[0001] Die Erfindung betrifft ein Stuhl-Rückenteil mit einer beweglich an einem Träger
gelagerten Lehne.
[0002] Im Büro- und Gewerbereich gibt es Arbeitsstühle, bei denen die höhenverstellbare
Lehne drehbar um eine horizontale, zur Lehne parallele Drehachse gelagert ist. Der
Zweck ist, die Lehne möglichst optimal an die jeweils veränderte Oberkörperneigung
anzupassen. Die Drehbewegung ist eingeschränkt, da nur wenige Winkelgrade, max. ca.
15°, notwendig sind, um den Effekt zu erreichen. Meistens wird durch ein Zusatzteil
mit Federwirkung, z.B. aus Gummi, die Lehne in einer bestimmten Position gehalten
und pendelt in die Ausgangslage zurück, wenn sie vom Benutzer nicht mehr beaufschlagt
wird. In der für derartige Bürostühle einschlägigen Norm DIN 4551 wird deshalb von
einem Lehnen-Pendelgelenk gesprochen.
[0003] Eine Weiterentwicklung stellt die Lehne nach EP-B 107627 dar. Um dem Krümmungsvermögen
der menschlichen Wirbelsäule nach hinten und vorne entgegenzukommen, wird die Lehne
in horizontale Abschnitte unterteilt. Verändert der Benutzer die Silhouette seiner
Wirbelsäule, dann passen sich die Lehnensegmente an. Dazu ist eine gewisse Kraft aus
einem gewollten Federungsverhalten zu überwinden, die abstützend wirkt.
[0004] Gelegentlich wird auch die werkstoffbedingte Elastizität, z.B. von Kunststofflehnen
als dynamische Lehne dargestellt, die den verschiedenen Oberkörperbewegungen von Benutzern
stützend nachgibt.
[0005] Die Arbeit am Büro- und Gewerbearbeitsplatz besteht aus einer Vielzahl von Oberkörperbewegungen,
bei denen der Oberkörper durch die Wirbelsäule "über dem Becken als Stativ" gleichzeitig
veränderlich gekrümmt, verdreht und seitlich geneigt wird. Dem Verdrehen (Torsion)
und dem seitlichen (transversalen) Neigen werden jedoch die bekannten Ausführungen
der Arbeitsstühle und -sessel mechanisch nicht gerecht. Lediglich die mehr oder weniger
vorhandene Polsterung kann diese kombiniert auftretenden dreidimensionalen Haltungsveränderungen
sehr eingeschränkt und unvollkommen stützen.
[0006] Sofern die Lehnen über ein Pendelgelenk oder ähnliches verfügen, werden sie sitzdynamisch
nur einer Oberkörperveränderung gerecht, nämlich derjenigen in Längsrichtung (sagittal)
der Wirbelsäule. Wird die Wirbelsäule zusätzlich verdreht (tordiert) oder seitlich
(transversal) gekrümmt, so verharrt die Lehne in ihrer ursprünglichen Position, sie
folgt nicht mehr stützend den Bewegungen. Derartige kombinierte Oberkörperbewegungen
in drei Richtungen kommen aber sehr häufig vor, z.B. beim Griff seitlich unten in
die Schublade des Schreibtisches, oder beim Hinwenden zu einem Gesprächspartner.
[0007] Lehnen mit werkstoffbedingter Elastizität bieten auch viel zu wenig Bewegungsmöglichkeiten
im genannten Sinne. Die Stützkraft und der ihr zugeordnete Bewegungsraum sind viel
zu ungünstig. Ihre Beweglichkeit ist in der Regel ein Abfallprodukt der Werkstoffwahl
und anderer Kriterien; dabei wird aus der in der Regel unerwünschten Elastizität,
die oft das Anlehnmoment und damit die Spannungsbeanspruchung des Bauteiles erhöht,
eine Tugend gemacht.
[0008] Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung eines Stuhl-Rückenteils, das gegenüber
Längs- (Sagittal-), Dreh- (Torsions-) und Querhaltungsveränderungen (transversal)
des Körpers stützend nachgibt, und somit ungehinderte Bewegungen des Benutzers ermöglicht,
und zwar unabhängig davon, ob die Haltungsveränderungen kombiniert oder getrennt erfolgen.
[0009] Diese Aufgabe wird durch Anspruch 1 gelöst. Die kardanische Lagerung ermöglicht die
Bewegung der Lehne um alle drei Raumachsen, die obere Federkraft stützt die Sagittalbewegungen,
die seitlichen Federkräfte stützen die Torsionsbewegungen, und die transversale Federkraft
stützt die Transversalbewegungen des Rückens; die Vorspannung mindestens einer Feder
im Zusammenwirken mit der Gegenkraft hält die Lehne fest
[0010] Untersuchungen haben ergeben, dass der Widerstand der allseitig beweglichen Lehne
nicht nur mit grösser werdenden Haltungsveränderungen zunehmen muss, wobei letztendlich
ein fester Endanschlag erreicht wird, sondern dass er auch erst ab einer gewissen
Widerstandsgrösse ab der Normallage der Lehne, und nicht etwa bei Null beginnen muss.
Wäre letzteres der Fall, dann würden schon kleinste Haltungsveränderungen bewirken,
dass die Lehne nachgibt. Das jedoch würde als zu grosse Labilität empfunden und eine
gewisse Unsicherheit beim Benutzer hervorrufen.
[0011] Diese Zusatzbedingungen werden durch die Ansprüche 2-4 berücksichtigt.
[0012] Konstruktiv ist das Rückenteil nach der Erfindung prinzipiell derart ausgeführt,
dass an einem Lehnenträger, der mit dem Stuhlunterteil verbunden ist, eine Tragplatte
vorgesehen ist, die lehnenseitig Federn aufnimmt, die sich gegen die Lehne bzw. deren
Träger unter Vorspannung abstützen. Dieses Federungssystem lässt begrenzte sagittale,
tordierende und transversale Oberkörperbewegungen zu und stützt sie ab. Die Begrenzung
kann im Federsystem oder in vorteilhafter Weise in speziellen Anschlagpunkten liegen
[0013] Durch die Erfindung wird ein weiterer Fortschritt im Sinne des dynamischen Sitzens
erzielt, indem sich das Arbeitsgerät "Stuhl" besser dem arbeitenden Menschen anpasst,
und ein Sitzmöbel mit dorsokinetischen Eigenschaften entsteht.
[0014] Nachstehend wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Dabei zeigt:
Fig.1 eine erste Ausführungsform in perspektivischer Explosions-Darstellung,
Fig.2 eine zweite Ausführungsform von der Seite im Längsschnitt,
Fig.3 Schnitte A-A, B-B und C-C der Ausführungsform nach Fig 2.
[0015] In Fig.1 ist die Tragplatte 1 mit dem Lehnenträger 2 fest oder in an sich bekannter
Weise vertikal verstellbar verbunden. Der Lehnenträger 2 bildet die kraftaufnehmende
Verbindung zum (nicht dargestellten) Stuhlunterteil. Die Tragplatte 1 kann auch integrierter
Bestandteil des Lehnenträgers 2 sein, wenn keine Höhenverstellung gefordert wird.
[0016] Vor der Tragplatte 1 - dem Benutzer zugewandt - liegt die Lehnenplatte 3, die direkt
oder indirekt Träger des Polsters 4 ist. Es ist besonders unter Kostengesichtspunkten
vorteilhaft, die Lehnenplatte 3 derart auszubilden, dass sie örtlich ein allseitig
bewegliches Gegengelenk zur gelenkig ausgelegten Tragplatte 1 bildet, und beide Teile
durch das Gelenk miteinander verbunden sind, und sie ferner mindestens drei Druckfedern
5,5′ und ein transversal wirkendes Federelement 6 abstützend aufnehmen kann. Das
Gelenk wird durch die ineinanderlaufenden Kugelsegmente 14,15 gebildet, das über die
Schraube 17 mit Mutter 20 und das lose Kugelsegment 16 zusammengehalten wird Das Gelenk
ergibt eine kardanische Lagerung mit Rotation um den Mittelpunkt M.
[0017] Im Rahmen der Erfindung können je nach Konstruktion auch ein spezielles Aufnahmeteil
oder -teile für diese Aufgabe mit der Lehnenplatte 3 verbunden werden.
[0018] Tragplatte 1 und Lehnenplatte 3 sind derart gestaltet, dass in einem gewissen Abstand
zum gemeinsamen Gelenkpunkt M und oberhalb desselben Raum ist für die senkrecht oder
annähernd senkrecht zur Lehnenplatte 3 wirkenden Druckfedern 5, und unterhalb des
Punktes M die gleichfalls senkrecht wirkende Druckfeder 5′.
[0019] Diese Federn werden mit einer gewissen Vorspannung eingebaut, so dass dann die Lehnenplatte
3 ab einer gewissen Kraft aus ihrer Normallage verschwenkt werden kann, wobei die
Kraft mit zunehmendem Verschwenkungsgrad zunimmt. Verschwenkung und daraus resultierende
Stützkraft werden durch entsprechende Oberkörper-Haltungsveränderungen eines Benutzers
der Stuhllehne bestimmt. Berühren sich Lehnenplatte 3 und Tragplatte 1, dann entsteht
ein gewollter Endanschlag.
[0020] Bis hierher nimmt das beschriebene System im wesentlichen nur Sagittal- und Torsionsbewegungen
stützend auf. Transversale Bewegungen würden nur durch das Federungsvermögen in Querrichtung
der erwähnten Federn 5, 5′ aufgenommen. Bei reinen Druckfedern wäre das gar nicht
möglich; im übrigen würde auch der Federwiderstand unerwünscht bei Null beginnen.
Deshalb wirkt parallel zur Lehnenplatte 3 und Tragplatte 1 eine weitere Feder 6. Sie
ist durch eine Kerbe, in die eine Nase der Lehnenplatte 3 greift, in zwei Bereiche
unterteilt, die mittels der Transversal-Anschläge 12 gegeneinander unter Vorspannung
stehen. Damit nehmen sie transversale Bewegungen auf, und stützen sich gegenläufig
an der Lehnen- und Tragplatte ab. Die Druckfedern 5, 5′ sind an der Lehnenplatte 3
befestigt, und mittels der Haltestifte 19 an der Tragplatte 1 geführt.
[0021] In Fig.2 ist der gesamte Aufbau vereinfacht und die Zahl der Federn reduziert, indem
die Grundstellung der Lehne derart ausgelegt ist, dass der untere Rand 7 der Lehnenplatte
3 stets gegen die Tragplatte 1 oder den Lehnenträger 2 gedrückt wird. Die untere Feder
kann dadurch entfallen
[0022] Das Federsystem lässt sich weiter vereinfachen, wenn Werkstoffe verwendet werden,
die in Längs- und Querrichtung ein definiertes, nutzbares Federungsverhalten zeigen,
wie Gummi oder zellartiges Polyurethan; letzteres ist als Werkstoff für federnde
Bauteile bekannt u.a. unter dem Handelsnamen "Cellasto". Diese zellartigen Kunststoffe
haben gegenüber nicht zellhaltigen Werkstoffen wie Gummi den Vorteil, dass sich beim
elastischen Verformen ihr Volumen verkleinert und nicht annähernd gleich bleibt
[0023] Die in Fig.3 im einzelnen dargestellten Federelemente 9 sind als Zellvulkolan-Federn
ausgeführt. Je eine zylindrische Feder 9, vorzugsweise mit Innenbohrung, ist rechts
und links vom gemeinsamen Schwenkpunkt M positioniert, indem sie aussen von einem
entsprechend angeformten Halterand 10 an der Lehnenplatte 3 und gegenüberliegend
von einem Haltestift 19 an der Tragplatte 1 fixiert wird. Es werden durch diese Federn
9 bevorzugt tordierende und teilweise auch transversale Bewegungen der Lehne gegenüber
der Tragplatte abgestützt. Der Halterand 10 kann gleichzeitig als definierter Endanschlag
gegen die Tragplatte 1 genutzt werden, wobei im Beispiel ein Versteifungs rand der
TRagplatte 1 herangezogen wird. Der Abstand der Federn 9 zum Drehpunkt M wird vom
gewählten Federweg und der notwendigen Federkraft bestimmt und liegt im Ausführungsbeispiel
bei ca. 70 mm.
[0024] Die sagittalen und grösstenteils auch die transversalen Bewegungen werden durch
eine einzige entsprechend geformte Cellasto-Feder 13 oberhalb des Drehpunktes M abgestützt,
wie aus Fig.2 und 3 ersichtlich. Um die Feder 13 in transversaler Richtung (quer zur
Lehne) vorzuspannen, wird sie zwischen seitlich angeformten Stützrippen 11 an der
Lehnenplatte 3 und seitlichen Anschlägen 12 an der Tragplatte 1 bei der Montage eingepresst
und damit vorgespannt.
[0025] Auch in sagittaler Bewegungsrichtung ist die Feder 13 zwischen Lehnen- und Tragplatte
eingeklemmt und damit vorgespannt. Die aus sagittalen Bewegungen des Benutzers sich
ergebenden Verformungen wirken unter einem Winkel von 90° zu den transversalen.
Die Feder 13 wird dadurch gemäss ihrem Vermögen in zwei Richtungen belastet.
[0026] Lehnt sich der Benutzer bei der beschriebenen Ausführungsform an die Lehne an, so
wird diese aus der Grundstellung herausbewegt, und die Lehnenplatte 3 verliert am
unteren Rand 7 den Kontakt mit der Tragplatte 1 bzw. dem Lehnenträger 2 Deshalb ist,
wie in Figuren 2 und 3 dargestellt, an der Lehnenplatte 3 eine V-förmige Nase 8 angebracht
oder zweckmässig angeformt, die in einen entsprechenden Ausschnitt 18 in der Tragplatte
1 greift. In Ruhelage füllt die Nase 8 den Ausschnitt 18 aus; sie berühren sich seitlich
aufgrund der Federvorspannung. Lehnt man sich gegen die Lehne und bringt sie in Gebrauchslage,
indem man sie oberhalb des Drehpunktes M nach hinten drückt, so wird der Kontakt zwischen
Nase und Ausschnittrand aufgehoben. Die Lehne ist transversal beweglich, bis die
Nase links oder rechts wieder den Rand berührt. Die V-Form der Nase bewirkt, dass
der transversale Bewegungsraum der Lehne umso grösser wird, je mehr man sich gegen
die Lehne anlehnt, was vor allem oberhalb des Gelenkpunktes M geschieht. Das entspricht
auch dem subjektiven Empfinden des Benutzers, der Querverspannung auf der Haut umso
unangenehmer empfindet, je intensiver sie ist, was wiederum massgebend vom Anlehndruck
abhängt.
[0027] Es sind auch andere geometrische Formen der Anschlagnase 8 denkbar. z.B. wird derselbe
Effekt auch durch eine kegelstumpfartige Anschlagnase erreicht, die in ein entsprechendes
Loch der Tragplatte eingreift.
[0028] Statt das konische Führungselement 8 an der Lehnenplatte 3 und die Oeffnung 18 in
der Tragplatte 1 vorzusehen, ist es selbstverständlich auch möglich, umgekehrt das
Führungselement 8 an der Tragplatte 1 und die Oeffnung 18 in der Lehnenplatte 3 vorzusehen.
[0029] Das allseitig verschwenkbare Kardangelenk kann prinzipiell in allen bekannten Formen
ausgeführt sein, die den notwendigen Bewegungswinkel von ca 15° allseitig zulassen.
Als besonders günstig, sowohl kostenmässig als auch vom biodynamischen Ablauf der
menschlichen Bewegungen her, hat sich jedoch das dargestellte Kugelgelenk erwiesen,
bei welchem die Kugelpfanne 14, 15 nach hinten weist, so dass der Mittelpunkt M der
Kugel auf der Polsteroberfläche im Bereich des Lordosenknickpunktes, etwa in Höhe
des 4.bis 5. Lendenwirbels, liegt.
[0030] Im Mittelpunkt M gibt es keine Relativbewegungen beim Verschwenken der Lehne, und
vom unteren Bereich der Lendenwirbel gehen die Bewegungen der Wirbelsäule aus; dort
ist ihr Nullpunkt. Bei einem anders ausgebildeten Kardangelenk müsste der Mittelpunkt
M in der Regel hinter dem Lehnenpolster liegen, so dass Oberkörperbewegungen stets
einen Relativweg der Polsteroberfläche im Lordosenbereich gegenüber dem menschlichen
Oberkörper zur Folge haben würden.
[0031] Das in den Figuren 1,2,3 dargestellte Kugelgelenk wird einerseits durch ein Kugelsegment
14, das Formbestandteil der Tragplatte 1 ist, und andererseits durch ein Kugelsegment
15, das Formbestandteil der Lehnenplatte 3 ist, gebildet. Auf der Rückseite, d.h.
der dem Polster 4 zugewandten Seite, befindet sich ein loses Kugelsegment 16 als Gegenlagerscheibe
für eine Bundschraube 17, welche die Kugelsegmente 14, 15 von Lehnenplatte 3 und Tragplatte
1 durchdringt. Sie ist in die Mutter 20, die sich auf der nicht beaufschlagten Seite
im Mittelpunkt des Tragplatten-Kugelsegmentes 14 befindet, eingeschraubt. Diese Mutter
20 kann lose oder mit der Tragplatte 1 fest verbunden sein. Die Bundlänge der Befestigungsschraube
gewährleistet das notwendige Lagerspiel der gegeneinander beweglichen Kugelsegmente.
[0032] Das Kugelsegment 15 der Lehnenplatte 3 hat ein um den Betrag vergrössertes Durchgangsloch
gegenüber der Bundschraube, der notwendig ist, damit die Lehnenplatte 3 und damit
die Lehne die ihr zugedachten Bewegungen ausführen kann. Falls der Reibkoeffizient
der drei Teile, welche das Kugelgelenk bilden, nicht ausreichend klein ist, können
sie in vorteilhafter Weise mit einer Trockengleitschicht, wie z.B. Teflon, beschichtet
oder in herkömmlichem Sinne geschmiert werden.
[0033] Das Prinzip des Kugelgelenkes lässt sich auch ändern, indem statt des losen Kugelsegmentes
auf der Rückseite der Lehnenplatte ein loses Kugelpfannensegment auf der gegenüberliegenden
Seite der Tragplatte aufgebracht wird.
[0034] Das beschriebene Gelenk könnte dadurch vereinfacht werden, dass z.B. ein hutförmiges
Kunststoffteil aus entsprechend elastischem Kunststoff mit seinem Boden an der Tragplatte
1 und mit seinem Rand an der Lehnenplatte 3 befestigt wird, oder umgekehrt. Eine derartige
Lösung wird kostenmässig umso interessanter, je mehr eine Reduktion des erwähnten
ca. 15° Bewegungsspielraums in Kauf genommen wird.
[0035] Es ist auch denkbar, z.B. für die Lehnenplatte 3, von vornherein einen ausreichend
elastischen Werkstoff auszuwählen, und dann den Hut als Teil der Lehnenplatte 3 auszubilden.
BEZEICHNUNGSLISTE
[0036]
1 Tragplatte
2 Lehnenträger
3 Lehnenplatte
4 Polster
5 obere,seitliche Druckfedern
5′ untere Druckfeder
6 Transversalfeder
7 unterer Rand (der Lehnenplatte)
8 V-Nase
9 seitliche Zellvulkolanfedern
10 Halterand an der Lehnenplatte
11 Stützrippen Lehnenplatte
12 Transversal-Anschlag
13 Obere Vertikal-Transversal-Feder
14 Kugelsegment Tragplatte
15 Kugelsegment Lehnenplatte
16 loses Kugelsegment
17 Befestigungsschraube
18 Ausschnitt für Nase
19 Haltestift
20 Mutter
M Drehmittelpunkt der Kugelsegmente 14,15
1. Stuhl-Rückenteil mit einer beweglich an einem Träger (1,2) gelagerten Lehne (3,4)
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
a) die Lehne ist in einem Punktlager (14,15) kardanisch an dem Träger gelagert,
b) zwischen Lehne und Träger wirkt oberhalb des Punktlagers (14,15) eine obere Federkraft
(5,13) senkrecht zur Lehnenfläche,
c) zwischen Lehne und Träger wirken jeweils auf einer Seite des Punktlagers (14,15)
jeweils eine seitliche Federkraft (5,9) senkrecht zur Lehnenfläche
d) zwischen Lehne und Träger wirkt ausserhalb des Punktlagers eine transversale Federkraft
(6,13) parallel zur Lehnenfläche,
e) mindestens eine Federkraft (6,13) steht unter Vorspannung, die durch eine Gegenkraft
(5′,8) auf der anderen Seite des Punktlagers (14,15) aufgefangen wird.
2. Stuhl-Rückenteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotation der
Lehne um die Achse senkrecht zur Lehnenfläche durch einen Anschlag (12) begrenzt ist.
3. Stuhl-Rückenteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der
Gegenkraft unterhalb des Punktlagers (14,15) ein Anschlag (5′,8) der Lehne an dem
Träger vorgesehen ist.
4. Stuhl-Rückenteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Federkräfte
(5, 5′, 6, 9,13) unter Vorspannung stehen.
5. Stuhl-Rückenteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der
Federkräfte Schraubenfedern vorgesehen sind.
6. Stuhl-Rückenteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der
Federkräfte elastische Polyester-Elemente vorgesehen sind, welche die Federkräfte
sowohl senkrecht (vertikal) als auch parallel (transversal) zur Lehnenfläche ausüben.
7. Stuhl-Rückenteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Lehne und
Träger vier elastische Polyester-Elemente vorgesehen sind, wobei das erste Element
(6) im wesentlichen senkrecht oberhalb des Punktlagers (14, 15) vorgesehen ist, die
zwei anderen Elemente (5) jeweils auf einer Seite des Punktlagers und oberhalb desselben,
und das vierte Element (5′) unterhalb desselben, und die zwei seitlich und das unterhalb
angeordnete Element (5,5′) zur Aufnahme von vertikal zur Lehne wirkenden Druckkräften,
und das obere Element (6) zur Aufnahme transversaler Druckkräfte ausgebildet sind.
8. Stuhl-Rückenlehne nach anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Lehne
und Träger drei elastische Polyester-Elemente vorgesehen sind, wobei das erste Element
(13) im wesentlichen senkrecht oberhalb des Punktlagers (14, 15) vorgesehen ist, und
die zwei anderen Elemente (9) jeweils auf einer Seite des Punktlagers und die zwei
seitlichen Elemente (9) zur Aufnahme vertikal zur Lehne wirkender Druckkräfte, und
das obere Element (13) zur Aufnahme vertikaler und transversaler Druckkräfte ausgebildet
sind, und unterhalb des Punktlagers (14,15) ein Anschlag (8) der Lehnenplatte (3)
in die Tragplatte (1) eingreift.
9. Stuhl-Rückenteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine
obere Federkraft (5,13) unter Vorspannung steht, und die Lehnenplatte (3) zwecks Erzeugung
einer Gegenkraft unterhalb des Punktlagers (14,15) mit ihrem unteren Rand (7) an der
Tragplatte (1) anschlägt, und am unteren Rand (7) der Lehnenplatte (3) ein konisches,
mit der Basis an der Lehnenplatte (3) befestigtes und mit dem Stumpf in einer Oeffnung
(18) an der Tragplatte (1) eingreifendes Führungselement (8) vorgesehen ist, das beim
Austritt aus der Oeffnung (18) Transversalbewegungen der Lehne ermöglicht, und beim
Eintritt diese blockiert.
10. Stuhl-Rückenteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das kardanische
Punktlager durch ein an der benutzerabgewandten Seite der Lehnenplatte 3 angeordnetes,
zur Tragplatte 1 hin gewölbtes Kugelsegment (15), das in einem korrespondierend geformten
Kugelsegment (14) in der Tragplatte 1 gleitend Läuft, gebildet ist.