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Thermisch regelbare Gasfeder In der Patentanmeldung D 27150 XII/47a
ist ein thermisch geregeltes Federsystem geschützt, dessen Regelung bekannterweise
durch Zuführen eines Mediums höheren Druckes bzw. Ablassen eines Mediums in einen
Raum niederen Druckes lastabhängig erfolgt und dessen Druckpegel zusätzlich thermisch
beeinflußt wird, bei dem im Unterschied zu bisher bekannten Verfahren das federnde
Medium, welches in an sich bekannter Weise im Regelbereich der Feder kondensierbar
bzw. lösbar ist, beim Regeln aus einem Verdampferraum höheren Druckes der Feder
zuströmt bzw. aus der Feder in einen Kondensier- oder Lösungsraum niederen Druckes
abströmt, wobei zwischen den Kondensier- oder Lösungsraum niederen Druckes und den
Verdampferraum höheren Druckes eine Speisevorrichtung geschaltet ist, die kondensiertes
bzw. in Lösung gegangenes Medium aus dem Raum niederen Druckes in den Verdampferraum
höheren Druckes überpumpt.
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Die gemäß vorstehender Erläuterung bei einem solchen Federsystem notwendige
Speisevorrichtung. wird erfindungsgemäß unter Ausnutzung des Druckgefälles des federnden
Mediums zwischen Verdampferraum und Kondensierraum mit diesem Medium selbst angetrieben.
Zu diesem Zweck wird die Speisevorrichtung oder Pumpe als Stufenkolben-Federpumpe
ausgebildet. Um jeden Verlust federnden Mediums etwa durch Undichtigkeiten zuverlässig
zu vermeiden, kann darüber hinaus diese Speisevorrichtung innerhalb der Hohlräume
des Federsystems beispielsweise innerhalb des Kondensierraumes angeordnet werden.
Etwaige durch Undichtigkeiten entweichende geringe Mengen federnden Mediums werden
dann in diesem Raum wieder aufgefangen und dem Kreislauf erneut zugeführt. Außerdem
wird im Interesse einer hermetischen Abdichtung ein Spezialregelorgan in Verbindung
mit einem doppelten Zuführungsrohr für das Medium in die Feder vorgesehen, welches
sicherstellt, daß die bei Anwendung dieses Pumpensystems etwa mögliche unerwünschte
Ansammlung von flüssigem Medium in der Feder - etwa bei längerem Stillstand des
Fahrzeuges - nicht wegen Fehlens ausreichender Menge verdampfbaren Mediums in dem
Heizraum bei Wiederinbetriebnahme des Fahrzeuges das Ingangkommen der Federung erschwert.
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Für die Gegenstände der Patentansprüche wird ein Schutz nur in Verbindung
mit dem Gegenstand der Hauptpatentanmeldung und für die aus der Beschreibung ersichtliche
neuartige Anordnung bei einer Gas-oder Dampffeder begehrt.
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Das Schutzbegehren- ist im weiteren an Hand der Zeichnung erläutert.
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Abb. 1 zeigt die Stufenkolben-Federpumpe und ihre Anordnung im Innern
des Kondensier- oder Kaltraumes; Abb. 2 zeigt das Regelorgan mit dem doppelten Zuführungsrohr
zur Feder in Mittelstellung; Abb. 3 zeigt das gleiche Regelorgan in Füllstellung
(bei Lasterhöhung) ; Abb. 5 zeigt das gleiche Regelorgan in Ablaßstellung (bei Lastverminderung).
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Die in Abb. 1 innerhalb des Kaltraumes 5 - der hier mit Kühlrippen
31 zwecks besserer Kühlung ausgestattet ist, die die Anordnung eines besonderen
Kühlers überflüssig machen können - angeordnete Dampffederpumpe 6 besteht aus einem
Zylinderrohr 32 für den Dampfkolben 33 und einem kleineren Zylinderrohr 34 mit dem
über die Kolbenstange 35 vom Kolben 33 angetriebenen Pumpenkolben 36. Die Pumpe
ist einfach wirkend (nach unten), und ihre Kolben werden durch die Feder 37 nach
jedem Arbeitstakt wieder in die oberste Ruhe- und Ausgangsstellung gebracht. Im
Fuß der Pumpe sind Saugventile 38 und Druckventile 39 üblicher Bauaut angeordnet.
Die Steuerung der Pumpe erfolgt über die Steuerstange 40 und den einfachen Muschelschieber
41.
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Die Leistungsregelung der Pumpe erfolgt über den von dem Schwimmer
42 betätigten Drehschieber 43, der den Zustrom von Arbeitsdampf (z. B. Frigene)
vom Anschluß 44 her, der mit dem Heißraum verbunden ist, abhängig vom Flüssigkeitsspiegel
im Kaltraum 5 regelt. Der Rückstrom des aus den Federn kommenden Mediums in den
Kaltraum 5 erfolgt durch den Leitungsanschluß 4, der Abfluß von der Pumpe geförderten
Mediums über Rückschlagventi139 und
Leitung 45 zum Heißraum. Damit
durch Undichtigkeiten sich unter dem Arbeitskolben 33 sammelndes Medium wieder dem
Kreislauf zugeführt werden kann, ist ein Rückschlagventil 46 im unteren Teil des
Zylinders 32 so angeordnet, daß nach Überschreiten einer gewissen Flüssigkeitsmenge
in diesem Hohlraum, in dem die Feder 37 arbeitet, durch die Druckwirkung des Kolbens
33 das Medium wieder in den Kaltraum 5 gefördert wird. Gegen unerwünschten Wärmeübergang
von dem heißeren Arbeitszylinder 32 auf das Medium im Kaltraum 5 ist die gesamte
Pumpe durch eine gute Wärmeisolierung 47 geschützt. Etwa erforderliche Schmierung
der Pumpe kann - den Gepflogenheiten in der Kältemaschinenindustrie entsprechend
- bei Verwendung von Freonen einfach durch Zumischung von geeignetem 01 im Kaltraum
5 bewirkt werden.
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Die Arbeitsweise dieser Pumpe, die eine fremd angetriebenen Pumpe
gemäß der Hauptpatentanmeldung berflüssig macht, ist nun folgende: Im Heißraum der
Federanlage gemäß der Hauptpatentanmeldung wird federndes Medium durch die Heizschlange
verdampft. Der Arbeitsdruck beträgt z. B. bei Verwendung von Octafluorcyclobutan
(C4F8) etwa 14 at (bei 80° C) in Ruhestellung. Das heißt, bei fast leerem Kaltraum
5 und demzufolge tief stehendem Schwimmer 42 und von diesem geschlossenen Drehschieber
43 befindet sich der Arbeitskolben 33 von der Feder 37 gehoben in Ruhestellung ganz
oben. Fließt nun von den Federn herkommend rückzukühlendes Medium nach dem Kaltraum
5 und steigt der Flüssigkeitsspiegel in diesem, so öffnet der Schwimmer 42 den Drehschieber
43. Nunmehr strömt Dampf (C4F8) mit etwa 14 at vom Anschluß 44 über den Drehschieber
43 in den Hohlraum oberhalb des Schiebers 41, der von diesem auf den Schieberspiegel
angepreßt wird. Da bei Stellung des Kolbens 33 ganz oben der Schieber 41 ebenfalls
von der Steuerstange 40 gehoben in oberster Stellung steht (wie gezeichnet), strömt
Dampf von dem Raum außerhalb des Schiebers 41 über die Bohrung 48 in den Zylinderraum
32 und drückt gegen den Federdruck der Feder 37 den Kolben 33 und mit ihm den Arbeitskolben
36 nach unten. Dabei fördert der Kolben 36 in dem kleinen Zylinder 34 enthaltenes
flüssiges Medium (C4F8) bei geschlossenem Ansaugventil 38 über Auslaßventil 39 und
Anschluß 45 in den Heißraum. Kurz vor Erreichen der untersten Stellung nimmt der
Kolben 33 über die Mitnehmerplatte 49 die Steuerstange 40 am Bund 50 mit nach unten
und verschiebt damit den Muschelschieber 41 in die untere Lage. Nunmehr ist die
Frischdampfzufuhr über die Bohrung 48 abgesperrt und dafür über diese Bohrung 48
und den Auspuff 51 der Zylinderraum 32 mit dem Kaltraum 5 verbunden. Der Dampfdruck
im Zylinderraum 32 verschwindet. Das in den Kaltraum 5 strömende Medium wird dort
gekühlt und kondensiert. Die Feder 37 drückt nunmehr bei fehlendem Druck den Kolben
33 wieder nach oben, hebt damit den Kolben 36 und saugt neues Medium über das Ansaugventil
38 an, bis kurz vor der obersten Stellung der Gummipuffer 52 in der Kolbenstange
35 die Steuerstange 40 mit dem Muschelschieber 41 wieder nach oben verschiebt und
das Spiel von vorn beginnt. Diese Steuerung über Schieber und Steuerstange 40 kann
auch durch eine reine dampfgesteuerte Kolbenschiebersteuerung, wie sie z. B. in
kurbelwellenlosen Dampfkolbenpumpen bei Lokomotoven (Tolkin) mit guten Ergebnissen
laufen, ersetzt werden. Dabei würde dann die Steuestange 40 fortfallen können. Bei
diesem System wird die Arbeitsleistung der vorbeschriebenen Pumpe; wie gesagt, zwischen
Förderleistung Null und maximal stufenlos flüssigkeitsspiegelabhängig vom Schwimmer
42 her geregelt. Die notwendige Antriebsenergie für die kleine Speisepumpe ist in
dem mit ausreichender Wärmekapazität z. B. von der Kühlanlage eines motorbetriebenen
Fahrzeuges ausgestatteten Verdampfungsraum jederzeit vorhanden. Bei stillstehendem
Fahrzeug drückt die Feder 37 in jedem Fall den Arbeitskolben in die obere Ruhelage,
so daß bei Anheizen des Verdampfungsraumes das Anlaufen der Pumpe immer gewährleistet
ist. Die Pumpe wird zufolge der vorbeschriebenen konstruktiven Eigenarten auch bei
abgestelltem Fahrzeug den Kaltraum 5 stets weitestgehend leerpumpen, so daß für
die Wiederinbetriebnahme der Federanlage stets ausreichendes verdampfbares Medium
im Verdampfungsraum vorhanden ist.
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Damit bei Stillstehen des Fahrzeuges durch ständige Abkühlung der
Federbälge 1 bei offenem Regelorgan 2 durch ständiges Nachströmen von Dampf vom
Heißraum über das durch die Stange 9 lastabhängig gesteuerte Regelorgan 2 nach den
Federbälgen 1 sich in diesen nicht unerwünscht große Mengen verdampfbaren Mediums
(z. B. C4F8) niederschlagen und nicht in den Kaltraum 5 zurückgefördert werden,
wird bei Anwendung der vorbeschriebenen Pumpanlage ein Steuerorgan 2 mit zwei Bohrungen
61 und 62 in Verbindung mit einer geteilten Zu- und Ablaufleitung zu der Feder 1
angewendet (Abb. 2 bis 4). Die Arbeitsweise dieses Regelorgans ist folgende: In
der Stellung des Regelorgans nach Abb. 3 ist der Heißraum über die Leitung 3, die
Bohrung 61 mit den Leitungen 63 und 12 und damit mit der Feder verbnuden. Es wird
Medium hohen Druckes in die Feder gespeist. Der Kanal 62 ist geschlossen.
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In der Stellung des Regelorgans nach Abb. 4 ist die Leitung mit Tauchrohr
12 mit dem Abflußrohr 4 über den Kanal 62 zum Kaltraum 5 verbunden. Der Kanal 61
ist geschlossen. In der Feder 1 zuviel enthaltenes Medium wird unter Wirkung des
Überdruckes in der Feder 1 vorzugsweise in flüssiger Form durch das Tauchrohr 12
nach dem Kaltraum 5 gedrückt. In der in Abb.2 gezeigten Übergangsstellung ist Kanal
61
mit einem sehr kleinen Spalt geöffnet und der Kanal 62 ebenfalls noch offen.
In dieser Zwischenstellung wird nunmehr sehr langsam und in geringen Mengen dampfförmiges
Medium von der Leitung 3 über die Kanäle 61 und 63 in den Gasraum der Feder 1 gefördert
und - soweit vorhanden - flüssiges Medium im Fuß 11 der Gasfeder 1 über das Tauchrohr
12 und den Kanal 62 durch die Leitung 4 in den Kaltraum 5 gedrückt. Das heißt, im
Sammelraum 11 der Feder 1 sich sammelndes flüssiges Medium wird auch bei stillstehendem
Fahrzeug in der Grenzstellung des Regelorgans 2 sehr langsam, aber stetig zurückgefördert.
Bei einer geringfügigen Verdrehung des Regelorgans nach der einen oder anderen Seite,
z. B. bei Be- oder Entlastung der Feder, wird dieser kleine Zwischenzustand sofort
aufgehoben und entweder Kanal 61 oder 62 des Regelorgans 2 geschlossen.