Suche Anregungen: Scharnier-Mechanismus (große Bodenklappe)

[Mazze]

Hallo zusammen!

Ohne Zeichnung ist das, was ich vorhabe, schlecht beschreibbar. Also hab ich eine Zeichnung gemacht, und hoffe, daß hier jemand da ist, der mir Anregungen geben kann.

Gegeben: eine Scheune mit einem Zwischenboden mit einem mittigen Loch von 200x300cm, von Architekt und Statiker geplant.
Dieses Loch muss bodeneben verschlossen werden, und zwar mit einem Mechanismus, der das (gelegentliche!) Öffnen erlaubt.
Das Loch dient dazu, um Lasten über einen Seilzug ins obere Stockwerk zu bewegen.

Der gedachte und schon fast fertig gebaute Mechanismus wird von mir - nach der vielleicht bekannten Falztechnik - einfach Leporello genannt. Es gibt zwei gegenläufige Leporellos, jeder besteht aus je 3 Elementen 50x200cm. Die folgende Abbildung zeigt die linke Hälfte des Leporellos, und zwar "in Bewegung". Die beiden äußeren Elemente ziehen das dritte Element mit.

Zur Erklärung: der Boden der Zwischenetage besteht aus OSB 23mm (dunkelgelb). Das "Loch" wird umfaßt von massiven Balken (KVH, hellgelb). Die Leporellos liegen auf einem Stahlwinkel (mittelgrau). Das vertikale mittelgraue Element auf der linken Seite ist ein vertikaler Stahlträger. Jedes Leporello-Element selbst besteht aus einem fest verschraubten Sandwichben OSB (identisch mit dem Boden des Stockwerks), unten OSB 12mm (vor allem Sichtschutz, geringe konstruktive Relevanz), und außen 60x40mm KVH sowie einem Stahlprofil 60x40x3mm. Jedes Leporello-Element ist also 50cm breit und 200cm lang; die Zeichnung bietet einen Blick quer (in die Länge hinein, durch die Stahlprofile hindurch) und wiegt errechnete 43kg und gemessene 44kg (!)

Die Bewegung jedes Leporellos wird über einen manuellen Flaschenzug realisiert, der an der Firstpfette befestigt wird. Sämtliche Statik von Gebäude und "Loch" ist auf die Belastung ausgelegt. Die 4 äußeren der insgesamt 6 Leporello-Elemente sind bereits fertig gebaut. Eine Sache fehlt mir noch: die Scharniere. In der Zeichnung sind deren Positionen jeweils mit roten Kreisen dargestellt, und im unteren Bild numeriert.

Nun sehe ich 3 Probleme bei den Scharnieren - und suche dazu Euren Rat.

1. Die Scharniere müssen die Last tragen. Im voll geöffneten Zustand lasten ca. 130kg auf jeder Seite auf den äußeren Scharnieren. Das müssen also massive Scharniere sein, auch wenn "voll geöffnet" weder häufig vorkommt noch lange vorkommt. Normalerweise wird höchstens "halb" geöffnet, siehe Bild.
2. Die Scharniere müssen mindestens ein kleines bisschen Spiel haben. Zugrundeliegend ist Zimmermannsarbeit, nicht Schreinerarbeit...
3. Zwei der Scharniere (Nr. 1 und Nr. 3) müssten eigentlich aus dem Boden herausragen. Das möchte ich nicht (wegen Stolperfalle), habe aber keine wirklich gute Lösung von irgendeiner Stange gefunden. Ich plane, bei den Scharnieren 1+3 mit herausnehmbaren Zapfen, um präzise montieren zu können.
   1. Scharnier Nummer 2 kann von unten einfach angeschraubt werden. 3-4 einfache, breite Kistenbänder über die Länge des Leporello-Elementes verteilt dürften reichen und stören nicht. Schraubenbefestigung von unten in das 60x40mm Kantholz. Also einfach.
   2. Scharnier Nummer 1 hat eine maximale Öffnung von ca. 100 Grad. Dafür könnte ich es fast versenkt einbauen (also so, daß der Drehpunkt unterhalb der Oberfläche liegt und der Bolzen nur minimal oberhalb der OSB-Oberkante liegt). Vollständig versenkt wäre mir lieber, also gerne Lösung wie bei:
   3. Scharnier Nummer 3 ist mein Problem. Öffnungswinkel ca. 180 Grad! Das hätte ich gerne komplett versenkt. Wenn mein Zapfen 8mm dick ist plus die Scharniere 3mm Materialstärke haben, schaut das Scharnier mindestens 11mm nach oben heraus. Und das ... möchte ich nicht. Gibt es Ideen dazu, die technisch die übrigen Anforderungen erfüllen (Last und Spiel)?

Meine Fähigkeiten im Metall- und Woodworkerbereich sind irgendwo im leicht gehobenen Handwerkerniveau. Werkzeug ist etliches da, ich kann also einiges selbst bauen: die Scharniere selbst aber eher nicht (umbauen eher schon). Hab auch einen Zimmermann, der mir helfen kann - aber eben kein Konstrukteur ist und sowas noch nie gemacht hat.

Jetzt hoffe ich, dass das verständlich war und bin ich auf Eure Ideen sehr gespannt; und sage schon jetzt DANKE für selbige! Gleichzeitig verspreche ich richtige Bilder, wenn alles fertig ist und funktioniert.

Viele Grüße
Martin

PS. eine technische Lösung habe ich schon für Scharnier drei: zwei miteinander verschweißte Scharniere. Technisch funktioniert das, hat aber ein Kippmoment (Wechsel von halbgeöffnet auf ganz geöffnet) und das ist bei der gegebenen Last inakzeptabel. Der Wechsel muss im Einmannbetrieb gefahrfrei funktionieren.

PPS. Die gesamte Konstruktion ist eine private Konstruktion (von mir, für mich). BGs und TÜV haben keine Relevanz. Natürlich muss das trotzdem sicher und gefahrfrei funktionieren, aber ohne "Stempel".

 

[Johannes]

Hallo Martin,
wenn die Scharniere an Position 1 und 3 in die Stirnseiten der Elemente einlässt, kannst du die Drehachse in die obere Ebene legen. Dann lassen sich die Scharniere um 180° drehen und stehen nur 4mm hoch..

Es grüßt Johannes

 

[Mazze]

Danke, Johannes. Zum vollen Verständnis werde ich das mal mit einem kleinen Versuch austesten (an einem Modell).

Dafür müsste ich die Stirnseiten ausfräsen?! Bei den Leporello-Elementen ist das leicht; die Konstruktion des Zimmermanns möchte ich nicht einfräsen. Da Position 3 die kritische ist, wäre das dann kein Problem. Hm.

 

[Heener]

Bei einer ähnlichen Klappe, wo viel Spiel gefragt war, hatte mal einer dicke Spanngurt-Stücke verwendet. Die waren mit großen Karrosseriescheiben und 10er Schrauben angebracht.

 

[KalterBach]

Wieso muss es (mehrere) Scharniere haben? Du hast doch einen Seilzugkran und könntest die Segmente einzeln ausheben.

Alternativ die Klappe einseitig befestigen, mit dem Kran anheben und per Seilwinde mit Umlenkung nach links öffnend aufziehen.

 

[Mazze]

Wieso muss es (mehrere) Scharniere haben? Du hast doch einen Seilzugkran und könntest die Segmente einzeln ausheben.

Beim “normalen„ Öffnen wird der Leporello nur halb geöffnet. Das innere Segment bleibt auf dem Stahlwinkel liegen und “führt“ den Mechanismus. Dafür müssen die drei Leporello-Elemente beweglich verbunden sein - und das äussere Leporello-Element genauso mit dem Rand der Bodenöffnung. Zwei Scharniere würden vielleicht reichen, wegen der Last hätte ich lieber mehr.

Der (elektrische) „Kran“ ist mittig fest installiert und kann nicht für die Bewegung des Leporellos verwendet werden. Für die Bewegung der Leporellos gibt jeweils aussen einen Flaschenzug (2 Leporellos, also 2 Flaschenzüge. Manuell betätigt, durch den Flaschenzug leicht genug.

 

[uli2003]

Zwei Scharniere würden vielleicht reichen, wegen der Last hätte ich lieber mehr.

Welcher Last? Das Gewicht der einzelnen Elemente? Ansonsten liegen die Elemente doch im Stahlwinkel auf und sollten per se selbsttragend sein.

Für Pos 3 gibt es auch Doppelgelenkscharniere, beispielsweise so etwas (könntest du bündig einlassen):
https://www.pastorelombardi.com/deu/scharniere/070822309B

 

[Helibob]

Dein vollständig geöffneter Klappmechanismus reduziert deine Öffnungsbreite, das leichte, schräge anlegen an die Mauer ist vermutlich - wenn überhaupt vorhanden - marginal für das Vergrößern der lichten Öffnung.
Stört dich ja vermutlich nicht, darum meine Anregeung, ob man das nicht ähnlich einem Falttor ausführen könnte, so das unten die einzelnen Segment-Gewichte über eine Laufrolle abgefangen werden.
Zum Sichern gegen Zufallen würde ich etwas zum Abstecken oder zum Einhängen (Stahlseil) vorsehen.

Bei deiner Konstruktion, bei dem das komplette Gewicht auf den hintersten Scharnieren liegt, wäre ggf. auch möglich das Gewicht über eine Auflagenkonstruktion an der Wand die Scharniere zu entlasten, wenn komplett geöffnet.

Gruß Matze

 

[Mazze]

Welcher Last? Das Gewicht der einzelnen Elemente? Ansonsten liegen die Elemente doch im Stahlwinkel auf und sollten per se selbsttragend sein.

Für Pos 3 gibt es auch Doppelgelenkscharniere, beispielsweise so etwas (könntest du bündig einlassen):
https://www.pastorelombardi.com/deu/scharniere/070822309B

Die Last der einzelnen Leporello-Elemente. Vollständig geöffnet lasten rund 130kg auf den äußeren Scharnieren - bei 4 Scharnieren also immer noch gut 30kg je Scharnier! Und ja, richtig: wenn /nicht/ vollständig geöffnet, ist die Last auf den Scharnieren eher gering.

Genau solche Scharniere wie aus Deiner Quelle hätte ich gerne, ich brauche allerdings andere Abmessungen. Wenn jemand eine Quelle für sowas hat - bitte her damit. Meine Recherchen haben bisher keinen Erfolg gezeigt, das hier ist das erste wirklich grundsätzlich passende Scharnier!

Dein vollständig geöffneter Klappmechanismus reduziert deine Öffnungsbreite, das leichte, schräge anlegen an die Mauer ist vermutlich - wenn überhaupt vorhanden - marginal für das Vergrößern der lichten Öffnung.
...
Zum Sichern gegen Zufallen würde ich etwas zum Abstecken oder zum Einhängen (Stahlseil) vorsehen.

Die maximale Öffnungsbreite bei diesem Klappmechanismus stand vor der Bauplanung fest. Ich wollte netto 2,40m x 2m, deswegen ist die Deckenöffnung nun brutto 3 x 2m geworden. Das leicht schräge Anlehnen an den Stahlträger erfolgt nicht vorrangig zur Entlastung der Scharniere im vollständig geöffneten Zustand, sondern vorrangig zur Sicherung (am Flaschenzug hochgezogen ist mir nicht sicher genug und ein prinzipiell instabiler Zustand, der nur durch das Flaschenzug-Seil gesichert wird). Ob ich das noch weiter sichern muss, sehe ich nach Fertigstellung - eine Kette um den Stahlträger ist am Ende ne Kleinigkeit. Erstmal muss ich den Klappmechanismus zum Funktionieren bringen - dafür fehlen mir eben noch passende Scharniere.



Seit vorgestern liegen 4 fertige Leporello-Elemente (von am Ende 6 Elementen) in der Öffnung. Dabei fiel mir auf, wie präzise der Zimmermann gearbeitet hat bzw. wie gerade die Balken sind (oder auch nicht ...). Eine Ecke ist deutlich unter 90 Grad, da ist ein Versatz von über 1 Zentimeter (auf 2m Länge). Was sich nicht schlimm anhört, würde bei Montage eines Scharnieres jedoch dafür sorgen, daß der gesamte Leporello schief liefe. So viel Spiel hat selbst ein grobschlächtiges Scharnier nicht. Ich muss also entweder die Öffnung "gerade fräsen", oder unterfüttern. Unterfüttern ist technisch für mich schwieriger, aber besser als Material aus der statisch relevanten Konstruktion rauszunehmen. Mal sehen, wie ich das löse. Erst stehen noch ein paar Arbeiten an der Firstpfette an, und ... ich brauche erst passende Scharniere

 

[uli2003]

ich brauche allerdings andere Abmessungen

Dann verrate doch mal deine Abmessungen?
Ich fand die schon recht üppig.

 

[Mazze]

Scharnier 3 muss beidseitig mit je 2, lieber je 4 Schrauben satt in der Holzlatte befestigt werden können. Sandwichben 23mm OSB, 60mm Holz, 12mm OSB. Kürzer machen kann ich die Schenkel der Scharniere. Die Bohrungen kann ich ebenso selbst machen. Länge der Schenkel sollte am Ende rund 80 bis höchstens 90mm sein. Breite ist für mich zweitrangig, gerne 40mm oder mehr.

wenn die Schraubenbohrungen schon vorliegen, müssen sie passen. Dem Scharnier nächste Schraube sollte 40mm von der Oberkante (im geschlossenen Zustand) weg sein, damit sie satt im Holz sitzt.

 

[Helibob]

Die maximale Öffnungsbreite bei diesem Klappmechanismus stand vor der Bauplanung fest.

sondern vorrangig zur Sicherung

Das hatte ich schon so verstanden/angenommen. Bei meiner Anregung mit Rolle wäre kein "Überkippen" möglich und somit würde dir die Sicherung fehlen, darum gleich eine Alternativlösung dafür.

Gruß Matze

 

[Mazze]

Ganz ursprünglich waren mal Rollen vorgesehen. Bei der jetzigen Konstruktion (die Elemente drehen sich ja jedes um grob 90 Grad und die Führung erledigt das innere Element) wüsste ich eher nicht, wie ich Rollen positionieren könnte.