DE1061575B

DE1061575B - Thermally adjustable gas spring

Info

Publication number: DE1061575B
Application number: DED27390A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Gustav-Adolf Gaebler
Original assignee: Deutsche Bundesbank
Current assignee: Deutsche Bundesbank
Priority date: 1958-02-10
Filing date: 1958-02-10
Publication date: 1959-07-16

Description

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.Thermally adjustable gas spring In patent application D 27150 XII / 47a a thermally regulated spring system is protected, the regulation of which is known by supplying a medium with a higher pressure or releasing a medium into one Room with low pressure takes place depending on the load and its pressure level is also thermal is influenced in which, in contrast to previously known methods, the resilient Medium which can be condensed in a manner known per se in the control range of the spring or is solvable, when regulating from an evaporator chamber of higher pressure of the spring flows in or out of the spring into a condensation or solution space of low pressure flows away, between the condensation or solution space of low pressure and the Evaporator chamber of higher pressure is connected to a feed device that condenses or medium that has gone into solution from the room of low pressure into the evaporator chamber higher pressure.

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.The necessary according to the above explanation in such a spring system Feeding device. is inventively using the pressure drop of the resilient Medium between the evaporation chamber and the condensation chamber is self-propelled by this medium. For this purpose, the feed device or pump is used as a stepped piston spring pump educated. Reliable for any loss of resilient medium, for example through leaks In addition, this feed device can be avoided within the cavities of the spring system can be arranged, for example, within the condensation chamber. Any small amounts of resilient medium escaping through leaks will be then caught again in this space and fed back into the cycle. aside from that In the interest of a hermetic seal, a special regulating device is connected provided with a double feed pipe for the medium in the spring, which ensures that any undesirable effects that may occur when using this pump system Accumulation of liquid medium in the spring - for example when the Vehicle - not because of the lack of a sufficient amount of vaporizable medium in the Boiler room makes it difficult for the suspension to start when the vehicle is started up again.

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.For the subject matter of the patent claims, protection is only given in connection with the subject matter of the main patent application and for those evident from the description Novel arrangement in a gas or steam spring is desirable.

Das Schutzbegehren- ist im weiteren an Hand der Zeichnung erläutert.The protection request is explained below with reference to the drawing.

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).Fig. 1 shows the stepped piston spring pump and its internal arrangement of the condensing or cold room; Fig. 2 shows the control element with the double feed pipe to the spring in the middle position; Fig. 3 shows the same control element in the filling position (with load increase); Fig. 5 shows the same control element in the discharge position (with load reduction).

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.The one in Fig. 1 inside the cold room 5 - the one here with cooling fins 31 is equipped for better cooling, the arrangement of a special Can make cooler superfluous - arranged steam spring pump 6 consists of one Cylinder tube 32 for the steam piston 33 and a smaller cylinder tube 34 with the Pump piston 36 driven by piston 33 via piston rod 35. The pump is single acting (downward), and its pistons are controlled by the spring 37 brought back to the top rest and starting position every work cycle. in the Suction valves 38 and pressure valves 39 of conventional construction are arranged at the foot of the pump. The pump is controlled via the control rod 40 and the simple mussel slide 41.

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.The performance of the pump is controlled by the float 42 actuated rotary valve 43, which controls the flow of working steam (e.g. Frigene) from the connection 44, which is connected to the hot space, depending on the liquid level in cold room 5 regulates. The return flow of the medium coming from the springs into the Cold chamber 5 takes place through the line connection 4, the outflow conveyed by the pump Medium via non-return valves and Line 45 to the hot room. In order to through leaks under the working piston 33 collecting medium again Can be fed to the circuit is a check valve 46 in the lower part of the Cylinder 32 arranged so that after exceeding a certain amount of liquid in this cavity, in which the spring 37 works, by the pressure action of the piston 33 the medium is conveyed back into the cold space 5. Against unwanted heat transfer from the hotter working cylinder 32 to the medium in the cold space 5 is the entire Pump protected by good thermal insulation 47. Any lubrication required the pump can - according to the practice in the refrigeration machine industry - when using freons simply by adding suitable 01 in the cold room 5 can be effected.

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.The mode of operation of this pump, which makes an externally driven pump according to the main patent application superfluous, is now as follows: In the hot space of the spring system according to the main patent application, the elastic medium is evaporated by the heating coil. The working pressure is z. B. when using octafluorocyclobutane (C4F8) about 14 at (at 80 ° C) in the rest position. That is, when the cold space 5 is almost empty and the float 42 is consequently low and the rotary slide valve 43 is closed, the working piston 33 is lifted by the spring 37 in the rest position at the very top. If the medium to be recooled flows from the springs to the cold chamber 5 and the liquid level rises in this, the float 42 opens the rotary valve 43. Now steam (C4F8) flows with about 14 at from the connection 44 via the rotary valve 43 into the cavity above the Slider 41, which is pressed by this on the slide mirror. Since when the piston 33 is at the top, the slide 41 is also lifted from the control rod 40 in the uppermost position (as shown), steam flows from the space outside the slide 41 via the bore 48 into the cylinder chamber 32 and presses against the spring pressure of the spring 37 the piston 33 and with it the working piston 36 downwards. The piston 36 conveys the liquid medium (C4F8) contained in the small cylinder 34 with the suction valve 38 closed via the outlet valve 39 and connection 45 into the hot space. Shortly before reaching the lowest position, the piston 33 takes the control rod 40 on the collar 50 downwards via the driver plate 49 and thus moves the mussel slide 41 into the lower position. The live steam supply is now shut off via the bore 48 and, for this purpose, the cylinder chamber 32 is connected to the cold chamber 5 via this bore 48 and the exhaust 51. The vapor pressure in the cylinder space 32 disappears. The medium flowing into the cold space 5 is cooled and condensed there. The spring 37 now pushes the piston 33 upwards again when there is no pressure, thus lifting the piston 36 and sucking in new medium via the suction valve 38 , until shortly before the top position of the rubber buffer 52 in the piston rod 35, the control rod 40 with the mussel slide 41 moves back up and the game starts all over again. This control via slide and control rod 40 can also be carried out by a pure steam-controlled piston slide control, as it is, for. B. in crankshaftless steam piston pumps at Lokomotoven (Tolkin) run with good results, can be replaced. The control rod 40 could then be omitted. In this system, the work performance of the pump described above; As I said, the float 42 regulates the flow rate continuously between zero and a maximum of infinitely variable fluid level dependent. The necessary drive energy for the small feed pump is in the z with sufficient heat capacity. B. from the cooling system of an engine-powered vehicle equipped evaporation room available at any time. When the vehicle is at a standstill, the spring 37 always pushes the working piston into the upper rest position, so that the pump is always started when the evaporation chamber is heated up. As a result of the structural features described above, the pump will always pump the cold space 5 as empty as possible, even when the vehicle is parked, so that there is always sufficient vaporizable medium in the vaporization space for restarting the spring system.

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.This means that when the vehicle is at a standstill, the Spring bellows 1 when the control element 2 is open by the constant flow of steam from Hot space on the load-dependent controlled by the rod 9 regulating member 2 according to the Spring bellows 1 are in this not undesirably large amounts of evaporable medium (e.g. C4F8) and are not fed back into the cold chamber 5, When using the above-described pumping system, a control element 2 with two bores 61 and 62 in connection with a divided inlet and outlet line to the spring 1 applied (Fig. 2 to 4). The functioning of this regulating body is as follows: In the position of the control element according to Fig. 3 is the hot space on the line 3, the Connect bore 61 with lines 63 and 12 and thus with the spring. It will Medium high pressure fed into the spring. The channel 62 is closed.

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.In the position of the regulating element according to FIG. 4, the line with the immersion pipe 12 is connected to the drain pipe 4 via the channel 62 to the cold chamber 5. Channel 61 is closed. Too much medium contained in the spring 1 is pressed under the effect of the overpressure in the spring 1, preferably in liquid form, through the immersion tube 12 to the cold space 5. In the transition position shown in Figure 2, channel 61 is open with a very small gap and channel 62 is also still open. In this intermediate position, vapor medium is now conveyed very slowly and in small quantities from the line 3 via the channels 61 and 63 into the gas space of the spring 1 and - if available - liquid medium in the foot 11 of the gas spring 1 via the immersion tube 12 and the channel 62 pressed through the line 4 into the cold space 5. That is, the liquid medium that collects in the collecting space 11 of the spring 1 is conveyed back very slowly but steadily even when the vehicle is at a standstill in the limit position of the control element 2. With a slight rotation of the control element to one side or the other, e.g. B. when loading or unloading the spring, this small intermediate state is immediately canceled and either channel 61 or 62 of the control element 2 is closed.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Gas spring according to patent application D 27150 XII / 47a with an evaporator compartment and a cooling compartment controlled by a control element with the spring can be connected and between the one Feeding device is switched, characterized in that the pump serving as a feed device (6) is operated by the steam present in the evaporation chamber.

2. Spring after Claim 1, characterized in that the pump (6) within the cooling space (5) is arranged.

3. Spring according to claim 1 and 2, characterized in that the Pump (6) as a single-acting stepped piston pump working against spring pressure (37) is designed with slide reversal in the end positions.

4. Spring according to claim 1 to 3, characterized in that the output of the pump (6) depends on the liquid level is controlled in the refrigerator (5) (float 42).

5. Spring according to claim 1 to 4, characterized characterized in that the pump cylinder (32) is insulated against heat transfer (47) and the cooling space (5) is equipped with cooling surfaces and ribs (31).

6. spring according to claims 1 to 5, characterized in that lubricating oil is added to the spring medium is.

7. Spring according to claim 1 to 6, characterized in that the regulating member (2) has an intermediate position (Fig. 2), which allows a return of condensed medium from the spring (1) to the cooling space (5). B. Spring according to claim 1 and 2, characterized in that the supply line to the spring (1) is designed as a double line (12, 63), one line (12) of which is immersed in the condensate contained in the spring. Documents considered: German Patent No. 958 716; USA. Pat. No. 1602 371st