Nederlands   English
 1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11 

dommekracht / jack

ALEX DEN OUDEN
EINDHOVEN - NEDERLAND

 1024×768
   (min.)
Oude techniek en werktuigbouw,
industriële geschiedenis en archeologie
Historical engineering and technology,
industrial archaeology and history
© AdO 1998 ... 2004

     


      Terug naar de index der artikelen ...                Back to the index of articles ...   

Hefbomen

Levers

I. Horizontaal gebruikt:
als mechanisme om zware voorwerpen te heffen

Een van de oudst bekende mechanismen is de hefboom. Je tilt er de zwaarste lasten mee. Heb je een voldoende stevig steunpunt, dan ontwricht je er de hele aarde mee. Althans, wanneer je een voldoend sterke hefboom zou kunnen maken.

zo werk je met een hefboom
this is how you use a lever

I. Used horizontally:
as mechanism to lift heavy objects

One of the oldest mechanisms known to man is the lever. It allows you to lift the heaviest loads. Were your support sufficiently sturdy, you could dislocate the whole earth. That is, if you succeeded in making a lever of sufficient strength.

Je gebruikt een lange staaf met een licht naar boven geknikt plat uitlopend uiteinde. Dat uiteinde steek je onder de te tillen last. Je wipt de hefboom op een steunpunt dat vlak bij de last ligt en drukt het vrije uiteinde met kracht omlaag. Stel dat je een verticale kracht van 25 kg uitoefent. Als de hefboom 100 cm lang is, en het steunpunt bijvoorbeeld 5 cm van de last ligt, kun je op deze manier ( 100 / 5 ) × 25 = 500 kg van de grond heffen.

You use a long bar with a flattened tip, bent slightly upwards. The bent end is inserted under the load to be lifted. You rest the lever on a support placed quite near to the object to be lifted and push down the free end forcefully. Suppose you push down with a force equivalent to 25 kg. For a 100 cm lever and a distance between load and fulcrum of 5 cm, you could in this manner lift a weight of no less than ( 100 / 5 ) × 25 = 500 kg.

Natuurlijk heeft elk voordeel ook een nadeel. Druk je het vrije uiteinde van de hefboom 40 cm omlaag, dan gaat de last maar 40 / ( 100 / 5 ) = 2 cm omhoog. Wil je hogerop, dan moet je stophout onder de last schuiven, vervolgens ook onder het steunpunt van de hefboom, en de hele operatie herhalen. Dit blijf je doen tot je al zwoegend de gewenste hoogte hebt bereikt. Per keer ga je 2 cm verder omhoog.

Of course, every advantage brings its own disadvantage. Say you can push down the end of the lever 40 cm, the load will be lifted precisely 40 / ( 100 / 5 ) = 2 cm. Do you want to reach higher, you have to insert filler blocks under the load, and next under the lever's point of support, and repeat the whole operation. And again, until in the end you reach the required height. At every cycle the load is lifted a further 2 cm.

In de praktijk loop je overigens al spoedig tegen een probleem aan. Naar­mate de stapel stophout onder het steunpunt van de hefboom hoger wordt, veert hij bij het aandrukken van de hefboom verder in. Op een gegeven moment hou je helemaal geen werkzame slag meer over .... Bovendien is dat gedoe met stophout erg omslachtig.

In practice, however, you soon run into problems. The higher the stack of filler blocks, the more it yields and sinks as soon as you apply force to the lever. At a given moment, the full stroke you make disappears into this sinking and there is no longer any nett lifting movement. Furthermore the whole business with filler blocks is tedious.

Deze problemen werden al vóór de 18e eeuw op elegante wijze opgelost met de zogenaamde "Heb-lade", die je hieronder links ziet. Leupold beschrijft in zijn Theatrum Machinarum (1725) hoe zo'n vernuftig geval werkt.

These problems were elegantly solved way before the 18th century with the introduction of the so-called Heb-lade, which you see left below. Leupold describes in his Theatrum Machinarum (1725) how this ingenious device works.

Heb-lade zo werkt een Heb-lade
how a Heb-lade works

In de rechtse figuur zie je, dat de hefboom aan de onderzijde twee uit­sparingen 1 en 3 heeft. In de zijden van de Heb-lade zijn twee ver­sprongen rijen gaten G en H geboord. Hierdoor worden de pennen O en P gestoken. De hefboom draait om de linkerpen, tot zijn linkereinde geheel naar beneden is gedrukt. Je steekt dan de rechterpen in het gat dat één halve steek hoger ligt dan de linkerpen. Vervolgens til je het linkereinde van de hefboom helemaal op. Hij scharniert daarbij om de zojuist aange­brachte rechterpen. De last zakt hierbij maar een klein stukje omdat het ophangpunt van de last en het rechterdraaipunt dicht bij elkaar liggen. Als de hefboom helemaal is opgetild, kun je de linkerpen één gat hoger steken. Dat wordt het nieuwe draaipunt. Druk je nu het eind van de hefboom weer helemaal naar beneden, dan stijgt de last weer een volle stap. Wijst het linkereinde van de hefboom helemaal naar beneden, dan verplaats je de rechterpen één gat naar boven .... enzovoorts .... Dit hele spel blijft zich herhalen tot de last hoog genoeg is geheven (of tot je het eind van de Heb-lade hebt bereikt).

In the drawing to the right you may observe that the lever is provided with two semi-circular notches 1 and 3. The side walls of the apparatus are drilled with two staggered rows of holes G and H. The pins O and P are inserted in two adjacent holes. The lever pivots round the left pin until its left end is pushed fully down. You can then insert the right pin in the hole located one half pitch higher than the left pin. Next you lift the end of the lever fully upwards. The lever now pivots around the right pin, the one you just inserted. The load sinks but very little, as the distance between the attach point of the load and the fulcrum is small. When the lever is completely lifted, you can insert the left pin in the hole placed one pitch above its former position. This then becomes the new pivot point. If you now push down the free end of the lever, the load is again lifted one step, just as before. As soon as the end of the lever points downwards, you transfer the right pin to a hole one pitch higher .... etcetera .... This play is repeated again and again, until the load is at the required height (or until you reach the end of the Heb-lade).




II. Verticaal gebruikt:
als verstel-mechanisme

een wissel: omgezet en vergrendeld met een hefboom
railway points are switched and locked by means of a lever

II. Used vertically:
as switching mechanism

Als er toevallig een muur vlak naast een zwaar voorwerp staat, kun je een verticale hefboom gebruiken om dat voorwerp een stukje van die muur af te schuiven. Pas op dat je je knokkels niet stoot! Moet het ding juist naar de muur toe, dan is de hefboom onbruikbaar. Je kunt hem nergens tegen afzetten.

If there happens to be a wall handy near to a heavy object, you can employ a vertical lever to shift that object a bit away from that wall. Be careful not to graze your knuckles! Does it have to be moved towards the wall, your lever is useless. You cannot find anywhere to support the fulcrum.

Nee, verticale hefbomen worden overwegend voor andere doeleinden gebruikt. Om een wissel om te zetten en te vergrendelen, bijvoor­beeld. Op rangeerterreinen stonden in de sein- en wisselwachtershuizen hele batterijen hefbomen.

No, vertical levers are used pre­dominantly for other purposes. To switch a pair of railway points and lock it in position, for instance. The many pointsman sheds and signal boxes you found in shunting-yards contained whole banks of levers.

Het essentiële punt van een hefboom als verstel-mechanisme is, dat je door aan de hefboom te trekken, ergens anders, mogelijk vele tientallen meters ver, een soortgelijke beweging opwekt.

The essential point of a lever as a switching mechanism is that by pulling or pushing the lever, you can give a similar motion to some object removed possibly tens of meters from where you stand.

hefboom
lever

Dat gebeurt met koppelstangen of staal­kabels. Zulke stangen of kabels kunnen behoorlijk lang zijn - vooropgesteld dat ze soepel lopen in hun ondersteuning.

The movement is transferred through coupling rods or steel cables. Such rods and cables can be quite long - supposing they move freely in their supports.

hefboom
lever

De slag van de koppelstang of kabel is kleiner dan die van de handgreep van de hefboom; de kracht op de koppelstang of kabel is evenredig groter. Dat is voor het meeste gebruik prima.

The stroke of the coupling rod or cable is less than that of the handle of the lever; the force in the drawrod or cable is proportionally larger. For most applications this is just perfect.

Een koppelstang kan trek en druk over­brengen, dat wil zeggen, zowel de heen­gaande als de teruggaande beweging; een kabel kan alleen trek overbrengen. Voor de teruggaande beweging heb je in het laatste geval een aparte kabel nodig. Soms voldoet trouwens ook een sterke trekveer.

A coupling rod can transfer both push and pull, that is, both forward and rearward motion. A coupling cable cannot transfer a pushing motion, just pull. In that case you need a separate cable for the rearward motion. In some instances a stiff tension spring will do equally well.


 

 


Basistypen verticale hefbomen

We zullen eerst eens zien, wat voor basis-soorten hefbomen er te onder­scheiden zijn. Ik noem er vier. Ze zijn in onderstaande figuur getekend.

Basic types of vertical levers

First let's have a look at the basic types of levers we can distinguish. I mention four. They are illustrated in the drawing below.

basistypen
basic types

Links zien we een enkelzijdige hefboom, die één trekstang bedient. Deze maakt een hoek van 90° met de hefboom. Ernaast, nummer 2, een enkel­zijdige hefboom met arm onder 90°. Beweegt twee trekstangen, die hoeken van 0° en 90° met de hefboom maken. Het derde type is een enkelzijdige hefboom met twee armen op 0° en 180°. Bedient drie trek­stangen, die hoeken van 0°, 90° en 180° met de hefboom maken. Het vierde type, rechts, is een dubbelzijdige hefboom, die twee trek­stangen beweegt. Die maken hoeken van 90° en 270° met de hefboom.

To the left we have a single sided lever operating a single draw rod. The rod (naturally) is at a 90° angle to the lever. The next, number 2, a single sided lever with arm under 90°. This works two drawrods, making 0° and 90° angles to the lever. The third type is a single sided lever with two arms under 0° and 180°. It moves three drawrods, making 0°, 90° and 180° angles to the lever. The fourth type, fully right, is a double sided lever, operating two drawrods at angles of 90° and 270° with the lever.

Deze hefbomen zijn bijzonder geschikt om in een metaal­bouwdoos te worden (na)gebouwd. Ik geef daarom van elk basistype een isometrische CAD-tekening van een uitvoering in dit medium. Bij de constructie van de modellen is zoveel mogelijk van eenvoudige basis-onderdelen uitgegaan. Ze kunnen dus met betrekkelijk weinig moeite en een geringe investering worden gebouwd.

These levers are well-suited to be (re)constructed in parts from a metal construction box. Therefore I add an isometric CAD-drawing of each basic lever built from this material. In developing the models, I've used simple basic parts from the metal construction kits as much as feasible. So they can be built with little difficulty and expense.

De vier isometrische tekeningen hieronder zijn in het *.DWF-formaat. Om ze te bekijken heb je een DWG/DWF-viewer nodig. Heb je die al geïnstalleerd op je PC, klik dan gewoon op de cursieve rode links. Heb je nog géén DWG/DWF-viewer, ga dan eerst naar DEZE pagina om er eentje op te halen. Installeer 'm en kom dan hier terug.

Gebruik altijd de "terug"-toets van je browser om van een tekening weer naar deze pagina terug te keren.

The four isometric drawings below are in the *.DWF-format. To view them, you need a DWG/DWF-viewer. Did you already install one? Then simply click the red italic links in the list below. If you have not yet got a DWG/DWF-viewer, then first go to THIS page to collect one. Install it and return to the present page.

Always use the "back"-button of your browser to return from any opened drawing to this page.


Enkelzijdig
1 trekstang onder 90°

CAD-tekening
CAD-drawing

Single sided
1 drawrod under 90°

Enkelzijdig met arm op 90°
2 trekstangen onder 0° en 90°

CAD-tekening
CAD-drawing

Single sided with arm at 90°
2 drawrods under 0° and 90°

Enkelzijdig, armen op 0° en 180°
3 trekstangen onder 0°, 90° en 180°

CAD-tekening
CAD-drawing

Single sided, arms at 0° and 180°
3 drawrods under 0°, 90° and 180°

Dubbelzijdig
2 trekstangen onder 90° en 270°

CAD-tekening
CAD-drawing

Double sided
2 drawrods under 90° and and 270°




Keermechanismen

De volgende twee hefbomen zijn wat anders van karakter. Ik heb ze eveneens nagebouwd met onderdelen van een metaal­bouwdoos en deze uitvoering in CAD getekend.

Bell cranks

The next two levers are of a slightly different character. I have built them, too, in model form with parts from a metal construction box and drawn this model in CAD.

keermechanismen
bell cranks

De twee isometrische tekeningen hieronder zijn in het *.DWF-formaat. Om ze te bekijken heb je een DWG/DWF-viewer nodig. Heb je die al geïnstalleerd op je PC, klik dan gewoon op de cursieve rode links. Heb je nog géén DWG/DWF-viewer, ga dan eerst naar DEZE pagina om er eentje op te halen. Installeer 'm en kom dan hier terug.

Gebruik altijd de "terug"-toets van je browser om van een tekening weer naar deze pagina terug te keren.

The two isometric drawings below are in the *.DWF-format. To view them, you need a DWG/DWF-viewer. Did you already install one? Then simply click the red italic links in the list below. If you have not yet got a DWG/DWF-viewer, then first go to THIS page to collect one. Install it and return to the present page.

Always use the "back"-button of your browser to return from any opened drawing to this page.


Enkel keermechanisme
2 trekstangen onder 90° en 180°

CAD-tekening
CAD-drawing

Single bell crank
2 drawrods under 90° and 180°

Dubbel keermechanisme
4 trekstangen onder 0°, 90°, 180° en 270°

CAD-tekening
CAD-drawing

Double bell crank
4 drawrods under 0°, 90°, 180° and 270°




Hefbomen met voorkeursstanden

Het is wel aardig, dat je met een hefboom en wat koppelstangen of -kabels een beweging op afstand kunt uitvoeren, maar daarmee ben je er nog niet. Je kunt moeilijk de hefboom steeds maar in de gewenste stand blijven vasthouden. Vrijwel altijd zul je hem dus in de gewenste stand willen fixeren. Daarvoor zijn in de loop van de tijd allerlei mechaniekjes bedacht. Ik toon er hieronder vier, van verschillende soort en functie.

Levers with preferred positions

Promising as it is, this remote control of motion by means of a lever and some rods or cables, it still lacks something. It is not at all practical to keep the lever in its wanted position by holding it continuously in your hand. Almost always you will want be able to fix it in the required position. To this end, a lot of interesting mechanisms have been developed over the years. I show four of them, of differing type and function.



Type 1: flip-flop

Door het gewicht aan de hefboom valt deze automatisch ofwel geheel naar links ofwel geheel naar rechts. Andere posities zijn instabiel. Je kunt desgewenst het gewicht zwaarder kiezen. Dan zijn de twee standen zekerder - het kost meer kracht om de hefboom over te halen. De geleide­boog zorgt er voor, dat de verzwaarde hefboom niet gaat zwabberen. Verder begrenst hij de slag van de hefboom.

Type 1: flip-flop

The weight mounted on the lever causes this to automatically fall either fully to the left or to the right. Other positions are unstable. If necessary, you can increase the weight. The two stable positions will be kept more firmly then. It will take more force to switch between them. The guiding arc prevents the weightened lever from wobbling. Furthermore, it limits the stroke of the lever.

hefboom met twee standen
lever with two positions hefboom met twee standen
lever with two positions


Type 2: vijf (instelbare) standen

In de geleideboog zie je vijf boutjes. Deze kunnen naar wens worden gepositioneerd in de boog. Op de hefboom is een verticale schuif gemonteerd. Deze heeft aan de onderzijde een vork, die precies over zo'n positie-boutje past. Wil je de hefboom in een andere positie brengen, dan trek je eerst de schuif omhoog, vervolgens draai je de hefboom naar de gekozen stand en tenslotte duw je de schuif weer naar beneden, over het gekozen boutje heen. Dan is de zaak weer gefixeerd.

Type 2: five (adjustable) positions

In the guiding arc you observe five bolts. These can be positioned anywhere in the arc at will. A vertical slide is mounted on the lever. This slide carries a fork at its lower end, which snugly fits over such a position-bolt. If you want to set the lever in a new position, you first move the slide upwards. The lever is then free to be rotated. Bring it in the required position and finally push the slide down again. Its fork locks the lever in its new position.

hefboom met 5 instelbare standen
lever with 5 adjustable positions hefboom met 5 instelbare standen
lever with 5 adjustable positions


Type 3: willekeurig instelbare standen, eenvoudige versie

Makkelijker kan het haast niet. Je draait de vleugelmoer los, brengt de hefboom in de gewenste stand en draait de vleugelmoer weer aan. Een mogelijk nadeel van deze uitvoering: als de vleugelmoer lostrilt, of slipt, ben je de positie kwijt.

Type 3: arbitrarily adjustable positions, simple version

An easier construction can hardly be envisaged. Loosen the wing nut, bring the lever in any position you want, and retighten the wing nut. A possible disadvantage of this design: when the wing nut works loose or slips, you loose your position.



Type 4: willekeurig instelbare standen, verbeterde versie

Komt tegemoet aan het bezwaar tegen type 3 hierboven. De gewenste stand van de hefboom wordt verkregen door het draaien aan de slinger. De verstelling vindt plaats met een schroefdraad. Deze is altijd zelf­remmend, net als een worm-wormwiel combinatie. Derhalve kan het kwijtraken van de ingestelde positie niet meer voorkomen. Kies je een fijne spoed voor de schroefdraad, dan kun je de stand nauwkeurig instellen.

Type 4: arbitrarily adjustable positions, improved version

This design solves the shortcoming pointed out above. You bring the lever in the required position by means of a screw, which is turned by a crank. A screw thread always is self-blocking, just like a worm-wormwheel combination. Consequently, loss of the set position can no longer occur. If you choose a finely pitched scew, the position of the lever can be adjusted very accurately.


naar de top    naar de top to the top    to the top