DE102012101890A1

DE102012101890A1 - Tisch mit einer höhenverstellbaren Tischplatte

Info

Publication number: DE102012101890A1
Application number: DE102012101890A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Daniel Kollreider
Current assignee: Logicdata Electronic and Software Entwicklungs GmbH
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2013-09-12
Also published as: US9345318B2; EP2822423A1; WO2013131755A1; US20150007756A1; DK2822423T3; EP2822423B1

Abstract

Ein Tisch (TBL) mit einer höhenverstellbaren Tischplatte (PL) umfasst einen elektrischen Antrieb (EA) zur Höhenverstellung der Tischplatte (PL) und einen Bremsmechanismus (BR) zum gezielten Verhindern einer Abwärtsbewegung der Tischplatte (PL). Eine Selbsthemmung des Antriebs (EA) ist derart ausgelegt, dass bei einer festgelegten Belastung der Tischplatte (PL) eine Abwärtsbewegung der Tischplatte (PL) ohne Zufuhr weiterer Energie erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Tisch mit einer höhenverstellbaren Tischplatte, insbesondere mit einem elektrischen Antrieb zur Höhenverstellung der Tischplatte.
Es werden zunehmend elektrisch verstellbare Möbel angeboten. So ist bei vielen Tischen, insbesondere Schreibtischen, die Höhe der Tischplatte über einen speziellen Antrieb elektrisch verstellbar.
In herkömmlichen höhenverstellbaren Tischen wird der Antrieb selbsthemmend ausgeführt, beispielsweise durch spezielle Getriebe oder Gewindespindeln. Beispielsweise wird für eine solche Selbsthemmung bei einer bestimmten Belastung des Tisches beziehungsweise der Tischplatte über Reibung in Getriebe und Spindelsystem sichergestellt, dass die Tischplatte nicht nach unten rutscht. Durch eine derartige Ausführung ist auch bei voller Beladung der Tischplatte bei der Abwärtsfahrt elektrische Energie aus einer Steuerung für den Antrieb notwendig, um die Reibungskraft der Selbsthemmung zu überwinden und das System zu bewegen.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein energieeffizienteres Konzept für einen elektrisch höhenverstellbaren Tisch anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Beispielsweise liegt einer energieeffizienten Lösung die Idee zugrunde, auf eine Selbsthemmung des elektrischen Antriebs zu verzichten und gezielt einen Bremsmechanismus vorzusehen, welcher auch bei einer maximal möglichen Belastung des Tisches beziehungsweise der Tischplatte eine Abwärtsbewegung der Tischplatte verhindert. Wenn der Bremsmechanismus nicht aktiviert ist, rutscht die Tischplatte folglich in Abhängigkeit der Belastung der Tischplatte beispielsweise von alleine nach unten. Gleichzeitig wird aber auch bei einer Aufwärtsbewegung weniger Energie für den Antrieb benötigt, da insbesondere auf Grund der fehlenden Selbsthemmung geringere Kräfte aufgewendet werden brauchen.
Beispielsweise wird weiterhin ein Energiespeicher vorgesehen, welcher eine aus der Abwärtsbewegung der Tischplatte resultierende Energie zumindest teilweise aufnimmt, um diese bei einer Aufwärtsbewegung der Tischplatte wieder abzugeben. Dadurch wird auch bei der Aufwärtsbewegung der Tischplatte weniger Energie von dem elektrischen Antrieb verbraucht. Die Energieeffizienz des Tisches ist somit verbessert.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Tisch mit einer höhenverstellbaren Tischplatte einen elektrischen Antrieb zur Höhenverstellung der Tischplatte, wobei eine Selbsthemmung des Antriebs derart ausgelegt ist, dass bei einer festgelegten Belastung der Tischplatte eine Abwärtsbewegung der Tischplatte ohne Zufuhr weiterer Energie erfolgt. Der Tisch umfasst ferner einen Bremsmechanismus zum gezielten Verhindern einer Abwärtsbewegung der Tischplatte.
In einer Ausgestaltung umfasst der Tisch ferner einen Energiespeicher. Hierbei ist der Tisch derart ausgestaltet, dass aus einer Abwärtsbewegung der Tischplatte resultierende Energie zumindest teilweise in dem Energiespeicher gespeichert wird. Beispielsweise kann die in dem Energiespeicher gespeicherte Energie für eine Aufwärtsbewegung der Tischplatte verwendet werden.
Um eine Abwärtsbewegung der Tischplatte einzuleiten, wird dementsprechend der Bremsmechanismus deaktiviert, sodass die Tischplatte aufgrund der gering dimensionierten Selbsthemmung des Antriebs eine Abwärtsbewegung beginnt. Die potentielle Energie der Tischplatte wird bei der Abwärtsbewegung zumindest teilweise in den Energiespeicher übertragen. Der Energiespeicher kann hierbei ein mechanischer Energiespeicher und/oder ein elektrischer Energiespeicher sein. Als mechanische Energiespeicher können beispielsweise eine mechanische Feder, eine Schwungscheibe oder ein Masseelement zur Speicherung potentieller Energie eingesetzt werden, wobei die Energie beispielsweise über einen Seilzug auf den mechanischen Energiespeicher übertragen wird. Für einen elektrischen Energiespeicher kann beispielsweise ein Kondensator oder eine wiederaufladbare Batterie beziehungsweise Akkumulator eingesetzt werden.
Die in dem mechanischen und/oder elektrischen Energiespeicher gespeicherte Energie kann bei einer Aufwärtsbewegung des Tisches verwendet werden. Wenn als elektrischer Energiespeicher eine wiederaufladbare Batterie eingesetzt wird, kann diese zusätzlich auch von einer externen Energiequelle geladen werden, sodass zusätzlich zu der gespeicherten potentiellen Energie weitere Energie im Energiespeicher vorhanden ist, und der elektrische Energiespeicher vollständig zur Energieversorgung des elektrischen Antriebs verwendet wird. Somit ist beispielsweise der Bedarf an extern zugeführter elektrischer Energie im Vergleich zu einem herkömmlichen elektrisch höhenverstellbaren Tisch reduziert.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Tisch ferner einen Vierquadrantensteller zum Ansteuern des Antriebs. Dabei umfasst der Energiespeicher einen elektrischen Speicher, der mit dem Vierquadrantensteller zur Abgabe und Aufnahme von Energie gekoppelt ist. Beispielsweise besteht ein Vierquadrantensteller aus einer elektronischen H-Brückenschaltung aus vier Halbleiterschaltern, die beispielsweise durch Transistoren gebildet sind, welche eine Gleichspannung in einer Wechselspannung variabler Frequenz und variabler Pulsbreite umwandeln kann. Über den Vierquadrantensteller kann bei entsprechender Schalterstellung sowohl Energie aufgenommen als auch Energie abgegeben werden, sodass der elektrische Antrieb sowohl im Motorbetrieb als auch im Generatorbetrieb verwendet werden kann. Die im Generatorbetrieb erzeugte Energie kann zur Ladung des elektrischen Speichers verwendet werden.
In einigen besonderen Ausgestaltungsformen ist der Vierquadrantensteller zudem eingerichtet, mit dem Bremsmechanismus zusammenzuwirken oder alleine den Bremsmechanismus darzustellen. Insbesondere kann der elektrische Antrieb durch entsprechende Ansteuerung des Vierquadrantenstellers in Schwebe gehalten werden, sodass durch den elektrischen Antrieb gerade so viel Kraft aufgewendet wird, um ein Absinken der Tischplatte zu verhindern. Somit kann auch bei deaktiviertem Bremsmechanismus, insbesondere mechanischen Komponenten des Bremsmechanismus, eine Ruhelage der Tischplatte erreicht beziehungsweise eingestellt werden. Dies ermöglicht schließlich ein sanftes Anfahren und Stoppen des Antriebs bei der Bewegung der Tischplatte.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Tisch ferner eine Steuerung für den Antrieb, wobei eine Energieversorgung für die Steuerung und den Antrieb aus einer wiederaufladbaren Batterie erfolgt, die von dem Energiespeicher umfasst ist. Beispielsweise ist ferner ein Auflademechanismus für die Batterie vorgesehen, der wenigstens eine Solarzelle umfasst. Eine Aufladung der Batterie erfolgt somit teilweise durch die Energie aus der Abwärtsbewegung der Tischplatte und teilweise aus der von der Solarzelle gelieferten Energie.
Da elektrisch höhenverstellbare Tische üblicherweise nur wenige Male pro Tag verstellt werden, kann die Ladung der wiederaufladbaren Batterie mit einem vergleichsweise niedrigen Strom erfolgen, da eine längere Ladezeit der Batterie für den Betrieb unerheblich ist.
In alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltungsformen ist ein Auflademechanismus für die Batterie vorgesehen. Ferner umfasst der Tisch eine mit dem Auflademechanismus gekoppelte Computerschnittstelle zur Zuführung eines Ladestroms für die Batterie. Eine solche Computerschnittstelle ist beispielsweise durch eine Universal Serial Bus, USB, -Schnittstelle oder eine Ethernet-Schnittstelle, beispielsweise gemäß dem Power over Ethernet-Standard gebildet. Da höhenverstellbare Tische vielfach als Computerarbeitsplätze verwendet werden, kann somit in vereinfachter Weise auf eine ohnehin zur Verfügung stehende Schnittstelle am Computer zurückgegriffen werden, um den elektrischen Energiespeicher aufzuladen. Dadurch kann auf das Vorsehen eines speziellen Netzteils für die Steuerung verzichtet werden.
In verschiedenen Ausgestaltungsformen ist die Steuerung eingerichtet, über die Computerschnittstelle Daten mit einem über die Schnittstelle verbundenen Computer auszutauschen. Beispielsweise werden von dem Computer Steuerungsdaten an die Steuerung übertragen, um eine Höhenverstellung des Tisches zu bewirken. Ferner können von der Steuerung Statusdaten oder Positionsdaten an den angeschlossenen Computer übertragen werden. Somit ist eine Bedienung des Tisches mit einem Softwareprogramm, welches auf dem Computer ausgeführt wird, möglich.
In verschiedenen Ausgestaltungsformen ist die Steuerung für einen Betrieb ohne ein Netzteil eingerichtet. Insbesondere erfolgt in diesem Fall eine Energieversorgung für den Antrieb ausschließlich aus der in dem elektrischen Energiespeicher gespeicherten Energie.
In verschiedenen Ausgestaltungsformen ist der Bremsmechanismus, der mechanisch oder elektromechanisch ausgeführt sein kann, für einen Betrieb nach dem Kraftschlussprinzip oder nach dem Formschlussprinzip eingerichtet. Insbesondere kann der Bremsmechanismus aus verschiedenen zusammenwirkenden Elementen zusammengesetzt sein. Beispielsweise umfasst der Bremsmechanismus eine Reibbremse an einer Motorwelle des Antriebs, eine Rastvorrichtung, insbesondere mit einem Zahnrad, an einem Getriebe des Antriebs, eine Rastvorrichtung an einer Gewindespindel des Antriebs, oder eine selbstregelnde Kraftschlussbremse. Durch eine Rastvorrichtung kann beispielsweise eine Bewegung des Antriebs und damit eine Höhenverstellung gezielt verhindert werden. Hierbei wird beispielsweise ein elektromagnetisch bewegbarer Stift in ein Zahnrad, eine Zahnstange oder eine ähnliche Rastvorrichtung ein- beziehungsweise ausgerastet. Durch eine Reibbremse kann zudem eine Reibungskraft auf den Antrieb erzeugt werden, welche wiederum eine Bewegung des Antriebs und eine Höhenverstellung der Tischplatte verhindert.
Vorzugsweise ist die Selbsthemmung des Antriebs derart ausgelegt, dass selbst bei einem unbelasteten Tisch, bei dem nur das Gewicht der Tischplatte nach unten wirkt, bei deaktiviertem Bremsmechanismus eine Abwärtsbewegung der Tischplatte erreicht wird.
In verschiedenen Ausführungsformen ist der Tisch eingerichtet, den Bremsmechanismus während einer Höhenverstellung der Tischplatte zu deaktivieren und den Bremsmechanismus ansonsten zu aktivieren. Mit anderen Worten wird der Bremsmechanismus vorzugsweise nur während einer Höhenverstellung der Tischplatte deaktiviert. Die Energie, die für die Aktivierung und Deaktivierung des Bremsmechanismus benötigt wird, ist gering im Vergleich zu der Energie, die zur Überwindung der zur Selbsthemmung notwendigen Reibung bei einem herkömmlichen Tisch benötigt wird.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Antrieb wenigstens einen Linearantrieb oder Linearaktuator, insbesondere mit einem Spindelantrieb. Beispielsweise weist ein solcher Spindelantrieb eine Kugelumlaufspindel auf. Um die Selbsthemmung des Antriebs gering zu halten, kann alternativ auch eine hohe Spindelsteigung verwendet werden. Die Selbsthemmung kann auch reduziert werden durch das Vorsehen eines Getriebes, insbesondere eines Planetengetriebes, mit niedriger Übersetzung.
Die Drehbewegung eines Elektromotors, beispielsweise eines Gleichstrommotors, kann im Linearantrieb auf verschiedene Weise mit mechanischen Umsetzmitteln in die lineare Bewegung umgesetzt werden. Beispielsweise können hierfür Systeme mit Zahnrädern, Zahnstangen, Ketten oder Seile eingesetzt werden. Vorzugsweise ist der Gleichstrommotor zum Antrieb einer Spindel vorgesehen, welche geeignet ist, eine Drehung des Motors in die lineare Bewegung des Linearantriebs umzusetzen.
Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen wird eine Selbsthemmung des elektrischen Antriebs bewusst vermieden. Hierbei wird unter einem nichtselbsthemmenden Antrieb verstanden, wenn die von oben auf die Tischplatte wirkende Belastung oder Lastkraft F_L größer als die durch Reibung verursachte Gegenkraft F_R ist. Die Differenz dieser beiden Kräfte kann beim Abwärtsfahren wieder zur Energie-Rückgewinnung genutzt werden, um die zurückgewonnene Energie in dem Energiespeicher zu speichern. Je kleiner die Gegenkraft F_R gemacht wird, mit umso mehr Energie kann beim Abwärtsfahren wieder zurückgewonnen werden. Bei den beschriebenen Ausführungsformen wird dementsprechend im Ruhezustand eine Bremskraft F_B dazugeschaltet, damit der Antrieb nicht von selbst nach unten rutscht. Diese Bremskraft F_B sollte insbesondere größer sein als die Differenz der maximalen Belastung, F_L,MAX der Tischplatte minus der Reibungskraft F_R. Die Reibungskraft F_R setzt sich beispielsweise zusammen aus der Summe aller Reibmomente, der Haftreibung einer Führung des Antriebs, einem Bremsmoment des Motors und anderer Verluste im Antrieb.
Wenn als Bestandteil des Energiespeichers beispielsweise eine mechanische Feder genutzt wird, kommt zur Reibungskraft F_R und zur Bremskraft F_B auch eine Federkraft F_S hinzu, welche der Belastung F_L entgegenwirkt. Damit kann es bei niedriger Belastung, beispielsweise bei einer leeren Tischplatte, vorkommen, dass beim Abwärtsfahren Energie von der Steuerung benötigt wird. Diese benötigte Energie dient zum Überwinden der Federkraft F_S, wird aber gleichzeitig in der Feder zwischengespeichert. Dementsprechend braucht der elektrische Antrieb beim Aufwärtsfahren wiederum diese gespeicherte Energie weniger, sodass eine Motorleistung des elektrischen Antriebs reduziert werden kann. Folglich kann der Motor des elektrischen Antriebs kleiner als bei herkömmlichen verstellbaren Tischen ausgelegt werden, was sich auch in niedrigeren Produktionskosten niederschlagen kann.
Ein Tisch gemäß den beschriebenen Ausführungsformen kann durch den Energiespeicher, insbesondere einen elektrischen Energiespeicher, ohne einen Netzanschluss und ein entsprechendes Netzteil betrieben werden.
Durch die hohe Effizienz und niedrige Reibung des Systems kann eine Laständerung auf der Tischplatte im ungebremsten Zustand des Systems in einfacher Weise über den Strom oder die zurück gelieferte Energie detektiert werden. Mit dieser Information über den Strom oder die zurück gelieferte Energie kann eine Steuerung für den Antrieb eine Laständerung während einer Aufwärtsbewegung und/oder einer Abwärtsbewegung vereinfacht detektieren und dadurch einen besseren Kollisionsschutz realisieren.
Beispielsweise ist die Steuerung dementsprechend eingerichtet, bei einer Bewegung der Tischplatte eine Kollisionserkennung durchzuführen, die auf einem Strom im Antrieb und/oder einem Energieaustausch mit dem Energiespeicher basiert.
Die Information über den Strom oder die zurück gelieferte Energie kann auch für die Steuerung des Antriebs verwendet werden. Beispielsweise ist es möglich, den Tisch durch ein Schaltelement in einen Schwebezustand zu bringen. Dabei wird die Bremse gelöst und der oder die Antriebe so angesteuert, dass der Tisch die Position hält. Wenn nun eine Person auf die Tischplatte drückt oder an der Tischplatte zieht, so kann die Steuerung diese Krafteinwirkung bzw. Kräfteänderung auf Grund des Stromes erkennen und die Tischplatte durch Ansteuerung des elektrischen Antriebs in die gedrückte bzw. gezogene Richtung bewegen, beispielsweise so lange, wie man an der Tischplatte zieht oder drückt.
Alternativ kann die Steuerung diese Krafteinwirkung bzw. Kräfteänderung auf Grund eines Messsignals eines Drucksensors im Antrieb oder im Tischbein detektieren, welcher insbesondere einen Druck auf die Tischplatte aufnimmt. Ein solcher Sensor kann mit an sich bekannten Technologien wie einem Piezosensor, einer Kraftmessdose, Dehnungsmessstreifen oder ähnlichem ausgeführt werden. Beispielsweise ist ein solcher Sensor bereits für eine Kollisionserkennung vorgesehen, so dass kein zusätzlicher baulicher Aufwand entsteht.
Diese Ausführungen haben den zusätzlichen Vorteil, dass die vom Menschen durch die Krafteinwirkung auf die Tischplatte aufgewendete Energie nicht von der Steuerung aufgebracht werden braucht und das System wiederum mit weniger zugeführter elektrischer Energie auskommen kann.
Beispielsweise ist die Steuerung dementsprechend eingerichtet, bei deaktiviertem Bremsmechanismus eine Abwärtsbewegung der Tischplatte durch Ansteuerung des Antriebs zu verhindern, und eine Bewegung der Tischplatte auf der Basis einer Messung einer Krafteinwirkung auf die Tischplatte zu steuern, insbesondere auf der Basis eines aus der Krafteinwirkung resultierenden Stroms im Antrieb oder auf der Basis eines Signals eines Drucksensors im Antrieb oder im Tischbein zu steuern.
Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand von Figuren näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen hierbei Elemente oder Bauteile gleicher Funktion. Soweit sich Schaltungsteile oder Bauelemente in ihrer Funktion entsprechen, wird deren Beschreibung nicht in jeder der folgenden Figuren wiederholt.
Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel eines höhenverstellbaren Tisches,
2 ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen Antriebs,
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines elektrischen Antriebs,
4 ein Ausführungsbeispiel eines elektromechanischen Bremsmechanismus,
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines elektrischen Antriebs,
6 ein Ausführungsbeispiel eines mechanischen Energiespeichers, und
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines mechanischen Energiespeichers.
1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Tisches TBL mit einer höhenverstellbaren Tischplatte PL. Der Tisch TBL weist neben der Tischplatte PL zwei Tischbeine TB1, TB2 auf, welche jeweils einen elektrischen Antrieb EA zur Durchführung der Höhenverstellung aufweisen. Hierbei ist aus Übersichtsgründen lediglich für das erste Tischbein TB1 der elektrische Antrieb EA ausführlich dargestellt.
Der elektrische Antrieb EA umfasst einen Elektromotor EM, beispielsweise einen Gleichstrommotor, insbesondere einen bürstenlosen Gleichstrommotor, englisch brushless DC motor, oder einen Wechselstrommotor wie eine Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine. Der elektrische Antrieb EA umfasst ferner in dieser Ausführungsform eine Gewindespindel SP, welche einen hier nicht dargestellten Schlitten mit einer Spindelmutter antreiben kann, welcher die Höhenverstellung bewirkt. Der Elektromotor EM ist mit einer Steuerung STRG verbunden, welche den Elektromotor EM mit entsprechenden Spannungen zum Betrieb des Motors versorgt. Die Steuerung STRG weist beispielsweise eine wiederaufladbare Batterie BAT auf, welche als Energiequelle für den Betrieb des elektrischen Antriebs EA dient.
In dem Tischbein TB1 ist ferner ein Bremsmechanismus BR vorgesehen, der in der dargestellten Ausführungsform auf die Spindel SP einwirken kann, um eine Bewegung der Spindel SP und damit eine Höhenverstellung des Tisches TBL zu verhindern.
Weiterhin ist in dem Tischbein TB1 eine mechanische Feder FE angebracht, welche eine Kraft in Richtung der Aufwärtsbewegung des Tischbeins TB1 beziehungsweise der Tischplatte PL aufnehmen kann. Dementsprechend wirkt bei der dargestellten Ausführungsform die Federkraft der Feder FE ebenfalls der Belastung der Tischplatte von oben entgegen.
Der elektrische Antrieb EA beziehungsweise der Elektromotor EM können in verschiedenen Ausführungsformen sowohl mit Getriebe als auch ohne Getriebe ausgeführt sein. Der elektrische Antrieb EA ist bezüglich seiner einzelnen Baugruppen derart dimensioniert, dass eine Selbsthemmung des Antriebs vermieden ist. Dies bewirkt, dass bei einer bestimmten Belastung der Tischplatte PL der elektrische Antrieb EA so wenig Reibungskräfte und ähnliches aufweist, dass eine Abwärtsbewegung der Tischplatte PL nicht verhindert wird und diese deswegen nach unten rutscht. Beispielsweise wird eine so geringe Selbsthemmung des Antriebs EA dadurch erreicht, dass eine hohe Spindelsteigung der Spindel SP verwendet wird. Bei einem Einsatz eines Getriebes kann zusätzlich ein Getriebe mit niedriger Übersetzung verwendet werden, um die Selbsthemmung gering zu halten. Der Bremsmechanismus BR ist dementsprechend dafür vorgesehen, gezielt eine Abwärtsbewegung des Tisches bei entsprechender Belastung zu verhindern, sodass auch im belasteten Betrieb trotz der geringen Selbsthemmung des elektrischen Antriebs eine stabile Position des Tisches beziehungsweise der Tischplatte PL gewährleistet wird.
Die an dem Tisch TBL wirkenden Kräfte sind in 1 beispielhaft dargestellt. Hierbei wirkt durch die Tischplatte PL und einer damit verbundenen Last eine Kraft F_L nach unten. Hierzu entgegen wirken die Reibungskräfte F_R des elektrischen Antriebs EA der beiden Tischbeine TB1, TB2, eine Federkraft F_S von mechanischen Federn FE in den Tischbeinen TB1, TB2, und, bei aktiviertem Bremsmechanismus BR, eine Bremskraft F_B. Die Reibungskraft F_R setzt sich beispielsweise zusammen aus der Summe aller Reibmomente, der Haftreibung einer Führung des Antriebs, einem Bremsmoment des Motors EM und anderer Verluste im Antrieb EA. Um die Position der Tischplatte PL stabil zu halten, ist es erforderlich, dass die Summe der Kräfte F_R + F_S + F_B gleich der von oben wirkenden Kraft F_L ist.
Bei einer Höhenverstellung der Tischplatte PL wird der Bremsmechanismus BR deaktiviert, sodass die Kraft F_B in der oben genannten Formel wegfällt und lediglich die Kräfte F_R und F_S der Kraft F_L entgegenwirken. Bei einer Aufwärtsbewegung kommt jedoch die Antriebskraft des Motors EM hinzu, welche die Aufwärtsbewegung bewirkt. Bei einer Abwärtsbewegung hingegen ist üblicherweise kein zusätzlicher Kraftaufwand durch den Motor EM notwendig, sondern hierbei kann sogar die potentielle Energie der Tischplatte PL bei der Abwärtsbewegung genutzt und gespeichert werden. Insbesondere wird beispielsweise ein Teil der potentiellen Energie der Tischplatte PL durch die Kompression der Feder FE als Federenergie gespeichert. Diese Federenergie kann bei der Aufwärtsbewegung wiederum in potentielle Energie zurückverwandelt werden. Dadurch ist der elektrische Antrieb EA beziehungsweise der Elektromotor EM geringer belastet beziehungsweise kann für eine geringere Leistung ausgelegt werden.
Weiterhin wird bei einer Abwärtsbewegung der Tischplatte PL der Elektromotor EM vom Gewicht der Tischplatte PL angetrieben und kann dementsprechend in einem so genannten Generatorbetrieb arbeiten. Dadurch ist es möglich, dass die potentielle Energie der Tischplatte PL zumindest teilweise in elektrische Energie umgesetzt wird, welche sich in einem elektrischen Energiespeicher zwischenspeichern lässt, welcher in der vorliegenden Ausführungsform als wiederaufladbare Batterie BAT ausgeführt ist. Auch diese zwischengespeicherte Energie kann wieder bei einer Aufwärtsbewegung der Tischplatte PL zurück in potentielle Energie verwandelt werden.
Durch die Zwischenspeicherung der elektrischen Energie ist es möglich, den elektrischen Antrieb EA im Gegensatz zu herkömmlichen höhenverstellbaren Tischen ohne ein Netzteil zu betreiben, welches die von der Steuerung STRG beziehungsweise dem elektrischen Antrieb EA benötigte elektrische Energie aus einer Netzspannung erzeugt. Vielmehr ist es bei der dargestellten Ausführungsform des Tisches TBL möglich bzw. ausreichend, die Batterie BAT von Zeit zu Zeit mit einem geringen Ladestrom aufzuladen. Die daraus resultierenden längeren Ladezeiten sind wegen der üblicherweise geringen Verstellaktivitäten an einem höhenverstellbaren Tisch vernachlässigbar.
In verschiedenen Ausgestaltungsformen kann alternativ oder zusätzlich zu der wiederaufladbaren Batterie BAT ein Kondensator als elektrischer Energiespeicher eingesetzt werden. Neben der mechanischen Feder FE kann eine mechanische Energiespeicherung auch durch eine Schwungscheibe oder ein Masseelement zur Speicherung potentieller Energie eingesetzt werden, welches beispielsweise durch einen Seilantrieb verwirklicht ist.
In verschiedenen Ausgestaltungsformen umfasst die Steuerung STRG beispielsweise einen Vierquadrantensteller zum Ansteuern des Antriebs EA. Der Vierquadrantensteller ist beispielsweise als H-förmige Brücke mit Transistorschaltern ausgeführt, welche eine Spannungsverbindung zu dem Elektromotor EM ermöglichen. Insbesondere kann mit dem Vierquadrantensteller sowohl ein Motorbetrieb als auch ein Generatorbetrieb beziehungsweise Bremsbetrieb durchgeführt werden. Dies ermöglicht, dass in dem Generatorbetrieb oder Bremsbetrieb die aus der Bewegung des Motors EM resultierende Energie in dem Energiespeicher beziehungsweise der Batterie BAT zwischengespeichert werden kann.
Zudem ist es durch den Vierquadrantensteller möglich, bei deaktiviertem Bremsmechanismus BR das System in Ruhe zu halten, um aus der gesteuerten Ruheposition ein sanftes Anfahren des Antriebs zu ermöglichen. Weiterhin ist auch aus der Fahrbewegung des Antriebs EA ein sanftes Stoppen hin zu einem Ruhezustand möglich. Vorzugsweise wirkt der Vierquadrantensteller hierbei mit dem Bremsmechanismus BR zusammen, sodass von der Steuerung STRG sowohl die Aktivierung beziehungsweise Deaktivierung des Bremsmechanismus als auch die Steuerung des Antriebs EA koordiniert wird.
Zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers beziehungsweise der Batterie BAT kann in der Steuerung STRG oder am Tisch TBL ein Auflademechanismus vorgesehen werden, welcher die Batterie BAT auflädt. Beispielsweise umfasst ein solcher Auflademechanismus eine oder mehrere Solarzellen, deren aufgenommene Energie zur Ladung der Batterie verwendet wird. Weiterhin ist es alternativ oder zusätzlich möglich, dass der Auflademechanismus mit einer Computerschnittstelle, insbesondere der Steuerung STRG, verbunden ist, über die ein Ladestrom für die Batterie zugeführt werden kann. Eine solche Computerschnittstelle kann beispielsweise eine Universal Serial Bus, USB, -Schnittstelle oder eine Ethernet-Schnittstelle sein, welche nach dem Power over Ethernet-Standard betrieben wird. Da höhenverstellbare Tische häufig als Computerarbeitsplätze verwendet werden, ist es möglich, einen ohnehin vorhandenen Computer beziehungsweise dessen Schnittstellen zur Ladung des elektrischen Speichers zu nutzen. Somit kann auf ein separates Netzteil oder sogar ein Ladeteil für wiederaufladbare Batterie BAT verzichtet werden.
Weiterhin ist es möglich, dass die Computerschnittstelle der Steuerung auch für eine Datenübertragung, insbesondere von Steuerungsdaten, zur Steuerung des Antriebs verwendet wird. Somit kann die Steuerung über die Computerschnittstelle Daten mit einem über die Schnittstelle verbundenen Computer austauschen. Dies ermöglicht beispielsweise die Steuerung des Tisches TBL mit einer entsprechenden Software, die auf dem verbundenen Computer ausgeführt wird.
Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform wird für den elektrischen Antrieb EA ein Linearaktuator verwendet. 2 und die 3 zeigen jeweils besondere Ausgestaltungsformen eines Linearaktuators mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor BLDC.
Der Linearaktuator beziehungsweise Linearantrieb ist in 2 im Querschnitt dargestellt und umfasst eine Steuerungseinrichtung CTL, die unmittelbar am Motor BLDC angeordnet ist und mit diesem zusammen eine integrierte Einheit bildet. An der Steuerungseinrichtung CTL sind Anschlussleitungen zur Versorgung der Steuerungseinrichtung CTL mit Spannung und/oder Steuersignalen eingerichtet. Insbesondere sind diese Anschlussleitungen mit der Steuerung STRG verbunden. Der Motor BLDC ist mechanisch über eine Welle WL mit einem Getriebe GR verbunden, welches eine Spindel SP antreibt. Das Getriebe GR ist beispielsweise als Planetengetriebe ausgeführt. Auf der Spindel SP ist über eine hier nicht dargestellte Spindelmutter ein Schlitten SC aufgesetzt, welcher sich bei entsprechender Rotation der Spindel SP nach rechts beziehungsweise links, das heißt entlang der Drehachse der Spindel SP bewegen kann.
Die Steuerungseinrichtung CTL kann alternativ auch separat vom Motor BLDC angeordnet sein, beispielsweise innerhalb des Linearantriebs oder innerhalb der Steuerung STRG.
Der bürstenlose Gleichstrommotor BLDC weist eine geringe Bauhöhe auf. Dennoch kann mit der dargestellten Anordnung ein großer Hub des Linearantriebs erreicht werden. Somit lässt sich mit der dargestellten Anordnung ein gutes Verhältnis zwischen Hub und Bauhöhe des Antriebs erreichen.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Linearantriebs mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor BLDC. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel von 2 ist hier der Motor BLDC zum direkten Antrieb der Spindel SP vorgesehen, ohne dass ein Getriebe benötigt wird. Dadurch lässt sich der Linearantrieb noch kleiner beziehungsweise mit geringerer Bauhöhe ausführen.
Der Bremsmechanismus kann durch ein Bremselement oder eine Kombination mehrerer Bremselemente gebildet sein. Beispielsweise umfasst dementsprechend der Bremsmechanismus eine Rastvorrichtung an der Spindel SP des Antriebs EA, bei der beispielsweise ein Zahnrad in die Gewindespindel eingreift, um eine Drehung der Spindel SP zu verhindern. Dies entspricht beispielsweise der in 1 dargestellten Ausführungsform des Bremsmechanismus BR. Alternativ oder zusätzlich können auch andere mechanische oder elektromechanische Haltemittel vorgesehen werden wie z. B. eine mechanische Bremse oder ein elektronisch bedienbares Einrastkonzept. Hierbei wird beispielsweise ein elektromagnetisch bewegbarer Stift in ein Zahnrad, eine Zahnstange oder eine ähnliche Rastvorrichtung ein- beziehungsweise ausgerastet.
In einer anderen Ausgestaltungsform ist ein Bremselement als Bestandteil des Bremsmechanismus durch eine Reibbremse an einer Motorwelle des Antriebs EA gebildet. 4 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer solchen Reibbremse. Hierbei weist die Reibbremse ein feststehendes Joch JO und einen beweglichen Anker AN auf, welcher mit einer Bremsbacke BA verbunden ist. Die Bremsbacke BA kann unmittelbar in Kontakt mit der Welle WL des Motors EM gebracht werden, um durch die resultierende Reibungskraft eine Drehung der Welle WL zu verhindern. Dazu weist die Reibbremse eine Spule CL auf, welche um das Joch JO beziehungsweise den Anker AN gewickelt ist und bei einer Stromdurchflutung eine Bewegung des Ankers AN induziert. Ferner sind zwischen dem Joch JO und der Bremsbacke BA Rückzugsfedern RF vorgesehen, welche den Anker beziehungsweise die Bremsbacke bei stromloser Spule CL in eine Ruheposition bringen. Eine solche Ruheposition kann entweder einer aktivierten Bremse oder einer deaktivierten Bremse entsprechen.
Grundsätzlich können die einzelnen Bremselemente oder der Bremsmechanismus in verschiedenen Ausführungsformen für einen Betrieb nach dem Kraftschlussprinzip oder dem Formschlussprinzip eingerichtet sein. Dementsprechend ist ein Bremselement beispielsweise als selbstregelnde Kraftschlussbremse ausgebildet.
5 zeigt beispielhaft die Detailansicht einer Ausführungsform eines elektrischen Antriebs EA, an dem mehrere mögliche Ansatzpunkte für Bremselemente beziehungsweise eine Verriegelung des Antriebs EA angegeben sind. Beispielsweise kann am Angriffspunkt BP1 ein Bremsmechanismus auf die Motorwelle WL wirken, entsprechend der in 4 dargestellten Ausführungsform. Weiterhin ist es möglich, dass am Angriffspunkt BP2 ein Bremsmechanismus auf das Getriebe GR einwirkt, beispielsweise durch eine Rastvorrichtung, insbesondere mit einem Zahnrad, welches in das Getriebe des Antriebs EA eingreifen kann. Am weiteren möglichen Angriffspunkt BP3 kann der Bremsmechanismus auf eine Verbindung zwischen einer Führung FU und einer ersten Spindel SP1 wirken. Ferner können an Angriffspunkten BP4, BP5 Rastvorrichtung an der ersten Spindel SP1 beziehungsweise einer zweiten Spindel SP2 vorgesehen werden, die ähnlich wie zuvor für das Getriebe GR am Angriffspunkt BP2 beschrieben, mit einem Zahnrad in das Gewinde der Spindel eingreifen, oder bei denen beispielsweise ein elektromagnetisch bewegbarer Stift in ein Zahnrad, eine Zahnstange oder eine ähnliche Rastvorrichtung ein- beziehungsweise ausrastet.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines mechanischen Energiespeichers, welcher in einem Tisch TBL gemäß einem der zuvor dargestellten Ausführungsbeispiele eingesetzt werden kann. Insbesondere ist hierbei lediglich beispielhaft ein Tischbein TB1 unterhalb der Tischplatte PL dargestellt, welche von einer Masse m belastet wird. Das Tischbein TB1 weist einen Teleskopauszug TK auf, welcher dreiteilig ausgeführt ist. Im Inneren des Teleskopauszugs TK ist ein erster Fluidzylinder FL1 angeordnet, in dem eine Flüssigkeit bei einem Absenken der Tischplatte PL hydraulisch über eine Druckverbindung DV in einen zweiten Fluidzylinder FL2 gedrückt wird. Dadurch wird am zweiten Fluidzylinder FL2 eine Speichermasse SM nach oben gedrückt, sodass sich die potentielle Energie der Speichermasse SM erhöht. Durch die unterschiedlichen Durchmesser der Fluidzylinder FL1, FL2 wird ein größerer Hub der Tischplatte PL in einen kleineren Hub der Speichermasse SM umgesetzt. Somit kann die Energie, die beim Absenken der Tischplatte PL freigesetzt wird, in der Speichermasse SM als potentielle Energie zwischengespeichert werden. Bei einer Aufwärtsbewegung der Tischplatte PL kann diese potentielle Energie der Speichermasse SM wieder freigesetzt werden, um diese in die potentielle Energie der Tischplatte PL umzusetzen. Die Größenverhältnisse der dargestellten Elemente sind nicht maßstabsgerecht zu verstehen und dienen im Wesentlichen der besseren Darstellbarkeit des beschriebenen Prinzips der Energiespeicherung.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen mechanischen Energiespeicher. Hierbei ist wiederum ein Tischbein TB1 eines Tisches dargestellt, welches einen elektrischen Antrieb EA aufweist, der ähnlich wie der in 5 dargestellte Antrieb aufgebaut ist. An der Spindel SP1 ist ein mittleres Führungsrohr angebracht, welches eine erste und eine zweite Zahnstange ZS1, ZS2 aufweist. Diese Zahnstangen ZS1, ZS2 greifen in entsprechende Zahnräder ZR1, ZR2, welche jeweils Rollen RO1 beziehungsweise RO2 antreiben. Auf den Rollen RO1, RO2 werden Seile SL1, SL2 aufgewickelt, an deren unteren Ende Speichermassen SM1, SM2 befestigt sind.
Bei einer Abwärtsbewegung der Tischplatte PL bewegt sich das mittlere Führungsrohr mit den Zahnstangen ZS1, ZS2 nach unten, sodass an den Zahnrädern ZR1, ZR2 eine Drehbewegung bewirkt wird, welche ein Aufrollen der Seile SL1, SL2 nach sich zieht. Dadurch werden die Speichermassen SM1, SM2 nach oben gehoben, sodass sich deren potentielle Energie erhöht. Dementsprechend wird wiederum bei der Abwärtsbewegung der Tischplatte PL potentielle Energie in den Speichermassen SM1, SM2 zwischengespeichert. Bei einer Aufwärtsbewegung der Tischplatte PL kann diese potentielle Energie, die in den Speichermassen SM1, SM2 zwischengespeichert ist, wieder freigesetzt werden, um sie der potentiellen Energie der Tischplatte PL zuzuführen.
Die beispielhaft dargestellten Ausführungsformen für mechanische Energiespeicher können sowohl untereinander kombiniert werden, als auch mit den zuvor beschriebenen elektrischen Energiespeichern.
Bei den in 2 und 3 dargestellten Linearantrieben weist der aus Spindel SP und Schlitten SC zusammengesetzte Mechanismus vorzugsweise eine Kugelumlaufspindel auf, welcher eine hohe Effizienz des Antriebs bewirkt.
Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen weist der elektrische Antrieb keine Selbsthemmung auf, sodass beim Abwärtsfahren des Tisches beziehungsweise der Tischplatte abgegebene potentielle Energie in einem Energiespeicher zwischengespeichert werden kann, um diese gespeicherte Energie bei einer Aufwärtsbewegung wieder nutzen zu können. Dadurch ist die Effizienz, insbesondere die Energieeffizienz eines solchen Systems, im Vergleich zu herkömmlichen höhenverstellbaren Tischen verbessert. Die fehlende Selbsthemmung wird durch das Vorsehen eines gesonderten Bremsmechanismus ausgeglichen. Durch die gepufferte Energie und den hohen Wirkungsgrad, der aus der geringen Selbsthemmung resultiert, braucht nur wenig Energie von außen zugeführt werden. Insbesondere kann ein solcher höhenverstellbarer Tisch auch mit wiederaufladbaren Batterien betrieben werden, welche mit einem geringen Ladestrom über Solarzellen oder ein sehr schwaches Netzteil verteilt über den ganzen Tag geladen werden. Somit kann auf das Vorsehen eines Netzteils verzichtet werden. Insbesondere kann ein höhenverstellbarer Tisch gemäß dem beschriebenen Ausführungsformen ohne vorliegende Netzspannung betrieben werden.
Bezugszeichenliste

TBL

Tisch

PL

Tischplatte

STRG

Steuerung

BAT

Batterie

TB1, TB2

Tischbein

EA

elektrischer Antrieb

EM

Elektromotor

BR

Bremsmechanismus

SP, SP1, SP2

Spindel

FE

mechanische Feder

CTL

Steuerungseinrichtung

BLDC

bürstenloser Gleichstrommotor

WL

Welle

GR

Getriebe

SC

Schlitten

JO

Joch

AN

Anker

CL

Spule

RF

Rückholfeder

BA

Bremsbacke

FU

Führung

BP1, BP2, BP3

Angriffspunkt

BP4, BP5

Angriffspunkt

FL1, FL2

Fluidzylinder

DV

Druckverbindung

SM, SM1, SM2

Speichermasse

TK

Teleskopauszug

ZS1, ZS2

Zahnstange

ZR1, ZR2

Zahnrad

RO1, RO2

Rolle

SL1, SL2

Seil

Claims

Tisch (TBL) mit einer höhenverstellbaren Tischplatte (PL), der Tisch (TBL) ferner umfassend – einen elektrischen Antrieb (EA) zur Höhenverstellung der Tischplatte (PL), wobei eine Selbsthemmung des Antriebs (EA) derart ausgelegt ist, dass bei einer festgelegten Belastung der Tischplatte (PL) eine Abwärtsbewegung der Tischplatte (PL) ohne Zufuhr weiterer Energie erfolgt; und – einen Bremsmechanismus (BR) zum gezielten Verhindern einer Abwärtsbewegung der Tischplatte (PL).
Tisch nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Energiespeicher (BAT, FE), wobei der Tisch (TBL) derart ausgestaltet ist, dass aus einer Abwärtsbewegung der Tischplatte (PL) resultierende Energie zumindest teilweise in dem Energiespeicher (BAT, FE) gespeichert wird.
Tisch nach Anspruch 2, bei dem der Energiespeicher wenigstens eines der Folgenden umfasst: – eine wiederaufladbare Batterie (BAT); – einen Kondensator; – eine mechanische Feder (FE); – eine Schwungscheibe; – ein Masse-Element zur Speicherung potenzieller Energie.
Tisch nach Anspruch 2 oder 3, bei dem der Tisch (TBL) derart ausgestaltet ist, dass in dem Energiespeicher (BAT, FE) gespeicherte Energie für eine Aufwärtsbewegung der Tischplatte (PL) verwendet wird.
Tisch nach Anspruch 4, ferner umfassend einen Vierquadrantensteller zum Ansteuern des Antriebs (EA), wobei der Energiespeicher (BAT) einen elektrischen Speicher umfasst, der mit dem Vierquadrantensteller zur Abgabe und Aufnahme von Energie gekoppelt ist.
Tisch nach Anspruch 5, bei dem der Vierquadrantensteller eingerichtet ist, mit dem Bremsmechanismus (BR) zusammenzuwirken.
Tisch nach einem der Ansprüche 4 bis 6, ferner umfassend eine Steuerung (STRG) für den Antrieb (EA), wobei eine Energieversorgung für die Steuerung (STRG) und den Antrieb (EA) aus einer wiederaufladbaren Batterie (BAT) erfolgt, die von dem Energiespeicher umfasst ist.
Tisch nach Anspruch 7, ferner umfassend einen Auflademechanismus für die Batterie (BAT), der wenigstens eine Solarzelle umfasst.
Tisch nach Anspruch 7 oder 8, ferner umfassend einen Auflademechanismus für die Batterie (BAT) und eine mit dem Auflademechanismus zur Zuführung eines Ladestroms für die Batterie (BAT) gekoppelte Computerschnittstelle, insbesondere eine Universal Serial Bus-Schnittstelle oder eine Ethernet-Schnittstelle.
Tisch nach Anspruch 9, bei dem die Steuerung (STRG) eingerichtet ist, über die Computerschnittstelle Daten, insbesondere Steuerungsdaten zur Steuerung des Antriebs (EA), mit einem über die Schnittstelle verbundenen Computer auszutauschen.
Tisch nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem die Steuerung (STRG) für einen Betrieb ohne ein Netzteil eingerichtet ist.
Tisch nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei dem die Steuerung (STRG) eingerichtet ist, bei einer Bewegung der Tischplatte (PL) eine Kollisionserkennung durchzuführen, die auf einem Strom im Antrieb (EA) und/oder einem Energieaustausch mit dem Energiespeicher (BAT, FE) basiert.
Tisch nach einem der Ansprüche 7 bis 12, bei dem die Steuerung (STRG) eingerichtet ist, bei deaktiviertem Bremsmechanismus (BR) eine Abwärtsbewegung der Tischplatte (PL) durch Ansteuerung des Antriebs (EA) zu verhindern, und eine Bewegung der Tischplatte (PL) auf der Basis einer Messung einer Krafteinwirkung auf die Tischplatte (PL) zu steuern, insbesondere auf der Basis eines aus der Krafteinwirkung resultierenden Stroms im Antrieb (EA) oder auf der Basis eines Signals eines Drucksensors.
Tisch nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem der Bremsmechanismus (BR) für einen Betrieb nach dem Kraftschlussprinzip oder dem Formschlussprinzip eingerichtet ist.
Tisch nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem der Bremsmechanismus (BR) wenigstens eines der Folgenden umfasst: – eine Reibbremse an einer Motorwelle des Antriebs (EA); – eine Rastvorrichtung, insbesondere mit einem Zahnrad, an einem Getriebe des Antriebs (EA); – eine Rastvorrichtung an einer Gewindespindel des Antriebs (EA); – eine selbstregelnde Kraftschlussbremse.
Tisch nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem der Tisch eingerichtet ist, den Bremsmechanismus (BR) während einer Höhenverstellung der Tischplatte (PL) zu deaktivieren und den Bremsmechanismus (BR) ansonsten zu aktivieren.
Tisch nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem der Antrieb (EA) wenigstens einen Linearaktuator umfasst, insbesondere mit einem Spindelantrieb, welcher insbesondere eine Kugelumlaufspindel aufweist.