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Die
Erfindung bezieht sich auf eine längenverstellbare Gasfeder für höhenverstellbare
Objekte, insbesondere für
Stühle,
Tische oder dgl., mit einem mit einem unter Druck stehenden Gas
gefüllten
Zylinder, in dem ein Kolben verschiebbar angeordnet ist, durch den
der Zylinder in einen ersten Arbeitsraum und einen zweiten Arbeitsraum
unterteilt ist, mit einer Kolbenstange, die mit ihrem einen Ende
an dem Kolben befestigt ist und sich durch den zweiten Arbeitsraum
und ein den zweiten Arbeitsraum am zweiten Ende des Zylinders verschließendes Dichtungspaket nach
Außen
erstreckt, mit einem den ersten Arbeitsraum an dem ersten Ende des
Zylinders verschließenden
Ventilkörper
und einem darin angeordneten Ventil, durch das eine Verbindung des
ersten Arbeitsraums mit dem zweiten Arbeitsraum absperrbar ist, wobei
ein Schließglied
des Ventils durch einen manuell betätigbaren Ventilstift das Ventil öffenbar
beaufschlagbar ist.
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Derartige
Gasfedern werden insbesondere für
Stuhlsäulen
verwendet, wobei eine auf dem Stuhl sitzende Person die gewünschte Höhe der Sitzfläche durch
manuelle Betätigung
des Ventils einstellen kann. Bei nicht benutztem Ventil soll sich
die Sitzfläche
selbsttätig
in die maximale Höhe
einstellen.
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Dazu
ist es aus der
DE
195 28 645 C1 bekannt im Kolben eine weitere Ventilanordnung
vorzusehen, die bei unbeaufschlagter Gasfeder geöffnet ist und die beiden Arbeitsräume über einen
Spalt zwischen dem Kolben und der Innenwand des Zylinders miteinander
verbindet. Dadurch bestehen gleiche Drücke in beiden Arbeitsräumen, wobei
die um die Querschnittsfläche
der Kolbenstange größere Wirkfläche des
Kolbens auf der Seite des ersten Arbeitsraums gegenüber der
Wirkfläche
des Kolbens auf der Seite des zweiten Arbeitsraums für ein Ausfahren
der Kolbenstange sorgt.
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Diese
Ausbildung ist durch das Erfordernis zweier Ventile sehr aufwendig
und teuer. Darüber
hinaus ist die Ventilanordnung im Kolben von labiler Konstruktion,
da der Durchtrittsquerschnitt von der jeweiligen Oberflächenbeschaffenheit
der Innenwand des Zylinders abhängt,
was zu einer stark schwankenden Ausfahrgeschwindigkeit bis hin zu
einem Blockieren der Gasfeder in Ausschubrichtung führen kann.
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Ferner
ist aus der
DE 39 24
309 A1 eine Gasdruckfeder bekannt, die mittels einer auf
ein Ventil wirkende Betätigungseinrichtung
blockierbar bzw. längenverstellbar
ist, wobei das Ventil ein bewegliches Steuerglied aufweist, mit
dem das Ventil unabhängig
von einer Stellbewegung der Betätigungseinrichtung
in seine Offenstellung überführbar ist.
Das Steuerglied ist als Freikolben ausgebildet. Eine Vorspannung
wirkt mit dem Freikolben zusammen, deren Kraft den Freikolben in
eine der Schließstellung des
Ventils entsprechende Axialstellung zu drängen sucht. Ein automatisches
Ausfahren der Kolbenstange in die maximal ausgefahrene Position
der Kolbenstange ist dabei nicht möglich.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher eine längenverstellbare Gasfeder der
eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach und kostengünstig aufgebaut
ist und ein gleichmäßiges Ausfahren
der Kolbenstange gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß das
Ventil ein Sitzventil ist, dessen Schließglied über eine Drosselquerschnittsverbindung
umströmbar
und vom Druck in der ersten Arbeitskammer entgegen der Beaufschlagungsrichtung durch
den Ventilstift in Schließrichtung
gegen einen Ventilsitz sowie vom Druck in der zweiten Arbeitskammer
in Öffnungsrichtung
vom Ventilsitz weg beaufschlagt ist.
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Damit
wird nur noch ein einziges Ventil benötigt, das sowohl die Funktion
der Höheneinstellung bei
belastetem Objekt als auch die Ausfahrfunktion bei entlastetem Objekt
erfüllt,
so daß der
Bauteil- und Montageaufwand erheblich reduziert ist.
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Da
die Durchströmverhältnisse
an dem Ventil immer gleich sind, ist auch eine gleichmäßigere Ausfahrbewegung
sicher gestellt.
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Ist
das Objekt belastet und damit die Kolbenstange in Einfahrrichtung
beaufschlagt, wird das Ventilglied von dem Druck in dem ersten Arbeitsraum
beaufschlagt und auf den Ventilsitz gepreßt, so daß das Sitzventil geschlossen
ist.
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Durch
Betätigung
des Ventilstifts kann dann das Sitzventil zur Höheneinstellung geöffnet werden. Bei
entlastetem Objekt bewirkt die zum ersten Arbeitsraum gerichtete
größere Wirkfläche des
Kolbens, daß diese
Wirkfläche
mit einer größeren Kraft beaufschlagt
wird, als die um die Querschnittsfläche der Kolbenstange geringere
Wirkfläche
des Kolbens, die zum zweiten Arbeitsraum gerichtet ist. Dadurch werden
der Kolben und die Kolbenstange in Ausfahrrichtung bewegt und das
Ventilglied von dem aus dem zweiten Arbeitsraum verdrängten Gas
in Öffnungsrichtung
bewegt, so daß dieses
verdrängte Gas
in den ersten Arbeitsraum strömen
kann.
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Dabei
kann in einfacher Ausbildung das Schließglied in einer insbesondere
zylindrischen Ventilgliedkammer senkrecht zur Ebene des Ventilsitzes
bewegbar geführt
sein und der Zwischenraum zwischen der Wand der Ventilkammer und
dem Schließglied
die Drosselquerschnittsverbindung bilden, wobei die Wandung der
Ventilgliedkammer eine oder mehrere von dem Ventilsitz zur ersten
Arbeitskammer führende
Vertiefungen aufweisen kann.
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Das
Schließglied
kann zur einfachen Montage kugelförmig oder zylinderförmig ausgebildet
sein.
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Um,
wie bei einem kugelförmigen
Ventilglied, eine zumindest annähernd
ringlinienartigen Auflage des Schließglieds auf seinem Ventilsitz
zu erhalten, kann die dem Ventilsitz zugewandte Stirnfläche des zylinderförmigen Schließglieds
kugelkalottenartig gewölbt
sein.
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Ist
die Ventilgliedkammer über
eine Verbindungsöffnung
mit der ersten Arbeitskammer verbunden, so wird das Schließglied käfigartig
in der Ventilgliedkammer gehalten.
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In
einfacher Ausbildung und Montierbarkeit ist der Ventilsitz ein elastischer
O-Ring.
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Insbesondere
bei einem Schließglied
mit dem Ventilsitz zugewandter gewölbter Stirnfläche ist vorzugsweise
die das Schließglied
beaufschlagende Stirnseite des Ventilstifts eben ausgebildet, so
daß eine
reibungsarme Punktbeaufschlagung des Schließglieds erfolgt.
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Dazu
kann in einer anderen Ausbildung die das Schließglied beaufschlagende Stirnseite
des Ventilstifts eine Spitze aufweisen.
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Eine
einfache und kostengünstig
herstellbare Ausbildung besteht darin, daß der Ventilkörper eine
Stufenbohrung aufweist, deren kleine Stufe dem ersten Arbeitsraum
zugewandt ist und die Ventilgliedkammer bildet und in deren große Stufe
die zum zweiten Arbeitsraum führende
Verbindung mündet, wobei
an dem Übergang
von der kleinen Stufe zur großen
Stufe der Ventilsitz angeordnet ist.
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Dabei
weist vorzugsweise der Ventildurchgang des Ventilsitzes einen geringeren
Innendurchmesser auf als die kleine Stufe und ist als separates ringförmiges Bauteil
an der sich etwa radial erstreckenden Schulter des Übergangs
von der kleinen Stufe zur großen
Stufe in Anlage gehalten.
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Zum
Absperren des Drucksystems der Gasfeder nach außen kann die große Stufe
der Stufenbohrung an ihrem der kleinen Stufe entgegengesetzten Ende
durch ein Verschlußteil
verschlossen sein, wobei der Ventilstift in einer zur Stufenbohrung
koaxialen Durchgangsbohrung des Verschlußteils geführt sein kann.
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Die
Stufenbohrung kann dabei in Doppelfunktion zum Führen des Ventilstifts und zu
dessen Bewegungsbegrenzung dienen, wenn die Durchgangsbohrung eine
zweite Stufenbohrung ist, deren großer Stufenteil zum ersten Arbeitsraum
gerichtet ist, wobei der Ventilstift entsprechend der zweiten Stufenbohrung
stufig ausgebildet ist und die Schulter am Übergang des großen Stufenteils
zum kleinen Stufenteil der zweiten Stufenbohrung einen Anschlag zur
Begrenzung des Öffnungshubes
des Ventilstiftes bildet.
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Ist
der Ventilstift von einem elastischen Dichtring umschlossen, der
axial an dem Verschlußteil
abgestützt
ist und mit Vorspannung radial nach innen an dem Ventilstift und/oder
radial nach außen
an der zylindrischen Wand der großen Stufe der Stufenbohrung
in Anlage ist, so erfüllt
der eine Dichtring eine mehrfache Dichtfunktion.
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Zur
Sicherung der Einbauposition sowohl des Ventilsitzes als auch des
Dichtrings kann der Ventilstift mit Abstand von einer Abstützhülse umschlossen
sein, die axial mit ihrem einen Ende an dem elastischen Dichtring
und mit ihrem anderen Ende an dem als separates ringförmiges Bauteil
ausgebildeten Ventilsitz abgestützt
ist und ein oder mehrere radiale Durchgangsöffnungen besitzt.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
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1 einen
Querschnitt einer Gasfeder mit einem Druckzylinder
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2 einen
Querschnitt eines vergrößerten Ausschnitts
des Bereichs des Ventilkörpers
der Gasfeder nach 1
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3 einen
Querschnitt eines Ausschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels
der Bereichs des Ventilkörpers
der Gasfeder nach 1.
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Die
in 1 dargestellte Gasfeder besitzt einen Zylinder 1,
der von einem Druckzylinder 2 mit einem Abstand umschlossen
ist, wobei der Druckzylinder 2 axial über die beiden Enden des Zylinders 1 hinausragt.
Durch radiale Sicken 3 sind der Zylinder 1 und
der Druckzylinder 2 miteinander verbunden.
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Im
oberen Endbereich des Zylinders 1 sind Zylinder 1 und
Druckzylinder 2 durch einen Ventilkörper 4 verschlossen,
der in den Druckzylinder 2 und den Zylinder 1 eingesetzt
und über
einen ersten Dichtring 5 gegenüber der Innenwand des Druckzylinders 2 sowie über einen
zweiten Dichtring 6 gegenüber der Innenwand des Zylinders 1 abgedichtet
ist. In dem Ventilkörper 4 ist
ein Sitzventil 24 angeordnet.
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Der
untere Endbereich des Druckzylinders 2 ist durch ein Dichtungspaket 7 verschlossen,
durch dessen Durchgangsbohrung 8 eine Kolbenstange 9 abgedichtet
verschiebbar vom inneren des Zylinders 1 und Druckzylinders 2 nach
außen
hindurchgeführt ist.
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An
dem in den Zylinder 1 ragenden Ende der Kolbenstange 9 ist
ein Kolben 10 befestigt, der den Innenraum des Zylinders 1 in
einen ventilkörperseitigen
ersten Arbeitsraum 11 und einen kolbenstangenseitigen zweiten
Arbeitsraum 12 unterteilt und radial durch einen dritten
Dichtring 13 gegenüber
der Innenwand des Zylinders 1 abgedichtet ist.
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Das äußere Ende
der Kolbenstange 9 kann mit einem Fuß eines Objekts wie z.B. Stuhles üblicherweise über ein
nicht dargestelltes Standrohr fest verbunden sein.
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Das
obere Ende des Druckzylinders 2 ist konisch ausgebildet,
um ein höhenverstellbares
Bauteil wie z.B. einen Sitz eines Stuhles zu befestigen.
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In
den 2 und 3 besitzt der Ventilkörper 4 eine
Stufenbohrung 14 mit einer dem ersten Arbeitsraum 11 zugewandten
kleinen Stufe 15 und eine dem ersten Arbeitsraum 11 abgewandten
großen Stufe 16.
Von der kleinen Stufe 15 führt koaxial eine Verbindungsöffnung 17 zur
ersten Arbeitskammer 11.
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An
der Schulter 18 des Übergangs
von der kleinen Stufe 15 zur großen Stufe 16 liegt
ein einen Ventilsitz bildender elastischer O-Ring 19 an,
der einen geringeren Innendurchmesser aufweist, als die kleine Stufe 15.
Diese kleine Stufe 15 bildet eine Ventilgliedkammer, in
der ein Schließglied 20 axial
bewegbar angeordnet ist, das in 2 kugelförmig und in 3 zylinderförmig mit
kugelkarlottenartig gewölbten
Stirnflächen 21 und 22 ausgebildet
ist.
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Die
Wandung der kleinen Stufe 15 weist mehrere von dem O-Ring 19 zur
Verbindungsöffnung 17 führende Vertiefungen 23 auf. Über die
eine Drosselquerschnittsverbindung bildenden Vertiefungen 23 ist
das Schließglied 20 bei
geöffnetem
Sitzventil 24 umströmbar.
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Die
Mündung
der großen
Stufe 16 ist durch ein deckelartiges Verschlußteil 25 verschlossen,
das mit einem koaxialen zylindrischen Ansatz 26 in die große Stufe 16 ragt.
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Koaxial
das Verschlußteil 25 durchragend
ist eine zweite Stufenbohrung 27 ausgebildet, deren großer Stufenteil 28 zum
ersten Arbeitsraum 11 gerichtet ist, wobei die Schulter 29 am Übergang
von dem großen
Stufenteil 28 zum kleinen Stufenteil 30 einen
Anschlag bildet, durch den der Öffnungshub
eines in der zweiten Stufenbohrung 27 entsprechend stufig
ausgebildeten Ventilstifts 31 begrenzt wird.
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Der
Ventilstift 31 ragt mit seinem einen Ende nach außen und
ist manuell zum ersten Arbeitsraum 11 hin kraftbeaufschlagbar.
Durch eine solche manuelle Kraftbeaufschlagung und Verschiebung
gelangt der Ventilstift 31 mit der Stirnseite seines anderen Endes
zur Anlage an dem Schließglied 20 und
hebt dieses den Ventildurchgang öffnend
von dem den Ventilsitz bildenden O-Ring 19 ab.
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Die
das Schließglied 20 beaufschlagende Stirnseite
des Ventilstifts 31 ist in 2 eben und
in 3 als Spitze ausgebildet.
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In
seinem in die große
Stufe 16 hineinragenden Bereich ist der Ventilstift 31 mit
Vorspannung von einem elastischen Dichtring 32 umschlossen,
der mit seinem radial umlaufenden Außenumfang mit Vorspannung an
der Innenwand der großen
Stufe 16 anliegt. Axial ist der Dichtring 32 an
der in die große
Stufe 16 ragenden Stirnseite des Ansatzes 26 in
Anlage.
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Eine
den Ventilstift 31 mit Abstand umschließende Abstützhülse 33 ist axial mit
ihrem einen Ende an dem Dichtring 32 mit ihrem anderen
Ende an dem O-Ring 19 abgestützt und hält diese mit Vorspannung an
dem Ansatz 26 bzw. der Schulter 18 in Anlage.
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Radiale
Durchgangsöffnungen 34 in
der Abstützhülse 33 bilden
eine Verbindung von dem den Ventilstift 31 umschließenden Bereich
der großen Stufe 16 zu
einer radial in die große
Stufe 16 mündenden
Verbindungsbohrung 35.
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Diese
Verbindungsbohrung 35 führt
radial nach außen
und ist mit einem Ringspalt 36 verbunden, der zwischen
dem Zylinder 1 und dem Druckzylinder 2 gebildet
ist und in dem unteren Endbereich des zweiten Arbeitsraums 12 über Öffnungen 37 in dem
Zylinder 1 mit dem zweiten Arbeitsraum 12 verbunden
ist. Damit ist bei geöffnetem
Sitzventil 24 eine Verbindung von dem ersten Arbeitsraum 11 zum zweiten
Arbeitsraum 12 hergestellt.
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Bei
unbelasteter Gasfeder sorgt der auf die große Wirkfläche des Kolbens 11 einwirkende
Druck im ersten Arbeitsraum 11 dafür, daß der Kolben 10 und
die Kolbenstange 9 ausgefahren werden. Das dabei aus dem
zweiten Arbeitsraum 12 verdrängte Gas strömt über die Öffnung 37,
den Ringspalt 36, die Verbindungsbohrung 35 und
die Durchgangsöffnungen 34 in
die große
Stufe 16, beaufschlagt das Schließglied 20, hebt dieses
von dem O-Ring 19 ab und umströmt das Schließglied 20 zum
ersten Arbeitsraum 11. Diese Ausfahrbewegung erfolgt bis zum
Erreichen der völlig
ausgefahrenen Position.
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Wird
das obere Ende des Druckzylinders mit einer Kraft belastet, baut
sich sofort im ersten Arbeitsraum eine Druckerhöhung gegenüber dem Druck im zweiten Arbeitsraum 12 auf, durch
die das Schließglied 20 beaufschlagt
und in Anlage an den O-Ring 19 bewegt wird, so daß das Sitzventil 24 geschlossen
wird.
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Soll
nun in diesem belasteten Zustand eine Höheneinstellung erfolgen, so
wird mittels eines in dem oberen Ende des Druckzylinders 2 verschiebbar geführten Betätigungsstößels 38 der
Ventilstift 31 zum Schließglied 20 hin verschoben,
bis dieses von dem O-Ring 19 abgehoben und damit das Sitzventil 24 geöffnet wird.
Damit kann Gas von dem ersten Arbeitsraum 11 in den zweiten
Arbeitsraum 12 strömen und
der Kolben 10 mit der Kolbenstange 9 so lange in
den Zylinder 1 einfahren, bis die gewünschte Position erreicht ist
und durch Beendigung der manuellen Beaufschlagung des Betätigungsstößels 38 das Schließglied 20 wieder
in seine Schließposition
bewegt wird.
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- 1
- Zylinder
- 2
- Druckzylinder
- 3
- Sicken
- 4
- Ventilkörper
- 5
- erster
Dichtring
- 6
- zweiter
Dichtring
- 7
- Dichtungspaket
- 8
- Durchgangsbohrung
- 9
- Kolbenstange
- 10
- Kolben
- 11
- erster
Arbeitsraum
- 12
- zweiter
Arbeitsraum
- 13
- dritter
Dichtring
- 14
- Stufenbohrung
- 15
- kleine
Stufe
- 16
- große Stufe
- 17
- Verbindungsöffnung
- 18
- Schulter
- 19
- O-Ring
- 20
- Schließglied
- 21
- Stirnfläche
- 22
- Stirnfläche
- 23
- Vertiefungen
- 24
- Sitzventil
- 25
- Verschlußteil
- 26
- Ansatz
- 27
- zweite
Stufenbohrung
- 28
- großer Stufenteil
- 29
- Schulter
- 30
- kleiner
Stufenteil
- 31
- Ventilstift
- 32
- Dichtring
- 33
- Abstützhülse
- 34
- Durchgangsöffnungen
- 35
- Verbindungsbohrung
- 36
- Ringspalt
- 37
- Öffnungen
- 38
- Befestigungsstößel