DE19714882C2 - Gasfeder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasfeder mit einem Druckrohr und einer Kolbenstange, wobei die Kolbenstange in dem Druckrohr teleskopartig geführt und in Ausschub- oder in Einschubrichtung mittels eines in dem Druckrohr befindlichen inkompres­ siblen Strömungsmediums blockierbar ist und wobei an das inkompressible Strö­ mungsmedium ein kompressibles Strömungsmedium angrenzt.

Gasfedern der in Rede stehenden Art sind seit langem aus der Praxis bekannt und existieren in den unterschiedlichsten Ausführungsformen. Bei den blockierbaren Gasfedern ist grundsätzlich zwischen federnd blockierten und starr blockierten Gas­ federn zu unterscheiden. Diese unterschiedliche Art der Blockierung ergibt sich aus den Eigenschaften des zur Blockierung verwendeten Strömungsmediums. Im Falle eines kompressiblen Strömungsmediums ergibt sich eine federnde und im Falle ei­ nes inkompressiblen Strömungsmediums eine starre Blockierung der Kolbenstange in dem Druckrohr. Bei der vorliegenden Erfindung werden starr blockierende Gasfe­ dern betrachtet.

Ein beispielhaft beschriebener Blockiermechanismus umfasst einen am inneren Ende der Kolbenstange angeordneten zylindrischen Kolben, dessen äußere Um­ fangsfläche an der ebenfalls zylinderförmigen Innenfläche des Druckrohrs abge­ dichtet entlang gleiten kann. Der Kolben teilt den Innenraum des Druckrohrs in zwei jeweils mit dem Strömungsmedium gefüllte Druckräume. Zur Bewegung des Kol­ bens und damit der Kolbenstange in dem Druckrohr weist der Kolben ein Ventil zur Strömungsverbindung der beiden Druckräume auf. Bei geschlossenem Ventil ist eine Bewegung des Kolbens und damit der Kolbenstange bei Vorliegen eines in­ kompressiblen Strömungsmediums nicht und bei Vorliegen eines kompressiblen Strömungsmediums nur begrenzt möglich. Bei geöffnetem Ventil ist dagegen bei beiden Arten des Strömungsmediums eine im Wesentlichen nur durch den Strö­ mungsquerschnitt des Ventils begrenzte Bewegung des Kolbens und damit der Kolbenstange in dem Druckrohr möglich.

Wie bereits oben erwähnt, ist bei Verwendung eines kompressiblen Strömungsme­ diums eine federnde Blockierung erreichbar, so dass trotz einer Positionsvorgabe der Kolbenstange in dem Druckrohr ein Federeffekt erhalten bleibt. Zum Erhalt die­ ses Federeffekts bei Verwendung eines inkompressiblen Strömungsmediums ist bei einer bekannten Gasfeder ein zusätzliches kompressibles Strömungsmedium in dem Druckrohr vorgesehen, welches an das inkompressible Strömungsmedium an­ grenzt. Die Trennung der beiden Medien kann über einen Trennkolben erfolgen, was eine lageunabhängige Funktion der Gasfeder gewährleistet. Auf einen derarti­ gen Trennkolben kann verzichtet werden, wenn die Separierung der beiden Medien aufgrund der Einbaulage der Gasfeder und damit aus physikalischen Gründen von selbst erhalten bleibt. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn eine in Einschub­ richtung blockierte Gasfeder derart angeordnet ist, dass die Kolbenstange nach oben aus dem Druckrohr heraus zeigt. Dabei ist das kompressible Strömungsme­ dium in Form beispielsweise eines Gases oberhalb des inkompressiblen Strö­ mungsmediums in Form beispielsweise eines Öles angeordnet, wobei die Trennung zwischen Öl und Gas ohne Trennkolben erhalten bleibt. Dasselbe gilt für eine in Ausschubrichtung blockierte Gasfeder, bei der die Kolbenstange nach unten aus dem Druckrohr herausragt.

Die Bezeichnung einer Gasfeder als starr blockierte Gasfeder bedeutet demnach, dass die Kolbenstange lediglich in eine Richtung starr und in die andere Richtung federnd blockiert ist. Bei einer federnd blockierten Gasfeder liegt dagegen eine fe­ dernde Blockierung sowohl in Ausschub- als auch in Einschubrichtung vor.

Bei den bekannten Gasfedern werden die Federeigenschaften bereits bei der Her­ stellung der Gasfeder festgelegt und hängen im wesentlichen von dem Fülldruck des kompressiblen Strömungsmediums ab. Wird eine Gasfeder der in Rede ste­ henden Art des weiteren zur Höhenverstellung eines Schreibtischstuhls oder eines Schreibtisches verwendet, so ist es zur Höhenverstellung jeweils erforderlich, die Blockierung zu entarretieren und den Sitzbereich bzw. die Tischplatte im wesentli­ chen mit eigener Kraft anzuheben. Dies ist sehr unbequem und insbesondere im Falle von schweren Tischplatten für bereits rückengeschädigte Personen zusätzlich äußerst gesundheitsschädlich.

Aus der DE-AS 10 64 356 ist eine gattungsbildende Gasfeder bekannt, die als hyd­ ropneumatische Abfederung für Fahrzeuge ausgestaltet ist. Dort wird eine Kolben­ stange in einem Druckrohr teleskopartig geführt. Sie ist in Ausschubrichtung mittels eines in dem Druckrohr gefangenen inkompressiblen Strömungsmediums blockier­ bar. An das inkompressible Strömungsmedium grenzt ein kompressibles Strö­ mungsmedium in einem Druckraum an. Das kompressible Strömungsmedium ist durch Bewegen der Kolbenstange druckbeaufschlagbar und druckentlastbar. Das Druckrohr umfasst überdies ein Ventil für die Zufuhr des kompressiblen Strö­ mungsmediums in den Druckraum.

Bei der aus der DE-AS 10 64 356 bekannten Gasfeder hängt die Federeigenschaft - so beispielsweise die Federkonstante - im Wesentlichen vom Fülldruck des kom­ pressiblen Strömungsmediums ab. Der Fülldruck kann ohne Bewegung der Kolben­ stange durch Zufuhr weiteren kompressiblen Strömungsmediums über das Ventil erhöht werden. Dabei können jedoch Verunreinigungen in das kolbennahe Innere der Gasfeder eindringen, die die Bewegbarkeit der Kolbenstange und damit die Funktionstüchtigkeit der Gasfeder beeinträchtigen.

Aus der DE 42 31 991 A1 ist ebenfalls eine Gasfeder bekannt, die als Kolbenspei­ cher für hydraulische Schwingungsdämper ausgestaltet ist. Sie umfasst eine Ventil­ anordnung, die zwei Gasräume über ein elektromagnetisch betätigbares Zwei- Wege-Ventil verbindet.

Aus der DE-AS 12 86 916 ist eine Vorrichtung bekannt, die als Zylinder mit doppel­ wirkendem Kolben für hydropneumatische Federungen ausgestaltet ist. Diese Vor­ richtung umfasst ein Druckrohr und eine Kolbenstange. Dort ist von einer Änderung der Federhärte über mehrere hydropneumatische Federelemente die Rede, die am kolbenstangenfernen Ende des Druckrohrs angeordnet sind.

Aus der WO 97/05401 ist eine Anordnung bekannt, bei der Hohlräume gegen die Rückstellkräfte von Spiralfedern mit inkompressiblem Strömungsmedium gefüllt werden. Diese Anordnung dient als Neigungskontrollapparatur für Fahrzeuge und hat keineswegs die Funktion einer Gasfeder.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Gasfeder der gattungsbildenden Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass eine Verän­ derung der Federkonstanten unter Beibehaltung eines sicheren Betriebs der Gas­ feder möglich ist.

Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Pa­ tentanspruches 1 gelöst. Danach ist die hier in Rede stehende Gasfeder derart ausgestaltet und weitergebildet, dass das inkompressible Strömungsmedium in dem Druckrohr gefangen und das kompressible Strömungsmedium unanhängig von der Kolbenposition bewusst von außen druckbeaufschlagbar und druckentlastbar ist.

In erfindungsgemäßer Weise ist erkannt worden, dass eine Druckbeaufschlagung bzw. eine Druckentlastung des kompressiblen Strömungsmediums die obige Auf­ gabe auf überraschend einfache Weise insgesamt löst. Durch eine derartige Druck­ beaufschlagung oder -entlastung lässt sich einerseits die Federcharakteristik der Gasfeder in gewünschter Weise variieren und andererseits eine Positionsänderung der Blockierstellung der Kolbenstange erreichen. Hierzu ist es lediglich erforderlich, dass während oder im Anschluss an die Druckbeaufschlagung oder Druckentlas­ tung die Gasfeder entblockiert bzw. ausgelöst wird. Ein wesentlicher Krafteinsatz durch eine Person ist bei einer derartigen Positionsänderung nicht mehr erforder­ lich.

Insbesondere bei der Höhenverstellung eines Büroschreibtisches, der oftmals mit schweren Gegenständen wie beispielsweise einem Computermonitor oder schwe­ ren Büchern beladen ist, ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Gasfeder beson­ ders vorteilhaft.

Folglich ist mit der erfindungsgemäßen Gasfeder eine Gasfeder realisiert, bei der eine Variierung einerseits der Federcharakteristik und andererseits der Blockierstel­ lung der Kolbenstange relativ zu dem Druckrohr auf bequeme Weise und mit kon­ struktiv einfachen Mitteln erreicht ist.

Im Hinblick auf ein besonders gut handhabbares und dabei gleichzeitig preiswertes inkompressibles Strömungsmedium könnte das inkompressible Strömungsmedium ein Öl sein. Im gleichen Sinne könnte das kompressible Strömungsmedim ein Gas sein, wobei hier Stickstoff besonders vorteilhaft ist.

Zur Realisierung einer Gasfeder, die unabhängig von ihrer Einbaulage ausschub- oder einschubblockiert ist, könnte zwischen dem inkompressiblen und dem kom­ pressiblen Strömungsmedium ein Trennkolben vorgesehen sein. Je nach Einbaulage der Gasfeder wäre damit ein Vermischen der Strömungsmedien in Form von beispielsweise Öl und Gas vermieden.

In konstruktiv besonders einfacher Weise könnten die Druckbeaufschlagung und die Druckentlastung von der dem inkompressiblen Strömungsmedium abgewandten Seite des kompressiblen Strömungsmedium aus erfolgen. Hierzu könnte an der dem inkompressiblen Strömungsmediums abgewandten Seite des kompressiblen Strömungsmediums ein gegebenenfalls zweiter Trennkolben vorgesehen sein. Da­ mit wäre in besonders einfacher Weise eine Druckbeaufschlagung des kompres­ siblen Strömungsmediums möglich, indem der gegebenenfalls zweite Trennkolben von außerhalb des Druckrohrs aus bewegt wird. Hierbei wäre ein besonders homo­ gener Aufbau der Gasfeder realisiert.

Mit der oben beschriebenen Ausgestaltung wären somit zwei Trennkolben innerhalb des Druckrohrs vorgesehen, die das kompressible Medium gegen den übrigen Be­ reich des Innenraums des Druckrohrs abdichten.

In besonders komfortabler Weise könnte die Bewegung des zweiten Trennkolbens über einen Elektromotor erfolgen. Des Weiteren wäre auch eine Bewegung über einen Kurbel- oder Drehspindelantrieb denkbar.

Hinsichtlich eines besonders kompakten Aufbaus der Gasfeder könnte der Elektro­ motor oder der Kurbel- oder Drehspindelantrieb in das Druckrohr integriert sein.

Alternativ zu den oben beschriebenen Bewegungsarten des gegebenenfalls zwei­ ten Trennkolbens könnte die Bewegung auch über ein gegebenenfalls weiteres, dem Druckrohr zuführbares und aus dem Druckrohr abführbares inkompressibles Strömungsmedium erfolgen. Hierbei könnte ein Teilbereich des Innenraums des Druckrohrs als Aufnahme- und/oder Ausgleichsbehälter für das inkompressible Strömungsmedium dienen, welcher durch den gegebenenfalls zweiten Trennkolben von dem kompressiblen Strömungsmedium separiert wäre.

Im Hinblick auf eine einfache Zu- und/oder Abfuhr des gegebenenfalls weiteren in­ kompressiblen Strömungsmediums könnte das Druckrohr einen seitlichen Anschluss aufweisen. Ein derartiger seitlicher Anschluss würde einer Behinderung des Einbaus der Gasfeder an ihren Enden verhindern.

Hinsichtlich einer besonders komfortablen Ausgestaltung könnte die Zu- und/oder Abfuhr des gegebenenfalls weiteren inkompressiblen Strömungsmediums über eine elektrische Pumpe oder alternativ hierzu über eine Fußpedalpumpe erfolgen. Dabei ist in jedem Falle gewährleistet, dass bei einer Höhenveränderung der Blockierstel­ lung der Gasfeder ein nur minimaler Kraftaufwand durch den Benutzer erforderlich ist.

Das gegebenenfalls weitere inkompressible Strömungsmedium könnte in beson­ ders einfacher Weise ein Öl sein.

Zur Höhenverstellung der Blockierposition ist es erforderlich, dass die Gasfeder während oder nach der Druckbeaufschlagung oder Druckentlastung ausgelöst wird. Diesbezüglich könnte die Druckbeaufschlagung bzw. -entlastung gleichzeitig mit der Entblockierung bzw. Auslösung der Gasfeder erfolgen. Eine Kopplung der beiden Vorgänge wäre denkbar. Die Entblockierung bzw. Auslösung könnte dabei durch Öffnen eines Ventils eines am inneren Ende der Kolbenstange angeordneten Kol­ bens erfolgen.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfol­ gende Erläuterung zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im allge­ meinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 in einer schematischen Seitenansicht ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Gasfeder, wobei die Gasfeder in Einschub­ richtung starr blockiert ist, und

Fig. 2 in einer schematischen Seitenansicht ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Gasfeder, wobei die Gasfeder in Aus­ schubrichtung starr blockiert ist.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein erstes Ausführungsbeispiel ei­ ner erfindungsgemäßen Gasfeder. Die Gasfeder weist ein Druckrohr 1 und eine Kolbenstange 2 auf, wobei die Kolbenstange 2 in dem Druckrohr 1 teleskopartig geführt und in Einschubrichtung starr blockiert ist. Zur Blockierung wird ein in dem Druckrohr 1 gefangenes inkompressibles Strömungsmedium 3 in Form von Öl ver­ wendet. Aufgrund der Inkompressibilität des Strömungsmediums 3 ist eine Bewe­ gung der Kolbenstange 2, welche an ihrem inneren Ende einen Kolben 11 mit ei­ nem Ventil aufweist, in Einschubrichtung und bei geschlossenem Ventil nicht mög­ lich. Eine in Einschubrichtung verlaufende Bewegung der Kolbenstange 2 ist ledig­ lich bei geöffnetem Ventil durchführbar.

Zur Gewährleistung der Federfunktion der Gasfeder grenzt an das inkompressible Strömungsmedium 3 ein kompressibles Strömungsmedium 4 an, welches durch einen Trennkolben 5 von dem inkompressiblen Strömungsmedium 3 getrennt ist. Folglich ist bei der in Fig. 1 gezeigten Gasfeder eine Bewegung der Kolbenstange 2 in Einschubrichtung nicht möglich und in Ausschubrichtung durch das kompressible Strömungsmedium 4 gefedert.

An der dem inkompressiblen Strömungsmedium 3 abgewandten Seite 6 des kom­ pressiblen Strömungsmediums 4 ist ein zweiter Trennkolben 7 vorgesehen. Mittels des Trennkolbens 7 erfolgt eine Druckbeaufschlagung oder eine Druckentlastung von der dem inkompressiblen Strömungsmedium 3 abgewandten Seite 6 des kom­ pressiblen Strömungsmediums 4 aus. Hierzu ist der zweite Trennkolben 7 von au­ ßerhalb des Druckrohrs 1 aus bewegbar. Zur Druckbeaufschlagung bzw. Druck­ entlastung und damit Bewegung des Trennkolbens 7 weist das Druckrohr 1 einen seitlichen Anschluss 9 für ein weiteres inkompressibles Strömungsmedium 8 in Form von Öl auf. Bei dem in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels erfolgt die Zu- und Abfuhr des Weiteren inkompressiblen Strömungsmediums 8 über eine elektrische Pumpe 10. Alternativ hierzu könnte auch eine Fußpedalpumpe vorge­ sehen sein.

Durch die Druckbeaufschlagung und Druckentlastung des kompressiblen Strö­ mungsmediums 4 über das inkompressible Strömungsmedium 8 lässt sich bei ge­ schlossenem Ventil bzw. bei nicht ausgelöster Gasfeder die Federcharakteristik der Gasfeder variieren und gegebenenfalls ein Vordruck erzeugen. Wird nach erfolgter Druckbeaufschlagung oder Druckentlastung die Gasfeder ausgelöst bzw. das Ventil geöffnet, so lässt sich die Position der Kolbenstange verändern. Hierdurch ist eine Höhenverstellung beispielsweise eines Schreibtisches ermöglicht.

Zur Auslösung der Gasfeder ist ein Ventilstößel 12 vorgesehen. Die Druckbeauf­ schlagung bzw. -entlastung und die Auslösung könnten hinsichtlich eines beson­ ders einfachen Veränderns der Blockierstellung gleichzeitig erfolgen. Hierzu wäre eine Kopplung dieser beiden Vorgänge denkbar.

Fig. 2 zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Gasfeder, wobei gegenüber dem ersten Ausführungsbei­ spiel gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Die Gasfeder ist in Ausschubrichtung starr blockiert.

Fig. 2 zeigt die Gasfeder in einer Einbaulage, in der die Kolbenstange 2 aus dem Druckrohr 1 nach unten herausragt. Aufgrund der Dichteunterschiede zwischen dem inkompressiblen Strömungsmedium 3 und dem kompressiblen Strömungsme­ dium 4 ist bei dieser Einbaulage kein Trennkolben 7 erforderlich. Hinsichtlich der Einbaulage ist lediglich wesentlich, dass der Kolben 11 stets mit dem inkompres­ siblen Strömungsmedium 3 bedeckt ist.

Zusammenfassend ist mit der erfindungsgemäßen Gasfeder eine Gasfeder reali­ siert, bei der eine Variierung einerseits der Federcharakteristik und andererseits der Blockierstellung der Kolbenstange 2 relativ zu dem Druckrohr 1 auf bequeme Weise und mit konstruktiv einfachen Mitteln erreicht ist.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfin­ dungsgemäßen Lehre wird einerseits auf den allgemeinen Teil der Beschreibung und andererseits auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.

Abschließend sei ganz besonders hervorgehoben, dass die zuvor rein willkürlich gewählten Ausführungsbeispiele lediglich zur Erörterung der erfindungsgemäßen Lehre dienen, diese jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele einschränken.

Claims (16)

1. Gasfeder mit einem Druckrohr (1) und einer Kolbenstange (2), wobei die Kol­ benstange (2) in dem Druckrohr (1) teleskopartig geführt und in Ausschub- oder in Einschubrichtung mittels eines in dem Druckrohr (1) befindlichen inkompressiblen Strömungsmediums (3) blockierbar ist und wobei an das inkompressible Strömungsmedium (3) ein kompressibles Strömungsmedium (4) angrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass das inkompressible Strömungsme­ dium (4) in dem Druckrohr gefangen und das kompressible Strömungsmedium (4) unanhängig von der Kolbenposition bewusst von außen druckbeaufschlagbar und druckentlastbar ist.

2. Gasfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das inkompres­ sible Strömungsmedium (3) ein Öl ist.

3. Gasfeder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das kom­ pressible Strömungsmedium (4) ein Gas ist.

4. Gasfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem inkompressiblen und dem kompressiblen Strömungsmedium (3, 4) ein Trennkolben (5) vorgesehen ist.

5. Gasfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeaufschlagung und die Druckentlastung von der dem inkompressiblen Strömungsmedium (3) abgewandten Seite (6) des kompressiblen Strömungsme­ diums (4) aus erfolgen.

6. Gasfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem inkompressiblen Strömungsmedium (3) abgewandten Seite (6) des kompressiblen Strömungsmediums (4) ein ggf. zweiter Trennkolben (7) vorgesehen ist.

7. Gasfeder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der ggf. zweite Trennkolben (7) von außerhalb des Druckrohrs (1) aus bewegbar ist.

8. Gasfeder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung über einen Elektromotor erfolgt.

9. Gasfeder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung über einen Kurbel- oder Drehspindelantrieb erfolgt.

10. Gasfeder nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor oder der Kurbel- oder Drehspindelantrieb in das Druckrohr (1) integ­ riert sind.

11. Gasfeder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung über ein ggf. weiteres, dem Druckrohr (1) zuführbares und aus dem Druckrohr (1) abführbares inkompressibles Strömungsmedium (8) erfolgt.

12. Gasfeder nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckrohr (1) einen seitlichen Anschluss (9) für das ggf. weitere inkompressible Strömungs­ medium (8) aufweist.

13. Gasfeder nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zu- und/oder Abfuhr des ggf. weiteren inkompressiblen Strömungsmediums (8) eine elektrische Pumpe (10) oder eine Fußpedalpumpe vorgesehen ist.

14. Gasfeder nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das ggf. weitere inkompressible Strömungsmedium (8) ein Öl ist.

15. Gasfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeaufschlagung bzw. -entlastung gleichzeitig mit der Entblockierung bzw. Auslösung der Gasfeder erfolgt.

16. Gasfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Entblockierung bzw. Auslösung durch Öffnen eines Ventils eines am inne­ ren Ende der Kolbenstange (2) angeordneten Kolbens (11) erfolgt.