DE102021114153A1

DE102021114153A1 - Höhenverstellbarer Tisch mit lastunabhängiger Kraft-Last-Verstellvorrichtung

Info

Publication number: DE102021114153A1
Application number: DE102021114153.2A
Authority: DE
Inventors: Gerd Widule; Frank Stiehler
Original assignee: Reiss Bueromoebel GmbH
Current assignee: Reiss Bueromoebel GmbH
Priority date: 2021-06-01
Filing date: 2021-06-01
Publication date: 2022-12-01

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein höhenverstellbarer Tisch, insbesondere ein Bürotisch, mit einer lastunabhängigen Höhenverstellvorrichtung in Form einer Kraft-Last-Verstellvorrichtung. Die Kraft-Last-Verstellvorrichtung weist unter anderem die Komponenten Lastfeder, Auflastsensor, Volumenvariator und Energiespeicher auf. Die Verstellvorrichtung ermöglicht es, die Verstellung der Tischplatte vorzunehmen, wobei die für die Bewegung aufzuwendende Kraft vollständig oder zumindest weitgehend unabhängig von der aktuellen Last ist. Dazu wird Energie zwischen dem Volumenvariator und dem Energiespeicher in Abhängigkeit von der Auflast verschoben. Die erfindungsgemäße Lösung ist insbesondere für Bürotische bzw. sonstige Arbeitstische geeignet.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein höhenverstellbarer Tisch, insbesondere ein Bürotisch, mit einer lastunabhängigen Höhenverstellvorrichtung in Form einer Kraft-Last-Verstellvorrichtung. Die erfindungsgemäße Lösung ist insbesondere für Bürotische bzw. sonstige Arbeitstische geeignet.
Die Kraft-Last-Verstellvorrichtung beinhaltet eine Hubvorrichtung, die eine mechanische Energiespeichervorrichtung aufweist. Die Kraft-Last-Verstellvorrichtung ermöglicht es, die Höhenverstellung mit einer Kraft vorzunehmen, die weitgehend unabhängig von der Auflast auf dem Tisch, ist.
Eine lastunabhängige Höhenverstellung findet nicht nur bei Bürotischen Anwendung.
Dementsprechend wurde bereits eine Reihe von Vorrichtungen vorgeschlagen, die mechanische Energiespeichervorrichtungen beinhalten und eine lastunabhängige Höhenverstellung ermöglichen oder zumindest die Höhenverstellung wesentlich erleichtern sollen.
Beispielhaft ist hier die US 2011/0266937 A1 zu nennen. Diese Druckschrift beschreibt eine Vorrichtung, die zum Ausgleich von Lasten genutzt werden kann. Die Vorrichtung umfasst einen oder mehrere Energiespeicher, die so betrieben werden können, dass sie Energie speichern und bei Laständerung eine Kraft erzeugen, die die Laständerung durch Verschiebung ausgleicht. Ein bewegliches Element ist klappbar mit einem oder mehreren der Energiespeicher verbunden. Die Kraft, die von dem einem oder mehreren Energiespeichern erzeugt wird, wird auf die Last durch das bewegliche Element und eine zugehörige Verbindung übertragen. Ein variables Stellglied ist mit einem oder mehreren der Energiespeicher verbunden. In einem Einstellmodus wird das variable Stellglied verschoben und stellt eine Wirkverbindung zwischen dem oder den Energiespeichern und dem beweglichen Element her. Eine Feststellvorrichtung für das Stellglied ist vorgesehen. Als Energiespeicher können verschiedene Arten von Federn verwendet werden. Der Einsatz von Gasfedern ist explizit genannt. Die Vorrichtung soll insbesondere bei dem Beladen von Regalsystemen zum Einsatz kommen. Es werden komplizierte Hebelsysteme verwendet, die die Einsatzmöglichkeiten beschränken.
Auch die Erleichterung der Höhenverstellung von Büro- oder Arbeitstischen ist häufig Gegenstand einer erfinderischen Tätigkeit.
Die DE 203 07 373 U1 offenbart eine Höhenverstelleinrichtung für einen Arbeitstisch mit mindestens einer teleskopierbaren Tischsäule mit jeweils mindestens einer Gasdruckfeder, die auf eine Ausfahrkraft eingestellt ist und die der Schwerkraft der Last der Tischplatte entgegengerichtet und auf die Größe der Last der Tischplatte abgestimmt ist. Kennzeichnend ist, dass alle Gasdruckfedern untereinander und mit einem volumenveränderlichen Druckgasspeicher verbunden sind.
In der EP 2 978 992 B1 (internationale Anmeldung: WO 2014/183775 A1 ) wird ein höhenverstellbarer Tisch mit teleskopierbaren Tischsäulen beschrieben, bei dem in mindestens einer Tischsäule eine Gasdruckfeder angeordnet ist, die über einen Druckspeicher mit einer variablen Kraft beaufschlagt werden kann. Die Synchronisation der Bewegung der Tischsäulen untereinander erfolgt über einen Bandsynchronisationsmechanismus. Dieser stellt sicher, dass die Bewegung der Tischsäulen, die mit einer Gasdruckfeder ausgerüstet sind, auf solche ohne Gasdruckfeder übertragen wird.
Problematisch bei den bekannten Konstruktionen zur Höhenverstellung von Bürotischen, ist, dass die beim Heben der Tischplatte aufzuwendende Kraft von der Auflast auf der Tischplatte abhängig ist. So kann ein stark beladener Tisch unter Umständen nicht von einer einzelnen Person verstellt werden.
Es stellt sich somit die Aufgabe, einen Tisch mit einer Höhenverstellvorrichtung vorzuschlagen, die eine weitgehend von der Auflast unabhängige Höhenverstellung der Tischplatte ermöglicht. Dabei soll die Höhenverstellvorrichtung eine kompakte Bauweise ermöglichen, die es weiterhin gestattet, die Komponenten unabhängig von ihrer Lage zueinander anzuordnen. Im Folgenden wird von Tischen stellvertretend für Bürotische und Arbeitstische gesprochen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Tisch mit einer Höhenverstellvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst, die eine Hubvorrichtung mit einer Energiespeichervorrichtung beinhaltet. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den rückbezogenen Unteransprüchen dargestellt.
Der erfindungsgemäße Tisch mit Höhenverstellvorrichtung ist vorzugsweise mit einem 4-Fuß; T-Fuß oder C-Fuß-Gestell ausgestattet. Die Höhenverstellung wird ermöglicht, indem die Säulen des Tisches als mahrfach (vorzugsweise2-fach oder 3-fach) ineinander telekopierbare Führungen ausgestaltet sind. Die teleskopierbaren Führungen wirken als Begrenzungen bei der Höhenverstellung (Heben/Senken) der Tischplatte.
Die Höhenverstellvorrichtung (auch Kraft-Last-Verstellvorrichtung genannt) beinhaltet eine Hubvorrichtung mit einer Energiespeichervorrichtung.
Die Energiespeichervorrichtung der Höhenverstellvorrichtung weist mindestens die folgenden Komponenten auf:

- mindestens eine Lastfeder (vorzugsweise eine Gasfeder) zur Aufnahme der Gewichtskraft der Tischplatte und der darauf lastenden Gegenstände,
- eine erste Feststellvorrichtung, die die Zustände „Fixieren“ oder „Gelöst“ annehmen kann, wobei die erste Feststellvorrichtung vorzugsweise geeignet ist, im Zustand „Fixieren“ die Lastfeder in ihrem aktuellen mechanischen Spannungszustand zu fixieren und im Zustand „Gelöst“ die Lastfeder für Veränderungen des Spannungszustandes freizugeben,
- einen Auflastsensor, der die Kraft, die auf der Lastfeder lastet, erfasst und der vorzugsweise an der Lastfeder angeordnet ist,
- einen Volumenvariator, der als schwimmender Kolben, der in einem Zylinder verschiebbar angeordnet ist, ausgeführt ist, wobei die Lastfeder auf einer Kompressionsseite des Zylinders des Volumenvariators mit dem Volumenvariator verbunden ist, so dass der Druck auf der Kompressionsseite des Zylinders des Volumenvariators als Kraft auf die Lastfeder wirkt und der Gewichtskraft der Tischplatte und der darauf lastenden Gegenstände entgegengesetzt gerichtet ist,
- eine zweite Feststellvorrichtung, die die Zustände „Gelöst“ oder „Fixieren“ annehmen kann, und die geeignet ist, den Kolben des Volumenvariators in seiner Position freizugeben oder zu fixieren,
- einen Energiespeicher (Federspeicher), der über ein Koppelgetriebe (Kurven- oder Koppelgetriebe) auf der Expansionsseite an den Kolben des Volumenvariators gekoppelt ist, wobei das Koppelgetriebe die Kennlinie (Kraft-Weg-Kennlinie) des Volumenvariators mit der Lastfeder an die Kennlinie des Energiespeichers so anpasst, dass ein Energieaustausch zwischen Volumenvariator und Energiespeicher mit keiner oder nur geringer Kraftaufwendung möglich ist,
- eine Verstellvorrichtung für den Kolben des Volumenvariators, wobei die Verstellvorrichtung den Kolben des Volumenvariators entsprechend der Signale des Auflastsensors verschiebt,
- eine kraft- oder signalübertragende Verbindung, die den Auflastsensor mit der Verstellvorrichtung verbindet,
- eine kraftübertragende Verbindung, die den Volumenvariator mit der Lastfeder verbindet.

Optional ist zu der Lastfeder eine Feder (vorzugsweise eine Gasfeder) als Dämpfer derart parallel angeordnet, dass auf diesen Dämpfer dieselbe Kraft einwirkt, wie auf die Lastfeder, wobei die erste Feststellvorrichtung bevorzugt an diesem Dämpfer angeordnet und geeignet ist, im Zustand „Fixieren“ den Dämpfer in seinem aktuellen mechanischen Spannungszustand zu fixieren und im Zustand „Gelöst“ den Dämpfer für Veränderungen des Spannungszustandes freizugeben.
Die Hubvorrichtung (6) weist mindestens die folgenden Komponenten auf:

- eine Tischplatte des höhenverstellbaren Tisches, als Lastaufnahme für diverse Gegenstände,
- die teleskopierbaren Säulen des Tisches zur Führung der Tischplatte während der Höhenverstellung,
- mindestens eine vorstehend beschriebene Energiespeichervorrichtung,

- die Lastfeder des Energiespeichers als mindestens eine verstellbare Gasfeder ausgeführt ist, optional mit Feststellvorrichtung, die zur Unterstützung der Höhenverstellung der Tischplatte dient,
- die Lastfeder und optional auch ein Dämpfer
- ◯ mit einem ersten Ende am Fuß des Tisches und mit einem zweiten Ende an der Tischplatte kraftübertragend angreifen; oder
- ◯ mit einem ersten Ende am Fuß des Tisches und mit einem zweiten Ende an einer gegenüber diesem Fuß verschieblich angeordneten teleskopierbaren Führung kraftübertragend angreifen; oder
- ◯ mit einem ersten Ende an einer teleskopierbaren Führung und mit einem zweiten Ende an einer gegenüber der ersten teleskopierbaren Führung verschieblich angeordneten zweiten teleskopierbaren Führung kraftübertragend angreifen,
so dass eine Expansion der Lastfeder in eine Hubbewegung der Tischplatte und eine Kompression der Lastfeder in eine Absenkbewegung der Tischplatte gewandelt werden,
- der Auflastsensor bevorzugt ein Kurzhubzylinder ist, der die Last auf der Tischplatte erfasst, wobei der Auflastsensor starr mit dem Kolben der Gasfeder oder mit einem optionalen Dämpfer (vorzugsweise ebenfalls Gasfeder) verbunden ist,
- die Verstellvorrichtung für den Kolben des Volumenvariators, bevorzugt ein Langhubzylinder ist, dessen Kolben starr an den Kolben des Volumenvariators gekoppelt ist,
- die erste Feststellvorrichtung geeignet ist, den Kolben der als Gasfeder ausgeführten Lastfeder zu fixieren und die zweite Feststellvorrichtung geeignet ist, den Kolben des Volumenvariators zu fixieren, wobei die erste und die zweite Feststellvorrichtung sich nicht zeitgleich im selben Zustand von „Fixieren“ oder „Gelöst“ befinden,
- der Energiespeicher ein Federspeicher ist,
- die kraftübertragende Verbindung, die den Auflastsensor mit der Verstellvorrichtung verbindet, bevorzugt eine hydraulische Leitung ist, die den Kurzhubzylinder mit dem Langhubzylinder verbindet,
- eine pneumatische Leitung die Kompressionsseite des Volumenvariator mit der Gasfeder verbindet.

Als Fuß des Tisches wird der mit dem Fußboden bzw. der Standfläche, auf der der Tisch steht, in direktem Kontakt stehende Teil des Tisches bezeichnet.
Die Hubvorrichtung weist vorzugsweise eine Bedienvorrichtung auf, die auf die erste und die zweite Feststellvorrichtung derart einwirkt, dass in einer Stellung „Halten“ der Bedienvorrichtung sich die erste Feststellvorrichtung in dem Zustand „Fixieren“ und die zweite Feststellvorrichtung sich im Zustand „Gelöst“ oder aber, dass die Bedienvorrichtung sich in der Stellung „Bewegen“ befindet, wobei sich die erste Feststellvorrichtung in dem Zustand „Gelöst“ und die zweite Feststellvorrichtung sich im Zustand „Fixieren“ befindet. Im Zustand „Halten“ der Bedienvorrichtung ist eine Höhenverstellung der Tischplatte blockiert. Im Zustand „Bewegen“ kann eine Höhenverstellung der Tischplatte erfolgen. Bevorzugt ist die Bedienvorrichtung an der Unterseite des Tisches in der Nähe des vorgesehenen Sitzplatzes des Nutzers so angeordnet, dass der Nutzer diese leicht erreichen und bedienen kann. Optional kann die Bedienvorrichtung auch als drahtgebundene oder drahtlose Fernbedienung ausgeführt sein.
Energiespeichervorrichtung
Die Lastfeder nimmt die Last der Tischplatte mit dem eventuellen zusätzlichen Gewicht auf. Das zusätzliche Gewicht entsteht bspw. durch auf der Tischplatte abgelagerte Gegenstände (Bücher, Computer etc.). Gegen die Last der Tischplatte soll beim Anheben Arbeit verrichtet werden. Die Lastfeder ist bevorzugt als Gasfeder ausgeführt. In zeitlichen Abschnitten, in denen keine Höhenverstellung vorgenommen werden soll, kann die Lastfeder in ihrer aktuellen Kompressionslage (und damit in ihrem Spannungszustand) fixiert werden. Dazu ist die erste Feststellvorrichtung vorgesehen. Diese erste Feststellvorrichtung ist nach dem Stand der Technik ausgeführt und besteht bspw. bei Gasfedern in einem Überströmverhinderer, der die Verbindung zwischen den beiden Kammern der Gasfeder schließt. Alternativ ist eine einfache Klemmvorrichtung am Kolben der Gasfeder ebenfalls geeignet.
Der Auflastsensor erfasst die Kraft, die auf die Lastfeder einwirkt. Der Auflastsensor ist in einer Ausführungsform starr am Kolben der Lastfeder (Gasfeder) angeordnet. Es erfolgt somit eine mechanische Kraftübertragung vom Auflastsensor an die Gasfeder. Diese Kraftübertragung ist nicht der Messwert des Auflastsensors, auch wenn der Wert aus physikalischen Gründen identisch ist. Der Messwert des Auflastsensors wird an die Verstellvorrichtung übermittelt.
Diese Übermittlung erfolgt mit Verfahren nach dem Stand der Technik und ist in ihrer einfachsten Form von der Art des Sensors abhängig; d. h., dass bspw. bei einem elektronischen Auflastsensor die Übermittlung vorzugsweise elektronisch funktioniert. Dem Fachmann ist jedoch bekannt, dass beliebige Wandlungen des Signals in andere Formen (bspw. mechanisch zu elektronisch oder umgekehrt) mit Wandlern nach dem Stand der Technik, aber auch Signalverstärkungen oder Signalumformungen etc. möglich sind.
Optional ist eine zweite Feder, der Dämpfer, vorgesehen, die parallel zur Lastfeder arbeitet und an der dann der Auflastsensor und die erste Feststellvorrichtung angeordnet sind. Auf den Dämpfer wirkt dieselbe Last, die auf die Lastfeder einwirkt. Dies wird mechanisch bspw. realisiert, indem Lastfeder und Dämpfer gemeinsam die Tischplatte unterstützen.
Der Auflastsensor ist in einer bevorzugten ersten Ausführungsform als Kurzhubzylinder ausgeführt. Bei Laständerungen wird ein hydraulisches Signal erzeugt (geringer Kolbenhub) und über eine hydraulische Leitung zur Verstellvorrichtung übermittelt.
In einer zweiten Ausführungsform ist der Auflastsensor als Piezosensor ausgeführt, der bei Laständerung ein elektrisches Signal abgibt, das an die Verstellvorrichtung (die dann vorteilhaft ein Stellmotor ist), übermittelt wird.
Der Volumenvariator ist als schwimmender Kolben ausgeführt, der in einem Zylinder verschiebbar angeordnet ist. Der Kolben teilt den Zylinder in eine Kompressionsseite und eine Expansionsseite. Die Kompressionsseite ist gasgefüllt. Eine Bewegung des Kolbens in Richtung der Kompressionsseite führt somit zur Druckerhöhung auf der Kompressionsseite. Eine Bewegung des Kolbens in Richtung der Expansionsseite führt zu einer Drucksenkung auf der Kompressionsseite des Volumenvariators. An den Kolben greift auf der Kompressionsseite eine Kraftübertragung zur Lastfeder an. Eine Kompression führt somit zur Ausübung einer Kraft auf die Lastfeder. Auf der Expansionsseite erfolgt eine Kraftübertragung über das Koppelgetriebe auf den Energiespeicher. Darüber hinaus greift die Verstellvorrichtung am Kolben an und ist geeignet, diesen in seiner Lage zu verschieben. Am Kolben oder, falls vorhanden, einer der Kolbenstangen greift die zweite Feststellvorrichtung an, die es gestattet, den Kolben in seiner Position zu fixieren. Optional kann durch die zweite Feststellvorrichtung auch die pneumatische Leitung zwischen Kompressionsseite des Zylinders und Gasfeder verschlossen werden. Die erste Feststellvorrichtung an Gasfeder oder Dämpfer und die zweite Feststellvorrichtung am Kolben des Volumenvariators nehmen bevorzugt alternative Zustände ein, d. h. wenn die eine Feststellvorrichtung gelöst ist, steht die andere auf „Halten“ (Fixieren). In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Feststellvorrichtungen gekoppelt und werden gemeinsam durch ein Bedienelement der Bedienvorrichtung betätigt. Dadurch ist sichergestellt, dass keine Fehlbedienung erfolgen kann.
In einer Ausführungsform ist die Lastfeder eine Gasfeder und auf der Kompressionsseite des Zylinders des Volumenvariators mit diesem über eine pneumatische Leitung verbunden, so dass eine Kompression als Kraft auf die Lastfeder wirkt, bzw. eine Expansion als Entlastung auf die Lastfeder wirkt.
Alternativ kann die Lastfeder auch eine andere mechanische Bauform (bspw. Schraubenfeder) aufweisen. Die Kraftübertragung erfolgt dann bspw. mittels einer Kolbenstange, die auf der Kompressionsseite herausgeführt ist. Auch eine mechanische Anbindung an die Kolbenstange auf der Expansionsseite des Zylinders des Volumenvariators ist dann möglich.
Der Energiespeicher ist ein Federspeicher. Er kann ebenfalls als Gasfeder ausgeführt sein. Geeignet sind jedoch auch andere mechanische Federn, insbesondere Schraubenfedern, da diese (bspw. im Gegensatz zu Dosenfedern) einen längeren Federweg ermöglichen. Sollte der Energiespeicher ein Federspeicher sein, ist die Expansionsseite des Volumenvariators mit der freien Atmosphäre verbunden und die Kraftübertragung zwischen Volumenvariator und dem Koppelgetriebe erfolgt bspw. über eine Kolbenstange. Alternativ kann die Energieübertragung an das Koppelgetriebe auch über eine pneumatische oder hydraulische Leitung zu einem entsprechenden am Koppelgetriebe angreifenden Zylinder erfolgen. Die Expansionsseite des Volumenvariators ist dann mit dem entsprechenden Arbeitsfluid gefüllt.
Der Energiespeicher ist über das Koppelgetriebe (Kurven- oder Koppelgetriebe) auf der Expansionsseite an den Kolben des Volumenvariators mechanisch angebunden. Optional weist der Energiespeicher bereits bei seinem Einbau eine mechanische Vorspannung (einen Energieinhalt) auf.
Das Koppelgetriebe passt die Kraft-Weg-Kennlinie des Volumenvariators mit der Lastfeder an die Kraft-Weg-Kennlinie der Feder des Energiespeichers derart an, dass ein Energieaustausch zwischen Volumenvariator und Energiespeicher mit keiner oder nur geringer Kraftaufwendung möglich ist. Dies bewirkt, dass ein Verschieben des Kolbens im Zylinder des Volumenvariators keiner oder nur geringer Kraftaufwendung bedarf. Geringe Kraftaufwendung bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die notwendige Kraft von der inneren Reibung des Systems und den sonstigen physikalisch bedingten Verlusten sowie den Auslegungs- und Fertigungstoleranzen und thermischen Abhängigkeiten, insbesondere bei pneumatischen Verbindungen bzw. Gasdruckfedern, bestimmt wird. Insbesondere muss die notwendige Kraft geringer sein, als die Kraft, die die Verstellvorrichtung in Verbindung mit dem Auflastsensor erzeugt.
Der Auslegung des Koppelgetriebes kann darauf basieren, dass eine zu jedem Zeitpunkt erforderliche kraftfreie Rückstellung ebenfalls erfordert, dass auch zu jedem Zeitpunkt das Kräftegleichgewicht und das Gleichgewicht der potentiellen Energien auf der Be- und Entladungsseite (Volumenvariator und Energiespeicher) gewährleistet ist. Daraus resultiert eine Übertragungsfunktion. Diese Übertragungsfunktion wird beispielsweise durch ein Getriebeglied (bspw. Koppelgetriebe) derart realisiert, dass die Bewegung des Getriebegliedes nach dieser Übertragungsfunktion ausführt wird. So ist permanent das Kräftegleichgewicht und das Gleichgewicht der potentiellen Energien auf der Be- und Entladeseite herstellt.
Das Koppelgetriebe ist als Kurven- oder Koppelgetriebe (Kurven- oder Koppelgetriebe im Sinne der Technischen Mechanik) ausgeführt. Die Übertragung der Bewegung des Kolbens des Volumenvariators erfolgt bevorzugt über eine Kolbenstange auf den entsprechenden Anbindungspunkt an einem Glied des Koppelgetriebes. Analog ist die Feder des Energiespeichers angebunden. Die Auswahl der Getriebeart und die Auslegung des Koppelgetriebes erfolgen mit Verfahren nach dem Stand der Technik. Da diese von den Federcharakteristiken, dem zu leistenden Hub und den sonstigen Randbedingungen abhängig sind, kann keine universell geeignete Getriebeform oder Auslegung angegeben werden. Für eine Vielzahl von Anwendungen ist jedoch ein Koppelgetriebe geeignet, bei dem der Anbindungspunkt der Kolbenstange oder der Anbindungspunkt der Feder des Energiespeichers in einem Langloch eines Getriebegliedes geführt ist, wobei dieser Anbindungspunkt gleichzeitig in einer Kurvenführung läuft, die die Hebelverhältnisse zur Anpassung der Kraft-Weg-Kennlinien für jeden Punkt entsprechend einstellt (siehe schematisch 1, 2). Der Verlauf der Kurvenführung (Kurve) ergibt sich aus der Kenntnis der beiden Kraft-Wege-Kennlinien von Volumenvariator und Energiespeicher sowie der Getriebeverhältnisse. Der Kurvenverlauf kann dann rechnerisch oder durch Computersimulation ermittelt werden. Als Führungsgröße der Berechnung des Kurvenverlaufs dient die Bedingung, dass die resultierende Kraft am Kolben des Volumenvariators gleich bzw. nahe Null, stets jedoch unterhalb oder maximal gleich der von der Verstellvorrichtung aufgebrachten Kraft sein darf.
Die Verstellvorrichtung verschiebt den Kolben im Zylinder des Volumenvariators entsprechend der Signale des Auflastsensors. Die Verstellvorrichtung greift dazu entweder direkt am Kolben an (bspw. über eine eigene Kolbenstange) oder aber vorzugsweise an der Kolbenstange, die zum Koppelgetriebe geführt ist.
Die Verstellvorrichtung ist in einer ersten Ausführungsform ein hydraulischer Langhubzylinder, dessen Kolben starr an den Zylinder oder aber die Kolbenstange des Volumenvariators gekoppelt ist und der gegen das Volumen des Volumenvariators arbeitet. Der Langhubzylinder ist bevorzugt über eine hydraulische Leitung mit dem Auflastsensor, in diesem Falle einem hydraulischen Kurzhubzylinder, verbunden. Die Verstellvorrichtung verschiebt den Kolben des Volumenvariators entsprechend der Druckänderung im Auflastsensor. Da der Kurzhubzylinder aufgrund seiner Bauweise nur geringe Kräfte erzeugt, ist es notwendig, dass der Kolben des Volumenvariators ohne große Kraftaufwendung bewegt werden kann. Der Hubbereich des Langhubzylinders entspricht dem Kolbenweg des Volumenvariators. So kann der Langhubzylinder den Kolben auf jede mögliche Position in Zylinder des Volumenvariators positionieren.
In einer zweiten Ausführungsform ist die Verstellvorrichtung als Stellmotor ausgeführt. In dieser Ausführungsform ist der Auflastsensor vorzugsweise ein elektronischer Sensor (bspw. auf Piezo-Basis) und der Stellmotor verschiebt den Kolben des Volumenvariators entsprechend der Signale des Auflastsensors. Als vorteilhaft ist hervorzuheben, dass bei dieser Ausführungsform der Stellmotor größere Kräfte zur Verstellung des Kolbens des Volumenvariators aufbringen kann. Nachteilig ist hingegen, dass zusätzlich eine Versorgung mit elektrischer Energie erfolgen muss.
Die Energiespeichervorrichtung weist vorzugsweise eine Bedienvorrichtung auf, die auf die erste und die zweite Feststellvorrichtung derart einwirkt, dass in einer Stellung „Halten“ der Bedienvorrichtung sich die erste Feststellvorrichtung in dem Zustand „Fixieren“ und die zweite Feststellvorrichtung sich im Zustand „Gelöst“ oder aber, dass die Bedienvorrichtung sich in der Stellung „Bewegen“ befindet, wobei sich die erste Feststellvorrichtung in dem Zustand „Gelöst“ und die zweite Feststellvorrichtung sich im Zustand „Fixieren“ befindet. Vorzugsweise erfolgt die Übertragung der Einstellung der Bedienvorrichtung zu den Feststellvorrichtungen auf mechanischem Wege (bspw. Bowdenzüge, Gestänge etc.). Optional kann diese jedoch auch elektronisch erfolgen. Dazu weist der Tisch optional eine eigene Energieversorgung (Batterie oder Akkumulator) oder einen Anschluss an das elektrische Energienetz auf.
Höhenverstellbarer Tisch
Die Tischplatte ist dazu ausgelegt, die Last in einer vorgegebenen Höhe zu halten. Der Tisch weist die aus dem Stand der Technik bekannten Begrenzungs- und Stabilisierungselemente (bspw. teleskopierbare Tischbeine oder ähnliche Führungen) auf. Die Begrenzungselemente stellen sicher, dass die Hebe- bzw. Absenkbewegungen in definierter Weise (kein seitliches Ausweichen oder Kippen) erfolgen. Die Höhenverstellung der Tischplatte ist in einem begrenzten Bereich möglich. Dieser Bereich ergibt sich aus den Hublängen der Gasfedern bzw. den maximalen Verstelllängen der Begrenzungselemente.
Die Lastfeder ist als Gasfeder ausgeführt und unterstützt die Höhenverstellung der Tischplatte von unten. Die Gasfeder nimmt während der Verstellvorgänge (Verstellung der Höhe der Tischplatte) die Last auf. Die Gasfeder ist verstellbar ausgeführt, d.h. der Gasdruck im Inneren der Gasfeder kann variiert werden. Dazu dient die pneumatische Leitung vom Volumenvariator zur Gasfeder, durch die Druckänderungen auf der Kompressionsseite (Gasseite) des Volumenvariators auf die Gasfeder übertragen werden.
In einer ersten Ausführungsform ist die Gasfeder mit einer ersten Feststellvorrichtung versehen, die eine Höhenverstellung im ausgelösten Zustand der ersten Feststellvorrichtung verhindert. Darüber hinaus ist der Auflastsensor mit dem Kolben der Gasfeder starr verbunden.
In einer zweiten Ausführungsform ist der Gasfeder eine zweite Gasfeder parallelgeschaltet. Diese wird als Dämpfer bezeichnet. Der Dämpfer unterstützt ebenfalls die Lastaufnahme. In dieser Ausführungsform ist der Auflastsensor starr mit dem Kolben der Dämpfer-Gasfeder verbunden. Auch die erste Feststellvorrichtung wirkt in dieser Ausführungsform auf den Dämpfer.
Die erste Feststellvorrichtung an Gasfeder oder Dämpfer ist mit der zweiten Feststellvorrichtung am Kolben des Volumenvariators (zweite Feststellvorrichtung wirkt hier auf die Kolbenstange) gekoppelt, wobei die beiden Feststellvorrichtungen stets entgegengesetzte Zustände (Fixieren/Gelöst) einnehmen. Die beiden Feststellvorrichtungen werden vorzugsweise durch eine gemeinsame Bedienvorrichtung betätigt
Der Auflastsensor ist als Kraftsensor ausgeführt, der die Auflagekraft auf der Tischplatte erfasst. Dazu unterstützt er die Tischplatte von unten und erfasst die Auflagekraft. Er ist bevorzugt als hydraulischer Kurzhubzylinder ausgeführt, der die Last auf der Tischplatte, (genauer, die Gewichtskraft der Tischplatte sowie der darauf angeordneten Gegenstände) erfasst, indem der Kolben des Kurzhubzylinders belastet wird und die Belastung über eine hydraulische Leitung an die Verstellvorrichtung des Volumenvariators übermittelt. Da der Auflastsensor am Kolben der Gasfeder oder des Dämpfers befestigt ist, erfolgt eine Kraftübertragung auf diese.
Alternativ kann der Auflastsensor auch als ein anderer Kraftsensor, bspw. als Piezo-Sensor ausgeführt sein. Die Übermittlung des Wertes der Auflagelast auf der Lastaufnahme erfolgt dann bevorzugt elektronisch an die Verstellvorrichtung des Volumenvariators. Auch hier wird der Auflastsensor vom Kolben der Gasfeder oder, optional, des Dämpfers, gehalten.
Volumenvariator, Koppelgetriebe und Energiespeicher entsprechen dabei den oben beschriebenen Ausführungsformen.
Die Verstellvorrichtung für den Kolben im Zylinder des Volumenvariators ist bevorzugt als Langhubzylinder ausgeführt. Der maximale Hub des Langhubzylinders entspricht dabei dem maximalen Hub des Kolbens im Zylinder des Volumenvariators (auch: Kolben des Volumenvariators). Die Kolben von Langhubzylinder und Volumenvariator weisen vorzugsweise denselben Hub auf.
Alternativ kann die Verstellvorrichtung nach anderen mechanischen Prinzipien funktionieren. So ist bspw. eine motorgetriebene Gewindestange als Verstellvorrichtung möglich. Eine motorgetriebene Verstellvorrichtung korrespondiert vorzugsweise mit einem elektronischen Auflastsensor, da dies eine vollelektronische Steuerung der Verstellvorrichtung ermöglicht. Andere Vorgehensweisen sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Lastaufnahme mit der Lastfeder und dem Auflastsensor eine Aktor-Einheit ausbildet, die mit den anderen Elementen der erfindungsgemäßen Kraft-Last-Verstellvorrichtung über eine hydraulische Leitung (vom Volumenvariator zur Lastfeder) und einer weiteren Leitung (hydraulische oder elektrische Signalleitung) vom Auflastsensor zur Verstellvorrichtung verbunden ist. Die Elemente, die nicht zum Aktor gehören, bilden dann den Variator. Falls ein Dämpfer vorhanden ist, wird dieser dem Aktor zugeordnet. Diese Ausführungsform ermöglicht es besonders vorteilhaft, den Aktor und den Variator in räumlichem Abstand voneinander anzuordnen. Weiterhin vorteilhaft kann ein Variator mit mehreren Aktoren verbunden sein. Beispielsweise kann so an einem Tisch mit zwei Teleskopbeinen ein Variator angeordnet sein, der zwei Aktoren, je einem in einem Teleskopbein, bedient. In diesem Falle führt jeweils eine pneumatische Leitung vom Volumenvatiator zu den einzelnen Lastfedern. Abwandlungen dieser Ausführung sehen vor, dass vom Volumenvariator eine pneumatische Leitung abgeht und die Lastfedern nacheinander (oder auch daisy-chained) an diese Leitung angeschlossen sind. Die Zusammenführung der Signale der Auflastsensoren unterschiedlicher Aktoren erfolgt dann, bei Bedarf unter Anpassung, an der Verstellvorrichtung.
Es hat sich gezeigt, dass, auch wenn im Energiespeicher bereits vor Inbetriebnahme der Hubvorrichtung ein Energieüberschuss abgespeichert ist, dieser sich aufgrund von Reibungsverlusten und thermischer Umwandlung (insbesondere in den pneumatischen Vorrichtungsteilen) mit der Zeit erschöpft. Folge ist, dass die Höhenverstellung nicht mehr über den gesamten Hubbereich des Hubtisches unterstützt wird. Um dem entgegenzuwirken sieht eine besonders bevorzugte Ausführungsform einen latenten Energiespeicher vor. Dieser latente Energiespeicher weist in einer besonders einfachen Ausführungsform eine Übertragungsvorrichtung auf, die Energie in den Energiespeicher einspeist. Dies kann bspw. erfolgen, indem die Energie über die Verschiebung des Kolbens des Volumenvariators in Kompressionsrichtung zugeführt wird, während die Tischhöhe fixiert ist. Auch kann durch Gaszuführung auf der Kompressionsseite des Volumenvariators während einer Höhenverstellung Energie eingespeist werden. Eine Kombination der beiden Vorgehensweisen ist möglich. Wenn die Energie im Energiespeicher nicht ausreicht, um die angestrebte Hubhöhe der Hubtischplatte zu erreichen, kann dies über einen Sensor erkannt werden. So ist in einem solchen Moment der von der Hubtischplatte und dem zusätzlichen Gewicht auf den Auflastsensor ausgeübte Druck gleich oder größer als der Druck auf der Kompressionsseite des Volumenvariators. Mit Erkennung dieser Situation kann Energie aus dem latenten Energiespeicher in das System eingespeist werden, indem eine zusätzliche Gasmenge (bspw. Luft oder das entsprechende Arbeitsgas) in die Kompressionsseite des Volumenvariators oder direkt in die Gasfeder gepumpt wird. Dies erfolgt vorzugsweise durch eine Micro-Pumpe, die dann als Übertragungsvorrichtung fungiert. Optional verfügt der latente Energiespeicher über einen zusätzlichen Druckbehälter, der von der Micro-Pumpe befüllt wird und dem im Bedarfsfall die zusätzliche Gasmenge entnommen wird. Durch die zusätzliche Gasmenge wird der Druck in der Lastfeder erhöht, was den Hubvorgang unterstützt. Beim späteren Absenken der Hubtischplatte wird die so eingespeiste Energie dem Energiespeicher zugeführt und verbleibt so im System, bis aufgrund der unvermeidlichen thermischen und Reibungsverluste sowie der Gasverluste durch Undichtigkeiten eine erneute Auffüllung notwendig ist. Es ist ebenfalls möglich, dass bei der Erhöhung der Auflast auf die Hubtischplatte der Kolben des Volumenvariators seine Endstellung auf Kompressionsseite des Volumenvariators erreicht. Dieser Zustand kann erkannt werden (Sensor) und es kann zusätzliches Gas auf der Kompressionsseite des Volumenvariators eingespeist werden, um den Kolben wieder in Richtung der Expansionsseite zu verschieben. Die entsprechenden Sensoren nach dem Stand der Technik werden zur Erfassung der benötigten Größen bei der Auslegung des Systems vorgesehen.
Ebenfalls ist es möglich, dass der Kolben des Volumenvariators in Kompressionsrichtung verschoben wird, während die Hubtischhöhe nicht verstellt wird. Hier kann als Übertragungsvorrichtung bspw. ein Elektromotor mit Spindelantrieb, ein Piezo-Linearantrieb oder ein Magnetantrieb zum Einsatz kommen. Dabei greift die Übertragungsvorrichtung vorzugsweise am Kolben des Volumenvariators oder, falls vorhanden, an dessen Kolbenstange an.
Eine besonders einfache Ausführungsform sieht eine wechselbare Batterie oder einen wechselbaren oder per Steckernetzteil aufladbaren Akkumulator vor, der vorzugsweise an der Unterseite oder einer sonstigen meist nicht sichtbaren Stelle des Hubtisches angeordnet ist, vor. Mit der elektrischen Energie dieser Batterie bzw. des Akkumulators kann eine Mikropumpe betrieben werden, die die Energieeinspeisung bei Bedarf durchführt. Dazu kann die Mikropumpe vorzugsweise Luft in die Lastfeder oder den Volumenvariator auf dessen Kompressionsseite hineinpumpen.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass ein Akkumulator genutzt wird, der durch eine Solarzelle aufgeladen wird. Die Solarzelle kann dabei vorteilhafterweise zur besten Lichtaufnahme angeordnet sein. Untersuchungen haben überraschend gezeigt, dass auch eine Solarzellenanordnung an der Unterseite des Hubtisches ausreicht, um genug Energie durch Streulicht zu sammeln, um den Akkumulator aufzuladen. Da Verstellvorgänge des Hubtisches üblicherweise nicht ständig durchgeführt werden und der Bedarf der nachträglichen Energiezufuhr in das System recht selten ist (Abstand mindestens mehrere Tage, üblicherweise Monate), reicht die über die Solarzelle gesammelte Energie aus, um den Akkumulator aufzuladen.
Optional weist der höhenverstellbare Bürotisch eine Datenverarbeitungseinrichtung auf, die die Signale der Sensoren erfasst und bspw. auch das Zuführen zusätzlicher Energie über die Übertragungsvorrichtung steuert. Optional werden auch die Feststellvorrichtungen und die Signale der Bedienvorrichtung über diese Datenverarbeitungseinrichtung geleitet und die zugehörigen Prozesse gesteuert. Die Datenverarbeitungseinrichtung kann bspw. ein Mikrocontroller oder eine einfache Logikschaltung sein. Vorzugsweise wird diese Datenverarbeitungseinrichtung über die Batterie bzw. den Akkumulator des latenten Energiespeichers versorgt.
Funktionsweise
Die Funktionsweise wird exemplarisch an einer Hubvorrichtung mit einer Gasfeder und einem parallelen Dämpfer erläutert (siehe 2).
Die Hubvorrichtung weist eine Bedienvorrichtung auf, die dem Umschalten zwischen „Halten“ und „Bewegen“ dient.
Unterschieden werden drei Betriebsmodi:

1. Halten
2. Absenken
3. Anheben

1. Bedienvorrichtung auf „Halten“
Die erste Feststellvorrichtung greift am Kolben des Dämpfers an und fixiert diesen. Die zweite Feststellvorrichtung an der Kolbenstange des Volumenvariators ist gelöst. Der Dämpfer ist damit gebremst. Das System ist im Gleichgewicht. Auflastveränderungen werden über den Regelkreis kompensiert. Der Regelkreis wird von den Elementen Auflastsensor, Verstellvorrichtung, Volumenvariator (mit Koppelgetriebe und Energiespeicher) und Gasdruckfeder gebildet. Aufgrund der Bremsung des Dämpfers verharrt die Tischplatte in der eingestellten Höhe. Bei Laständerungen detektiert diese der Auflastsensor. Der Auflastsensor ist als Kurzhubzylinder ausgebildet und erzeugt einen hydraulischen Druck, der durch die entsprechende hydraulische Verbindung zur Verstellvorrichtung geleitet wird. Die Verstellvorrichtung ist ein Langhubzylinder. Die Kombination von Kurzhubzylinder und Langhubzylinder bildet eine Kraftuntersetzung, bei der ein geringer Hub bei großer Auflastveränderung (Gewichtskraftveränderung auf dem Kurzhubzylinder) in einen großen Hub bei geringer Kraftausübung umgesetzt wird. Da zum Verschieben des Kolbens des Volumenvariators keine oder nur geringe Kräfte notwendig sind, verschiebt die Verstellvorrichtung den Kolben des Volumenvariators in Richtung der Kompressionsseite. Der Druck auf der Kompressionsseite steigt. Diese Druckerhöhung wird an die Gasfeder weitergeleitet (ungebremst), die daraufhin eine Kraft entgegen der Auflast auf der Lastaufnahme entwickelt. Dies erfolgt so lange, bis die Kraft der Feder der Auflastkraft entspricht. Das System ist im Gleichgewicht.
2. Bedienvorrichtung auf „Bewegen“ - Absenken
Die erste Feststellvorrichtung wird gelöst und der Dämpfer ist nicht mehr gebremst. Der Volumenvariator wird gleichzeitig über seine zweite Feststellvorrichtung gebremst (fixiert), d. h. der Kolben des Volumenvariators wird über eine Bremse fixiert.
Es wird eine Kraft auf den Hubtisch ausgeübt, um diesen zu senken. Die Feder weist ein konstantes Volumen auf und wird durch die Absenkbewegung gespannt. Auf den Sensor wird derselbe Druck ausgeübt, wie auf den Dämpfer. Der Sensor ist über die Hydraulikleitung mit dem Steuerzylinder verbunden. Aufgrund seines starken Hubs, der gegen den festgestellten Volumenvariator arbeiten müsste, kann er keine nennenswerte Menge von Hydraulikflüssigkeit aufnehmen.
Beim Absenken wird Arbeit gegen die Feder verrichtet. Wird die Bedienvorrichtung auf „Halten“ gestellt, wird der Dämpfer fixiert und der Kolben des Volumenvariators gelöst. Die in der Feder gespeicherte Energie wird über den Volumenvariator in das Koppelgetriebe und von dort in den Energiespeicher eingespeist. Dabei wird die Kompressionsfeder des Energiespeichers gespannt. Gleichzeitig wird über den Sensor die Auflagekraft aufgenommen und über den Stellzylinder an den Kolben des Volumenvariators übermittelt. Es bildet sich ein Gleichgewicht zwischen den Auflagekräften am Sensor und an der Feder heraus, welches sich in einer stabilen Positionierung des Kolbens des Volumenvariators manifestiert.
3. Bedienvorrichtung auf „Bewegen“ - Anheben
Die erste Feststellvorrichtung wird gelöst und der Dämpfer ist nicht mehr gebremst. Der Volumenvariator wird gleichzeitig über seine zweite Feststellvorrichtung gebremst (fixiert), d. h. der Kolben des Volumenvariators wird über eine Bremse fixiert.
Es wird eine Kraft auf den Bürotisch ausgeübt, um diesen anzuheben. Die Gasfeder (Lastfeder) weist ein konstantes Volumen auf und ist in dem Maße vorgespannt, wie es sich aufgrund der vorhergehenden Absenkbewegung und der Einregulierung im Haltezustand eingestellt hat. Das Anheben erfolgt mit derselben Kraft, die bei geringerer Belastung der Lastaufnahme notwendig wäre, da die zusätzliche Last im Zustand „Halten“ kompensiert und die Gasfeder entsprechend vorgespannt worden ist.
Auf den Sensor wird derselbe Druck ausgeübt, wie auf den Dämpfer. Der Dämpfer wird aktiv mitgeführt oder weist einen geringen Eigendruck auf und folgt der Bewegung der Lastaufnahme. Der Sensor wird somit beim Anheben entlastet. Er ist über die Hydraulikleitung mit dem Steuerzylinder verbunden. Aufgrund seines starken Hubs, der gegen den festgestellten Volumenvariator arbeiten müsste, kann er keine nennenswerte Menge von Hydraulikflüssigkeit abgeben. Der Sensor verharrt somit eingedrückt. Dies verändert sich jedoch, sobald die erste Feststellvorrichtung am Dämpfer auf „Halten“ und damit die zweite Feststellvorrichtung am Volumenvariator auf „Lösen“ gestellt werden. In diesem Moment stellt sich das Kräftegleichgewicht wie unter 1. beschrieben ein und der Auflastsensor liegt an der Lastaufnahmevorrichtung an.
Vorteile der Erfindung
Die Anpassung an die Auflast bzw. die auf die Lastfeder einwirkende Kraft erfolgt im Haltezustand (Bedienvorrichtung auf „Halten“ -> erste Feststellvorrichtung fixiert, zweite Feststellvorrichtung gelöst). Dadurch ist die Lastfeder unterschiedlich stark vorgespannt und beim Übergang in den Bewegungszustand (Bedienvorrichtung auf „Bewegen“ -> erste Feststellvorrichtung gelöst, zweite Feststellvorrichtung fixiert) ist die Vorspannung größer oder kleiner, je wie es sich aufgrund der Auflast im Haltezustand eingeregelt hat, so dass die Bewegung erleichtert, oder besser, auflastunabhängig ist.
Das System ist beim Bewegen um die Progression des Gasfedervolumens aus dem idealausgeglichenen Zustand ausgelenkt (verstimmt). Bei einem Federsystem nach dem Stand der Technik ist es auch immer um die variierende Auflaständerung verstimmt. Die Auflaständerung ist dabei in der Regel viel größer als die Progression. Die Progression ist bei Gasfedern in der Regel viel kleiner als bei linearen Schraubenfedern. Das ist von Vorteil. Neben dem Kräftegleichgewicht, an beliebiger Stelle des Verschiebungsweges, innerhalb der Kraftlinie zwischen Volumenvariator-Kurvengetriebe-Federspeicher, wird auch über das Kurvengetriebe zu jedem Zeitpunkt bzw. zu jedem Verschiebungsintervall ein Energie-Arbeitsgleichgewicht realisiert, was nur durch den besonderen Aufbau (Topologie) des Koppelgetriebes möglich wird.
Kern der Lösung der Erfindungsaufgabe ist die Änderung des Druckes in der als Gasfeder ausgeführten Lastfeder ohne zusätzliche Energie. Dies muss bei einem permanent reversiblen System möglich sein, wenn man die Energie aus der ersten Verstellung (in Richtung Arbeit aus dem System leistend) speichert und zur Rückstellung wieder unterstützend zuführt. Dies wird mit der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung realisiert.
Besonders vorteilhaft können die Komponenten der Energiespeichervorrichtung entsprechend den vorhandenen Platzverhältnissen angeordnet werden. Dies ist möglich, da die einzelnen Bauteile (Gasfeder, Volumenvariator, Auflastsensor,...) durch hydraulische bzw. pneumatische Leitungen untereinander verbunden sind. Es gibt keine vorgeschriebenen Einbaulagen.
Zur Lösung der Aufgabe ist es auch denkbar, die vorbeschriebenen Ausführungsformen zweckmäßig miteinander zu kombinieren.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele und zugehöriger Figuren eingehender erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele sollen dabei die Erfindung beschrieben ohne diese zu beschränken.
Figurenliste

1 zeigt schematisch den Aufbau der lastunabhängigen Höhenverstellvorrichtung ohne zusätzlichen Dämpfer.
2 zeigt schematisch den Aufbau der lastunabhängigen Höhenverstellvorrichtung mit zusätzlichem Dämpfer 3.
3 zeigt schematisch ein Beispiel für die Anordnung der Komponenten der lastunabhängigen Höhenverstellung und einer auf Solarzelle basierenden Energieversorgung an einem höhenverstellbaren Bürotisch.
4 zeigt das regelungstechnische Zusammenwirken der Komponenten der lastunabhängigen Höhenverstellvorrichtung.
5 zeigt schematisch eine Variante der medientechnischen Kopplung der Komponenten.
6 zeigt die äußere Form der lastunabhängigen Höhenverstellvorrichtung ohne Dämpfer in einer technischen Umsetzung.
7 zeigt die äußere Form der lastunabhängigen Höhenverstellvorrichtung mit Dämpfer 3 in einer technischen Umsetzung.
8 zeigt schematisch die Anordnung der wichtigsten Baugruppen in der lastunabhängigen Höhenverstellvorrichtung ohne Dämpfer in einer technischen Umsetzung nach 6.
9 zeigt schematisch die Aufteilung der lastunabhängigen Höhenverstellvorrichtung ohne Dämpfer in einen Aktor 100 und einen Variator 200.
10 zeigt schematisch die Aufteilung der lastunabhängigen Höhenverstellvorrichtung mit Dämpfer in einen Aktor 100 und einen Variator 200.

Erstes Ausführungsbeispiel
Die Bezugszeichen verweisen auf die Figuren 1, 3 und 5.
3 zeigt beispielhaft einen höhenverstellbaren Bürotischtisch mit einem T-Fuß-Gestell in einer räumlichen Schrägansicht von unten.
Die Breite der Tischplatte 1 beträgt 2000 mm und die Tiefe 800 mm. Der Tisch ist mittels Gasdruckfedern von 630 mm bis 1.280 mm (gemessen vom Fußboden) höhenverstellbar. Die Höhenverstellung erfolgt mittels der Säulen 11, die 3-fach ineinander telekopierbar sind. Die zu tragende Last des Tisches beträgt bis zu max. 120 kg. Der Tisch ist gegen unbeabsichtigtes Auslösen (Hochfahren/Absenken) gesichert.
Die Tischplatte 1 nach 1 wird von einer Energiespeichervorrichtung in ihrer Höhenverstellung unterstützt. Die Tischplatte 1 wird dabei von einer Gasfeder 2 getragen, die einen maximalen Federweg von 650 mm aufweist. Sie greift mit einem ersten Ende am Fuß 13 (siehe 3) des Tisches und mit dem zweiten unmittelbar unter der Tischplatte 1 an. Die Gasfeder 2 ist mittels einer ersten Feststellvorrichtung 31, die im Zustand „Fixieren“ den Gasstrom zwischen den beiden Kammern der Gasfeder 2 blockiert, in ihrer aktuellen Position arretierbar. Am Kolben der Gasfeder2 ist ein Auflastsensor 7 angeordnet. Dieser vermittelt die Gewichtskraft der Tischplatte 1 zum Kolben der Gasfeder 2. Dabei wird die Gewichtskraft der Tischplatte 2 mit den darauf befindlichen Gegenständen als Messwert des Auflastsensors 7 erfasst. Bei dem Auflastsensor 7 handelt es sich um einen hydraulischen Kurzhubzylinder mit einem maximalen Kolbenweg von 5 mm. Der Auflastsensor 7 ist über eine hydraulische Leitung 71 mit der Verstellvorrichtung 8, einem Langhubzylinder, gekoppelt. Dessen maximaler Kolbenweg beträgt 200 mm und entspricht dem maximalen Kolbenweg des Volumenvariators 4. Der Kolben des Langhubzylinders ist mit der Kolbenstange 43 des schwimmenden Kolbens 42 des Volumenvariators 4 verbunden. Volumenvariator 4 und Langhubzylinder erreichen gleichzeitig ihre Endlagen. Der Langhubzylinder setzt den geringen Hub des Auflastsensors bei einer Änderung des auf der Tischplatte 1 lastenden Gewichts in einen längeren Hub um, der über die Kolbenstange 43 auf den Kolben des Volumenvariators 4 übertragen wird. Der Volumenvariator 4 weist ein maximales Volumen auf der Kompressionsseite von 3000 cm³ auf. Die Lastfeder 2 ist auf der Kompressionsseite des Kolbens 42 des Volumenvariators 4 mit dem Volumenvariator 4 verbunden, so dass der Druck auf der Kompressionsseite des Zylinders 41 des Volumenvariators4 als Kraft auf die Lastfeder 2 wirkt und der Gewichtskraft der Tischplatte 1 und der darauf lastenden Gegenstände entgegengesetzt gerichtet ist. Die Verbindung erfolgt über eine pneumatische Leitung 21. Als Arbeitsgas dient Luft. Die Kolbenstange 43 ist auf der Expansionsseite aus dem Volumenvariator 4 herausgeführt und an ein Kurvengetriebe angebunden, das als Koppelgetriebe 5 fungiert. Die bei der Bewegung des Kurvengetriebes nachgezeichnete Steuerkurve 51 wurde mittels Computersimulation unter Einbeziehung der Kraft-Wege-Kennlinien der Lastfeder 2 und des Energiespeichers 6, der im vorliegenden Fall eine Schraubenfeder ist, derart berechnet, dass eine Verschiebung des Kolbens 42 des Volumenvariators 4 mit lediglich geringem Kraftaufwand erfolgen kann. Eine zweite Feststellvorrichtung 82, die ebenfalls die Zustände „Gelöst“ oder „Fixieren“ annehmen kann, gibt den Kolben 42 des Volumenvariators 4 in seiner Position frei oder fixiert diesen.
Der Tisch weist weiterhin eine Bedienvorrichtung 12 (siehe 3) auf, die zwischen den beiden Zuständen „Halten“ und „Bewegen“ umgeschaltet werden kann. Im Zustand „Halten“ steht die erste Feststellvorrichtung 31 auf „Fixieren“ und unterbindet eine Bewegung des Kolbens der Lastfeder2. Gleichzeitig ist die zweite Feststellvorrichtung 82 im Zustand „Gelöst“, wodurch eine Verschiebung des schwimmenden Kolbens 42 des Volumenvariators 4 möglich ist. Im Zustand „Bewegen“ der Bedienvorrichtung 12 ist die Schaltung der beiden Feststelleinrichtungen 31, 82 genau umgekehrt. Die Bedienvorrichtung 12 betätigt die beiden Feststellvorrichtungen 31, 82 mittels Bowdenzüge (nicht dargestellt).
Siehe im Folgenden 1 bis 5.
Der Tisch weist weiterhin einen latenten Energiespeicher 9 auf. Dieser beinhaltet eine Solarzellenanordnung 91 mit einer Fläche von 100 - 500 cm², die an der Unterseite der Tischplatte 1 positioniert ist und die gesammelte elektrische Energie in einem Li-Polymer-Akkumulator 92 mit einer Kapazität von 300-1200 mWh (3600-14400 mAh) speichert. Wenn der Akkumulator 92 zu mindestens 90% gefüllt ist, wird eine Micro-Pumpe 94 in Betrieb genommen, die einen Druckbehälter 95 von 100 - 1000 cm³ bis zu einem Druck von 16 MPa mit Luft befüllt. Am Tisch sind Sensoren (nicht dargestellt) angeordnet, die den Druck auf der Kompressionsseite 41 des Volumenvariators 4 bestimmen sowie das Erreichen von Endlagen der Tischverstellung bzw. des Volumenvariators 4 erkennen. Weiterhin ist ein Sensor dem Auflastsensor 7 parallelgeschaltet, so dass die tatsächliche Last gemessen werden kann. Die Sensordaten werden leitungsgebunden an eine Datenverarbeitungseinrichtung 93 übermittelt. Vorliegend handelt es sich um einen 8bit Microcontroller mit 32 kBytes In-System programm memory. Die Datenverarbeitungseinrichtung 93 steuert auch ein oder mehrere Ventile (nicht dargestellt), die die pneumatische Verbindung vom Druckbehälter 95 zur Kompressionsseite 41 des Volumenvariators 4 freigeben bzw. sperren. Wenn der Druck auf der Kompressionsseite 41 des Volumenvariators 4 bei einer Höhenverstellung kleiner ist, als der durch die Tischplatte 1 und die zusätzlichen Gewichte ausgeübte Druck auf den Auflastsensor 7 bzw. den diesem parallel geschalteten Sensor, wird das Ventil betätigt, um zusätzlichen Druck auf der Kompressionsseite 41 des Volumenvariators 4 einzuspeisen.
Zur Höhenverstellung wird die Bedienvorrichtung auf „Bewegen“ gestellt und die Tischhöhe kann reguliert werden. Anschließend wird zurück auf „Halten“ gestellt, wodurch die Tischhöhe fixiert wird. Die Abläufe entsprechen dabei dem im Punkt „Funktionsweise“ dargestellten.
Zweites Ausführungsbeispiel
Die Bezugszeichen verweisen auf die Figuren 2, 3 und 5.
Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel. Im zweiten Ausführungsbeispiel ist jedoch der Lastfeder 2 ein Dämpfer 3 parallel zugeordnet (siehe 2). Der Dämpfer 3 ist ebenfalls eine Gasfeder, die in ihrem Aufbau identisch mit der Gasfeder ist, die als Lastfeder eingesetzt wird. Somit kann kostengünstig die Anzahl der Gleichteile erhöht werden. Der Auflastsensor 7 und auch die erste Feststellvorrichtung 31 sind hierbei am Dämpfer angeordnet. Der Lastfeder kommt nunmehr nur noch die Aufgabe zu, die Höhenverstellung beim Anheben der Tischplatte 1 zu unterstützen bzw. die Energie beim Absenken der Tischplatte 1 aufzunehmen.
Bezugszeichenliste

1: Lastaufnahme
11: teleskopierbare Säulen
12: Bedienvorrichtung
13: Fuß des Tisches
2: Lastfeder
3: Dämpfer
31: erste Feststellvorrichtung der Gasfeder oder des Dämpfers
32: Steuerungsverbindung zwischen erster Feststellvorrichtung 31 und zweiter Feststellvorrichtung 82 (Zustände „Fixiert“ und „Gelöst“ sind bei 31 und 82 stets entgegengesetzt)
4: Volumenvariator
41: Kompressionsseite
42: schwimmender Kolben
43: Kolbenstange
5: Koppelgetriebe
51: Steuerkurve
52: Getriebeglieder
53: Langloch
54: Ankopplungspunkt des Energiespeichers an das Koppelgetriebe
6: Energiespeicher
7: Auflastsensor
71: hydraulische Verbindung
8: Verstellvorrichtung
81: mechanische Verbindung der Verstellvorrichtung zum Kolben
82: zweite Feststellvorrichtung des Kolbens des Volumenvariators
9: latenter Energiespeicher
9a: Ladekreis
9b: Regel-Lade-Kreis
91: Solarzelle
92: Akkumulator
93: Steuerung/Datenverarbeitungseinrichtung
931: Endlagenüberwachung (Sensor)
932: Kraftdifferenzmessung und Antriebssteuerung (Sensoren)
933: Kolbenweg mit zwei Endlagen/Nachstellung Volumenvariatorkolben
94: Micro-Pumpe
95: Druckbehälter
96: Übertragungsvorrichtung (E-Motor mit Spindelantrieb/Piezo-Linearantrieb/magnetischer Antrieb)
97: Gasdruck
98: elektrische Leitungen
99: pneumatische Druckleitungen
100: Aktor
200: Variator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2011/0266937 A1 [0005]
DE 20307373 U1 [0007]
EP 2978992 B1 [0008]
WO 2014/183775 A1 [0008]

Claims

Höhenverstellbarer Tisch, aufweisend eine Tischplatte als Lastaufnahme (1) für Gegenstände, teleskopierbare Säulen (11) des Tisches zur Führung der Tischplatte während der Höhenverstellung, mindestens eine Kraft-, insbesondere lastunabhängige Energiespeichervorrichtung, wobei die Kraft-, insbesondere lastunabhängige Energiespeichervorrichtung mindestens aufweist - mindestens eine Lastfeder (2) zur Aufnahme der Gewichtskraft der Tischplatte und der darauf lastenden Gegenstände, - eine erste Feststellvorrichtung (31), die die Zustände „Fixieren“ oder „Gelöst“ annehmen kann, wobei die erste Feststellvorrichtung (31) geeignet ist, im Zustand „Fixieren“ die Lastfeder (2) in ihrem aktuellen mechanischen Spannungszustand zu fixieren und im Zustand „Gelöst“ die Lastfeder (2) für Veränderungen des Spannungszustandes freizugeben, - einen Auflastsensor (7), der die Kraft, die auf der Lastfeder (2) lastet, erfasst, - einen Volumenvariator (4), der als schwimmender Kolben (42), der in einem Zylinder verschiebbar angeordnet ist, ausgeführt ist, wobei die Lastfeder (2) auf einer Kompressionsseite (41) des Zylinders des Volumenvariators (4) mit dem Volumenvariator (4) verbunden ist, so dass der Druck auf der Kompressionsseite (42) des Zylinders des Volumenvariators (4) als Kraft auf die Lastfeder (2) wirkt und der Gewichtskraft der Tischplatte und der darauf lastenden Gegenstände entgegengesetzt gerichtet ist, - eine zweite Feststellvorrichtung (82), die die Zustände „Gelöst“ oder „Fixieren“ annehmen kann, und die geeignet ist, den Kolben des Volumenvariators (4) in seiner Position freizugeben oder zu fixieren, - einen Energiespeicher (6), der über ein Koppelgetriebe (5) (Kurven- oder Koppelgetriebe) auf der Expansionsseite an den Kolben des Volumenvariators (4) gekoppelt ist, wobei das Koppelgetriebe (5) die Kennlinie (Kraft-Weg-Kennlinie) des Volumenvariators (4) mit der Lastfeder (2) an die Kennlinie des Energiespeichers (6) so anpasst, dass ein Energieaustausch zwischen Volumenvariator (4) und Energiespeicher (6) mit keiner oder nur geringer Kraftaufwendung möglich ist, - eine Verstellvorrichtung (8) für den Kolben (42) des Volumenvariators (4), wobei die Verstellvorrichtung (8) den Kolben (42) des Volumenvariators (4) entsprechend der Signale des Auflastsensors (7) verschiebt, - eine kraft- oder signalübertragende Verbindung die den Auflastsensor (7) mit der Verstellvorrichtung (8) verbindet, - eine kraftübertragende Verbindung, die den Volumenvariator (4) mit der Lastfeder (2) verbindet.
Höhenverstellbarer Tisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastfeder (2) eine Gasfeder ist.
Höhenverstellbarer Tisch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auflastsensor(7) an der Lastfeder (2) angeordnet ist.
Höhenverstellbarer Tisch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auflastsensor (7) ein hydraulischer Kurzhubzylinder ist.
Höhenverstellbarer Tisch nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung (8) ein Langhubzylinder ist, dessen Hubweg dem Verstellweg des Kolbens (42) des Volumenvariators (4) entspricht und dass eine hydraulische Leitung den Kurzhubzylinder des Auflastsensors (7) mit dem Langhubzylinder der Verstellvorrichtung (8) verbindet und die Verstellvorrichtung (8) den Kolben des Volumenvariators (4) entsprechend der Druckänderung im Auflastsensors (7) verschiebt.
Höhenverstellbarer Tisch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auflastsensor (7) ein elektronischer Kraftsensor ist.
Höhenverstellbarer Tisch nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung (8) ein Stellmotor ist und dass eine elektrische Verbindung den Auflastsensor (7) mit dem Stellmotor verbindet und die Verstellvorrichtung (8) den Kolben des Volumenvariators (4) entsprechend der elektrischen Signale des Auflastsensors (7) verschiebt.
Höhenverstellbarer Tisch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Lastfeder (2) eine Feder als Dämpfer (3) derart parallel angeordnet ist, dass auf diesen dieselbe Kraft einwirkt, wie auf die Lastfeder (2) und dass die erste Feststellvorrichtung (31) geeignet ist, im Zustand „Fixieren“ den Dämpfer (3) in seinem aktuellen mechanischen Spannungszustand zu fixieren und im Zustand „Gelöst“ den Dämpfer (3) für Veränderungen des Spannungszustandes freizugeben.
Höhenverstellbarer Tisch nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Auflastsensor (7) am Dämpfer (3) angeordnet ist.
Höhenverstellbarer Tisch nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfer (3) eine Gasfeder ist.
Höhenverstellbarer Tisch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastfeder (2) und falls vorhanden, auch der Dämpfer (3) a. mit einem ersten Ende am Fuß (13) des Tisches und mit einem zweiten Ende an der Tischplatte kraftübertragend angreifen; oder b. mit einem ersten Ende am Fuß (13) des Tisches und mit einem zweiten Ende an einer gegenüber diesem Fuß (13) verschieblich angeordneten teleskopierbaren Führung kraftübertragend angreifen; oder c. mit einem ersten Ende an einer teleskopierbaren Führung und mit enem zweiten Ende an einer gegenüber der ersten teleskopierbaren Führung verschieblich angeordneten zweiten teleskopierbaren Führung kraftübertragend angreifen, so dass eine Expansion der Lastfeder (2) in eine Hubbewegung der Tischplatte und eine Kompression der Lastfeder (2) in eine Absenkbewegung der Tischplatte gewandelt werden.
Höhenverstellbarer Tisch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tisch eine Bedienvorrichtung aufweist, die auf die erste und die zweite Feststellvorrichtung (31, 82) derart einwirkt, dass in einer Stellung „Halten“ der Bedienvorrichtung sich die erste Feststellvorrichtung (31) in dem Zustand „Fixieren“ und die zweite Feststellvorrichtung (82) sich im Zustand „Gelöst“ oder aber, dass die Bedienvorrichtung sich in der Stellung „Bewegen“ befindet, wobei sich die erste Feststellvorrichtung (31) in dem Zustand „Gelöst“ und die zweite Feststellvorrichtung (82) sich im Zustand „Fixieren“ befindet.
Höhenverstellbarer Tisch nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedienvorrichtung fest am Tisch angeordnet oder als drahtgebundene oder drahtlose Fernbedienung ausgeführt ist.
Höhenverstellbarer Tisch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Energiespeicher (6) ein latenter Energiespeicher (9) zugeordnet ist, der dazu eingerichtet ist, bei einer Höherstellung des Tisches mittels einer Übertragungsvorrichtung zusätzliche Energie in den Energiespeicher (6) einzuspeisen.
Höhenverstellbarer Tisch nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der latente Energiespeicher (9) eine Speichervorrichtung für elektrische Energie aufweist, die die Übertragungsvorrichtung mit elektrischer Energie versorgt
Höhenverstellbarer Tisch nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, während der Tischplatte in der Höhe fixiert ist, am Kolben des Volumenvariators anzugreifen und diesen in Kompressionsrichtung zu verschieben.
Höhenverstellbarer Tisch nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsvorrichtung (96) dazu ausgelegt ist, während einer Höherstellung des Tisches Gas auf der Kompressionsseite des Volumenvariators (4) einzuspeisen.
Höhenverstellbarer Tisch nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichervorrichtung für elektrische Energie eine Batterie oder ein Akkumulator ist.
Höhenverstellbarer Tisch nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichervorrichtung für elektrische Energie auswechselbar ausgeführt ist.
Höhenverstellbarer Tisch nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichervorrichtung für elektrische Energie ein Akkumulator ist, der durch mindestens eine am höhenverstellbaren Tisch angeordnete Solarzelle (91) geladen wird.
Höhenverstellbarer Tisch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser eine Datenverarbeitungseinrichtung (93) aufweist, die die Signale von Sensoren am Tisch erfasst, verarbeitet und gegebenenfalls auch das Zuführen zusätzlicher Energie über die Übertragungsvorrichtung (96) steuert.
Höhenverstellbarer Tisch nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (93) die Feststellvorrichtungen (31, 82) steuert und die Signale der Bedienvorrichtung über die Datenverarbeitungseinrichtung (93) geleitet und die zugehörigen Prozesse ebenfalls von der Datenverarbeitungseinrichtung (93) gesteuert werden.
Höhenverstellbarer Tisch nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (93) über die Batterie bzw. den Akkumulator des latenten Energiespeichers (9) mit elektrischer Energie versorgt wird.