DE1015325B - Regelbare Druckgasfeder, vorzugsweise fuer Fahrzeuge - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Es sind Gasfedersysteme bekannt, bei denen das federnde Medium — in elastischen Federkörpern eingeschlossen — aus Luft, Gasen oder Dämpfen besteht. Um solche Federsysteme den im praktischen Betrieb vorkommenden verschiedenen Lastverhältnissen, z. B. zur Anpassung an die Nutzlastdifferenzen von Fahrzeugen, angleichen zu können, hat man Luftfedern entwickelt, deren Luftgewicht durch Zupumpen oder Ablassen von Luft entsprechend den Lastverhältnissen variiert werden kann. Solche Federsysteme haben jedoch den Nachteil, daß das federnde Medium — in diesem Falle Luft — ständig verlorengeht und ergänzt werden muß, womit störende Nebenerscheinungen, wie Korrosionen, Wasserabscheidungen mit den durch sie verursachten Gefahren der Eisbildung und des Einfrierens der Steuerorgane im Winter, sowie gewisse Wartungsarbeiten unvermeidbar sind. Darüber hinaus ist der Verbrauch an mechanischer Arbeit für das Komprimieren der für Regelzwecke verwendeten Druckluft nicht unbedeutend, besonders wenn es sich um Federn handelt, die sehr häufig ihre Tragfähigkeit an verschiedene Nutzlasten anpassen müssen, sowie wenn die Federn bei größerer Tragfähigkeit noch ausreichend weich, d. h. mit entsprechend großem Volumen (Liter) gebaut werden müssen.

Man hat auch Federsysteme entwickelt, deren Tragfähigkeit durch Temperaturbeeinflussung des federnden Mediums variiert werden kann. Solche Federn verlangen jedoch, jahreszeitlich bedingt, die Bereitstellung verschiedener, zum Teil nicht unbeachtlicher Wärmeenergiemengen, wenn sie z. B. in Fahrzeugen verwendet werden, in denen Abfallwärme (z. B. Kühlwasserwärme von Motoren) usw. nicht zur Verfügung steht.

Solche thermisch geregelten Federn sind auch in Verbindung mit verdampfbaren Flüssigkeiten bzw. Gasen und Flüssigkeiten, in denen diese Gase in größerer Menge in Lösung gehen, vorgeschlagen worden, wobei der Vorteil der erheblich geringeren erforderlichen Aufheizung zur Erzeugung einer großen Druckänderung im Innern des Systems die Arbeitsweise dieser Federn kennzeichnet. Jedoch sind auch diese Systeme auf die Vorhaltung und Einrichtung von Heiz- und Rückkühlanlagen angewiesen.

Auch sind Druckgasfedersysteme bekanntgeworden, deren die Tragfähigkeit bestimmender Innendruck durch — mit Hilfe chemischer Reaktionen oder mit Hilfe Elektrolyse erzeugte — Gase erhöht werden kann, wobei die Gaserzeugung im Innern der Systeme stattfindet und die Gaserzeugung von der Federhöhe der Feder her bestimmt wird. Sollen solche Federn jedoch bei einer Entlastung auf niedrigeren Druck eingestellt werden, so muß die entsprechend der Entlastung überflüssig gewordene Gasmenge ins Freie ab-Regelbare Druckgasfeder,
vorzugsweise für Fahrzeuge

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

gelassen werden. Für solche Federn wurde auch vorgeschlagen, das Zupumpen des für die chemische Reaktion bzw. Elektrolyse erforderlichen Stoffes mit Hilfe von der Federbewegung her angetriebener Pumpvorrichtungen vorzunehmen, eine Lösung, wie sie im Zusammenhang mit Luftfedern auch unter der Anwendung von Differential- oder Hilfskolben bereits empfohlen worden ist.

Alle diese Einrichtungen müssen jedoch, soweit sie sich einer pumpenden Vorrichtung bedienen, vom normalen Atmosphärendruck auf den Systemarbeitsdruck verdichten.

Erfindungsgemäß wird demgegenüber eine regelbare Druckgasfeder, vorzugsweise für Fahrzeuge, so ausgebildet, daß innerhalb eines geschlossenen und in der Ruhe- und Normallage der Feder unter mittlerem Arbeitsdruck stehenden Systems ein zwischen einen gasgefüllten Federkörper und einen Vorratsbehälter geschalteter Verdichter den Druck in der Feder über ein in an sich bekannter Weise von der Federhöhe der Feder beeinflußtes Regelorgan durch Zupumpen oder Abpumpen federnden Mediums automatisch lastabhängig verändert. Ein solches System hat den Vorteil, daß

1. es völlig geschlossen ausgeführt werden kann, so daß jede Verunreinigung des Innern des Systems zuverlässig vermieden wird,

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2. das mittlere Druckpotential des federnden Me- zu verdichtende Medium vom Mitteldruck auf den diums in dem System nur durch Erhöhen bzw. Absen- etwas höheren Regeldruck entweder in der Feder 3 ken des Druckes in der Feder selbst von dem mitt- oder im Vorratsbehälter 12 zu bringen, während für leren Druck auf den Maximal- bzw. Minimaldruck die Zwischenzustände, in denen der Druck z. B. in 3 verändert wird. Die demnach zu leistende Verdien- 5 größer ist als in 12 und trotzdem der Verdichter auf tungsarbeit ist wesentlich geringer, Fördern von 3 nach 12 geschaltet wird, der Verdich-

3. als federndes Medium ein beliebiges, auch kost- ter praktisch ohne Leistung — eventuell sogar als spieliges, jedoch für Zwecke der Feder besonders ge- Druckgasmotor — arbeitet und dem Abströmen des eignetes Medium, wie neutrale Gase, auch Dämpfe Mediums von 3 nach 12 praktisch keinen Widerstand bzw. Dampfbildner, verwendet werden kann, io entgegensetzt, somit auch keine elektrische Leistung

4. bei Verwendung von Gasen und Dämpfen und aufnimmt. Der Leistungsbedarf solcher Kleinverdichzusätzlicher Anwendung der thermischen Beeinflus- ter ist sehr gering. Man kann bei Verdichtungsdiffesung des federnden Mediums günstigere Voraussetzun- renzdrücken von 3 bis 4 at und bei 0,6 bis 0,8m^s/h gen für die Regeltechnik als mit normalen thermi- Förderleistung (auf das angesaugte Medium von Atschen Federn geschaffen werden können, 15 mosphärendruck bezogen) mit etwa Vs PS erforder-

5. der Verdichter in einem Behälter, der unter liehe Antriebsleistung rechnen.

Systemdruck steht, völlig gekapselt und gegen jede Will man das Arbeiten der regelbaren Feder noch

Undichtheit gesichert untergebracht werden kann, wie wirtschaftlicher gestalten, so kann man darüber hin-

dies z. B. bei den völlig geschlossenen modernen Korn- aus insbesondere die Behälter 12 und 5 sowie den Ver-

pressoren für Kälteerzeugungsanlagen mit guten Er- 20 dichterbehälter 13 und die Leitung 4 noch gegen

gebnissen erfolgt, Wärmeabgabe isolieren, so daß die Verdichterwärme

6. die erforderlichen Regelorgane — z. B. Dreh- im System erhalten bleibt und — insbesondere bei schieber — durch Einvulkanisieren der Schieber in Verwendung von Medien in Dampfform — noch die die Schieberzylinder ebenfalls absolut dicht und da- Wärmeausdehnung des Mediums für die Druckaufmit praktisch wartungsfrei gestaltet werden können 25 rechterhaltung bzw. Erhöhung ausgenutzt wird. (Abb. 2d). In der Praxis werden — z. B. bei der Abfederung

Die Möglichkeit des Aufbaues einer solchen Feder von Fahrzeugen — meist mehrere solcher Federn zuist in Abb. 1 an Hand eines Beispiels für eine Fahr- gleich benötigt. In einem solchen Falle ist es nicht erzeugfederung skizzenhaft dargestellt. Der zwischen forderlich, daß jede Feder ihren eigenen Verdichter Fahrzeugkasten 1 und Laufwerks rahmen 2 geschaltete ₃₀ erhält. Vielmehr kann ein ganzes System von Federn Federkörper 3 ist in seinem Innern mit dem federn- mit einem Verdichter betrieben werden. Abb. 3 zeigt den Medium gefüllt. Der Federkörper 3 ist über die das Anordnungsschema einer vierfedrigen Anlage, bei Rohrleitungen großen Querschnittes 4, eventuell noch der die vier Federn 3 über vier Steuerventile 6 und unter Zwischenschaltung eines an der Federarbeit die entsprechenden Rohrleitungen mit einem Behälter teilhabenden Behälters 5, mit dem Regelorgan 6 ver- 35 12 und einem Verdichter 7 verbunden sind, wobei je bunden, welches drei verschiedene Stellungen kennt, ein Differential-Doppelrückschlagventil 17 vor jedem wie sie in Abb. 2 schematisch dargestellt sind. Drehschieber 6 das unbeabsichtigte Rückströmen von Stellung a ist die in der Skizze gewählte Stellung, Medium höheren Druckes verhindert, sowie vier Rückbei welcher der Verdichter 7 über die Bohrungen 8 schlagventile 18 hinter dem Kompressor die gleiche und 9 in die Rohrleitung 4 fördert, während er aus 40 Aufgabe in umgekehrter Richtung wahrnehmen. Außerdem Behälter 12 über den Verdichterbehälter 13 mit dem sorgt ein Rückström- und Rückschlagventil 19 Antriebsmotor das zu verdichtende Medium über die für das freie Rückströmen von Medium höheren Druk-Bohrungen 10 und 11 ansaugt. Es ist dies die Füllungs- kes aus dem Rohrleitungssystem in den Behälter 12, stellung der Feder, bei der die Verstellvorrichtung 14 sofern während des Betriebszustandes ein solcher höhernit Langloch durch die Last stark zusammengedrück- 45 rer Druck sich einstellt.

ter Federn den Drehschieber 6 über den Hebel 15 nach Die Arbeitsweise des Diff erential-Doppelrückschlagoben verdreht hat. Ist die Feder 3 ausreichend ventils 17 wird an Hand von Abb. 4 erläutert. Das aufgepumpt, so zieht die Verstellvorrichtung 14 den Ventil ermöglicht den Gasdurchtritt in zwei Rich-Hebel 15 in die Horizontallage, und der Drehschieber tungen, und zwar schon bei kleinster Druckdifferenz legt die in Abb. 2b gezeigte Abschlußstellung ein, bei 50 gemäß den gestrichelten Pfeilen von unten über die der jede Verbindung von 12 über 7 und 6 nach 5 und 3 von der Feder 31 geschlossene Rückschlagklappe 32 unterbrochen ist. Zugleich ist bei dieser Stellung die nach links (Klappe geöffnet gezeichnet). Dem Gas-Stromzufuhr zu dem Antriebsmotor 16 des Verdich- durchgang von links — unter Zurückdrücken des ters 7 unterbrochen. Der Motor steht still. Dehnt sich Ventiltellers 33 — nach unten, dem Verlauf der ausdie Feder infolge Entlastung des Fahrzeuges 1 weiter 55 gezogenen Pfeile entsprechend (Ventilteller 33 in aus, so zieht die Verstellvorrichtung 14 den Hebel 15 Abschlußstellung gezeichnet), setzt das Ventil eine in die untere Lage und verdreht damit den Drehschie- höhere, durch die Einstellung der Feder 34 bestimmte ber 6 in die in Abb. 2 c dargestellte Stellung. Zugleich Kraft entgegen. Die Feder 34 wird so einreguliert, schaltet er den Antriebsmotor 16 des Verdichters 7 daß der Ventilteller 33 erst öffnet, wenn der Unterwieder ein. Der Verdichter 7 fördert nunmehr das 60 druck hinter dem Teller durch die saugende Wirkung federnde Medium aus der Feder 3 über die Leitung 4, des Verdichters 7 den minimalsten in den Federn die Bohrungen 9 und 10 in den Verdichterzylinder 7 herrschenden Gasdruck unterschritten hat. Dadurch und von hier über die Bohrungen 11 und 8 in den Be- wird sichergestellt, daß es möglich ist, den geringsten halter 12 zurück, so lange, bis der Gleichgewichts- in den Federn erforderlichen Gasdruck durch Abzustand wieder erreicht ist und die Verstellvorrichtung 65 saugen des Gases herzustellen, ohne daß aus dem 14 über den Hebel 15 den Drehschieber 6 wieder in Vorratsbehälter 12 neues Medium nachströmt. Abschlußstellung (vgl. Abb. 2b) zurückdreht. Diese drosselnde Wirkung des Federtellers 33 im Bei einer solchen Anordnung, die selbstverständlich Gasstrom hat natürlich eine gewisse Leistungsauch in andere konstruktive Formen gebracht werden erhöhung beim Verdichter 7 zur Folge. Um diese kann, obliegt dem Verdichter 7 nur die Aufgabe, das 70 durch den notwendigen niedrigeren Ansaugdruck

bedingte Leistungserhöhung so· klein wie möglich zu halten, ist der Ventilteller 33 über die Stange 35 mit dem hydraulischen Stempel 36 verbunden, in dem das Kugel rückschlagventil 37 wohl ein schnelles Öffnen gegen den Federdruck von 34 ermöglicht, jedoch dem Wiederschließen des Tellers 33 eine durch die Abmessungen der Bohrung 38 bestimmte zeitliche Verzögerung vorschreibt, da bei dem Schließvorgang die Kugel 37 in Abschlußstellung geht und das Öl nur langsam durch die kleine Bohrung 38 nachströmen kann. Dadurch wird erreicht, daß das durch Unterdruck in den Rohrleitungen einmal geöffnete Ventil 33 für einen längeren Zeitraum offenbleibt, währenddem das anzusaugende Medium dem Verdichter 7 mit nicht gedrosseltem Behälterdruck in 12 zufließen kann.

Die Verwendung eines solchen Ventils ist nur eine der Möglichkeiten zur sinnvollen Steuerung des Kreislaufes in den mehrgliedrigen Federsystemen. Selbstverständlich sind auch andere Lösungen, etwa unter Verwendung von Schiebersteuerungen, möglich. Auch elektrische Steuerungseinrichtungen sind denkbar, mit deren Hilfe sogar eine Steuerung der Kreisläufe ohne jede Verlustquelle, wie sie durch die vorübergehende Drosselwirkung des Doppelrückschlagventils gemäß Abb. 4 noch vorhanden sein kann, zu erreichen ist.

Die hier in Abb. 3 als Beispiel gezeichnete Anlage arbeitet folgendermaßen: Die obere rechte Feder 3 ist durch den Drehschieber 6 in Ruhelage ausgeschaltet und abgesperrt. Hier findet kein Ladungswechsel und damit keine Druckveränderung statt.

Die untere rechte Feder ist durch den Drehschieber 6 auf Füllen geschaltet. Der Verdichter 7 saugt über die Leitungen 20, 21, Rückschlagventil 17, Leitungen 22 und 23 frisches Medium aus dem Behälter 12 an und drückt es über die Leitungen 24 und 25 in die Feder 3.

Die beiden linken Federn sind auf Entleeren geschaltet. Der Vorgang sei nur an Hand der unteren linken Feder beschrieben. Hier saugt der Verdichter 7 aus dem Federkörper 3 über die Leitung 26, 27 und 20 das federnde Medium an und drückt es — sofern es nicht zum Auffüllen der rechten unteren Feder bereits verwendet wird — über die Leitungen 28, Rückschlagventil 17, Leitungen 29 und 30 in den Behälter 12. Bei dieser Anordnung kann nun der Fall eintreten, daß eine Feder (wie gezeichnet, rechts unten) auf Füllen und eine Feder (links unten) auf Entleeren geschaltet ist. Der Verdichter 7 wird — da die Rückschlagventile 17 je nach dem auf ihnen lastenden Gegendruck öffnen — zunächst gegen den geringeren Druck in der Leitung 28 fördern, so lange, bis der Drehschieber 6 (links unten) auf Abschlußstellung steht, und erst dann wegen des nunmehr schnell in 28 angestiegenen Druckes über die Leitung 24 in die rechte untere Feder gemäß ihrer Füllstellung weiterfördern. Sind sämtliche Federn auf Abschlußstellung geschaltet, so ist auch die Stromzufuhr zu dem Verdichter 7 unterbrochen.

Wird eine unter hohem Druck stehende Feder 3 durch einen Drehschieber 6 plötzlich mit der Leitung 20 verbunden, so bedarf es der Arbeit des Verdichters 7 nicht so lange, bis der Druckausgleich über Leitung 20 und das Rückström- und Rückschlagventil 19 stattgefunden hat.

Eingangs war gesagt, daß der Druckpegel des Systems auf die Mitte zwischen den vorkommenden maximalen und minimalen Drücken einzustellen ist. Hiervon abweichend, kann auch der Druckpegel so gewählt werden, daß er in der Mitte der am häufigsten vorkommenden Belastungszustände liegt, wodurch minimalste Leistungsaufnahme des Systems erreicht werden kann.

Schließlich sei noch erwähnt, daß statt des in der Abb. 1 gezeigten elektrischen Verdichterantriebs auch ein Antrieb des Verdichters von der Bewegung der Feder selbst her möglich ist. Auch, kann der Druckpegel des Systems willkürlich dadurch geändert werden, daß beispielsweise von einer Hydraulikpumpe her der Druckpegel durch Zu- oder Abpumpen von Verdichterflüssigkeit etwa in den Vorratsbehälter 12 erfolgt. Damit wird das verdrängte Gasvolumen variiert, ohne daß das an der Federarbeit teilhabende Volumen der Feder selbst verändert wird. Daß das Verändern des Druckpegels durch Heiz- oder Kühlvorrichtungen etwa in dem Vorratsbehälter 12 ebenfalls ohne Beeinflussung der Temperatur in den Federn selbst möglich ist, war bereits erwähnt.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Regelbare Druckgasfeder, vorzugsweise für Fahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines geschlossenen und in der Ruhe- und Normallage der Feder unter mittlerem Arbeitsdruck stehenden Systems ein zwischen einen gasgefüllten Federkörper (3) und einen Vorratsbehälter (12) geschalteter Verdichter (7) den Druck in der Feder über ein in an sich bekannter Weise von der Federhöhe der Feder (3) beeinflußtes Regelorgan durch Zupumpen oder Abpumpen federnden Mediums automatisch, lastabhängig verändert.

2. Regelbare Gasfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch aus mehreren Federkörpern (3) bestehende Federsysteme von einem Vorratsbehälter (12) gespeist und mit nur einem Verdichter (7) betrieben werden, wobei jede Feder (3) für sich durch das ihr zugeordnete Regelorgan (6) je nach Bedarf eine Druckerhöhung oder Druckabsenkung erfahren kann.

3. Regelbare Gasfeder nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise thermische Einflüsse auf das Federsystem, seien sie mit dem Arbeiten des Systems verbunden (Verdichterwärme, Expansionskälte), seien sie willkürlich durch Heiz- oder Kühlvorrichtungen hervorgerufen, die lastabhängige Regelung des Systems unterstützen.

4. Regelbare Gasfeder nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckpegel des Systems den am häufigsten vorkommenden Belastungsverhältnissen entsprechend eingestellt wird.

5. Regelbare Gasfeder nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (7) gasdicht innerhalb des unter Druck stehenden Federsystems untergebracht angeordnet ist.

6. Regelbare Gasfeder nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsleistung des Verdichters direkt oder indirekt in an sich bekannter Weise von der Federbewegung her abgeleitet wird.

7. Regelbare Gasfeder nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderlichen Regelorgane (6) durch Einvulkanisieren der Schieber oder Ventile in die Ventilkörper innerhalb des Systems gasdicht angeordnet werden.

8. Regelbare Gasfeder nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Medium

den Betriebsbedingungen angepaßt, aus mehreren Gasen oder Dampfbildnern zusammengesetzt, gewählt wird.

9. Regelbare Gasfeder nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckpegel des Systems in an sich bekannter Weise durch Zu- oder Abpumpen änderbar ist.

von Verdrängerflüssigkeit ver-

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 897 811, 913 720, 719.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen