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Hydropneumatisch . wirkende Kolbenzylinderanordnung Die Erfindung
betrifft eine hydropneumatisch wirkende Kolbenzylinderanordnung, bestehend aus einem
etwa zylinderförmigen Gehäuse, in dem ein mit einer abgedichtet aus einem Ende des
Gehäuses herausgefuhrten Kolbenstange verbundener Kolben axial verschiebbar angeordnet
ist, wobei zumindest ein den Kolben aufnehmender flUssigkeitsgenullter Raum und
ein gasgefUllter Raum durch eine im wesentlichen zylindrische, an ihren beiden Enden
eingespannte Membran aus elastischem Material voneinander getrennt sind.
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Derartige hydropneumatisch wirkende Kolbenzylinderanordnungen sind
in grober Zahl bekannt. Aus der DT-AS 1 245 224 ist beispielsweise ein hydraulischer
Einrohr-Stoßdämpfer bekannt, dessen Ausgleichsraum vom Flüssigkeitsraum mittels
einer die Kolbenstange außerhalb des Kolbenweges umgebenden zylindrischen Membran
vom Fltissigkeitsraum getrennt ist.
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Aus der DT-OS 1 80C 020 ist eine von außen blockierbare hydropneumatlsche
Kolbenzylinderanordnung bekannt, bei der axial gesehen hinter dem den verschiebbaren
Kolben aufnehmenden
Flüssigkeitsraum ein durch eine zylindrische
Membran von einem Gasraum abgetrennter Ausgleichsraum vorgesehen ist.
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Eine ähnliche Ausführung ist auch noch aus der DT-AS B 32 761 II/63c
bekannt.
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Bei allen derartigen bekannten Kolbenzylinderanordnunen ist die zylindrische
Membran ganz speziell entsprechend der konstruktiven ausbildung der Kolbenzylinderanordnung
dieser angepaßt. Hierin liegt ein großer Nachteil, da in der Technik heute in zunehnendem
Umfang eine vielseitige Verwendbarkeit von Einzelteilen gefordert wlrd.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die zylindrische Membran
einer Kolbenzylinderanordnung der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten,
daß die gleiche Membran fUr eine Vielzahl unterschiedlicher, als gedämpfte Gasfedern,
hydraulische Stoßdämpfer oder blockierbare Höhenverstelleinrlchtungen dienenden
Kolhenzyllnderanordnungen verwendbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zylindrische
Membran aus koaxial hintereinander mit geringem Abstand voneinander angeordneten
Ringen gleichen Durchmessers von etwa kreisförmigen Querschnitt aufgebart ist, wobei
Jeweils zwei benachbarte Ringe durch einen Ringsteg miteinander verbunden sind.
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Bei einer derartigen Ausgestaltung kann durch Abschniden ciner gewunschten
Lange von einem Membranchslauch Jeweils eine
einbaufertige Membran
erhalten werden, die dadurch, daß an beiden Enden Jeweils ein Ring ist, in einfachster
Weise eingespannt werden kann, da aufgrund des Profils der Membran an der Einspannstelle
nicht nur ein Kraftschluß, sondern ein Formschluß möglich ist. Eine solche Membran
weist auch bei hoher radialer Festigkeit eine ausreichende Flexibilität auf, ohne
daß die Gefahr örtlicher Ausbeulungen besteht, die zu einem Platzen ihren können.
Andererseits braucht eine derartige Membran,um solche Ausbeulungen zu verhindern,
nicht so starkwandig hergestellt zu werden, daß sie zu unflexibel wird.
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Die erfindungsgemäße Membran kann in vorteilhafter Weise gleichzeitig
ohne zusätzliche Anpassungsmaßnahmen an der Membran als Abdichtung zwischen den
beiden endseitigen Verschlußstopfen und dem Gehäuse diene. Dies wird in vorteilhafter
Weise dadurch erreicht, daß die beiden endseitigen Ringe in entsprechend angepaBte
Ausnehmungen am Verschlußstopfen eingreifen und gegen die Gehäuseinnenwandung dichtend
anliegen.
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Hierbei wird eine gute formschlUssige axiale Einspannung dadurch erreicht,
daß die Ausnehmungen gehäuseinnenseitig durch Jeweils einen Bund abgeschlossen sind,
der in den Raum zwischen den jeweils zwei endseitigen Ringen und dem zugehörigen
Ringsteg eingreift.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
von AusfUhrungsbeispielen anhand der Zeichnung.~In der Zeichnung zeigen Fig. 1 eine
hydropneumatisch wirkende blockierbare Hubvorrichtung Nlr Tische, Stille, Stuhllehnen
od.dgl.,
Fig. 2 einen Teilausschnitt aus Fig. 1 in vergrößertem
Maßstab, Fig. 3 einen Stoßdämpfer bzw. eine gedämpfte Gasfeder und Fig. 4 eine hydropneumatisch
wirkende vom Kolben her blockierbare Hubvorrichtung fur Tische, Stühle, Stuhllehnen
od. dgl.
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Die in Fig. 1 dargestellte blockierbare Hubvorrichtung zum stufenlossen
Höherverstellen von Tischplatten, Stuhlsitzen, Stuhllehnen od.dgl. weist ein etwa
zylindrisches Gehäuse 1 auf, das an seinen beiden Enden mit Verschlußstopfen 2 bzw.
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3 verschlossen ist, die axial durch Umbördelungen 4 bzw. 5 des Gehäuses
1 gehalten sind. Im Gehäuse 1 ist konzentrisch ein Innenrohr 6 angeordnet, das auf
entsprechende Vorsprung 7 bzw. 8 der Verschlußstopfen 2 und 3 aufgesteckt ist und
hierdurch radial uhd axial gehalten wird. Im Außenufang die ser VorsprUnge 7 und
8 sind Ringnuten 9 bzw. 10 angebracht, in denen U-förmige Dichtungsringe 11 bzw.
12 dichtend gegen die Innenseite des Innenrohres 6 anliegen, so daß der vom Innenrohr
6 eingeschlossene Raum 19 an diesen Stellen völlig dicht von dem durch das Gehäuse
1 und das Innenrohr 6 gebildeten Ringraum 14 abgetrennt ist.
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In em Innenrohr 6 izt ein scheibenförmiger Kolben 15 axial verschiebbar,
der an einer koaxial angebrachten Kolbenstange 16 befestigt Ist. Diese Kolbenstange
ist konzentrisch durch eine Bohrung 17 in dem - In der Zeichnung unteren - Verschlußstopfen
2 des Gehäuses 1 aud diesem herausgeführt. In einer Ringnut 18 der Bohrung 17 liegt
ein U-förmigei Dichtungsring 19,
der eine völlige Abdichtung zwischen
dem Raum 13 und der Außenluft bewirkt.
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Der scheibenförmige Kolben 15 weist auf einem Außenumfang eine Ringnut
39 auf, in der ein O-Ring gegen die Innenwandung des Innenrohres 6 dichtend angeordnet
ist, so daß die beiden durch den Kolben 15 voneinander getrennten Teilräume 13mund
13b keine Verbindung miteinander haben.
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Der Ringraum 14 i6t durch eine etwa zylindrische Membran 21 in einen
inneren, zwischen der Membran und dem Innenrohr 6 liegenden Ringraum 14a und einen
äußeren zwischen der Membran und dem Gehäuse 1 liegenden Ringraum 14b unterteilt.
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Diese Membran 21 besteht aus koaxial hintereinandernbt geringem Abstand
voneinander angeordneten Ringen 22 gleichen Durchmessers, wobei Jeweils zwei benachbarte
Ringe durch einen Ringsteg 23 eijistuckig miteinander verbunden sind. Die gesamte
Membran 21 besteht vortetlhafterweioe aus Gummi, wobei aber andere elastische Materialien,
insbesondere Kunststoffe, ebenfalls geeignet sind. Die Ringe 22 können selbstverständlich
vom Kreisquerschnitt abweichenden, beispielsweise leicht ovalen Querschnitt haben;
ein Kreisquerschnitt ist aber besonders vorteilhaft. Die Jeweils zwei benachbarte
Ringe 22 miteinander verbindenden Ringstege 23 haben eine deutlich geringere Dicke
als dem Durchmesser jedes einzelnen Ringquerschnitts entspricht.
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Die beiden endseitigen Ringe 22 der Membran 21 liegen in entsprechend
angepaßten Ringnuten 24 bzw. 25 der beiden Svrerschlußstopfen 2 nu 3, wobei diese
Ringnuten Jeweils gehauseinnenseitig durch einen Bund 25 bzw. 27 abgeschlossen sind,
der in dem Raum zwischen den beiden Jeweils äußeren Ringen 22 und dem
zugehbrigen
ringsteg 27 eingreift. Da ciie jeweils endseitigen Ringe 22 der Membran 21 auf ihren
von Gen Ringnuten 24 bzw. 25 freiliegenden Seiten unter Druck gegen die Tnnenwandung
des Gehäuses 1 anliegen, dienen sie gleichzeitig als Dichtungsring zwischen VerschluP>stopfen
2 bzw. 3 einerseits und Gehäuse 1 andererseits, Darüber hinaus wird durch Jeden
Bund 26 bzw. 27 eine zuverlässige axiale Rinspannung der Membran 21 an ihren beiden
Enden erreicht.
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Durch elf oder mehrere Bohrungen 28 im Innenrohr 6, und zwar im Bereich
von dessen Kolbenstangen-austrittsseitigen Ende ist der Raum l3b mit dem Raum 14a
verbunden.
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In dem dem Kolbenstangen-austrittsseitigen Ende entgegengesetzten
Verschlußstopfen 3 des Gehäuses 1 ist eine Ventilanordnung 29 vorgesehen, die im
wesentlichen einer in der DT-OS 1 812 282 dargestellten und beschriebenen Ventilanordnung
entspricht. Hierbei ist in einer durchgehenden koaxialen Bohrung in dem Verschlußstopfen
3 ein Ventilatößel 30 axial verschiebbar angebracht, der an seinem im Gehäussinneren
befindlichen Ende mit einem Anschlag- und gegebenenfalls Dichtteller 31 versehen
ist, der axiale Verschiebungen des Ventilstößels 30 aus dem Verschlußstopfen 3 heraus
begrenzt.
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Koaxial zu dem Ventilstö,ßel 30 ist ein Ringraum 32 vorgesehen, an
dessen beiden axialen Enden Lippendichtungen 33, 34 angeordnet sind, die eine Abdichtung
zwischen dem Ventilstößel 30 und dem Verschlußstopfen 3 bewirken. Zwischen den beiden
Lippendichtungen 33 und 34 ist eine DlstanzhUlse '1, vorgesehen, durch die ein axiales
Verrutschen der Lippendichtungen 33 bzw. 34 verhindert wird. Bei der in Fig. 1 in
der geschlossenen Stellung dargestellten Ventilanordnung 29 weist der Ventilstößel
In der axialen Lage der Distanzhülse 35
eine Eindrehung oder Ringnut
3tj auf, deren axiale Erstreckung so groß ist, daß beim Eindrücken des Ventilstößels
30 in das Gehäuse 1 hinein die innere Lippendichtung 34 umgangen werden kann, so
daß-eine offene Verbindung zwischen dem Teilraum 13a und dem mittleren, von der
DistanzhUlse 55 35 teilweise ausgefUllten Teil des Ringraumes 32 entsteht. Dieser
mittlere, von der Distanzhüse 35 teilweise ausgefüllte Teil des Ringraumes 32 ist
tiber eine Bohrung 37 mit dem durch das Innenrohr 5 und die Membran 21 gebildeten
Ringraum l4a verbunden. Außerdem weist die Distanzhülse 35 eine oder mehrere DureMaßbohrungen
38 auf.
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Der Raum 13 im Innenrohr 6 und der zwischen Innenrohr 6 und Membran
21 gebildete Ringraum 14a sind mit Flüssigkeit, in der Regel einem geeigneten Hydrauliköl,
gefillt. Der zwischen der Innenwandung des GehEuæes 1 und der Membran 21 befindliche
Teilringraum 14b ist mit Gas gerollt, das bei diesem AusfUhrungsbeispiel zur Erzeugung
ausreichend hoher AusdrUckkräfte auf den Kolben 15 und damit die Kolbenstange 16
relativ hohen Druck aufweisen kann.
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Die Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Hubvorrichtung zum stufenlosen
Verstellen von Tischplatten, Stuhlsitzen, Stuhllehnen od. dgl. arbeitet folgendermaßen:
In der in der Zeichnung dargestellten Ruhelage, in der der Ventilstößel 30 in seiner
äußeren geschlossenen Lage ist, kann aus dem Teilraum 13a keine Hydraulik flüssigkeit
durch die Durchlaßbohrungen 38 und die Bohrung 37 in der inneren Ringraum 14a bzw.
umgekehrt fließen, da der Durclrla; von der inneren Lippendichtung 74, die gegen
den Ventilstößel 30 anliegt, gesperrt ist. Hierdurch bedingt ist der Kolben 15 und
mit die Kolbenstange 16 in der jeweils eingestellten Lage blockiert.
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Beim Eindrtlcken des Ventilstößels 30 in das Gehäuse hinein wird der
Teilraum 13a mit dem Ringraum 14a verbunden. Ist die Kolbenstange 16 von außen mit
einer oder nur einer geringen Last belastet, so wird durch den Druck des Gases im
Ringraum 14b Flüssigkeit aus dem Ringraum 14a durch die Bohrung 37, die Durchlaßbohrungen
38 in der Distanzhülse 33 Flussigkeit in den Teilraum 13a gedruckt. Die nach EindriRcken
des Ventilstößels 30 in das Gehäuseinnere hinein auf die Kolbenstange 16 wirkende,
nach außen gerichtete Kraft entspricht hierbei dem Querschnitt des Kolbens in cm2
multipliziert mit dem Druck des Gases in atU. Ist die auf die Kolbenstange in das
Gehäuse innere hinein gerichtete Kraft kleiner als diese nach außen gerichtete Kraft,
so wird die Kolbenstange 16 nach außen geschoben; ist die nach innen gerichtete
Kraft größer als diese nach außen gerichtete Kraft, so wird die Kolbenstange nach
innen geschoben. Bei Erreichen einer gewUnschten neuen Stellung wird der Ventllstößel
30 losgelassen, so daß er sich wieder in die in der Zeichnung gezeigte Lage begibt,
wodurch gleichzeitig die Ventilanordnung 29 geschlossen wird. Die Verstellbewegung
ist beendet. Der Kolben 15 und die Kolbenstange 16 sind hierdurch in dieser neuen
Lage unverschiebbar festgelegt.
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Erwähnt sei.noch, daß die Durchlaßbohrungen 38 so dimensioniert sind,
daß eine Drosselung des Flussigkeitsstromes bei einer Verstellbewegung eintritt,
so daß wiederum eine Verstellbewegung des Kolbens 15 und der lSolbenstange 16 gedmpft
ist.
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Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von
der in Fig. 1 dargestellten nur in zwei Punkten, Der dem Kolbenstangen-austrittsseitigen
Ende entgegengesetzte Verschlußstopfen
3' weist keine Ventilanordnung
auf, sondern ist völlig geschlossen. Andererseits sind im Kolben Drosselbohrungen
41 vorgesehen, die bei axialen Bewegungen des Kolbens 15' eine Drosselung der Flüssigkeitsströmung
beim Übertritt vom Raum 13a in den Raum 13b bewirkc-n. Diese Drosselbohrungen können
in jeder beliebigen bekannten '-'eise ausgestaltet werden. Auch ist hierbei nicht
zwingend eine Kolbendichtung erforderlich; es reicht aus, wenn der Kolben 15' radial
ausreichend im Innenrohr 6 geführt ist.
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Diese Kolbenzylinderanordnung gemäß der Erfindung arbeitet je nach
Wahl des Gasdruckes im Ringraum 14b und Je nach dessen Größe als gedämpfte hydropneumatische
Feder oder als reiner Stoßdämpfer, wobei im letzteren Fall der Gasdruck verhältnismäßig
klein gewählt werden kann, da-er primär nur die Aufgabe hat, einer Vergrößerung
des als Ausgleichsraum dienenden Ringraumes 14a mit einer leichten Gegenkraft entgegenzuwirken.
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Auch bei dieser Ausführung gemäß Fig. 3 wird das Kolbenstangen-austrittsseitige
Ende wie in Fig. 2 dargestellt ausgestaltet, Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform
zeigt wiederum eine Hubvorrichtung zum stufenlosen Höhenverstellen von Tischplatten,
Stuhlsitzen, Stuhllehnen od.dgl., die sich von der in Fig. 1 dargestellten dadurch
unterscheidet, daß der Verschlußstopfen 3" völlig geschlossen ist und eine Ventilanordnung
51 im Kolben bzw. in einer hohlen Kolbenstange angeordnet ist. Die Verbindungsbohrungen
28 zwischen dem Raum 13 und dem inneren Ringraum 14a befinden sich hierbei in der
Nähe des Verschlußstopfens )", der dem Klbenstangen-austrittsseitigen Ende entgegengesetzt
angeordnet ist.
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Das Kons trukti onsprinz ip bei der Ausgestaltung des Kolbens ist
so, daß der Verschlußstopfen 3 gemäß Fig. 1 samt der Ventilanordnung in den Kolven
verlegt ist, wobei der Ventilstößel durc eine hohl ansgebildete Kolbenstenge 15"
mittels einer Betätigungsstange 5? betätigt werden kann. Der Nolllen 15" weist einen
Ringraum 32" auf, in dem zwei Lippendichtungen 33" und 34" dichtend gegen einen
Ventilstößel 30" anliegen. Zwischen den @ippendichtungen 33" und 34" ist eine Distanzhülse
35" mit Durchlaßbohrungen 38" angeordnet. Dieser mittlere Teil des Ringraums 32"
ist über eine Rohrung 37" und ein ringkanalförmige Verjüngung 53 des Kolbens 15"
mit dem dem Kolbenstangen-austrittsseitigen Ende zugeordneten Teilraum 13b verbunden.
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Der Ventilstößel 30" weist ebenfalls eine Eindrehung oder Ringnut
36" aur.
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Der Kolben 15" ist ebenfalls mittels eines in einer Ringnst 39" liegenden
Dichtungsringes 40" gegenüber der Innenwandung des Innenrohres 6 abgedichtet geführt.
so daß ein Hindurchtreten von Flüssigkeit von dei Raum 13a und 13b und umgekehrt
zwischen Kolben 15" und Innnenrohr 6 ausgeschlossen ist.
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Die Arbeitsweise der Ventilanordnung 51 ist die gleiche wie die der
Ventilanordnung 29 gemäß Fig. 1. Befindet sich der Ventilstößel 30" in der in.Pig.
4 dargestellten geschlossenen Lage, so kann keine Hydraulikflüssigkeit von dem Raum
13a in den Raum 13b bzw. umgekehrt fließen. Der Kolben 15" und damit die Kolbenstange
16" sind also in ihrer eingestellten tage blockiert. Wird durch Hineindrücken der
Betätigungsstange 52 der Ventilstößel 30" in das Gehäuse hineingeschoben, so kann
Flüssigkeit von dem Raum 13a unter Umgehung der Lippendichtung
34",
durch die Durchlaßbohrungen 38", die Bohrungen 37" und den Ringkanal 53 in den Raum
13b und umgekehrt fließen, wobei die durch das Volumen der Kolbenstange 16" verdrängte
Flüssigkeit durch die Bohrung 28" in den Ringraum 14a strömt oder beim Ausfahren
der Kolbenstange 16" aus diesem Ringraum 14a entnommen wird.
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Die hohle Kolbenstange 16" ist am Kolben 15" axial unverschiebbar,
beispielsweise durch Anschrauben befestigt - Ansprüche -