DE19744306C1 - Verstelleinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung mit veränderbarer Kraftwirkung.

Verstelleinrichtungen insbesondere in der Anwendung bei höhenverstellbaren Arbeits­ platten, sind in der Regel auf eine zweckbestimmte Belastung ausgelegt. Man geht von einem eindeutigen Belastungsspektrum aus, das von der Haltekraft der Verstelleinrich­ tung abgedeckt werden muß. Die maximal auftretende Gewichtskraft wird als Betriebs­ kraft für die Auslegung der Verstelleinrichtung herangezogen. Letztlich kann man aber nicht für jeden erdenklichen Einsatzfall die optimale Kraftunterstützung durch die Ver­ stelleinrichtung bieten.

Die DE 38 17 102 C2 beschreibt einen höhenverstellbaren Tisch, bei dem eine Gasfeder Teil einer Verstelleinrichtung ist, wobei die wirksame Haltekraft der Gasfeder einstellbar ist. Die Gasfeder verfügt über einen verstellbaren Kraftangriffspunkt auf einer Kurven­ bahn. Dadurch kann die Betriebskraft der Gasfeder in eine Haltekraft und eine Querkraft aufgeteilt werden. Genutzt wird nur die Haltekraft. Folglich ist die Querkraft als Ver­ lustkraft zu bewerten. Des weiteren muß die Querkraft von einem Lager aufgenommen werden. Als weiterer Nachteil ist anzusehen, daß die Einstellung der Haltekraft nur sehr schwer reproduzierbar ist. Grundsätzlich sind Lagerstellen mit Kurvenbahnen nicht un­ bedingt kostengünstig in der Herstellung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verstelleinrichtung zu realisieren, deren Anpassung an die auf das zu bewegende Bauteil wirksamen Kräfte mit geringem Aufwand einstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Patentanspruch 1 gelöst.

Der gezielte Einsatz einer oder mehrerer Kraftspeicher ermöglicht eine leichte Anpassung an die Kräfte, die auf das zu bewegende Bauteil wirken. Komplizierte Lagerstellen, wie aus dem Stand der Technik bekannt, können vermieden werden. Des weiteren besteht die Möglichkeit, daß die Krafteinstellung sehr leicht reproduzierbar ist, da man die Kraftspeicheransteuerung stets mit gleicher Wirkung wiederholen kann. Durch die Trag­ kraft der einzelnen Kraftspeicher kann der Bereich des gesamten Kraftspektrums be­ stimmt werden. Wählt man beispielsweise 6 baugleiche Kraftspeicher, so erhält man Betriebspunkte auf einer linearen Kennlinie. Entsprechend kann man auch Kraftspeicher einsetzen, deren Betriebskraft geometrisch gestuft ausgeführt sind. Damit läßt sich auch eine progressive oder auch degressive Gesamtkennlinie erreichen.

Des weiteren ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß der Kraftspeicher als eine blockierbare Gasfeder ausgeführt ist, umfassend einen Zylinder, in dem eine Kolbenstange axial be­ weglich ausgeführt ist, mit einem Blockierventil, das extern ansteuerbar ist. Gasfedern haben den Vorteil im Vergleich zu anderen Federn, daß mit sehr geringem Aufwand, nämlich durch Änderung des Fülldrucks die Druckkraft variiert werden kann, ansonsten aber gleichartige Bauteil eingesetzt werden können. Es lassen sich auch relativ kleine Federraten ermöglichen mit einem großen Verstellbereich ausführen, ohne daß Füh­ rungsprobleme, wie Federschiefstand oder Knickungen, wie bei Schraubendruckfedern, auftreten. Ein weiterer Vorteil der blockierbaren Gasfeder liegt darin, daß die Blockier­ funktion konstruktiv einfach und vom Design gefälliger gelöst werden kann.

Nach einem weiteren Merkmal ist das Blockierventil in einem Kolben angeordnet, der den Zylinder in zwei Arbeitsräume unterteilt, wobei das Blockierventil über eine hohl ausgeführte Kolbenstange der Gasfeder ansteuerbar ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung besteht die lösbare Lagerstelle aus zwei Kon­ taktflächen, von denen eine erste dem Kraftspeicher zugeordnet ist. Die Lagerstelle ist als ein einfaches Auflager ausgeführt, das nur in Richtung der Kontaktfläche Druckkräf­ te übertragen kann. Der Benutzer der Verstelleinrichtung wird nicht genötigt, die Lager­ stellen je nach Bedarf manuell zu lösen.

In einer ersten Ausführungsform ist der Zylinder der Gasfeder lagefest angeordnet. Al­ ternativ kann der Kraftspeicher axial beweglich in einer Außenführung geführt sein, wobei die Außenführung einen Boden mit einer Abstützfläche als Lagerstelle für den Kraftspeicher aufweist.

Als besondere Komfortmaßnahme umfaßt die Schalteinrichtung ein Schaltwerk, dessen Steuerflächen Auslöseeinrichtungen für die Kraftspeicher ansteuern. So kann die Schalteinrichtung eine Schaltwelle aufweisen, an der die Steuerflächen in Form von Nocken ausgebildet sind. Versieht man die Schaltwelle mit einer Einstellungsmarkierung, so kann der Benutzer ohne eigene Überlegungen die mit der Schaltstellung verbundene Haltekraft der/des Kraftspeicher(s) wiederholsicher einstellen.

Zumindest bei Anwendungen ohne mechanische Festhalteeinrichtung umfaßt die Schalteinrichtung eine Blockierstellung für sämtliche Kraftspeicher.

Für den Fall, daß zwischen den zu bewegenden Bauteilen eine mechanische Arretierung vorliegt, weist die blockierbare Gasfeder ein Schaltventil auf, das in Einfahrrichtung der Kolbenstange die durch den Kolben getrennten Arbeitsräume der Gasfeder verbindet. Der Kraftspeicher bzw. die Gasfeder muß nur solange die Haltekräfte aufbringen, bis die Arretierung eingreift. Wird die Arretierung gelöst, so kann die Gasfeder ohne Betäti­ gung der Schalteinrichtung eingeschoben werden, da das Blockierventil über das Schalt­ ventil umgangen wird.

So ist vorgesehen, daß das Schaltventil aus einem reibkraftgesteuerten Schaltring inner­ halb einer Ventilnut besteht, wobei die Ventilnut in Abhängigkeit der Schaltstellung des Schaltringes die beiden Arbeitsräumen verbindet.

Um die notwendigen Einstellkräfte auf ein komfortables Maß zu beschränken, weist die die Schalteinrichtung ein Getriebe auf, dessen Eingangsseite mit einer Einstelleinrichtung und dessen Ausgangsseite mit der Schaltwelle wirkverbunden ist. Das Getriebe ist mit einer Untersetzung ausgelegt. Daraus ergibt sich der Vorteil, daß relativ kleine Steuerflä­ chen sehr genau angefahren werden können, da sich durch die Untersetzung eine Ver­ größerung des Einstellweges eintritt. Mühseliges Nachstellen entfällt.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Fig. 1 Prinzipdarstellung der Einbausituation

Fig. 2 weitere Ausführung der Verstelleinrichtung

Fig. 3 Detaildarstellung der Schalteinrichtung

Fig. 4a-c Detaildarstellung der Ventile in der Gasfeder

Fig. 5 Schnitt durch eine Gasfeder zu der Ausführung von Fig. 1

Die Fig. 1 zeigt eine Verstelleinrichtung 1 in der Anwendung für einen höhenverstellba­ ren Tisch 3. Der Tisch verfügt über mehrere teleskopierbare Säulen 5 zwischen einem Basisteil 7 und einem zu bewegenden Teil 9. Zwischen dem Basisteil und dem zu bewe­ genden Teil sind mindestens zwei Kraftspeicher 11 als Bauteile der Verstelleinrichtung angeordnet. In dieser Darstellung kommen Gasfedern zur Anwendung. Die Gasfedern bestehen aus einem Zylinder 13, in dem eine Kolbenstange 15 axial beweglich ange­ ordnet ist. Diese Variante verfügt über lagefeste Zylinder am Basisteil, hingegen sind Lagerstellen 17 an der Kolbenstange lösbar ausgeführt. Dabei bestehen die Lagerstellen aus Kontaktflächen 19a/19b, die als einfache Auflager ausgebildet sind. Damit bei einer ungleichseitigen Krafteinleitung durch einen der Kraftspeicher kein Schiefstand des zu bewegenden Bauteils eintreten kann, verfügt der höhenverstellbare Tisch über eine Syn­ chronisationseinrichtung in der Bauform mehrerer Zahnstangengetriebe 21, die über eine Welle 23 verbunden sind.

In der Fig. 1 sind beispielhaft 6 Kraftspeicher ausgeführt, von denen zwei wirksam sind. Die Summe der tatsächlichen Betriebskraft der Verstelleinrichtung berechnet sich aus den beiden wirksamen Betriebskräften der eingesetzten Kraftspeicher. Die anderen Kraftspeicher sind gezielt von der Verstellbewegung abgekoppelt.

Die Fig. 2 zeigt losgelöst die Verstelleinrichtung, wobei die Lagerstellen 17 zwischen der Gasfeder und dem Basisteil alternativ zur Fig. 1 ausgeführt ist, indem der Zylinder 13 der Gasfedern 11 in einer Außenführung 25 mit einem Boden 27 geführt ist, wobei der Bo­ den die Abstützfläche 28 für den Zylinder 13 darstellt.

Wie bereits ausgeführt, werden als Kraftspeicher bevorzugt Gasfedern eingesetzt. Diese Gasfeder 31 sind jeweils durch ein Blockierventil 29 (s. Fig. 4a, 5) blockierbar. Die Blockierventile der Gasfedern können durch eine Schalteinrichtung 31 selektiv angesteuert werden. Zu der Schalteinrichtung gehört ein Schaltwerk 33, das auch eine Schaltwelle 35 aufweist, an der Steuerflächen 37 in Form von Nocken ausgebildet sind (Fig. 3). An den Steuerflä­ chen greifen wiederum Auslöseeinrichtungen 39 für die einzelnen Blockierventile der Gasfedern an. Die Auslöseeinrichtungen werden von Kipphebeln 41 gebildet.

Als weiterer Baugruppe umfaßt die Schalteinrichtung 31 ein Getriebe 43, das für eine Untersetzung zwischen einer Einstelleinrichtung 45 und der Schaltwelle 35 sorgt. Damit soll die notwendige Handkraft für die Deblockierung der benötigten Gasfedern reduziert werden.

Die Einstellung der gewünschten Haltekraft der Verstelleinrichtung läuft wie folgt ab. Auf das zu bewegenden Teil 9 des Tisches 3 wird eine neue Last gelegt. Danach wird eine nicht dargestellte Feststelleinrichtung zwischen dem Basisteil 7 und dem zu bewegen­ den Teil gelöst. Das zu bewegende Teil des Tisches muß in eine untere, am besten die niedrigste Höheneinstellung gebracht werden. Die nicht benötigten Gasfedern 11 wer­ den über die Blockierventile 29 blockiert, so daß die Kolbenstangen 15 nicht ausfahren können. Ist die Masse der Last auf dem zu bewegenden Teil bekannt, wird über die Ein­ stelleinrichtung 45 gezielt eine Tragkraft eingestellt. Diese Einstellung ist verbunden mit einer definierten Freischaltung der Blockierventile einzelner Gasfedern, deren Haltekräfte sich additiv überlagern. Der Tisch wird daraufhin aufgrund der Tragkraft der deblockierten Gasfeder angehoben. Bei unbekannten Lasten muß ggf. die Einstellung der Haltekraft wiederholt werden. Die blockierten Gasfedern können keine Haltekräfte bereitstellen. Je nach Aus­ führungsform lösen sich, wie in der Fig. 1 die Lagerstelle an der Kolbenstange, oder, wie in der Fig. 2 möglich, der Zylinder wird in der Außenführung angehoben und steht nicht mehr mit dem Boden 27 des Überrohres in Kontakt. Letztlich wird die Blockierfunktion der Gasfedern bei einer mechanischen Arretierung zwischen den zu bewegenden Tisch­ teilen nur für die Ansteuerung der einzelnen Gasfedern benötigt. Selbstverständlich kann man die eingesetzten Gasfedern auch in der vorgesehenen Einstellhöhe blockie­ ren, da die Schalteinrichtung an dem zu bewegenden Bauteil angeordnet ist und somit stets griffbereit ist.

Die Fig. 2 zeigt die Anwendung von Gasfedern mit einem Blockierventil in einem Kol­ ben 47.

Ein Blockierventil 29 im Kolben 47 ist in der Fig. 4a dargestellt. Der Kolben verfügt über eine Strömungsverbindung 49 zwischen den zwei beiden Arbeitsräumen 51; 53 der Gasfe­ der, die mit Gas oder ggf. einer Flüssigkeit gefüllt sind. In der Strömungsverbindung ist ein axial verschiebbarer Ventilstößel 55 angeordnet, der eine Einschnürung 57 aufweist. Eine Buchse 59 sorgt für eine Führung des Ventilstößels. Am anderen Ende der Ein­ schnürung ist ein Dichtring 61 eingekammert, der mit einer Dichtfläche 63 des Ven­ tilstößels zusammenwirkt. Sobald die Einschnürung des Ventilstößels mit dem Dichtring in Überdeckung gebracht wird, ist die Dichtwirkung aufgehoben und die beiden Ar­ beitsräume 51; 53 sind miteinander verbunden. Die Gasfeder führt eine Hubbewegung aus.

Die Ansteuerung der Hubbewegung erfolgt über eine Stellstange 65 innerhalb einer hohlen Kolbenstange 15, die wiederum mit der Auslöseeinrichtung der Schalteinrich­ tung in Verbindung steht. Der Betriebsdruck in der Gasfeder sorgt dafür, daß die Ver­ bindung zwischen dem Ventilstößel und der Auslöseeinrichtung spielfrei ist. Sofern es möglich ist, kann anstelle der mechanischen Schalteinrichtung auch eine elektromagne­ tisch wirkende Schalteinrichtung eingesetzt werden, beispielsweise bei Bürotischen, die in der Regel schon für Computer oder Beleuchtungen elektrische Anschlüsse aufweisen.

Neben dem Blockierventil verfügt der Kolben auch über ein Schaltventil 67, das von ei­ nem axial beweglichen Schaltring 69 innerhalb einer Ventilnut 71 gebildet wird. Der Schaltring steht unter radialer Vorspannung zur Innenwandung des Zylinders 13. Je nach Bewegungsrichtung verschiebt die Reibkraft zwischen dem Zylinder und dem Ventilring diesen an die eine oder andere Nutseitenwand 73; 75. Die Ventilnut verfügt über mindestens eine Anschlußöffnung 77 an den oberen Arbeitsraum 51. Folglich ist das Schaltventil geöffnet, wenn der Schaltring an der dem oberen Arbeitsraum nächst­ gelegenen Nutseitenwand 73 an liegt, da dann über die Anschlußöffnung(en), die Ven­ tilnut und einem fertigungsbedingten Spalt 79 zwischen dem Kolben 47 und dem Zylin­ der 13 eine Verbindung zwischen den beiden Arbeitsräumen 51; 53 vorliegt. Unabhän­ gig von der Schaltstellung des Blockierventils kann dann die Kolbenstange eingefahren oder das zu bewegende Teil abgesenkt werden.

Mit den Fig. 4b und 4c soll dokumentiert werden, daß runde oder eckige Schaltringe gleichermaßen eingesetzt werden können.

In der Ausführungsform der Fig. 1 kann das Schaltwerk auch an dem Basisteil angeord­ net sein, wobei als Gasfeder eine Ausführung nach der Fig. 5 einzusetzen ist, damit eine ausreichend große Kontaktfläche 19 als Lagerstelle 17 zur Verfügung. Die Gasfeder nach der Fig. 4 verfügt über ein Druckrohr 81, das von dem Kolben 47 an der Kolben­ stange 15 in zwei Arbeitsräume 51; 53 unterteilt wird. Konzentrisch zum Druckrohr ist der Zylinder 13 angeordnet, wobei der Innendurchmesser des Zylinders 13 größer aus­ geführt ist als der Außendurchmesser des Druckrohres 81. Der dadurch entstandene Ringraum 83 verbindet einerseits über eine Überströmöffnung 85 im Druckrohr 71 den oberen Arbeitsraum 51 mit dem unteren Arbeitsraum 53, wobei am Boden des Druck­ rohres das von außen ansteuerbares Blockierventil 29 montiert ist. Ein Überrohr 87 schließt den Zylinder ein, wobei das Überrohr mit dem Basisteil 7 fest verbunden ist. Das Überrohr dient zur Aufnahme der mechanischen Querkraftbelastung auf die Gasfeder. Am Basisteil ist wiederum prinzipiell die Auslöseeinrichtung 39 dargestellt. Konstruktiv ist es vorteilhaft, aber nicht zwanghaft notwendig, wenn die Auslöseeinrichtung und die Ventilansteuerung an der selben Bauteilkomponente befestigt sind.

Im übrigen kann das Schaltventil der Fig. 4a auch im Kolben der Fig. 5 eingesetzt wer­ den.

Claims (12)

1. Verstelleinrichtung (1) mit veränderbarer Kraftwirkung, umfassend mindestens zwei Kraftspeicher (11), insbesondere Gasfedern, die zwischen einem Basisteil (7) und ei­ nem zu bewegenden Teil (9) an Lagerstellen (17) angeordnet sind, mit einer Schalt­ einrichtung (31), die die Hubbewegung der Kraftspeicher (11) selektiv freischaltet, wobei von den Lagerstellen der einzelnen Kraftspeicher jeweils eine Lagerstelle lös­ bar ausgeführt ist, so daß die wirksame Betriebskraft auf das zu bewegende Bauteil von der Summe der freigeschalteten Kraftspeicher gebildet wird und mindestens ein Kraftspeicher von der Hubbewegung abkoppelbar ist.

2. Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftspeicher (11) als eine blockierbare Gasfeder ausgeführt ist, umfassend einen Zylin­ der (13), mit axial beweglicher Kolbenstange (15) und extern ansteuerbarem Blockierventil (29).

3. Verstelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Blockierventil (29) in einem Kolben (47) angeordnet ist, der den Zylin­ der (13) in zwei Arbeitsräume (51; 53) unterteilt, wobei das Blockierventil über eine hohl ausgeführte Kolbenstange (15) der Gasfeder ansteuerbar ist.

4. Verstelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (13) der Gasfeder (11) lagefest angeordnet ist.

5. Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftspeicher (11) axial beweglich in einer Außenführung (25) geführt ist, wobei die Außenführung einen Boden (27) mit einer Abstützfläche (28) für den Kraftspeicher (11) aufweist.

6. Verstelleinrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare Lagerstelle (17) aus zwei Kontaktflächen (19a; 19b) besteht, von denen eine erste dem Kraftspeicher (11) zugeordnet ist.

7. Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (31) ein Schaltwerk (33) umfaßt, dessen Steuerflächen (37) Auslöseeinrichtungen (39) für die Kraftspeicher (11) ansteuern.

8. Verstelleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (31) eine Blockierstellung für sämtliche Kraftspeicher (11) um­ faßt.

9. Verstelleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (31) eine Schaltwelle (35) aufweist, an der die Steuerflä­ chen (37) in Form von Nocken ausgebildet sind.

10. Verstelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die blockierbare Gasfeder (11) ein Schaltventil (67) aufweist, das in Einfahrrich­ tung einer Kolbenstange (15) zwei durch einen Kolben (47) getrennte Arbeitsräu­ me (51; 53) der Gasfeder verbindet.

11. Verstelleinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil (67) aus einem reibkraftgesteuerten Schaltring (69) innerhalb einer Ventilnut (71) besteht, wobei die Ventilnut in Abhängigkeit der Schaltstellung des Schaltringes mit beiden Arbeitsräumen (51; 53) verbindbar ist.

12. Verstellelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (31) ein Getriebe (43) aufweist, dessen Eingangsseite mit einer Einstelleinrichtung (45) und dessen Ausgangsseite mit der Schaltwelle (35) wirkverbunden ist