DE1075382B

DE1075382B - Selbsttätig sich regelnde Federung

Info

Publication number: DE1075382B
Application number: DENDAT1075382D
Authority: DE
Inventors: Langen Dr.-Ing. Gustav-Adolf Gaebler (Hess.)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1952-07-04
Publication date: 1960-02-11
Also published as: FR1090440A; US2805854A; BE521011A

Description

Durch das Patent 909404 ist eine lastabhängig sich regelnde Federung vorgeschlagen, bei der durch Temperaturändeirung eines als Feder wirkenden oder auf das Federsystem wirkenden Mediums das Diagramm der Feder veränderbar ist. Wie die Rechnung erkennen läßt, sind die für die thermische Regelung einer Gasfeder benötigten Wärmemengen sehr gering. Weitaus größere Wärmemengen sind jedoch erforderlich, um

a) die Temperatur des federnden Mediums auf der jeweils erforderlichen Höhe zu halten und

b) die Wandungen der Federkörper zu erwärmen.
Es ist auch bekannt, die Wärmeverluste durch

zweckentsprechend angebrachte Wärmeisolation zu senken. Diese Wärmeisolation wirkt jedoch wieder störend bei einer Entlastung der thermisch gesteuerten Feder und der damit entstandenen Notwendigkeit, das federnde Medium schnell abzukühlen und seine Temperatur dem neuen Belastungszustand anzupassen.

Nach einem älteren Vorschlag werden Gasfedern so aufgebaut, daß ein von dem die Grundlast tragenden Medium getrennt eingebrachtes Medium zum Zwecke der Regelung aufgeheizt bzw. abgekühlt wird. Eine solche Anordnung vermindert zwar den für die Regelung erforderlichen Wärmeenergiebedarf erheblich. Es ist jedoch mit einer solchen Einrichtung nicht möglich, den durch die Umlufttemperaturdifferenz erforderlich werdenden Wärmemehrbedarf für das Hochheizen und Warmhalten der Feder auf die unterste Regeltemperatur bei niedrigen Außentemperaturen entscheidend zu mindern.

Erfindungsgemäß wird bei einem Federsystem, dessen Tragfähigkeit durch Temperaturveränderung des federnden Mediums regelbar ist, wobei das zur Regelung verwendete Medium von dem Gaspolster der Feder getrennt ist, eine hydraulische Verbindung zwischen dem Regelmedium und der eigentlichen Gasfeder hergestellt, die derart ausgebildet ist, daß beim Aufheizen des 'Regelmediums die Verbindungsflüssigkeit über ein erstes Rückschlagventil gefördert wird, wodurch der Federdruck erhöht wird, während bei zu großer Federhöhe sich ein Ventil öffnet, das die Flüssigkeit in einen unter Federbelastung stehenden Reserveraum abströmen läßt, der seinerseits über ein zweites Rückschlagventil mit dem Flüssigkeitsraum vor dem ersten Rückschlagventil in Verbindung steht. Zur Beschleunigung des Wärmeaustausches zwischen dem das Regelmedium enthaltenden Raum und der Außenluft wird überdies noch ein Wärmeleiter vorgesehen, der aus dem Raum herausragt und außen im Bedarfsfalle mit einem Kühler in Verbindung gebracht werden kann.

Im nachstehenden ist der Erfindungsgedanke an Hand der Zeichnung erläutert.

Selbsttätig sich regelnde Federung

Zusatz zum Patent 909 404

Anmelder:

Dr.-Ing. Gustav-AdoIf Gaebler,
Langen (Hess.), Friedrich-Ebert-Str. 2

Dr.-Ing. Gustav-Adolf Gaebler, Langen (Hess.),
ist als Erfinder genannt worden

Abb. 1 zeigt das Schaltschema des Gasfedersystems;

Abb. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Heizraumkonstruktion mit Ableitblech für Wärmeabfuhr.

Eine abzufedernde Masse 1 (beispielsweise Fahrzeug) ist über die Gasfeder 2 auf einer Unterlage 3 (z. B. Achse) abgefedert. Zu dem federnden Volumen der Gasfeder 2 gehören noch die Rohr- und Verbindunggsleitung 4 und das Volumen 5 im Zylinder 6. Im Zylinder 6 befindet sich der Schwimmkolben 7. Unter dem Schwimmkolben in dem Raum 8 ist Flüssigkeit (z.B. öl, Glycerin, Silikone usw.). Der Raum8 ist über die Leitung 9 einmal mit dem Rückschlagventil 10 und einmal mit dem Magnetventil 11 verbunden. Hinter dem Rückschlagventil 10 liegt die Leitung 12, die zum Zylinder 13 mit Kolben 14 führt. Auf der anderen Seite des Kolbens 14 ist der gasgefüllte Raum 15 mit dem Heizelement 16 angeordnet. Dieses aufheizbare Gasvolumen dient der Anpassung des Federsystems an wechselnde Lasten. Die Leitung 12 ist über das Rückschlagventil 17 und die Leitung 18 mit dem Zylinder 19 verbunden, in dem der durch die Feder 20 belastete Kolben 21 beweglich angeordnet ist. Das ganze System wird beispielsweise elektrisch durch den von einer Stromquelle gespeisten Kontakt 22 gesteuert, der wahlweise je nach Federhöhe der Feder 2 mit dem Kontakt 23 oder 24 in Berührung kommt, wenn er nicht in der Normalmittelstellung verbleibt. Bei zusammengedrückter Feder 2 und Berührung der Kontakte 22 und 24 fließt Strom zum Heizelement 16,. bis durch Aufheizen und Ausdehnen des Gaspolsters 15, Verdrängen des Kolbens 14 und damit des Kolbens 7 nach oben der Gasdruck in der Feder 2 entsprechend erhöht ist. Bei entlasteter und zu stark ausgefederter Feder 2 erfolgt Berührung der Kontakte 22

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und 23, wodurch das Magnetventil 11 Strom erhält und Flüssigkeit aus dem Raum 8 über das Magnetventil 11 und die Leitung 18 in den Zylinder 19 verdrängt werden kann, soweit sie nicht über das Rückschlagventil 17 in den Raum über den Kolben 14 des. Heizzylinders strömt; sobald dieser abgekühlt ist.
Die Arbeitsweise des Systems ist nunmehr folgende:

a) Lastzunahme:

Lastzunahme bewirkt' iZusammendrückung der Feder 2 und das oben beschriebene Aufheizen. Ist die Feder 2 auf den neuen Lastzustand eingestellt, so schließt das Rückschlagvenitil 10. Der Gasdruck des Gaspolsters 15 kann: nunmehr durch Abkühlung absinken, ohne daß sich an der Einstellung der Feder etwas ändert. Da die Anheizzeit für das Gaspolster 15 außerordentlich kurz bemessen werden kann (z.B. wenige" Sekunden), sind die Wärmeverluste und damit Zeitverluste für den Steuervorgang sehr gering. Außerdem wird durch die Abkühlung des Gaspolsters 15· dessen Druck verringert und damit für-einen nachfolgenden umgekehrten Steuervorgang bei Entlastung der Feder 2 die Reaktionsgeschwindigkeit gesteigert.

b) Lastabnahme:

Wird die Feder 2 stark - entlastet, so öffnet das Magnetventil 11 und läßt Flüssigkeit entweder über das Rückschlagventil 17 in den Raum über dem Kolben 14 oder über die Leitung 18 in den Zylinder 19,, in dem die Feder 20 zusammengedrückt wird. Die Feder 20 ist so bemessen, daß sie unter dem Kolben 21 in jeder Stellung-stets gerade den _; Druck erzeugt, der als Mindestdruck nötig ist, um über den Kolben 7 die Feder 2 auf dem niedrigsten vorkommenden Druck zu halten. Durch diese Charakteristik wirkt der Zylinder 19 mit Feder 20 und dem Kolben 21 zugleich als Ausgleichorgan für die Gasvolumen 15, 6 und in der Feder 2, soweit diese durch die etwa im Sommer- und Winterbetrieb sehr verschiedene Umgebungslufttemperatur ohne diesen Ausgleich verschiedene Anfangsdrücke aufweisen würde. Damit wird erreicht, daß das Gasvolumen 15 durch den Erhitzer 16 unabhängig von der Gesamttemperatur des Systems stets nur zum Zwecke der Regelung aufgeheizt werden muß.

Konstruktiv gesehen, hat das System den Vorteil, daß es hermetisch geschlossen baubar ist und daß die wichtigen Arbeitskolben 7 und 14 als Schwimmkolben mit gleichen Drücken auf beiden Seiten sehr leicht und einfach gebaut werden können.

Nach Abb. 2 ist der Stahlmantel 31 des Heizraumes über wärmeisolierende Zwischenschichten 32 mit dem anschließenden Flüssigkeitszylinderraum 33 (entsprechend dem Zylinder 13 in Abb. 1) verbunden. In dem Heizraum 31 befindet sich das Heizelement 34 (entsprechend dem Element 16 in Abb. 1). Der Kolben 35 (entsprechend dem Kolben 14 in Abb. 1) ist beiderseits durch Wärmeschutzstorf 36 gut wärmeisoliert. Da er beiderseits gleichen-Druck hat, kann er sehr leicht und aus Kunststoff gebaut werden. Er läuft in der Laufbuchse 47, die ebenfalls zweckmäßig aus Wärmeisolationsgründen nicht aus Metall ausgeführt ist. Sie braucht keinen Druck auszuhalten, da dieser von dem äußeren Körper 33 übernommen wird. Der Innenraum des Heizraumes 31 ist ebenfalls mit wärmeisolierenden Materialien 37 ausgekleidet. Auch die äußere auf dem Zylinder 31 durch den Schuh 38 gleitende Wärmeschutzkappe 39 ist mit den Wärmeisolationen 40 gegen Wärmeabgabe geschützt. An samtliehen Wärmeübergangsflächen, insbesondere auch im Innern des Heizraumes 31 sind noch Strahlungsschutzstoffe 41 (ζ. Β. Aluminiumfolien) aufgebracht, die.bei Aufheizen des Heizraumes den Übergang von Strahlungswärme weitgehend verhindern.

Erfmdungsgemäß wird die Wärmeabfuhr aus dem Heizraum durch das Blech 42 hoher Wärmeleitfähigkeit (beispielsweise Kupfer) bewerkstelligt. Dieses Blech leitet die Wärme des Gaspolsters im Heizraum 31 zwischen den Wärmeisolationsschichten 32 hindurch nach außen, wo sie im Ruhezustand durch die Isolation 40 gegen unerwünschte Wärmeabgabe geschützt sind, wo sie aber im Bedarfsfalle durch Aufschieben des Kühlringes guter Wärmeleitfähigkeit 43 über die Berührungsfläche zwischen dem Blech und diesem Ring nach außen schnell abgeleitet werden können. "

Dieser Heizraum gestattet das Aufheizen des Gaspolsters im Raum 31 durch den Erhitzer 34 in kürzester Zeit bei geringsten Verlusten einerseits und im Bedarfsfalle die Abfuhr der Wärme aus dem Innern des Heizraumes über Ableitvorrichtungen 42 und 43 andererseits.

Um zwecks Verringerung der Wärmeverluste (Wandungswärmen usw.) die maximalen Arbeitstemperaturen des Gaspolsters 15 noch niedriger zu halten, kann statt des kontinuierlichen Arbeitens des Heizraumes auch ein pulsierendes Arbeiten des Heizraumes mit dem Kolben 14 gewählt werden. Der Kolben 14 wirkt dann einer durch das Gaspolster 15 thermisch angetriebenen Hydraulikpumpe vergleichbar. In diesem Falle kann auch das Gasvolumen 15 im Zylinder 13 und damit der Kolben 14 kleiner dimensioniert werden. Ein Nachteil dieser Anordnung ist dann jedoch eine längere Einstellzeit, da zwischen je zwei kurzzeitigen Erwärmungsstößen ein Abkühlzeitraum liegt, der jedoch ebenfalls klein gehalten werden kann. In diesem Falle müßten die Kontakte 22, 24 für das Heizelement als intermittierend wirkendes Schaltorgan gebaut werden, welches beispielsweise thermisch oder auch von der Bewegung des Kolbens 14 oder der Temperatur des Gases 15 gesteuert wird.

In diesem Falle kann zur Beschleunigung der Wärmetauschvorgänge und zur Wärmeersparnis die Kombination des Kolbens 14 mit einem Wärmetauscher sehr großer Austauschgeschwindigkeit — etwa in Verbindung mit einem Verdrängerkolben der bei Heißluftmaschinen bekannten Bauart — zweckmäßig sein. Der Wärmetauscher gibt dann bei Aufwärtsbewegung des Kolbens 14 gespeicherte Wärme ab und nimmt bei Abwärtsbewegung wieder Wärme auf.

Claims

Patentansprüche:

1. Lastabhängig sich regelnde Gasfeder, deren Federkennlinie durch Temperaturveränderung über eine in Abhängigkeit von der Durchfederung geschaltete Heizvorrichtung regelbar ist, nach Patent 909404, wobei das zur Regelung verwendete Medium von dem Gaspolster der Feder getrennt ist, gekennzeichnet durch eine hydraulische Verbindung (8 bis 12) zwischen dem Regelmedium (15) und der Gasfeder (2), die derart ausgebildet ist, daß beim Aufheizen des Regelmediums infolge zu geringer Federhöhe die Verbindungsflüssigkeit über ein erstes Rückschlagventil (10) den Federdruck erhöht, während bei zu großer Federhöhe ein Ventil (11) öffnet, das die Flüssigkeit in einen unter Federbelastung (20) stehenden Reserveraum (19) abströmen läßt, der seinerseits über ein zwei-

tes Rückschlagventil (17) mit dem Flüssigkeitsraum (12) vor dem ersten Rückschlagventil in Verbindung steht.

2. Gasfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit durch Kolben (14, 7) von dem Regelmedium (15) und von einem mit der Gasfeder (2) in Verbindung stehenden Raum (5) getrennt ist.

3. Gasfeder nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem das Regelmedium (15) enthaltenden Raum ein Wärmeleiter (42) vorgesehen ist, der aus dem Raum herausragt

und außen mit einem Kühler (43) in Berührung gebracht werden kann.

4. Gasfeder nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung des Regelmediums (15) intermittierend erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 909 404; deutsche Auslegeschrift Nr. 1 022 479.

In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1055 890.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen