnieren

Uit Technotheek
Ga naar: navigatie, zoeken
Scharnieren
Scharnieren.jpg
Eigenschappen
Categorie: Componenten
Originele auteur: Ivar Kamies en Frank Heus
Jaar: 2011
Wikipedia link: Hinge

Inhoud

Inleiding

Een scharnier is: "een constructie om twee voorwerpen draaibaar ten opzichte van elkaar te verbinden" (Van Dale 2005).

Handelsnamen

Er bestaat een zeer grote variatie aan scharnieren, waardoor het niet mogelijk is om alle handelsnamen op te noemen. De meest voorkomende scharnieren zijn scharnieren die in grote aantallen worden gemaakt en die via bijvoorbeeld groothandels kunnen worden ingekocht. Deze standaard scharnieren kunnen worden onderverdeeld in vier soorten, waarbij enkele soorten in verschillende types voorkomen.

Een aantal verschillende scharnieren

1. Standaardscharnier

  • Standaardscharnier
  • Duimheng
  • Pianoscharnier
  • Kruisheng
  • Staartheng

2. Paumelle

  • Inboorpaumelle
  • Laspaumelle
  • Oplooppaumelle

3. Kogelschanier
4. Filmscharnier

Beschrijving

De vier soorten scharnieren kunnen als volgt worden beschreven:

  1. Standaard scharnier: twee bladen die door middel van een pin of stift met elkaar verbonden zijn.
  2. Paumelle: twee cilinders die op elkaar aansluiten, waarbij de onderste cilinder een verjonging heeft en de bovenste cilinder een holte. De verjonging van de onderste cilinder valt in de holte van de bovenste cilinder.
  3. Kogelscharnier: een bol of kogel die in alle vlakken kan draaien, maar zich altijd op hetzelfde punt bevindt.
  4. Filmscharnier: Kunststofscharnier dat uit één onderdeel bestaat en wordt vervaardigd door middel van spuitgieten.

Eigenschappen

De belangrijkste eigenschap van scharnieren is om twee voorwerpen draaibaar ten opzichte van elkaar te verbinden. Er bestaan ook scharnieren die, naast deze eigenschap, meerdere eigenschappen hebben. De belangrijkste extra eigenschappen of functies die een scharnier kan hebben worden hieronder genoemd.

  1. Wrijvingsscharnier of frictiescharnier: een scharnier dat als gevolg van wrijving in meerdere standen blijft staan ongeacht of er externe krachten op wordt uitgeoefend. Een goed voorbeeld van een dergelijk scharnier zijn de scharnieren van een laptopscherm.
  2. Gelagerd scharnier: een scharnier dat is uitgerust met nylonlagers, kogellagers en/of smering. Een standaard scharnier zonder lagers heeft meestal een levensduur van 20.000 bewegingen (open en dicht), terwijl een gelagerd scharnier al snel een levensduur van 250.000 bewegingen heeft.
  3. Veerscharnier: een scharnier dat is uitgerust met één of meerder veren. Een scharnier met een veer wordt een levend scharnier genoemd en een scharnier zonder veer heet een dood scharnier.
  4. Anti-inbraak scharnier: een scharnier dat is voorzien van een anti-inbraak pen, zodat de deur niet uit de sponning kan worden getild na verwijdering van de pen of stift. SKG (stichting kwaliteit gevelbouw) is een keurmerk waar goede anti-inbraak scharnieren vaak over beschikken.

Leveringsvormen

Scharnieren worden voornamelijk voorgemonteerd geleverd, maar het is ook mogelijk om de scharnierdelen los aangeleverd te krijgen. Dit laatste is in sommige gevallen handiger omdat het scharnier alleen ter plaatse kan worden geassembleerd.

Be- en verwerkingstechnieken

  • Lasersnijden/ponsnibbelen (vorming van de contouren + montage gaten)
  • Draaien (vormen van de pen/stift)
  • Zetten/buigen (vormen van kraal)
  • Souvereinboren (verzonken gaten)
  • Trommelen (schoonmaken/ontbramen)
  • Schuren polijsten (esthetisch verbeteren of beschermen oppervlak)
  • Poedercoaten (esthetisch verbeteren/bescherm laag)
  • Assembleren (persen, klinken)
  • Spuitgieten (kunststofscharnieren)

Proces

Gelaserde contouren scharnier (Bosch scharnieren)
Vormen van kralen (Bosch scharnieren)

Scharnieren worden op veel verschillende manieren gemaakt, en ook uit veel verschillende materialen. Als eerst hebben we de scharnieren die gegoten worden, waarbij gedacht moet worden aan de volgende materialen : kunststof, aluminium, magnesium en zink. Deze scharnieren zijn vaak klein en geschikt voor relatief lichte toepassingen. Daarnaast worden scharnieren voornamelijk gemaakt van plaatmateriaal ( rvs , staal en aluminium). Hierbij wordt als eerste de contouren gevormd met behulp van laseren of met een ponsnibbelmachine. Daarna wordt er een kraal gevormd, een kraal is de ronde cilinder van een scharnier waar de pen doorheen gaat. De kraal wordt in meerdere stappen gevormd omdat er anders te veel spanning in het materiaal ontstaat waardoor het zal knappen. De meest nauwkeurige kralen hebben een nauwkeurigheid met een factor van 0,05 mm. Nadat de kralen gevormd zijn worden ze schoongemaakt om de olie die tijdens de productie op het scharnier is gekomen te verwijderen. Eventuele bramen worden verwijderd met behulp van trommelen. Als laatste stap worden de scharnieren met de hand in elkaar gezet. Hierbij is er een grote keuze uit verschillende soorten verankering van de pin: klemming (hierbij is de onderste kraal iets kleiner), sleuf en klemring en klinken.

Toepassingen

Toepassing van scharnieren: bril
Toepassing van scharnieren: lego

Scharnieren worden toegepast in zowel consumentenproducten als in de industrie. De scharnieren in consumentenproducten worden vaak door de fabrikant van het desbetreffende product zelf gemaakt omdat het hier grote aantallen betreft. Maatwerk komt daardoor weinig voor bij consumentenproducten. Een scharnier in een dakvensters van Velux is een voorbeeld van een scharnier in een consumentenproduct. Dit scharnier hoeft geen standaard inkoop scharnier te zijn, maar kan evengoed door Velux zelf zijn ontwikkeld omdat het hoge aantallen betreft (de ontwikkelingskosten worden dan terugverdiend). In de industrie komt het met regelmaat voor dat een fabrikant een speciaal scharnier nodig heeft voor in een product (bijvoorbeeld een vliegtuig), maar dit in verband met ontwikkelingskosten of gebrek aan technische kennis niet zelf kan ontwikkelen en produceren. In een dergelijk geval wordt een bedrijf benaderd dat maatwerk kan leveren (bijvoorbeeld Bosch scharnieren). Naast bovenstaande voorbeelden worden scharnieren toegepast in keukenkasten (virtueel scharnier), badkamerkasten, (auto)deuren, ramen, luiken, laptops, vrachtwagens, vliegtuigen enzovoorts.

Toepassing van scharnieren: Maeslantkering met kogelscharnieren
Toepassing van scharnieren: oplegger

Voor- en nadelen

Elk scharnier heeft vanzelfsprekend zijn eigen voor- en nadelen. De onderstaande opsomming geeft in het algemeen aan wat de grootste voor- en nadelen van elk scharnier zijn.
1. Standaard scharnier
Voordelen: goedkoop, weinig onderdelen
Nadelen: beperkte levensduur ( en eventueel de benodigde ruimte om scharnier te bevestigen)
2. Paumelle
Voordelen: weinig ruimte nodig voor inbouwen, direct in te schroeven of aan te lassen, demontabel
Nadelen: duurder dan een standaard scharnier
3. Kogelscharnier
Voordelen: draaibaar in alle richtingen
Nadelen: kogel verplaatst zich niet
4. Filmscharnier
Voordelen: scharnier bestaat uit één deel (geen assemblagetijd), goedkoop
Nadelen: beperkte levensduur, niet te repareren

Milieuaspecten

Een voorbeeld van een manier waarop met het milieu rekening kan worden gehouden is de manier waarop Bosch scharnieren met afval omgaat. Bosch scharnieren laat het reststaal terugsturen naar de leverancier van het plaatmateriaal, zodat het kan worden omgesmolten tot nieuw plaatmateriaal.

Overige

Virtueel scharnier

Meubelkastscharnier

Soms mag een scharnier niet zichtbaar zijn, of niet uitsteken vanwege aerodynamica dan zal je dus het scharnier aan de binnenzijde moeten plaatsen. Maar als je dit doet zonder enige verandering aan het scharnier zal de deur vastlopen tegen de wand. Een scharnier zal dus meerdere bewegingen moeten maken( eerst een stukje naar buiten en dan de deur draaien). Dit is op te lossen door meerder scharnierpunten met elkaar te verbinden. Door deze verbinden van stangen en scharnierpunten ontstaat er een “stangenmechanisme”. Een stangen mechanisme bestaat meestal uit drie of meer stangen, waarbij de stangen in lengte kunnen verschillen. De meest gebruikte en meest bekende is de vierstangen mechanisme, door te variëren in lengte stangen en verschillende plaatsingen scharnierpunten bij de vierstangen mechanisme is het mogelijk om verschillende bewegingen te maken. Een goed voorbeeld van een schanier met een virtueel scharnierpunt/kromme is de meubelscharnier. Dit scharnier maakt gebruikt van het vierstangen mechanisme waarbij het werkelijke scharnierpunt zich verplaatst naar buiten de kast/meubel. In de afbeelding hieronder is te zien dat het scharnierpunt (rode punten in de afbeeldingen) buiten het meubel bevind daarnaast kan je ook zien dat het scharnier meebeweegt tijdens het draaien. Door al deze punten vast te stellen krijg je de poolkromme van het scharnier.

Gesloten (links) en geopend (rechts) keukenkastscharnier

Een ander mooi voorbeeld van een vierpunt mechanisme is de gepatenteerde achtervering van een mountainbike. Er is hier voor een meerpunt scharnier gekozen omdat de achteras dan een meer verticale weg aflegd. Het voordeel hier van is dat er een meer constante veringsweg onstaat doordat de krachten alleen verticaal worden ontvangen. En spanning op de ketting blijft gelijk waardoor er betere grip en krachtoverdracht is.

Voorbeeld van een vierpuntsmechanisme: achtervering van een mountainbike

Voor het ontwerpen van een virtueel scharnier wordt er voornamelijk gebruik gemaakt van bewegings simulatie software. Door het invullen van een aantal posisties waar het voorwerp langs moet bewegen, en door een eerste keuze te maken in de vorm van mechanisme kan de software de posities/afmetingen benaderen van de scharnieren en stangen. Een aantal voorbeelden van softwares programma’s:

Leveranciers en kenniscentra

Persoonlijke instellingen
Naamruimten
Varianten
Handelingen
Navigatie
Hulpmiddelen