CN1119099C - 用于座椅、桌子的纵向可调的气体弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于高度可以调节的座椅、桌子的在纵向上可以调节的气体弹簧，有一个外缸体(3)，在此缸体中一个活塞被导向作移动，一根活塞杆连接到此缸体上，把此活塞杆从该外缸体(3)中引出。外缸体(3)有一个薄的坚硬的外部渗氮层(43)，以及一个包围着外缸体(3)的内壁(11)的较软的核心层(44)。结果，大大增加了气体弹簧的在反向的弯曲应力下的疲劳强度。

Description

用于座椅、桌子的纵向可调的气体弹簧

本发明涉及一种在纵向上可以调节的气体弹簧，用于高度可以调节的座椅，包括一个带有中心纵向轴线的外壳，该外壳由一个具有外壁和内壁的外壳体确定，一个放在外壳中的活塞，用来在中心纵向轴线的方向上移动，一根活塞杆，它与中心纵向轴线共心设置，并连接到活塞上，并从外缸体的一端引出，一个用来进行气体弹簧的纵向调节的阀，以及一个在外缸体的另一端上的安装段。由德国专利1812282(对应于美国专利3656593)已经基本上知道了通用型的在纵向上可以调节的气体弹簧，并且它们通常用于高度可调节的座椅。使用它们的方式为：把外壳的圆柱段安排用来在一根固定在座椅的底座上的导向管中作轴向上的移动。把活塞杆的外部的自由端固定在导向管的底部上。把外壳即外缸体的与活塞杆的出口相对的那一端连接到设置在座椅或桌子的基座的底面上的一个夹紧装置上。作为座椅支柱或桌子支柱的自支承件的这样一种在纵向上可以调节的气体弹簧的结构可能是已为众所周知，并且例如在德国专利1931012(对应于美国专利3711054)中已经作了描述。气体弹簧的外缸体的被固定在紧固装置中的安装段可以是圆柱形的，如德国专利1931012(对应于美国专利3711054)中所述的那样，或者可以为夹紧锥体的形状，这使得只必须简单地把它紧紧地插入到相应的锥形座孔中。这也是通常的应用。

当这种通用型的在纵向上可以调节的气体弹簧被用作具体是在座椅支柱中的自支承件时，外缸体承受反向的弯曲应力，在外缸体的在导向管中被导向的安装段穿入纯圆柱段的位置，此应力最大。通常，这些反向的弯曲应力基本上由这样一个事实所产生：座椅的使用者在他们坐在座椅上时没有取相对于气体弹簧的纵向轴线的中心位置，即他们对气体弹簧的外缸体施加了一个相当大的弯曲力矩，除此之外，大多数座椅的使用者当他们坐在座椅上时还不断地运动。这样，即使外缸体使用了相当厚的壁，并且对外缸体采用相当高质量等级的钢，仍然会有由于此种反向的弯曲应力而发生断裂的危险。这伴随着成本的相应增加，但在反向的弯曲应力下的疲劳强度依然不能令人满意。

本发明的目的是提供一种通用型的在纵向上可以调节的气体弹簧，尤其是在座椅支柱中的，但也可用在桌子和类似物中的高度可调节的自支承件，使得由于反向的弯曲应力所造成的断裂的危险进一步降低。

按照本发明，这一目的由下述措施来实现，即外缸体有一个薄的坚硬的外部渗氮层，以及一个较软的核心层，包围着内壁。令人惊奇的是，由于采用了按照本发明的措施，气体弹簧的外缸体具有一个坚硬的渗氮的外薄层(此层由只在其外表面进行渗氮硬化制作出来)，可以大大增加在反向的弯曲应力下的疲劳强度，同时可以降低外缸体的壁厚和所使用的钢的质量。这使得重量和成本降低，可靠性提高。当采用拉伸管制作外缸体时，保留外缸体的内表面的低的粗糙度，从而使得在装配气体弹簧的过程中不会破坏沿着外缸体的内壁滑动并靠在该内壁上的密封环。由于此薄的渗氮层的缘故，压缩应力作用在外缸体的该渗氮段上，这使得当有反向的弯曲应力施加上时，代表外缸体的主要部分的核心层所承受的拉伸应力减小；已经存在的压缩应力被全部或部分地中和掉。不存在可能导致随后的断裂的头发丝状的裂纹。这主要是由于：渗氮层本身包括厚度为4至6微米的一个坚硬的白层作为其外层，并在向核心层的方向上邻接着厚度为100至200微米的一个扩散层。该白层是具有化学活性的铁一氮化合物的一个渗氮层，而在扩散层中氮的掺加所形成的混合晶体限制了网状结构的任何移动。就在反向的弯曲应力下的疲劳强度而言，此扩散层也是非常重要的。由用作外层的白层到扩散层硬度有一个连续的下降，直到构成核心层的基底材料的硬度。

在安装段附近可以保留在渗氮过程中出现的薄的坚硬的外部渗氮层的相对来说较高的表面粗糙度，因为这可以改善在固定装置中的安装效果。通常把接着安装段的纯圆柱段抛光，以便确保对导向管的导向衬套的摩擦小。

本发明的进一步特征是：外缸体的整个壁厚(a)超过外部渗氮层的厚度(b)10倍至20倍。

外部渗氮层的厚度(b)为100至200微米。

外部渗氮层包括一个非常薄，非常坚硬的外层和在朝向核心层的方向上邻接的一个厚得多的扩散层，该扩散层进入到核心层中。

坚硬的外层的厚度大约为4至6微米。

在邻接着安装段的圆柱段附近，对外部渗氮层进行抛光。

在安装段附近不对外部渗氮层进行抛光。

外缸体可以由气体弹簧自身的外套筒构成，也可以由包围该气体弹簧的一个附加的防护管构成，如由EP0133524B(对应于美国专利4979718)已知的那样。

本发明的进一步的特征，细节和优点将由下面结合着附图对两个实施例的描述看清楚，附图中有：

图1为在纵向上可以调节的气体弹簧的纵向剖面图，

图2为气体弹簧的外缸体在安装到气体弹簧上之前的纵向剖面图，

图3为带有一个分开的外缸体的在纵向上可以调节的气体弹簧的部分剖开的说明图，以及

图4为该附加的外缸体在安装到气体弹簧上之前的纵向剖面图。

图1所示的在纵向上可以调节的气体弹簧有一个外壳1，主要包括两个不同直径的管体，即内缸体2和外缸体3，它们彼此共心地定位。由于内缸体2与外缸体3的直径的差别，在外缸体3与内缸体2之间形成一个环形空间4。

设置了一个近似圆环形的活塞5，用来在内缸体2中作轴向移动，以及一个密封垫6，用来使活塞5的四周对内缸体的内壁7保持气密。把活塞5装在相对于外壳1共轴地进行导向的活塞杆8的一端。活塞杆8由外壳1的一端导向。在这一端，外壳1被一个封闭环9封死，借助于一个环形密封件10把它的四周相对于外缸体3的内壁1进行气密。沿轴向向外，外缸体3的卷边12把封闭环9挡住。在里面，一个杯形套筒13压靠着封闭环9，并容纳一个多唇密封件14，其唇密封地压靠在活塞杆8上。这样，封闭了气体沿着活塞杆的表面到外部的任何出口。

由外壳1的内室，靠在外缸体3的内壁11上的一个中心定位件15把它自身支承在套筒13上；该中心定位件15设有加强肋16，把内缸体2的内壁7在径向上支承在这些肋上，也就是使内缸体对中。把内缸体2支承在这些肋16上也使其在轴向上固定，即在两个轴向方向中的一个方向上使其固定。仅只设置了肋16用来使内缸体2对中和在轴向上支承它，环形空间4在此区域中与内缸体2中的腔室17相连接，在活塞5，伸出活塞杆的外壳1的那一端以及内缸体2的内壁7之间形成了此室17。在肋16之间形成了溢流通道18，把腔室17与环形空间4连接起来。

在外壳1的与活塞杆伸出处相对的那一端设有一个阀19；靠这个阀19，内缸体2中位于活塞5与阀19之间的腔室20可以与环形空间4连接起来，或与环形空间4分开，并因此与另一个腔室17连接起来或分开。

包括阀19的整个气体弹簧有对中心纵向轴线21基本对称的结构。阀19有构成外部段23的阀体22和一个内部段24。外部段23靠在外缸体3的内壁11上，从而阀体22相对于外缸体3对中。直径减小的同样的圆柱段24压靠在内缸体2的内壁7上，从而使阀体22相对于内缸体2对中，这种对中形成内缸体2相对于外缸体3对中。在由段23到段24的过渡区域形成了一个止动圈25，阀体22靠此圈在轴向上压靠着内缸体2。在段23和段24的附近，在相应的环形槽26，27中设置了环形密封件28，29，靠这些密封件28，29一方面在段23与外缸体3的内壁之间，另一方面在内段24与内缸体2的内壁7之间实现气密性的连接。

在其外段23的附近，阀体22设有一个圆柱形的共轴地钻成的导向孔30，一个阀销钉31设在此孔中，由阀体22向外伸出。此基本上为圆柱形的阀销钉31在所钻出的导向孔30中被导向。阀体22有一个在径向上伸展到轴线21并把环形空间4与所钻出的导向孔30连接起来的溢流通道32。阀销钉31有一个颈部33，总把通向所钻出的导向孔30的溢流通道32的小孔盖住。在颈部33的两侧都有环形密封件34，35设在阀体22中，这些密封件密封地压靠着阀销钉31。环形密封件34总防止气体由阀19向外有任何的泄漏。当阀被关闭时，环形密封件35把腔室20相对于环形空间4密封起来，并因此相对于腔室17密封起来。当把阀销钉31在朝向腔室20的方向推入阀体22中时，颈部33把环形密封件35旁通，从而使腔室20通过溢流通道32与环形空间4连接起来，并因此与外腔室17连接起来。这时，可以对气体弹簧作纵向上的调整。这种至少部分地用压缩空气充满的在纵向上可以调节的气体弹簧的基本结构和效果已为众所周知，例如由德国专利1812282(对应于美国专利3656593)。

在外壳1的与活塞杆8的出口相对那部分(这是抽出时的顶部)设有一个锥形逐渐收缩的安装段36，它的边缘37被向里朝着轴线21收缩。这样，此边缘37构成对一个隔离件38的一个止动件，阀体22在轴线21的方向上把其自身支承在该隔离件上。一个滑动件39在此隔离件38中可滑动地被导向，并借助倒钩形的突出部40位于隔离件38的朝向阀体22的一个止动边缘41的后面。滑动件39由外缸体3中伸出。另一方面，它压靠着阀销钉31。任何从外部对气体弹簧的操作都通过此滑动件39进行。

通常与经常，在纵向上可以调节的气体弹簧这样来使用：锥形逐渐收缩的安装段36被夹紧在座椅的基座48的底面上的一个相应的固定装置47中的锥体固定住，另外，把气体弹簧的外壳1放在与坐椅的底座50连在一起的直立管体51的一个导向衬套49中，此座椅可以在轴线21的方向上移动，但不能在垂直于轴线方向上移动。活塞杆8被固定在此直立管体51的底部。用来使滑动件39动作，并因此使阀19动作的一个操作把手52可作枢轴转动地装在固定装置47上。这种结构是通常的使用情况。

当在座椅中使用这种自支承的气体弹簧时(其中来自座椅的任何负载都直接作用在气体弹簧的外缸体3上)，有大的反向的弯曲应力作用在此外缸体3上。为了承受这些反向的弯曲应力，外缸体3(在装配到气体弹簧上之前的外缸体示于图2)只在其外侧面42设有用渗氮硬化的方法制作的一薄的坚硬的渗氮层43。这样，外缸体3包括一个薄的外部渗氮层43和一个较软的核心层44，此核心层厚得多，并一直伸展到外缸体3的内壁11。通常，外缸体3的整个壁厚为1.8至2.2毫米，例如为2毫米，而薄的外部渗氮层43的厚度b为100至200微米。此渗氮层43包括一个约4至6微米的非常薄的外层，其中由渗氮造成的极其坚硬的氮化铁。这个极其坚硬的外层的里面是一个扩散层，按照前面的说明此层要厚得多。这个扩散层有氮掺加到钢的铁晶体中，从而限制了晶体在网格结构中作任何移动。此扩散层对于在反向的弯曲应力下的疲劳强度也有相当大的重要性。由于画图的原因，在图中没有分别示出极其坚硬的外层和扩散层，而只是画出一个均匀的渗氮层43。锥形逐渐收缩的安装段36及其向里面收缩的边缘37是在进行渗氮硬化之前被整体模压出来的。与此相反，作为最后组装好的气体弹簧的一个卷边12的外缸体3的与之相对的逐渐收缩的边缘45，可以甚至在其表面进行渗氮硬化之后进行卷边，因为这部分不承受任何反向的弯曲应力。

外缸体3由拉伸管制成，这种管的内壁11有非常低的表面粗糙度(1至2微米)，此粗糙度被保留下来，因为内壁11不作任何的渗氮硬化。因此，在组装气体弹簧的过程中，环形密封件28不会被损坏。结果，在组装的过程中环形密封件28沿着外缸体3的内壁11滑动，内壁11未被硬化是重要的。由于渗氮硬化的结果，外缸体3的外表面42有2至4微米的表面粗糙度，此粗糙度由于沿着在收缩的安装段36与边缘45之间的纯圆柱段46进行抛光而变平滑，使得坚硬的外层由初始的4至6微米的厚度除去0.5至1微米。

外缸体3可以由低标号的工程钢(例如St 37)制成。靠由渗氮硬化产生的薄的坚硬的外部渗氮层43，整个外缸体被预加了应力，占壁厚a的约90至95％的核心层44处于压缩应力的作用下。当出现反向的弯曲应力时，此核心层44被卸载，与通常的外缸体3的硬的镀铬外表面42相比，它不受或在相当低的程度上受到拉伸应力；压缩应力只被部分地抵消掉，即被中和掉。这样，外缸体3产生反向的弯曲应力裂纹和相应的断裂的危险被有效地减少。由于只对外缸体3的外表面42作了渗氮硬化的缘故，外缸体在反向的弯曲应力下的疲劳强度增加了约50％。这使得可以把壁厚降低20％以上，并且，如所说明的那样，可以使用商业上用的低标号工程钢，而不必使用至今使用的高质量等级的钢，例如St 52。同时，获得了按照DIN 4551的最高的强度等级4。用于制作外缸体3的拉伸管的平滑的内表面的大量好处被保留了下来。为此目的，在进行渗氮硬化的过程中，要在两端把外缸体3封闭起来，这使得渗氮介质不能进入外缸体3中。

也可以按照图3的说明来实现气体弹簧，其中图1所示的那种类型的气体弹簧被一个附加的外缸体3’所包围。在此实施例中，在此附加的外缸体3’上构成一个锥形逐渐收缩的连接段36’。气体弹簧自身的外套筒53压靠着一个隔离体38’，此隔离体放在外缸体3’的连接段36’上，并靠在外缸体3’的边缘37’上，该连接段和边缘分别向里面卷边或向里面作截面收缩。把一个滑动件39’(一个操作把手52可以压靠着它)放置在此隔离件38’中。

气体弹簧的邻近活塞杆8’的那一端被杯形螺帽54阻止在外缸体3’中，该螺帽拧在外缸体3’的有关一端的螺纹55中。在纵向上可以调节的气体弹簧的这种结构(此气体弹簧的外壳1’被附加的外缸体3’加强)是商业上用的，并例如由EP0133524B(对应于美国专利4979718)已经知道。图3对如图1的相同的部件采用了相同的序号，不需要重新作描述。

以如按照图1和2的实施例相同的方式，外缸体3’设有一个薄的坚硬的外部渗氮层43′，对此层采用了与按照图1和2的实施例中相同的尺寸细节，这就是为什么采用了相同的序号。在这一方面，请参考上面的描述。在这种情况下，也对外缸体3’的圆柱段46’进行抛光，而抛光对连接段36’是不必要的。

Claims (7)

1.用于高度可以调节的座椅、桌子的在纵向上可以调节的气体弹簧，它包括

一个带有一个中心纵向轴线(21)的外壳(1，1′)，该外壳由一个具有外壁(42)和内壁(11)的外缸体(3，3′)确定，

一个放在外壳(1，1′)中的活塞(5)，用来在中心纵向轴线(21)的方向上移动，

一根活塞杆(8，8′)，该活塞杆与中心纵向轴线(21)共心设置，并连接到活塞(5)上，并从外缸体(3，3′)的一端引出，

一个用来进行气体弹簧的纵向调节的阀(19)，以及

一个在外缸体(3，3′)的另一端上的安装段(36，36′)，

其特征在于

外缸体(3，3′)有一个薄的坚硬的外部渗氮层(43，43′)，以及一个包围着内壁(11)的较软的核心层(44)。

2.按照权利要求1的在纵向上可以调节的气体弹簧，其特征在于外缸体(3，3′)的整个壁厚(a)超过外部渗氮层(43，43′)的厚度(b)10倍至20倍。

3.按照权利要求1的在纵向上可以调节的气体弹簧，其特征在于外部渗氮层(43，43′)的厚度(b)为100至200微米。

4.按照权利要求1的在纵向上可以调节的气体弹簧，其特征在于外部渗氮层(43，43′)包括一个非常薄、非常坚硬的外层和一个在朝向核心层(44)的方向上邻接的厚得多的扩散层，该扩散层进入到核心层中。

5.按照权利要求4的在纵向上可以调节的气体弹簧，其特征在于坚硬的外层的厚度为4至6微米。

6.按照权利要求1的在纵向上可以调节的气体弹簧，其特征在于在邻接着安装段(36，36′)的圆柱段(46，46′)附近，外部渗氮层(43，43′)被抛光。

7.按照权利要求1的在纵向上可以调节的气体弹簧，其特征在于在安装段(36，36′)附近，外部渗氮层(43，43′)未进行抛光。