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Thermisch regelbare Gasfeder Es sind Gasfedern bekannt, bei denen
ein elastischer, mit Gas gefüllter Körper beliebiger Bauart Lastkräfte federnd überträgt.
Meistens wird in solchen Fällen Luft verwendet. Aus dem Bedürfnis heraus, solche
Federn, insbesondere für Zwecke der Fahrzeugabfederung an die Nutzlast anpaßbar
zu gestalten, wurden auch Luftfedern entwickelt, bei denen das im Innern. des elastischen
Federkörpers enthaltene Luftgewicht zwecks Druckerhöhung bzw. Druckabsenkung durch
Zupumpen und Ablassen von Luft abhängig von der Nutzlast gesteuert wird. Solche
Federsysteme benötigen eine Druckluftquelle sowie entsprechende Ventile bzw. Schieber
als Regelorgane.
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Um den technischen und konstruktiven Aufwand zu verringern, hat man
auch mit Erfolg Federsysteme entwickelt, bei denen in einem elastischen Körper eingeschlossene
Gase und auch Dämpfe ohne Veränderung des eingeschlossenen Gas- bzw. Dampfgewichtes
durch Temperaturerhöhung bzw. Temperäturabsenkung und die damit verbundene Druckänderung
bei gleichem Volumen auf den jeweiligen Belastungszustand abgestimmt werden. Diese-
thermischen Gas-bzw. Dampffedern haben zwar den Vorteil, .ohne mechanischen Aufwand
an den Fahrzeugen regelbar zu sein, jedoch. benötigen sie nicht unerhebliche Wärmeenergiemengen,
die bereitzustellen bei Fahrzeugen, die ihre Energie nicht von elektrischen Oberleitungen,
beziehen (elektrische Triebfahrzeuge) und keine Abfallwärme (wie z. B. Dieseltriebfahrzeuge
in ihrem Kühlwasser) verfügbar haben, Schwierigkeiten bereiten kann, insbesondere
dann, wenn bereits zur Aufrechterhaltung befriedigender Federeigenschaften bei geringster
Last eine entsprechende Grundtemperatur und damit ein entsprechender Wärmeaufwand
erforderlich ist, wie dies bei Füllungen solcher Federn mit Ammoniak, Schwefeldioxyd
oder sonstigen Kältemitteln, wie sie die große Gruppe der Frigene darstellt, erforderlich
ist.
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Auch sind Federsysteme bekannt, bei denen Medien verschiedenen Siedeverhaltens
den Federraum füllen, wobei jedoch das eine Medium stets in füssiger Form als Lösungsmittel
vorhanden ist (Wasser), während allein das zweite Medium durch Temperaturänderung
bei Bedarf aus dem Lösungsmittel Wasser durch Temperatursteigerung ausgetrieben
oder durch Temperatursenkung absorbiert wird (Ammoniak). In solchen Federn ist als
federndes Meidum nur das teils gelöste., teils dampfförmig vorhandene Ammoniak anzusehen.
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Um den Wärmehaushalt klein zu halten und um trotzdem die mit der Verwendung
kondensierbarer Dämpfe verbundenen Vorteile bei ihrer Verwendung in Gasfedersystemen
zu erhalten, wird erfindungsgemäß eine Gasfeder verwendet, die sich die Beziehungen
des Daltonschen Gesetzes zu Nutzen macht, welches besagt, daß entsprechend der Formel
bei Anwesenheit mehrerer Gase in gleichem abgeschlossenem Raum sich deren Partialdrücke
jeweils genau so verbalten, als wenn jedes di s r -Gase den Raum allein einnähme,
mit anderen Worten, wonach der Gesamtdruck eines Gasgemenges der Summe der Partialdrücke
der einzelnen Gäre gleich ist: -Eine thermisch regelbare Gasdampffeder dieser Bauart
sieht danach etwa folgendermaßen aus: Ein aus elastischem Material beliebiger Art
gebildeter Hohlraum, wie er für solche Gasfedern in berannter Weise verwendet wird,
ist mit einem neutralen Gas mit sehr niedrigem Verflüssigungspunkt, z. B. Luft,
Stickstoff usw. - man. zweckmäßigerweise Gase mit geringer spezifischer Wärme auswählt
-, so weit angefüllt, daß der Druck dieses Gasvolumens auf die wirksamen Flächen
der Feder bei der höchsten im Betrieb vorkommenden Raumtemperatur (in Deutschland
etwa 30° C) gerade ausreicht, um die geringste varkomm@ende Last, z. B. die Last
eines leeren Fa'hrzeuges, gerade federnd aufzunehmen. Um diese Bedingung zu wird
also in dem das federnde edium aufnehmenden Hohlraum bei Normaltemperatur, z. B.
30° C, ein ganz bestimmter Innendruck, z. B. 3 atü, vorhanden sein, der sich bei
des Systems unter diese Normaltemperatur entsprechend dem geltenden Gasgesetzen
nur geringfügig (der Kontraktion von 1Ig73 je Grad Celsius entsprechend) verringern
wird. Die Eigenschaften für die Mindestlast bleiben also im Rahmen der,üblichen
Betriebstemperaturen einer solchen Feder
mit verhältnismäßig geringen
Abweichungen ohne zu: sätzlichen Aufwand für die Erwärmung des Mediums erhalten.
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Um dieser Feder nun die im breiten Rahmen erforderliche Regelbarkeit
zu. verleihen, wird in dem gleichen Hohlraum ein anderer als federndes Medium verwendbarer
Stoff (z. B. Schwefeldioxyd oder Frigene einer geeigneten Zusammensetzung und Mischung)
beigegeben, so daß dieses Medium bei der Normaltemperatur (30° C) und dem Normaldruck
(3 atü) vorzugsweise in flüssiger Form vorhanden ist. Wird nun z. B. durch Aufbringen
zusätzlicher Last auf ein Fahrzeugeine höhere Tragfähigkeit der Feder verlangt,
so setzt die Heizvorrichtung der Feder ein, und sie verdampft eine entsprechende
Menge dieses flüssigen Mediums, das neben seinen physikalischen Eigenschaften auch
nach seiner möglichst geringen Verdämpfungswärme ausgewählt wurde, so daß der Partialdruck
dieses Mediums, zu dem der vorhandenen Grundgasfüllung hinzutretend, den gesamten
Innendruck im Federsystem entsprechend erhöht und damit die gewünschte Tragfähigkeit
einstellt. Bei einer solchen Feder umfaßt die zur Regelung der Tragfähigkeit notwendige
Wärmemenge nur noch den Betrag, der zur ergänzenden Verdampfung und Spannungserhöhung,
vornehmlich des zusätzlich beigegebenen Mediums, erforderlich ist, ein Betrag, der
wesentlich geringer ist, als wenn die Feder nur mit diesem Medium gefüllt wäre.
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An Stelle eines derartigen zusätzlichen Mediums kann auch eine Mischung
solcher Medien der Grundgasfüllung der Feder zugesetzt werden. Auf diese Weise können
mit ein und derselben Federkonstruktion verschiedenste Belastbarkeiten und Regelbereiche
für solche thermischen Gasdampffedern nur durch die veränderte Füllung geschaffen
werden.
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Es ist auch möglich, zur Verbesserung der Wärmebilanz der Feder und
Ausnutzung der wärmeisolierenden Wirkung echter ruhender Gase das zum Zwecke der
Regelbarkeit zusätzlich beigegebene Medium von dem die Grundlast tragenden Gas zu
trennen, indem man es in einem besonderen elastischen Behälter so in die Feder einbringt,
daß es an keiner Stelle mit der Außenwand der Feder Berührung hat. Dadurch ist es
möglich, die zur Beheizung aufgewendete Wärme zum weitaus größten Teil nur zur Temperaturerhöhung
des die Nutzlastdifferenz ausgleichenden Mediums zu verwenden; während das umgebende
Gas und die Außenwandungen entsprechend dem sich einstellenden Temperaturabfall
geringere Temperaturen aufweisen. Auch mehrere verschiedene solcher Behälter ineinandergebracht
und. mit verschiedenen Medien gefüllt sind möglich.
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Die Wärmezu- und -abfuhr solcher Federsysteme kann in an sich bekannter
Weise elektrisch wie auch mechanisch über Wärmeaustauscherflächen erfolgen, wobei
die Regelung der Wärmezufuhr und Wärmeabfuhr von dem jeweils erforderlichen Betriebszustand
des Federsystems automatisch abhängig gemacht werden kann, sei es, daß die Pfeilhöhe
der Feder als Regulativ verwendet wird, sei es, daß der Druck oder die lastabhängig
eingeschaltete Temperatur der Feder zum: Regeln verwendet wird. Die an der Federarbeit
teilnehmenden Medien brauchen nicht notwendigervveise in der Feder selbst untergebracht
zu werden, sondern sie können auch in besonderen Hohlräumen, die mit dem Inneren
des tragenden Federkörpers verbunden sind, vorhanden sein.