DE1137908B - Thermisch geregelte Gas- und Dampffeder - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

D34697Xn/47a

ANMELDETAG: 9. NOVEMBER 1960

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 11. OKTOBER 1962

Bekannt sind thermisch geregelte Gas- und Dampffedern, deren Federkraft durch Temperaturänderung des federnden Mediums veränderbaren Nutzlasten angepaßt wird. Bei der thermisch geregelten Gas- oder Dampffeder nach Patent 1 057 831 wird die Federkraft der neuen Nutzlastgröße dadurch angepaßt, daß entweder in einem im Innern des Federsystems angeordneten, auf eine bestimmte Heiztemperatur einstellbaren Wärmespeicher mittels einer bei bestimmter Federhöhe anschaltbaren Zer-Stäuberpumpe aus einem Kaltraum angesaugtes Medium zur Verdampfung und Überleitung in den Federraum eingespritzt oder das im Federraum überschüssige Medium durch einen bei bestimmter Federhöhe sich öffnenden Schieber in den Kaltraum zur Kondensation abgeleitet wird. Bei anderen thermisch geregelten Gas- oder Dampffedern wird das flüssige Medium für die Regelung des Dampfgewichtes in der Feder in einem Speicherraum vorgehalten und über Ventile der Flüssigkeitsumlauf zwischen der Feder und dem Speicherraum lastabhängig geregelt. Insoweit wird bei diesen Federsystemen die zu verdampfende Menge des Mediums bereits lastabhängig dosiert. Nachteilig bei diesen Systemen ist jedoch die Notwendigkeit der Verwendung von kraftbetätigten Einrichtungen, die das Medium in den Federraum einspritzen, oder Ventilen bzw. sonstigen Querschnitte steuernden Elementen.

Erfindungsgemäß wird eine druckabhängig gesteuerte Dosiervorrichtung vorgeschlagen, welche einen Verdränger aufweist, der auf der einen Seite durch den Druck der Feder, auf der anderen Seite auf einer kleinen Fläche ebenfalls durch den Druck der Feder und außerdem durch eine Zusatzfeder beaufschlagt ist. Der Verdränger kann als Stufenkolben ausgebildet sein, der — in Verbindung mit einem Speicherraum mit Druckgaspolster — die Menge des zwecks Steuerung der Tragfähigkeit des Federsystems zu verdampfenden Mediums abhängig von dem Druck in der Feder und damit von der Last automatisch steuert. Die Feder selbst kann nur mit Gas gefüllt sein.

Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß

1. in dem Federsystem kein gesteuertes Ventil notwendig ist,

2. an keiner Dichtstelle bewegter Teile (Kolben) nennenswerte Druckdifferenzen auftreten,

2. das Heizen des Wärmespeichers kontinuierlich erfolgen kann,

4. der der Druckregelung in dem Federsystem dienende Teil des Federsystems an beliebiger Stelle getrennt und von der eigentlichen Feder Thermisch geregelte Gas- und Dampffeder

Zusatz zum Patent 1 057 831

Anmelder:

Deutsche Bundesbahn,
vertreten durch das Bundesbahn-Zentralamt Minden,
Minden (Westf.), Weserglacis 2

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

und mit dieser nur durch eine dünne Rohrleitung verbunden angeordnet werden kann,

5. die als Folge der Umlufttemperaturänderungen sich zwangläufig auch ergebenden Änderungen der Druckverhältnisse in der Feder selbst automatisch dadurch ausgeglichen werden, daß auch das Druckgaspolster die gleiche Umlufttemperatur annimmt und durch seine steuernde Rückwirkung auf den Stufenkolben die Druckänderungen der Feder, soweit sie als Folge der Änderung der Umgebungstemperatur auftreten, selbst automatisch kompensiert,

6. das ganze Federsystem als hermetisch geschlossenes System gebaut werden kann.

Eine der konstruktiven Ausführungsmöglichkeiten für eine solche Federanordnung ist in der Zeichnung dargestellt und nachstehend beschrieben.

Abb. 1 stellt die Gesamtanordnung des Systems dar,

Abb. 2 die Anordnung der Sickerbohrung und des Ringraumes am Stufenkolben.

Auf der Achsel eines Fahrzeuges ist bekannterweise die abzufedernde Last durch die Gasfeder 3 mit Rollbalg 4 und Rollbalgkörper 2 abgefedert. Die Gasfeder 3 wird über die dünne Rohrleitung 5 und — wenn nur das Gas in der Gasfeder 3 die Federarbeit leisten soll, den Drosselquerschnitt 6, der einen zu schnellen Druckausgleich verhindert — über die Leitung 7 mit dem Zylinder 8 verbunden. Im Zylinder 8 bewegt sich der zweckmäßig durch eine

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Wälzhaut 10 gegen die Zylinderwand abgedichtete Schwimmkolben 9. Im unteren Teil des Zylinders 8 ist das Heizelement 13 angeordnet, welches — beispielsweise an das Kühlwassersystem oder den Auspuff eines Motors angeschlossen — über die Zuflußleitung 11 und die Abflußleitung 12 ständig mit Wärme versorgt wird. Dieser Teil des Zylinders 8 ist durch die Wärmeisolierung 14 gegen Wärmeverluste isoliert. Im oberen Teil des Zylinders 8 und in der Feder 3 befindet sich ein beliebiges Gas oder Luft, im unteren Teil des Zylinders 8 hält dem Gasdruck über dem Schwimmkolben 9 ein nach Bedarf in seinem Dampfgewicht veränderliches Dampfpolster das Gleichgewicht. Der untere Teil des Zylinders 8 ist über die beiden Leitungen 15 und 16 mit dem oberen Teil bzw. unteren Teil des Stufenkolbens 18 ständig verbunden. Der in Zylinder 17 sich bewegende Stufenkolben 18 ragt mit seinem Kolbenteil kleineren Durchmessers 19 in den kleineren Zylinder 20, der über die Leitung 21 mit dem Speicherraum 22 mit Druckgaspolster 23 verbunden ist. Die Arbeitsweise dieses Federsystems ist folgende:

1. Lasterhöhung auf der Achse 1. Diese hat Drucksteigerung in der Gasfeder 3 und damit auch im Zylinder 8 zur Folge. Da die Drucksteigerung im Zylinder 8 über Schwimmkolben 9 sofort auch auf die Zylinderräume im Zylinder 17 übertragen wird, verursacht diese als Folge der Unterschiede der oberen und unteren Kolbenfläche des Stufenkolbens 18 ein Abwärtsgehen dieses Kolbens 18 und damit auch des kleineren Kolbenteiles 19 so lange, bis das Druckgaspolster 23 so weit zusammengedrückt ist, daß auch hier der gleiche Druck wie in der Feder 3 herrscht. Über dem Kolben 18 befindet sich verdampftes Medium (z. B. Frigene), unter dem Kolben 18 befindet sich flüssiges kaltes Medium. Dieses flüssige kalte Medium wird in den unteren Teil des Zylinders 8 mit seinen Heizeinrichtungen verdrängt und dort verdampft. Damit erhöht sich das Dampfgewicht im unteren Teil des Zylinders 8. Der Schwimmkolben 9 wird nach oben gedrückt und das im oberen Teil des Zylinders 8 vorhandene Gas — gegebenenfalls über die Drosselstelle 6 — in die Feder 3 gedruckt, womit die Höhenlagekorrektur der nunmehr unter höherem Innendruck stehenden Feder 3 vollzogen ist.

2. Lastverminderung auf der Achsel. Diese hat eine Druckabnahme in der Gasfeder 3 und damit auch im Zylinder 8 sowie im Zylinder 17 zur Folge. Der zunächst noch höhere Druck im Druckgaspolster 23 drückt nunmehr den Stufenkolben 19, 18 nach oben. Damit kann verdampftes Medium aus dem unteren Teil von Zylinder 8 über die Leitung 16 in den Kaltraum unter Kolben 18 abströmen und dort kondensiert werden. Das Dampfgewicht im unteren Teil des Zylinders 8 wird damit verringert. Der Schwimmkolben 9 geht nach unten, und das überschüssige Gas aus der Gasfeder 3 kann — gegebenenfalls über den Drosselquerschnitt 6 — in den oberen Teil des Zylinders 8 strömen. Nach Eintritt von Druckausgleich zwischen allen Räumen 3, 8, 17 und 23 ist die Höhenlage der Feder 3 wieder dem neuen Lastzustand angepaßt.

3. Ausgleich der Wirkung veränderlicher Umgebungstemperatur auf die Feder 3. Sinkt die Umgebungstemperatur — z. B. im Winter —, so nimmt bei gleichbleibender Last und damit gleichbleibendem Druck das Gasvolumen in der Gasfeder 3 und im Zylinder 8 ab. Der Schwimmkolben 9 wird entsprechend um ein geringes nach oben gehen. Da aber gleichzeitig durch die Abkühlung auch das Volumen des Druckgaspolsters 23 abnimmt, wird der Stufenkolben 19, 18 etwas nach unten gehen und — wie bei einer Lasterhöhung — flüssiges Medium aus dem Raum unter dem Kolben 18 in den Verdampfer 13 des Zylinders 8 drücken. Das Dampfgewicht im unteren Teil des Zylinders 8 wird entsprechend etwas erhöht

ίο und damit die Volumenabnahme in den beiden Gaspolstern in Raum 23 und in der Gasfeder 3 mit dem Zylinder 8 oben ausgeglichen. Bei Zunahme der Umgebungstemperatur spielt sich der gleiche Vorgang umgekehrt ab. Das Druckgaspolster 23 kann auch

X₅ durch eine Feder ersetzt werden.

Dank der in dem Verdampfer 13 gespeicherten Wärme gehen die Verdampfungs- und damit die Volumenanpassungsvorgänge im unteren Teil von Zylinder 8 sehr schnell vor sich. Umgekehrt wird auch das Kondensieren abströmenden dampfförmigen Mediums im unteren Teil des Zylinders 17, durch kühlende Oberflächen und den geringeren spezifischen Wärmeinhalt der dort vorhandenen flüssigen Füllung begünstigt, schnell vollzogen. Bei kalter Steuervorrichtung — z. B. bei längerer Zeit abgestelltem Fahrzeug — stellt ein für die sofortige Betriebsbereitschaft des Fahrzeuges ausreichender Gasdruck des stets vorhandenen Druckgases in der Gasfeder 3 und im Zylinder 8 oben sicher, daß das Fahrzeug, wenn auch mit etwas tiefer eingedrückter und härter wirkender Feder, sofort betriebsfähig ist. Der Schwimmkolben 9 ist dann unten auf dem Heizelement 13 und der in diesem stehenden Flüssigkeit abgestützt. In diesem Zustand ist der Stufenkolben 18, 19 in seiner höchsten Lage. Hier kann durch eine kleine Sickerbohrung 25 (Abb. 2) an der Unterkante des Kolbens 19 auch eine Korrektur des Flüssigkeitsvolumens im Speicherraum 30 im Unterteil des Zylinders 17 vorgesehen werden. Während des Betriebes über dem Kolben 18 kondensiertes Medium kann durch Anordnung der Verbindungsleitung 15 und des Stufenkolbens 18 und 19 gemäß Abb. 2 über den Ringraum 28 im Kolben 18 stets in den Verdampferraum des Heizelementes 13 zurückfließen.

Um die Möglichkeit der Diffusion von verdampfbarem Medium aus dem Unterteil des Zylinders 8 in den oberen gasgefüllten Teil noch weiter zu vermindern, kann über dem Schwimmkolben 9 eine Sperrflüssigkeit 24 eingebracht werden.

Zwecks Einstellung der Feder auf bestimmte Tragfähigkeitsbereiche kann in den Speicherraum 22 über den Ventilanschluß 26 entweder weiteres Gas für das Druckgaspolster im Raum 23 oder weitere Flüssigkeit eingebracht oder abgelassen werden. Das Vergrößern des Gasgewichtes im Raum 23 hat eine Veränderung der Verdrängerarbeit des Schwimmkolbens 9 im Zylinder 8 zur Folge. Je größer das Gasgewicht im Raum 23 bei gegebenen Abmessungen ist, um so größer sind die Wege des Schwimmkolbens 9 bei einer bestimmten Laständerung bzw. Druckänderung des Druckes in der Gasfeder 3. Hiermit kann also die Federhöheneinstellung der Gasfeder 3 geregelt werden. Je größer die Flüssigkeitsmenge im Speicherraum 22 und damit in dem Gesamtraum des Systems ist, um so größer ist der Mindestflüssigkeitspegel bei kaltem System im unteren Teil des Zylinders 8 im Bereich der Heizelemente 13. Bei warmer

Feder wird hierdurch die unterste mögliche Stellung des Schwimmkolbens 9 bestimmt.

Der Mindestgasdruck in Feder 3 und Oberteil Zylinder 8, der beispielsweise der Belastung der Feder mit dem Gewicht des leeren Fahrzeuges entsprechen soll, kann stets durch ein fest eingestelltes Reduzierventil 27 automatisch korrigiert werden, sobald das Federsystem abgekühlt wird und damit das Gas in der Gasfeder 3 und im Zylinder 8 das kleinste mögliche Volumen annimmt. Wird hierbei der notwendige, am Reduzierventil 27 eingestellte Mindestdruck nicht mehr erreicht, so strömt automatisch über dieses Ventil 27 aus einem beliebigen Vorratsbehälter, z. B. einer Druckgasflasche 29, die fehlende Gasmenge bis zum Erreichen des eingestellten Druckes nach.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Druckabhängig gesteuerte Dosiervorrichtung für thermisch geregelte Gas- oder Dampffedern nach Patent 1057 831, in deren Innerem ein Wärmespeicher angeordnet ist, der aus einem Speicherraum mit flüssigem Medium gespeist wird, gekennzeichnet durch einen Verdränger (18), der auf der einen Seite durch den Druck der Feder, auf der anderen Seite auf einer kleineren Fläche ebenfalls durch den Druck der Feder und außerdem durch eine Zusatzfeder (23) beaufschlagt ist.

2. Feder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdränger als Stufenkolben (18, 19) ausgebildet ist.

3. Feder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenkolben (18, 19) auf dem flüssigen Medium im Speicherraum (30) schwimmt.

4. Feder nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzfeder (23) eine Gasfeder in einem Behälter (22) ist, deren Druck vorzugsweise hydraulisch (20, 21) auf den Stufenkolben (18, 19) übertragen wird.

5. Feder nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenkolben (18, 19) am Umfang einen Ringraum (28) aufweist, der über eine Leitung (15) mit dem Raum verbunden ist, in dem der Wärmespeicher (13) liegt.

6. Feder nach den Ansprüchen 2 bis 5 mit hydraulischer Druckübertragung, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenansatz (19) des Stufenkolbens (18, 19) eine Sickerbohrung (25) aufweist, die den Speicherraum (30) in der oberen Stellung des Stufenkolbens mit dem hydraulischen Übertragungsraum (20) verbindet.

7. Feder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (22) einen Füllanschluß (26) aufweist.

8. Feder nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung (5, 7) zwischen der Feder (3) und dem in einem gesonderten Raum (8) angeordneten Wärmespeicher (13) eine Drosselbohrung sitzt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Ausllegeschriften Nr. 1057831, 1067316, 086 953.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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