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Lastabhängig regelbare Gasfeder Gasfedern (z. B. Luftfedern) haben
-den Vorteil, daß ihre Tragfähigkeit mit einfachen Mitteln wechselnden Lasten angepaßt
werden kann. Ein Nachteil ist die Notwendigkeit motorischer Druckgaserzeuger sowie
bei offenen Systemen der Einbau von Filtern und Entwässerungseinrichtungen zur Vermeidung
von Störungen durch Schmutz und Schwitzwasser mit der Notwendigkeit, diese im Betriebe
zu warten.
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Um diesen Nachteilen abzuhelfen, wurde bereits vorgeschlagen, die
lastabhängige Regelung durch thermische Beeinflussung des federnden Mediums oder
auf das federnde Medium wirkender Elemente vorzunehmen. Diese thermisch regelbaren
Gas- oder Dampffedern können hermetisch geschlossen gebaut werden. Ihr Nachteil
ist der relativ hohe Wärmeaufwand für die Aufrechterhaltung der der jeweiligen Last
angepaßten Arbeitstemperatur bei den verschiedensten Betriebszuständen und Umlufttemperaturen.
Weiterhin bekannt sind Vorschläge für regelbare Gasfedern, bei denen das zur Anpassung
an veränderliche Last erforderliche Gas auf chemischem oder elektrolytischem Wege
erzeugt wird. Nachteil dieser Einrichtung ist die Notwendigkeit des Ersatzes der
Chemikalien bzw. Elektrolytflüssigkeiten und damit verbunden die Abhängigkeit der
Betriebstüchtigkeit solcher Federn von einer gewissenhaften Wartung der Anlage.
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Erfindungsgemäß wird bei einer Gasfeder mit elektrolytischer Druckerhöhung
des Federmediums die lastabhängige Regelung dadurch erzielt, daß die Feder in an
sich bekannter Weise aus einem Vorratsbehälter gespeist wird, dessen Druck durch
Verbrennung des elektrolytisch erzeugten Gases erhöht wird. Dabei kann ein hermetisch
geschlossenes System verwendet und so aufgebaut werden, daß es ohne Ersatz von Elektrolyt
beliebig häufig und lange arbeiten kann, da die durch Elektrolyse entstandenen Gase
(z. B. H2 und 0) bei der Verpuffung wieder zu flüssigem Medium (z. B. H20) verbrennen,
wodurch die chemische bzw. elektrolytische Umwandlung in einem Kreislauf ohne Stromverbrauch
erfolgt. Die besonderen Vorteile eines solchen Verfahrens sind: 1. Die Verbrennung
(Verpuffung) und damit verbunden der Druckanstieg erfolgt sehr schnell. Dadurch
ist die Kompression des federnden Mediums ohne große Wärmeenergieverluste möglich.
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2. Die Regelgeschwindigkeit ist nicht geringer als die normaler Luftfedern
mit Kompressoranlagen. Die Zufuhr von federndem Gas höheren Druckes zu den Federn
erfolgt aus dem Speicherbehälter. Der Abfluß von federndem Gas aus den Federn erfolgt
direkt in den Arbeitszylinder oder, falls mit Rücksicht auf dessen Abmessung zweckmäßig;
über einen Zwischenbehälter in denArbeitszylinder. 3. Das System kann hermetisch
geschlossen gebaut werden. Verschmutzungsgefahr, Störungen durch Schwitzwasserbldung
und Frost in den Federn werden vermieden.
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4. Ein Verbrauch von Stoffen tritt nicht ein. Auch ist kein nennenswerter
Verschleiß zu erwarten. Damit kann die Feder praktisch wartungsfrei arbeiten.
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5. Ein Druckerzeuger ist ausreichend für mehrere Federn (z. B. für
alle Federn eines Fahrzeuges). 6. Der konstruktive Aufbau ist einfach und billig.
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Die Technik der Zersetzungsanlage ist aus dem Akkumulatorenbau her
bekannt.
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7. Reparaturen bei Beschädigungen sind sehr einfach, da zur Herstellung
des betriebsfähigen Zustandes nach einer Reparatur lediglich das Füllen des Systems
mit Druckluft aus einer normalen Drucklufterzeugungsanlage (z. B. Reifenfüllanlage)
und das Einfüllen des Elektrolyten durch randvolles Füllen des unteren Kolbenteils
zubewerkstelligen ist.
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B. Durch einen Zusatz von neutralem Gas in den Verpuffungsraum unter
den Kolben kann das Drucksteigerungsverhältnis bei der Verbrennung beliebig eingestellt
werden.
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9. Das System kann mit einfachsten Mitteln automatisch arbeitend gestaltet
werden. Die Elektrolyse wird entweder von der Stellung des Arbeitskolbens abhängig
oder vom Gasdruck im Speicherbehälter abhängig geschaltet. Die Zündung ist ebenfalls
von der Stellung des Arbeitskolbens abhängig, beispielsweise über normale elektrische
Zündkerzen oder
automatisch nach Erzeugung- einer gewissen Gasmenge
durch Katalyse (z. B. H2 und Platinschwamm). Auch bei verschiedenen Druckverhältnissen
im hermetisch geschlossenen Federsystem (z. B. Sommer- und Winterbetrieb) bleibt
das Druckverhältnis über -und unter dem Kolben vor und nach der Verbrennung immer
gleich.
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Für die Gegenstände der Unteransprüche wird nur in Verbindung mit
dem Gegenstand des Hauptanspruches Schutz begehrt. Die Wirkungsweise eines Federsystems
gemäß der Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Abb. 1 ein Anordnungsschema des geregelten Gasfedersystems mit elektrolytischem
Druckerzeuger, Abb. 2 eine Anordnungsprinzipskizze für eine automatischeUmschaltanlage
von Elektrolyse auf Zündung und umgekehrt, Abb. 3 ein Arbeitsdiagramm (Druck-Volumen-Diagramm)
des elektrolytischen Druckerzeugers.
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In dem Zylinder 1 bewegt sich der Hohlkolben 2. Durch ihn ist - zweckmäßig
unter Verwendung einer Wälzhaut 3 völlig :dicht-der Zylinderraum 1 in zwei Räume
unterteilt. Der Kolben 2 läuft in den Führungen 4, die auf die gewünschten Strömungsverhältnisse
abgestimmte Durchströmbohrungen 5 haben, mit deren Hilfe ein Hochdrücken der Wälzhaut
3 bei der Verpuffung vermieden wird. Unter dem Kolben 2 sind Anoden und Kathoden
des Elektrolyten (z. B. Nickel und Eisen) fest mit dem Zylinder 1 verbunden angeordnet.
Mit ihrer Hilfe wird bei Stromdurchgang in dem Zylinder 2 befindlicher Elektrolyt
(z. B. K O H oder NaOH) zersetzt, wobei sich ein brennbares Gasgemisch (z. B. H2
und O) bildet, welches sich im oberen Teil des Kolbens 2 sammelt. Über dem Kolben
2 befindet sich als federndes Medium verwendetes Gas von einem Druck, der maximal
dem niedrigsten vorkommenden Federdruck entspricht. Ist bei untenstehendem Kolben
2, abhängig von dessen Stellung oder abhängig von dem Druck im Speicherbehälter
7 durch einen Druckschalter 8 gesteuert, der Stromkreis zur Elektrolyse eingeschaltet,
so entwickelt sich solange Gas, bis Druckgleichheit zwischen Ober- und Unterteil
des Kolbens 2 entsteht. Der Kolben 2 hebt sich sodann bei weitgehender Gasentwicklung
so lange, bis die Kanten 9 eines Rohrstummels, in dem sich ein Katalysator
10 befindet, aus der Elektrolytflüssigkeit heraustauchen. Jetzt kommt Gas mit dem
Katalysator in Berührung und zündet das Gemisch. Es erfolgt eine Verpuffung mit
Temperatur- und Druckanstieg (bei H2 und- O theoretisches Druckverhältnis 1:8).
Demzufolge wird der Kolben 2 nach oben getrieben. Das Gas über- dem Kolben 2 wird
komprimiert und über das Rückschlagventil 11 in den Speicherbehälter 7 gedrückt.
Das Hubverhältnis des Kolbens 2 wird dem normalen Kompressionsverhältnis einerseits
und dem Expansionsweg des verbrannten Gemisches andererseits entsprechend gewählt.
Nach der Verpuffung tritt sehr schnell Abkühlung des expandierenden Mediums unter
dem Kolben 2 und (bei Verbrennung von H2 und O) Kondensation zu Wasser ein. Das
Kondensat vermischt sich wieder mit der Eelektrolytflüssigkeit. Der Kolben 2 sinkt
dem als Folge des Temperaturrückgangs und der Kondensation nachlassenden Druck entsprechend
nach unten, und der Vorgang kann sich. wiederhohlen, sofern aus den Federn 12 gesteuert
durch die Regelorgane üblicher Bauart 13 über Rückschlagventil 14 federndes Medium
in den Zylinder 1 über 2 strömt.
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Da die Verpuffung unter dem Kolben 2 relativ plötzlich - etwa einer
Gasmaschine vergleichbar --erfolgt,- kann die Verwendung von sehr elastischem Material
für die Wälzhaut 3 oder von elastischen Zwischengliedern zwischen Wälzhaut 3 und
Kolben 2 zweckmäßig sein. Sofern die Zündung des Gemisches druckabhängig gesteuert
werden soll, kann statt der Zündung durch Katalysator auch Zündung durch eine normale,
in ,den Gasraum unter den Kolben 2 hereinragende Zündkerze erfolgen. Die Kontaktgabe
für die Zündkerze erfolgt dann durch einen Druckschalter, ähnlich dem Druckschalter
8, der den Elektrolytschalter schaltet. Soweit zur Schonung der verwendeten Materialien
und Erhöhung der Gleitfähigkeit zweckmäßig, können Gleitmittel (z. B. Molybdän-Sulfid)
dem Elektrolyten beigegeben werden, soweit diese mit dem Elektrolyten selbst nicht
chemisch reagieren. Um die Durchmischung der Elektrolytflüssigkeit mit dem bei der
Verbrennung entstandenen Kondensat sicherzustellen, können im Innern des Kolbens
2 Mischerflügel angebracht werden, die beim Auf- und Abwärtsgehen des Kolbens 2
die Flüssigkeit durchmischen.
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Der Energieverbrauch bestimmt sich aus den Gesetzen für die Elektrolyse.
Ein Strom -von 1 Amp. scheidet 0,01 mg/sec = 0;11 ccm/sec H2 aus. Die Zersetzungsspannung
ist bei NaOH 1,69 Volt, bei KO H 1,67 Volt, bei N H4 O H 1,74 Volt. Zur Erzeugung
von 1 1 H2 und 1/2 1 02 sind etwa 300 Watt/min erforderlich.
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Es lassen sich eine große Anzahl anderer Anordnungen nach gleichem
Wirkungsprinzip aufbauen, z. B. kann zwischen Druckerzeuger und federndes Medium
auch eine Flüssigkeitssäule als Druckübertrager zwischengeschaltet werden. Auch
sind Variationsmöglichkeiten durch die Wahl der Größenverhältnisse des Zylinders
1, des Speicherbehälters 7, der Federn 12 und eventuell den Federn nachgeschalteter
Aufnahmeräume gegeben. Von den hier gewählten Verhältnissen hängt die Arbeitshäufigkeit
des Kolbens 2 im Druckerzeuger 1 maßgebend ab.
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Abb. 2 zeigt das Beispiel des Einbaues eines Schalters in den Bodendes
Zylinders 1, mit dessen Hilfe bei untenstehendem Kolben 2 ,der Stromkreis für den
Elektrolyten undbei obenstehendem Kolben 2 der Stromkreis für die ZündspuIe 19 und
Zündkerze 15 geschaltet wird. Der Stößel 16 für den Schalter 17 ist hier in Gummi
18 einvulkanisiert gezeichnet.
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Abb. 3 zeigt ein der Erläuterung dienendes Diagramm für den Verlauf
der Druckverhältnisse unter dem Kolben 2. Von der Annahme ausgehend, daß kein neutrales
Gas unter dem Kolben 2 vorhanden ist, beginnt die Elektrolyse bei Punkt o mit dem
Volumen 0: Es tritt zunächst Drucksteigerung auf den Druck über dem Kolben 2 ein
bis zum Punkt a. Bei Druckgleichheit und Fortdauern der Elektrolyse beginnt der
Kolben 2 sich der erzeugten Gasmenge entsprechend etwas zu heben bis zum Punkt b.
Hier setzt die Zündung des Gemisches ein. Es erfolgt ein steiler Druckanstieg bis
c. Dass über dem Kolben 2 befindliche Gas wird, wie beschrieben, komprimiert und
in den Speicherbehälter 7 gedrückt so lange, bis Druckgleichheit im Speicher 7 und
über dem Kolben 2 eintritt. Hier hört im Punkt d die Gasförderung auf. Der Kolben
2 geht langsam, dem Abkühlungs- und Kondensationsvorgang entsprechend, in seine
Anfangsstellung mit Volumen 0 zurück. Die heißen Verbrennungsgase bei der Verpuffung
kommen nur mit dem Innern des Kolbens 2 in Berührung. Die Anoden und Kathoden ebenso
wie die Wälzhaut werden durch die Elektrolytflüssigkeit geschützt. Die Oberfläche
der Elektrolytflüssigkeit kann ihrerseits noch durch einen Schwimmkörper
ebenfalls
vor dem kurzzeitigen Temperaturanstieg geschützt werden.