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Die Erfindung bezieht sich auf ein hydropneumatisches Hubaggregat
für die Höhenverstellung von Tischen, Stühlen od. dgl., bestehend aus einem teilweise
mit Druckgas und unter dessen Wirkung stehender Flüssigkeit gefüllten, als Zylinderrohr
ausgebildeten Zylinder, einem darin im Bereich der Flüssigkeitsfüllung verschiebbar
angeordneten, mit einer aus dem einen Zylinderstirnende austretenden Kolbenstange
verbundenen Verdrängerkolben, der den Raum des Zylinders in zwei an seinen beiden
Seiten gelegenen, unter verschiedenem Arbeitsdruck stehenden Flüssigkeitsräume unterteilt,
und einem im Bereich der Flüssigkeitsfüllung gelegenen von außen zu betätigenden
Absperrventil für die hydraulische Arretierung des Kolbens bzw. der Kolbenstange
in beliebigen Ausfahrstellungen.
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Es sind hydropneumatische Hubaggregate bekannt (Gebrauchsmuster 1914
257 und 1924 528), bei denen das Innere des Zylinders durch eine etwa mittig angeordnete,
fest eingebaute Trennwand in zwei Arbeitskammerräume unterteilt ist, von denen der
untere vollständig mit Arbeitsflüssigkeit gefüllt ist und den mit Flüssigkeitsdurchlaßöffnungen
versehenen Verdrängerkolben aufnimmt, während der obere Arbeitskammerraum teilweise
mit Arbeitsflüssigkeit und dem darüber befindlichen, durch einen abdichtenden Trennkolben
getrennten Druckgas gefüllt ist. In der fest eingebauten Trennwand oder in einem
dazu parallel verlaufenden Überströmkanal, der zylindrisch oder rohrartig ausgebildet
ist, befindet sich das von außen zu betätigende, als Schieber oder drehverstellbares
Hahnküken ausgebildete Absperrventil. Die Betätigung dieses Absperrventils erfolgt
über eine außen am Zylinder entlanggeführte, zu einem unterhalb der Tischplatte
oder Stuhlsitzfläche angeordneten Bedienungshebel führende Stehstange oder durch
einen drehbeweglichen Hebel, wodurch sich Einbauschwierigkeiten insbesondere für
den Fall ergeben, daß das Hubaggregat in ein säulenförmiges Tisch- oder Stuhlbein
eingebaut wird, wie das regelmäßig erwünscht ist. Ein Nachteil dieser vorbekannten
hydropneumatischen Hubaggregate besteht darin, daß die zu beiden Seiten ihrer durchlässigen
Verdrängerkolben befindlichen Flüssigkeitsräume stets unter dem gleichen Druck stehen
und daß daher der im Belastungsfall maximale Flüssigkeitsdruck die am Kolbenstangendurchtrittsende
befindliche Dichtung in vollem Umfang beaufschlagt, so daß hier entsprechende Dichtungsprobleme
auftreten, die nicht ohne weiteres zu beherrschen sind, zumal bei verstellbaren
Wohnraummöbeln Leckagen unter allen Umständen verhindert werden müssen. So können
beispielsweise bei in Stuhlsäulen eingebauten Hubaggregaten dieser Art sehr hohe
Spitzendrücke auftreten, wenn sich eine schwerfällige Person von großem Körpergewicht,
was häufig geschieht, auf den Stuhl fallen läßt.
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Bei anderen durch die Gebrauchsmuster 1930 914 und 1930142 bekannten
hydropneumatischen Hubaggregaten der eingangs beschriebenen Gattung, bei denen der
Kolbendurchtritt gesperrt werden kann, wird zwar im Belastungsfall die am Kolbenstangendurchtrittsende
befindliche Dichtung auch nicht höher als im Entlastungsfall beaufschlagt, jedoch
muß hier der Gasdruck aber immer so hoch gehalten werden, daß die vorgesehene Maximallast
getragen werden kann und somit der geringe, für den Entlastungsfall erforderliche
Gasdruck in vielen Fällen weit überschritten werden muß. Der Erfindung liegt die
Aufgabe zugrunde, ein hydropneumatisches Hubaggregat der eingangs beschriebenen
Gattung zu schaffen, das die vorerwähnten Mängel nicht aufweist, vielmehr so beschaffen
ist, daß es bei einfachem Aufbau und durch zweckentsprechende Anordnung der Absperrventil-Betätigungsmittel
verbesserter Einbaumöglichkeit vor allem einen nur für den Entlastungsfall erforderlichen,
von der Belastung völlig unabhängigen Beaufschlagungsdruck seiner am Kolbenstangendurchtrittsende
gelegenen Dichtung ermöglicht.
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Diese vorerwähnte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
der Verdrängerkolben flüssigkeitsundurchlässig ist und die Flüssigkeitsräume über
eine zum Verdrängerkolben parallel verlaufende, in an sich bekannter Weise als Ringkammer
bzw. Verbindungsrohr ausgebildete Umgehungsleitung miteinander verbunden sind, in
der sich das Absperrventil befindet, das über eine die einem Dichtungspaket am Kolbenstangendurchtritt
gegenüberliegende, als Stiftkopf ausgebildete Zylinderstirnwand durchdringende verstellbare
Ventilstange zu betätigen ist.
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Ein solches hydropneumatisches Hubaggregat wird bei Verstellmöbeln
vorteilhaft in der Weise eingebaut, daß sich das Kolbenstangendurchtrittsende des
Zylinders unten und dessen anderes, von der Absperrventil-Stellstange durchdrungenes
Ende oben befindet, so daß die Stellstange durch ein unterhalb der Tisch-oder Stuhlsitzplatte
gelegenes. Betätigungselement unmittelbar betätigt werden kann. Da der Verdrängerkolben
flüssigkeitsundurchlässig ist, also eine ständig abdichtende beweglich angeordnete
Trennwand zwischen den unter und über ihm angeordneten Flüssigkeitsräumen bildet,
steht im Belastungsfall des Hubaggregats der untere, die Kolbenstange umgebende
Flüssigkeitsraum immer unter einem geringeren Flüssigkeitsdruck als der oberhalb
des Verdrängerkolbens gelegene, die zusätzliche Belastung aufnehmende bzw. übertragende
Flüssigkeitsraum, so daß die am Kolbenstangendurchtrittsende des Zylinders befindliche
Dichtung unter einem entsprechend verringerten Beaufschlagungsdruck steht.
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Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Verdrängerkolben
in einem innerhalb des Zylinderrohres in einem die Ringkammer bildenden Abstand
zu diesem angeordneten Innenrohr verschiebbar gelagert, das an seinem oberen Ende
durch eine das Absperrventil enthaltende Ventilsitzplatte abgeschlossen ist, wobei
der von dem Zylinderrohr, der Zylinderstirnwand und der Ventilsitzplatte begrenzte
und sowohl die ölausgleichsflüssigkeit als auch das Druckgas aufnehmende Raum über
die Ringkammer ständig mit dem unteren Flüssigkeitsraum verbunden ist und weiterhin
die Ventilstange von einem an der Zylinderstirnwand abdichtend befestigten, bis
in die ölausgleichsflüssigkeit reichenden und die Ventilstange vom Druckgas trennenden
Dichtrohr umgeben ist.
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Nach einem weiteren Merkmal kann der Raum für das Druckgas in dem
Zylinderrohr zwischen dem ihn nach unten begrenzenden Verdrängerkolben und einem
zwischen dem Verdrängerkolben und der Zylinderstirnwand angeordneten, ihn nach oben
begrenzenden Trennkolben und somit zwischen dem unterhalb des Verdrängerkolbens
liegenden Flüssigkeitsraum und dem oberhalb des Trennkolbens liegenden Flüssigkeitsraum
angeordnet ist, wobei die beiden Flüssigkeitsräume über das in der Zylinderstirnwand
angeordnete
Absperrventil und ein an dessen Öffnung angeschlossenes, außen am Zylinderrohr entlanggeführtes
Verbindungsrohr miteinander verbunden sind.
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Schließlich ist noch vorgesehen, daß dem Absperrventil ein mit einer
permanenten engen Durchlaßöffnung versehenes Rückschlagventil vor- bzw. nachgeschaltet
ist, das bei geöffnetem Absperrventil einen in beiden Durchflußrichtungen verschieden
stark gedrosselten Flüssigkeitsdurchtritt ermöglicht. Dadurch können die Verstellbewegungen
des Hubaggregats den seiner jeweiligen Anwendungs- bzw. Einbauweise gewünschten
Verstellcharakteristiken angepaßt werden. So ist es für die Höhenverstellung von
Tischen erwünscht, daß sie verhältnismäßig rasch tiefer gestellt, dagegen langsam
nach oben gefahren werden können, während für die Höhenverstellung von Sitzmöbeln
das Umgekehrte gilt.
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In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele nach der Erfindung
in senkrechtem Längsschnitt dargestellt. Dabei zeigt F i g. 1 eine erste Ausführungsform
des neuen hydropneumatischen Hubaggregats in Zweirohrbauweise, F i g. 2 eine zweite
Ausführungsform in Einrohrausführung und F i g. 3 eine weitere Zweirohrausführungsform
mit drehverstellbarer Ventilstange.
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Bei dem in F i g.1 dargestellten Hubaggregat ist das Zylinderrohr
1 mit der hohlen Zylinderstirnwand 2 fest verbunden, welche die Ventilstange 7 für
das in der Ventilsitzplatte 3 befindliche Absperrventil 17 in axialer Richtung dichtend
führt. Der Verdrängerkolben 5, der fest mit der nach unten aus dem Zylinderrohr
1 über dessen Dichtungspaket 8 hindurchgeführten Kolbenstange 6 verbunden
ist, gleitet flüssigkeitsdicht im Innenrohr 4. Letzteres ist an seinem unteren Ende
mit Bohrungen 10 versehen und auf dem Dichtungspaket 8 abgestützt. Die Bohrungen
10 verbinden den unterhalb des flüssigkeitsundurchlässigen Verdrängerkolbens
5 gelegenen Flüssigkeitsraum 13 mit der zwischen dem Innenrohr 4 und dem Zylinderrohr
1 gelegenen Ringkammer 15, die ihrerseits über die in der Ventilsitzplatte 4 an
deren Außenumfang vorhandenen Durchlaßöffnungen 9 mit dem darüber gelegenen, die
ölausgleichsflüssigkeit 12 und das darüber befindliche Druckgas 16 enthaltenden
Raum verbunden ist, der unter der Wirkung des letzteren steht. Das Innenrohr 4 ist
oben durch die Ventilsitzplatte 3 dichtend verschlossen, die durch den Sprengring
11 im Zylinderrohr 1 gehalten wird. Zwischen dem Verdrängerkolben 5 und der Ventilsitzplatte
3 befindet sich der Flüssigkeitsraum 14. Er kann über das Absperrventil 17 mit der
darüber befindlichen ölausgleichsflüssigkeit 12 verbunden werden. Das Absperrventil
17 ist als Kugelventil ausgebildet. Die Ventilkugel sitzt am Ende der Ventilstange
7 und wird durch die an letzterer angreifende Feder 7' normalerweise in ihrer Schließstellung
gehalten. Der Feder 7' ist innerhalb des Dichtrohres 7" angeordnet. Letzteres ist
an der Zylinderstirnwand 2 dicht befestigt und ragt so tief nach unten in die Ölausgleichsflüssigkeit
12 hinein, daß dadurch der Raum für das Druckgas 16 von der Ventilstange 7 und deren
Austrittsdichtung 7"*,* in der Zylinderstirnwand 2 getrennt wird.
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Das vorbeschriebene hydropneumatische Hubaggregat arbeitet wie folgt:
Es sei angenommen, daß das im Raum vorhandene Druckgas 16 im unbelasteten Zustand
des Hubaggregats unter einem Druck von 60 atü steht. Dieser Druck herrscht auch
im unteren Flüssigkeitsraum 13, da letzterer über die Bohrungen 10, die Ringkammer
15 und den Raum für die ölausgleichsflüssigkeit 12 ständig mit dem Raum für
das Druckgas 16 in Verbindung steht. Dadurch greift an der Unterseite 5' des Verdrängerkolbens
5 eine Aufwärtskraft an, die bei den in der Zeichnung eingetragenen Querschnittsverhältnissen
von Kolben und Kolbenstange 60 - 2 = 120 kp beträgt. Da die Kräfte in den Flüssigkeitsräumen
13 und 14 im Gleichgewicht sind, beträgt im Flüssigkeitsraum 14 der Druck
atü. Beim öffnen des Absperrventils 17 strömt das unter 60 atü Druck stehende
Öl aus dem Raum für die Ölausgleichsflüssigkeit 12 durch die Ventilöffnung
in den Flüssigkeitsraum 14, so daß sich hier der Druck von 48 atü auf 60 atü erhöht,
wodurch eine Austrittskraft von (60 - 48)-2,5 = 30 kp hervorgerufen wird. Beim Belasten
der Kolbenstange 6 mit beispielsweise 80 kp tritt im Flüssigkeitsraum 14 eine entsprechende
Vergrößerung der hier herrschenden Kraft auf, so daß sich hier ein Druck von -
atü ergibt. Wird nun das Absperrventil 17 geöffnet, so strömt das unter 80 atü Druck
stehende Öl aus dem Flüssigkeitsraum 14 in den unter 60 atü Druck stehenden Raum
für die ölausgleichsflüssigkeit 12, so daß die Kolbenstange 6 in den Flüssigkeitsraum
14 einfährt.
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Um eine für die Praxis erwünschte unterschiedlich schnelle Verstellbewegung
des Hubaggregats in der einen und anderen Verstellrichtung zu erzielen, ist in der
Ventilsitzplatte 3 dem Absperrventil 17 noch ein Rückschlagventil 18 in Gestalt
eines weiteren Kugelventils vorgeschaltet, das die Durchlaßöffnung 21
steuert.
Außerdem ist in der Ventilsitzplatte 3 noch eine permanente enge Durchlaßöffnung
19 vorhanden. Beim Ausfahren der Kolbenstange 6 gibt hier also die Kugel ihre Durchlaßöffnung
21 frei, während umgekehrt, also beim Einfahren der Kolbenstange 6, die Durchlaßöffnung
21 verschlossen und lediglich noch die permanente Durchlaßöffnung 19 frei bleibt,
so daß die Verstellbewegung im Sinne des Einfahrens der Kolbenstange 6 entsprechend
langsamer vonstatten geht. Mit der dargestellten Ventilanordnung erreicht man die
für Stühle wünschenswerte Höhenverstellcharakteristik. Will man dagegen, wie das
bei der Tischplattenverstellung erwünscht ist, deren Verstellung nach oben vergleichsweise
langsam, dagegen ihr Tieferstellen rasch durchführen, so braucht dazu das Rückschlagventi118
nur entsprechend umgekehrt angeordnet bzw. ausgebildet zu werden.
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Das in F i g. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel besitzt einen als
Zylinderrohr 31 ausgebildeten Zylinder, dessen obere Zylinderstirnwand 32 hohl ausgebildet
ist und das Absperrventil 44 mit der Ventilstange 37 sowie das Rückschlagventil
43 mit der Ventilsitzplatte 46 und der darin in die Ventilsitzfläche eingearbeiteten
permanenten Durchlaßöffnung 45 aufnimmt. Der obere Flüssigkeitsraum 38 ist über
die vorerwähnte Ventilanordnung und das in diesem Fall außen am Zylinder entlanggeführte
Verbindungsrohr 33 mit dem unterhalb des Verdrängerkolbens 35 gelegenen Flüssigkeitsraum
34 verbunden. Die mit dem Verdrängerkolben 35 fest verbundene Kolbenstange
36
durchsetzt das am unteren Zylinderende befindliche Dichtungspaket 40. Oberhalb des
Verdrängerkolbens 35 ist der Raum für das Druckgas 39 angeordnet, der über die in
der Kolbenstange 36 befindliche, verschließbare Axialbohrung 42 von außen zu befüllen
ist. Der Raum für das Druckgas 39 ist gegenüber dem darüber befindlichen Flüssigkeitsraum
38 durch den abdichtenden Trennkolben 41 getrennt.
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Die Wirkungsweise des vorbeschriebenen Hubaggregats entspricht grundsätzlich
derjenigen des in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels. Im unbelasteten Zustand
und bei geschlossenem Absperrventil 44 sowie bei einer Gasvorspannung von beispielsweise
60 atü wirkt auf den Trennkolben 41 und den Verdrängerkolben 35, dessen Querschnittsfläche
3,8 cm2 betragen soll, eine Kraft von 60 - 3,8 = 228 kp. Im Flüssigkeitsraum 38
herrschen dann infolge des gleichen wirksamen Flächenquerschnitts ebenfalls 60 atü.
Dagegen ist im Flüssigkeitsraum 34 und in dem Verbindungsrohr 33 infolge der kleineren
Kolbenringfläche 35' der Druck atü. Wird das Absperrventil 44 geöffnet, so
strömt das Öl vom Flüssigkeitsraum 34 über das Verbindungsrohr 33 in den Flüssigkeitsraum
38, wodurch die Kolbenstange 36 mit einer Austrittskraft von (69,1 - 60). 3,3 =
30 kp ausfährt. Beim Belasten der Kolbenstange 36 mit beispielsweise 80 kp und geschlossenem
Absperrventi144 verringert sich der Druck im Flüssigkeitsraum 34 um
atü. Dadurch verbleibt im Flüssigkeitsraum 34 ein Restdruck von 69 - 24,2 = 44,8
atü. Beim Öffnen des Absperrventils 44 strömt das unter 60 atü Druck stehende Öl
aus dem Flüssigkeitsraum 38 über das Verbindungsrohr 33 in den unteren Flüssigkeitsraum
34, so daß die Kolbenstange 36 einfährt.
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Auch in diesem Fall ist die in der Zylinderstirnwand 32 vorgesehene
Ventilanordnung so beschaffen, daß beim Einfahren der Kolbenstange 36 das Rückschlagventil
43 zwar schließt, jedoch die permanente Durchlaßöffnung 45 frei bleibt, wodurch
das Einfahren der Kolbenstange 36 entsprechend verzögert erfolgt. Umgekehrt steht
beim Ausfahren der Kolbenstange 36 die gesamte Durchtrittsöffnung des Rückschlagventils
43 zur Verfügung, so daß das Ausfahren entsprechend schneller vonstatten geht. Diese
vorbeschriebene Ventilanordnung ist wiederum für die Höhenverstellung von Stühlen
erwünscht, wohingegen für die Höhenverstellung von Tischen die Ventilanordnung in
ihrer Wirkungsweise zweckmäßig entsprechend geändert bzw. umgekehrt wird.
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Die in F i g. 3 dargestellte Ausführungsform entspricht grundsätzlich
der in F i g. 1 abgebildeten Zweirohrbauweise mit im Zylinderrohr 1 angeordnetem
Innenrohr 4 und dazwischen befindlicher Ringkammer 15, die die Verbindung zwischen
dem unterhalb des Verdrängerkolbens 5 liegenden Flüssigkeitsraum 13 mit der oberhalb
der Ventilsitzplatte 3' gelegenen, teilweise mit Ölausgleichsflüssigkeit 12 und
Druckgas 16 gefüllten Kammer bildet. Die Ventilstange 50 ist in diesem Fall drehverstellbar
in dem die Zylinderstirnwand 51 durchsetzenden und in die Ventilsitzplatte 3' eingelassenen
Dichtrohr 52 angeordnet und mittels des an ihrem die Dichtung 53 durchsetzenden
Ende 50' befestigten Schwenkhebels 54 zu betätigen. An ihrem inneren Ende
50" trägt die Ventilstange 50 das kegelförmige Absperrventil 55, das die
in der Ventilsitzplatte 3' gelegenen Schrägbohrungen 56 je nach Ventilstangenstellung
entweder freigibt oder sperrt. Die Ventilstange 50 besitzt hier weiterhin einen
mit einem Außengewinde 57 versehenen Bund 58, der in der mit entsprechendem Innengewinde
versehenen Axialbohrung 59 schraubverstellbar lagert. Die Wirkungsweise dieses hydropneumatischen
Hubaggregats entspricht dem in F i g. 1 abgebildeten mit dem einzigen grundsätzlichen
Unterschied, daß zum Öffnen bzw. Schließen des als Kegelventil ausgebildeten Absperrventils
55 die Ventilstange 50 nicht axial verstellt, sondern mittels des Schwenkhebels
54 und über ihren Bund 58 entsprechend schraubverstellt wird. Es versteht sich,
daß auch in diesem Falle dem Absperrventil 55 gegebenenfalls ein Rückschlagventil
mit parallelliegendem, permanentem Durchlaß vor- bzw. nachgeschaltet werden kann,
um die Verstellbewegungen in der einen oder anderen Richtung unterschiedlich schnell
durchführen zu können.