DE1057830B - Thermisch regelbare Gasfeder - Google Patents

Description

• Thermisch regelbare Gasfeder Es sind Federsysteme bekannt, bei denen Gase oder auch Dämpfe als federndes Medium in elastischen Federbälgen oder von Kolben und Zylinder gebildeten Räumen verwendet werden. Solche Federn werden nicht nur durch Zu- und Abpumpen des federnden Mediums, sondern auch durch thermische Beeinflussung desselben lastabhängig geregelt. Thermisch geregelte Gas- und Dampffedern haben jedoch den Nachteil, daß bei direkter thermischer Beeinflussung des Mediums im Federkörper oder in dem Federkörper zugeschalteten Räumen die Regelgeschwindigkeit ungünstig beeinflußt wird. Die zur Erwärmung bzw. Abkühlung des Mediums bei sich ändernden Lastzuständen erforderlichen Zeiten sind für verschiedene Bedürfnisfälle zu lang.
• Es sind auch Federsysteme vorgeschlagen worden, bei denen die Regelung des Gasdruckes in der Feder durch Zu- und Abpumpen von Medium aus einem Vorratsbehälter in die Feder und zurück je nach Belastung erfolgt und bei denen zur Verminderung der Druckdifferenzen auch eine thermische Beeinflussung des im Vorratsraum vorhandenen Mediums erfolgen kann. In diesem Falle hat jedoch die thermische Beeinflussung des Mediums im Vorratsraum nur die Aufgabe, den mittleren Druckpegel so zu beeinflussen, daß die von dem Kompressor beim Zu- oder Abpumpen zu leistende Arbeit möglichst gering bleibt. Ein Nachteil dieser Systeme bleibt in jedem Falle, daß eine mechanisch angetriebene Pumpvorrichtung zum Zu- und Abpumpen des Mediums vorgesehen werden muß, deren Antriebsleistung nicht unbedeutend ist, wenn eine befriedigende Regelgeschwindigkeit erreicht werden soll.
• Um diesem Mangel abzuhelfen, wird erfindungsgemäß das Gesamtfedersystem - etwa eines Fahrzeuges - durch eingeschaltete auf niedrigerer bzw. höherer Temperatur gleichmäßig oder auch wechselweise gehaltene Speicherräume ergänzt. Dadurch wird sowohl die Regelgeschwindigkeit derjenigen der sonst üblichen Gasfedersysteme praktisch gleichgestaltet als auch eine wirkungsvolle, automatische und schnell wirkende Ausgleichsvorrichtung für Spannungsänderungen durch Temperaturverluste bei normaler Abkühlung geschaffen. Solche, gemäß vorstehend genanntem Erfindungsgedanken aufgebaute Systeme können sowohl unter Zwischenschaltung einer kleinen - die Flüssigkeit des bei höherer Temperatur verdampfenden Mediums fördernden - Flüssigkeitspumpe (Abb.2) als auch durch Anwendung von wechselweise als Kalt- und Warmräume verwendbaren Kondensations- und Verdämpfungsräumen (Abb. 3) gestaltet werden. Bei letzteren dient zunächst der eine der beiden Räume der Aufnahme des überfließenden, abgekühlten und flüssigen Mediums, während der zweite Raum, auf Heizung geschaltet, das Medium verdampft und dies über Regelorgane den Federn in dampfförmiger Gestalt zuführt. Nach Erschöpfen des Vorrates im Heizraum und ausreichender Abkühlung des Mediums im Kühlraum wird umgeschaltet, so daß der erstgenannte Kühlraum zum Heizraum und der Heiz- und Verdampfungsraum zum Kühlraum wird usf.
• Die Arbeitsweise einer erfindungsgemäß aufgebauten Gas- bzw. Dampffeder ist an Hand der Abb. 1 bis 3 beschrieben.
• Für die Federung eines vierrädrigen Fahrzeuges in der Anordnung gemäß Abb.1 sind vier hier als elastische Federbälge dargestellte Dampffedern 1 über den vier Rädern angeordnet. In jeder dieser vier Federn wird über ein ihr zugeordnetes Regelorgan 2, welches je nach der Druckänderung der Feder auf Zuströmen heißen Mediums höheren Druckes oder auf Abfluß kalten Mediums in nachgeschaltete Räume niederen Druckes schaltet, der einer etwaigen Laständerung entsprechende Innendruck einreguliert. Das hochgespannte erwärmte Medium wird aus dem Verdampfer 7 mit Heizschlangen 8 über die Druckleitungen 3 dem Regelorgan 2 zugeführt. Das abgekühlte Medium läuft ebenfalls über die Regelorgane 2, über die Leitungen 4 dem Kühlraum 5 zu, um von hier, wie in Abb. 1 als Beispiel angegeben, über eine kleine Membranpumpe 6 - ähnlich einer Kraftstofförderpumpe im Kraftwagen - dem Verdampfer 7 wieder zugeführt zu werden. Der Druck im Verdampfer 7 wird durch die Heiztemperatur der Heizschlange 8 bestimmt, ganz gleich, welche Menge des Mediums sich im Verdampfer 7 befindet. Die Heizschlange 8 kann z. B. bei Kraftfahrzeugen mit wassergekühlten Motoren vom Kühlsystem des Motors her mit Abfallwärme beheizt werden, sie kann auch elektrisch oder aus einer sonstigen Wärmequelle mit Wärme versorgt werden.
• Abb. 2 veranschaulicht die in Abb. 1 gezeigte Prinzipanordnung nochmals unter genauerer Darstellung des an sich einfachen Regelmechanismus. Die durch den elastischen Balg gebildete Dampffeder 1, die die Last des Fahrzeuges gegenüber der Fahrbahn abfedert, wird über die Regelstange 9 mit Langloch 10, welches in den Verstellhebel des Regelorgans 2 eingreift, in ihrer mittleren Arbeitshöhe festgelegt. Soweit das Spiel des Langloches 10 ausreicht, tritt keine Verstellung des Regelorgans 2 ein. Geht jedoch die Feder beispielsweise durch Entlastung weiter auseinander, so zieht die Stange 9 nach Ausnützen des Spiels des Langloches 10 das Regelorgan nach unten. Dadurch wird dieses aus der gezeichneten Stellung herausgedreht und der Zustrom weiteren federnden Mediums mit höherem Druck unterbunden. Die Feder kann nun ohne Zu- und Abfluß vom Medium in dieser Mittelstellung im Rahmen der durch das Langloch gegebenen Maße spielen. Tritt eine noch weitergehende Entlastung ein, so wird das Regelorgan 2 in die darüber gezeichnete Stellung (um insgesamt 90°) ver -dreht. Nunmehr kann aus der Feder 1 Medium über das Regelorgan 2 und die Leitung 4 in den Sammel-und Kühlraum 5 abströmen, bis der Gleichgewichtszustand wieder hergestellt ist und das Regelorgan 2 wieder in die Abschlußstellung verdreht wird. Damit hierbei vorzugsweise flüssiges Medium nach 4 überströmt, ist das Tauchrohr 12 in dem unteren Fuß des Federkörpers 11 so angeordnet, daß dort angesammeltes flüssiges Medium, solange solches vorhanden ist, bevorzugt über die Leitung 4 in den Kühlraum 5 gefördert wird. Die in Abb.2 dargestellte Membranpumpe 6, die auch durch jede andere, möglichst völlig dichte Pumpenkonstruktion ersetzt werden kann, wird nach Belieben vom Motor oder elektrisch angetrieben. Ihre Leistungsaufnahme ist sehr gering, da sie nur flüssiges Medium zu fördern hat. Sie ist ihrer Konstruktion nach für die Förderung gasförmigen Mediums nicht geeignet und läuft bei Fehlen flüssigen Mediums leer. Der Leistungsbedarf der Pumpe mag aus folgender Überlegung erkennbar werden. Für ein Federsystem mit Musterfedern von je 11 federndem Volumen ergibt sich bei angenommen 41 Volumen des Kühl- und Sammelbehälters 5 sowie 8 1 Volumen des Verdampfers 7 und etwa 1 1 Volumen der Rohrleitungen bei beispielsweiser Füllung mit Octafluorcyclobutan (C4 F8) ein Füllgewicht von etwa 3,5 kg des genannten Mediums. Bei für sehr hohe Anforderungen hier angenommener Fördermenge von 1 kg flüssigem C4F8 je Minute und bei einer Druckdifferenz, die durch den Druck im Kühlraum mit 0,6 bis 3,8 at einerseits (bei -20 bis +35° C) und 14 at andererseits (bei 80° C des Heizmediums) maximal etwa 14 at beträgt, errechnet sich der Leistungsbedarf zu 140 mkg/ min und bei einem Wirkungsgrad n = 0,65 der Pumpe zu annähernd 200 mkg/min oder 3,3 mkg/sec =0,045 PS. Da der Arbeitsdruck in der Feder 1 bei den gewählten Abmessungen und Stoffen in der Regel etwa zwischen 4,4 und 6,7 at liegen wird, ist sowohl ein ausreichender gespeicherter Vorrat an dampfförmigem Medium im Verdampfer 7 als auch eine zuverlässige Rückförderung überflüssigen Mediums aus der Feder 1 bzw. 11 über die Leitung 4 in den Kühlraum 5 gewährleistet. Bei im Prinzip völlig gleicher Anordnung kann, wie in Abb. 3 dargestellt, die Pumpe 6 auch durch zwei wechselweise als Kalt- und Warmräume verwendete Räume 7 mit Heizschlangen 8 ersetzt werden. Diese Einrichtung arbeitet dann folgendermaßen. Das aus dem Kühlraum 5 zuströmende kalte Medium läuft, wie im Beispiel gezeichnet, über die Leitung 4 und das geöffnete Rückschlagventil 17, welches mit einem elektrischen Steuerkontakt ausgestattet ist, nach dem rechten Raum 7. Dieser Raum ist also zunächst Kaltraum. Die Zirkulation von heizendem Medium (z. B. heißem Motorkühlwasser) von der Leitung 15 durch die Heizschlange 8 nach der Leitung 16 ist für diesen Kreis im Regelorgan 13 unterbrochen. Währenddessen wird der linke Raum durch von der Leitung 15 über das Regelorgan 13 nach der Heizschlange 8' strömendes Heizwasser durchflossen, aufgeheizt, das in ihm angesammelte Medium verdampft und über das Regelorgan 14 in die Druckleitung 3 gefördert. Ist der rechte Raum 7 nunmehr ausreichend stark gekühlt, so öffnet sich unter der Wirkung des sich dann einstellenden Überdruckes vom Kühlraum 5 her über die Leitung 4 auf das Rückschlagventil 17, womit ein Kontakt über die Stromquelle 22 und das Solenoid 18 geschlossen wird. Der Eisenkern des Solenoids 18 wird nach unten gezogen, das Regelorgan 14, welches mit der vom Solenoid betätigten Schubstange im Gelenk 20 verbunden ist, um 90° gedreht und gleichzeitig das Regelorgan 13, welches über die Verzahnung 21 mit dem Regelorgan 14 mechanisch verbunden ist, ebenfalls, und zwar im entgegengesetzten Sinne verstellt. Damit wird der bisherige rechte Kaltraum 7 durch die Umschaltung zum Verdampfer- und Heizraum, während der linke, zuvor als Heizraum arbeitende Raum 7, von der Wärmequelle nunmehr abgeschaltet, sich abkühlen kann, bis der Druck in ihm unter den Druck im Kühlraum 5 gefallen ist und sich das Spiel wiederholt. Die Steueraggregate sowie Heiz-und Pumpeneinrichtungen können pneumatisch hydraulisch oder elektrisch betätigt werden.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Gasfeder, die durch Zuführen eines Mediums höheren Druckes bzw. Ablassen ihres Mediums in einen Raum niedrigeren Druckes lastabhängig regelbar ist, wobei der Druckpegel im Vorratsraum zusätzlich thermisch beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Medium in an sich bekannter Weise im Regelbereich der Feder kondensierbar bzw. lösbar ist und beim Regeln aus einem Verdampferraum (7) höheren Druckes zuströmt bzw. in einen Kondensier- oder Lösungsraum (5) niedrigeren Druckes abströmt.
2. 2. Feder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kondensier- oder Lösungsraum (5) und den Verdampferraum (7) eine Speisevorrichtung (6) geschaltet ist.
3. 3. Feder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Vorratsräume (5, 7) wechselweise beheizbar bzw. kühlbar sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 909 404, 913 720, 929 465, 940 751; deutsche Auslegeschrift Nr. 1015 325.