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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kompensation mindestens
einer durch Stampfen oder Rollen hervorgerufenen Bewegung oder von Schräglagen einer
Strömungsmittelkissenmaschine mit Kissen aus einem unter Druck stehenden Strömungsmittel
mit jeweils einer Strömungsmittelzuführungsleitung. Das unter Druck stehende Strömungsmittel
ist in der Regel Luft. Prinzipiell ist aber auch ein anderes Gas oder eine andere
Flüssigkeit verwendbar.
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Unregelmäßigkeiten des Bodens und Drücke aerodynamischen Ursprungs,
die auf ein Luftkissenfahrzeug einwirken, können Rollbewegungen und Stampfbewegungen
hervorrufen. Das Ziel der Erfindung ist die Kompensation der Stampfbewegungen und
Rollbewegungen von Strömungsmittelkissenmaschinen.
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Bekannt (deutsche Auslegeschrift 1200 694) ist eine Vorrichtung, bei
der das Strömungsmittelkissen durch einen Luftvorhang begrenzt wird, wobei die Breite
des Schlitzes, durch den der Luftvorhang ausgeblasen wird, mittels eines Schiebers
verändert werden kann. Dieser Schieber ist mit Hilfe eines Servomotors verschiebbar,
der vom Kissendruck beeinflußt wird. Mit Hilfe einer solchen Vorrichtung sollen
Querströmungen in Luftkissen vermieden werden.
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Bekannt ist ferner (britische Patentschrift 959 825) ein Luftkissenfahrzeug,
bei dem das Luftkissen durch einen aus einer Schlitzdüse austretenden Luftvorhang
abgeschlossen ist, wobei die Breite der Schlitzdüse mittels Schiebern veränderbar
ist. Die Schieber werden in Abhängigkeit von Vertikalschwingungen der Maschine bzw.
Druckänderungen im Kissen betätigt. Durch die Schwächung des Luftvorhanges wird
bezweckt, daß Luft aus dem Kissen entweicht. Die britische Patentschrift 959 825
beschäftigt sich nicht mit der Verteilung des Luftstromes auf verschiedene Kissen.
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Durch die Erfindung soll eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung
so ausgebildet werden, daß keine mechanischen beweglichen Teile nötig sind.
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Die erfindungsgemäße Kompensierungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung stromaufwärts von den Mündungen wenigstens zweier der Zuführungsleitungen
eine blendenähnliche Verengung und in die zwischen der Verengung und den Mündungen
liegende Unterdruckzone mündende Öffnungen aufweist, durch die Steuerströme auf
die Peripherie des Speisestromes einwirken, wobei die Öffnungen über Leitungen mit
den Kissen und/oder der Atmosphäre an den Fahrzeugseiten verbunden sind und so an
der Peripherie des Speisestromes verteilt sind, daß durch die Steuerströme der Speisestrom
auf die Kissen im stabilisierenden Sinn verteilt wird.
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Je nachdem, wie groß die Druckdifferenz zwischen dem Unterdruckgebiet
im Anschluß an die Verengung und dem Steuerstrom ist, ereignet sich folgendes: Mit
größer werdendem Druckunterschied entsteht durch die Steuerstromöffnungen hindurch
auch ein größer werdender Strahl, der gegen den Speisestrom gerichtet ist. Wenn
der Druck des Steuerstromes im Extremfall kleiner ist als der statische Druck im
Unterdruckgebiet des Speisestromes, wird der Speisestrom in die Steuerstromöffnungen
hinein angesaugt, und es kann hier eine Strömung von vernachlässigbarem Einfluß
entstehen, die vom Speisestrom abgezweigt ist. Es ist klar, daß der effektive Durchtrittsquerschnitt
für den zur Speisung der Strömungsmittelkissen dienenden Strom und damit der Druck
in einem Kissen bei steigendem Steuerstromdruck vermindert wird und daß der Speisestrom
dagegen im anderen Extremfall seine maximale Größe erreichen wird.
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Weitere Merkmale im Rahmen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung an Hand der in den
Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt F i g.
1 im teilweise geschnittenen Aufriß eine erfindungsgemäße Vorrichtung an einem durch
Luftkissen gestützten Fahrzeug, von welchen Luftkissen mindestens ein Paar von einem
einzigen Kanal aus gespeist wird, und die mit Ringdüsen versehen sind, aus denen
ein Strömungsmittelvorhang austritt, F i g. 2 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung
im Schnitt bei Anwendung an einem durch Luftkissen oder durch Kissen aus einer unter
Druck stehenden Flüssigkeit gestützten Fahrzeug, wobei die Luftkissen durch eine
Kammer mit flexiblen Wänden begrenzt sind, F i g. 3 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung
bei Anwendung auf eine Gruppe von Luftkissen oder Flüssigkeitskissen aus einem unter
Druck stehenden Strömungsmittel, F i g. 4 in perspektivischer Darstellung eine Vorrichtung
gemäß der Erfindung bei einer Gruppe aus vier Luft- oder Flüssigkeitskissen, F i
g. 5 eine Ausführungsvariante der in F i g. 4 dargestellten Vorrichtung, F i g.
6 in Seitenansicht ein Fahrzeug mit Luftkissen oder Flüssigkeitskissen in Verbindung
mit einer Führungsbahn, F i g. 7 einen Schnitt nach Linie VII-VII in F i g. 6, F
i g. 8 die Anwendung der Erfindung bei einer Führungsvorrichtung mit mindestens
einem Luftkissenpaar, das vom gleichen Kanal aus gespeist wird, F i g. 9 in perspektivischer
Ansicht die Anwendung der Erfindung bei einer Kammer, die in einzelne abgeschlossene
Abteile unterteilt ist, F i g. 10 einen Teilschnitt nach Linie X-X in F i g. 9 und
F i g. 11 eine andere Ausführungsform der Erfindung.
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Gleichartige, jedoch an verschiedenen geometrischen Orten angeordnete
Teile werden durchweg mit gleicher Ziffer, aber aufeinanderfolgenden Buchstaben
bezeichnet.
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Gemäß F i g.1 ist das Fahrzeug durch zwei Gaskissen 1 a und 1 b gestützt,
die durch Ringdüsen 2 a und 2 b erzeugt werden. Im folgenden wird stets von Luftkissen
gesprochen, obwohl darunter auch Kissen aus einem anderen gasförmigen oder flüssigen
Strömungsmittel verstanden werden können.
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Die Düsen werden über Kanäle 3 a und 3 b mit komprimierter Luft gespeist.
Die Kanäle sind durch einen Kanal 4 an den Ausgang einer nicht dargestellten Druckluftquelle
angeschlossen und bilden mit diesem Kanal 4 zusammen die Zuführungsleitungen, wobei
der Kanal 4 eine Verengung 5 enthält, die blendenähnlich ausgeführt ist, um die
unter Druck stehende Luft zu beschleunigen.
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Unmittelbar stromabwärts der Verengung 5 sind in der sich hier bildenden
Unterdruckzone zwei öffnungen in Form von Schlitzen 6a und 6b angeordnet, wobei
der Schlitz 6a nahe beim Kanalaa und der Schlitz 6 b nahe beim Kanal 3 b liegt.
Der Schlitz 6 a ist mit dem Kissen 1b durch ein Rohr 7a verbunden.
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Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Querschnitte der Kanäle
3 a und 3 b für das unter
Druck stehende Fluid praktisch gleich
groß, und ihre Summe ist im wesentlichen gleich groß wie der Querschnitt des Kanals
4 für die unter Druck stehende Luft. Beim normalen Betrieb werden die beiden
Kanäle 3 a und 3 b von im wesentlichen gleich großen Förderströmen durchflossen.
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Wenn sich infolge einer Vermehrung der Belastung des Kissens la die
Düse 2a dem Boden nähert, verringert sich die Höhe des Vorhanges, und der Luftverlust
wird kleiner. Der Anteil der aus der Ringdüse austretenden und in das Innere des
Kissens fließenden Luft an der gesamten Luftmenge des Kissens erhöht sich. Der Druck
in diesem Kissen steigt. Die. Erhöhung des Druckes pflanzt sich über das Rohr 7
b zum Schlitz 6 b hin fort, wodurch eine Luftsperre entsteht, die den wirksamen
Querschnitt des Durchganges des Kanals 3 b vermindert. Die Fördermengen in den Kanälen
3a und 3b ändern sich im wesentlichen gemäß dem Verhältnis der neuen Querschnitte.
Demgemäß steigt die Fördermenge im Kanal 3 a und vermindert sich im Kanal 3 b, ebenso
der Druck in den Kissen, wodurch die Kompensation der durch das Kissen 1 a gestützten
Belastungserhöhung bewirkt wird.
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Gemäß F i g. 2 hat das Fahrzeug zwei Seitenwände 8a und 8 b und einen
unteren Boden 9. Es ist über dem Boden 10 durch eine gerade Anzahl von Luftkissen
gestützt, die im Verhältnis zur Längsmittelebene des Fahrzeuges symmetrisch angeordnet
sind. Die Figur zeigt zwei solcher Kissen la und 1b, wobei jedes durch eine Kammer
11 a bzw. 11 b mit flexiblen Seitenwänden begrenzt ist.
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Die Kissen werden aus einem Kanal 4 mit Druckluft gespeist, wobei
im Kanal 4 eine Verengung 5 vorgesehen ist, um die Luft zu beschleunigen. Etwas
stromabwärts der Verengung 5 schließen an den Kanal 4 zwei Kanäle 3 a und 3 b an.
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Unmittelbar stromabwärts der Verengung 5 sind zwei Schlitze
6a und 66 angeordnet, die in der Nähe der Kanäle 3 a und 3 b liegen. Ein
Rohr 7a verbindet den Schlitz 6 a mit dem Kissen 1 b und ein Rohr
7 b den Schlitz 6 b mit dem Kissen l a.
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An die Leitungen 7a und 7b sind zwei Abzweigleitungen 12a und 12b
angeschlossen. Diese Leitungen 12a und 12b münden an den Seitenwänden des Fahrzeuges,
gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Erweiterungen 13 a und
13 b.
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Wenn sich das Kissen la dem Boden 10 nähert, vermindert sich
der Ausströmquerschnitt dieses Kissens, und der Druck im Inneren des Kissens erhöht
sich. Die Druckerhöhung pflanzt sich über das Rohr 7 b zum Schlitz 6 b fort.
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Der Schlitz 6 b liefert einen Luftstrahl, der den wirksamen Querschnitt
für den Durchgang der Luft durch den Kanal 3 b vermindert. Dadurch wird die Strömung
in den Kanälen 3 a und 3 b geändert, wobei sich der Durchfluß im Kanal 3 a vermehrt
und im Kanal 3 b vermindert. Als Folge davon erhöht sich der Druck im Kissen
1 a, und der Druck im Kissen 1 b wird vermindert, was für die Wiederherstellung
des Ausströmungsquerschnittes des Kissens 1 a günstig ist.
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Wenn das Fahrzeug Drücken aerodynamischen Ursprunges auf seine Seitenflächen
unterworfen ist, werden diese Drücke dank der Öffnungen 14a und 14b, die in den
Seitenflächen des Fahrzeuges angeordnet sind, aufgenommen. Wenn sich z. B. der Druck
auf die Fläche 8b erhöht, versucht sich das Fahrzeug so zu neigen, daß sich das
Kissen la dem Boden nähert. Die Erhöhung des Druckes pflanzt sich über die zum Schlitz
6b führende Leitung 12b auf den Schlitz 6 b fort und erzeugt eine Reduzierung des
Luftdurchströmquerschnittes im Kanal 3 b.
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Auf diese Weise wird eine Verminderung der Strömung im Kanal 3 b und
eine Zunahme der Strömung im Kanal 3 a erhalten, wodurch die Wirkungen der Druckvermehrung,
die auf die Fläche 8 6 des Fahrzeuges einwirken, kompensiert werden.
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F i g. 3 zeigt ein Fahrzeug, das durch drei Luftkissen l
a, 1 b und 1 c auf der Fläche 10 abgestützt ist. Die
Luftkissen werden von einem Kanal 4 aus über drei Kanäle 3 a, 3 b und 3 c gespeist.
Diese Vorrichtung hat unmittelbar stromabwärts der Verengung 5 des Kanals 4 zwei
Schlitze 6a und 6c, die jeweils nahe bei den Eintrittsöffnungen der Kanäle
3 a und 3 b liegen. Zwei Leitungen 7 a und 7 c verbinden jeweils die
Schlitze 6a und 6c mit den Kissen 1c und la.
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Wenn sich die Kammer des Kissens 1c der Fläche 10 nähert, vermindert
sich der Austrittsquerschnitt dieses Kissens, und der Druck im Inneren des Kissens
erhöht sich. Diese Druckänderung wird durch das Rohr 7a zum Schlitz 6a hin übertragen.
Die Strömungsmengen in den Kanälen 3 a, 3 b und 3 c ändern sich, und es entsteht
eine Erhöhung der Strömungsmenge im Kanal 3 c und eine Verminderung der Strömungsmenge
im Kanal 3a, was die Rückkehr der Kammern in ihre Normalstellung relativ zur Fläche
10 begünstigt.
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F i g. 4 zeigt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung bei Anwendung
auf ein Fahrzeug, das von vier durch Kammern begrenzten Luftkissen 1 a,
1 b, 1 c und 1 d gestützt ist. Die Kissen 1 a und 1 b werden über die Kanäle
3 a und 3 b mit Luft gespeist, welche Kanäle von einem Kanal 4' abzweigen, der eine
Verengungsstelle 5' zur Beschleunigung der unter Druck stehenden Luft enthält.
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In gleicher Weise werden die Kanäle 1 c und 1 d von
den Kanälen 3 c und 3 d aus mit Druckluft gespeist. Die Kanäle 3 c und 3 d zweigen
von einem Kanal 4" ab, welch letzterer Kanal eine Verengung zur Beschleunigung der
Druckluft enthält.
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Die Kanäle 4' und 4" ihrerseits zweigen von einem Kanal
4 ab, der mit dem Druckluftgenerator verbunden ist. Der Kanal 4 enthält eine
Verengung 5
zur Beschleunigung der Druckluft.
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Das Kissen la ist durch ein Rohr 7b mit einem Schlitz verbunden, der
stromabwärts de: Verengungsstelle 5' in der Nähe des Kanals 3 b liegt und weiter
durch ein Rohr 15 mit einem Schlitz 17, der stromabwärts der Verengungsstelle 5
in der Nähe des Kanals 4" liegt.
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Das Kissen 16 ist über ein Rohr 7a mit einem stromabwärts der Verengungsstelle
5' und in der Nähe des Kanals 3 a gelegenen Schlitz und durch eine weitere Leitung
16 mit einem Schlitz, der stromabwärts der Verengungsstelle 5 im Kanal
4" liegt, verbunden.
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Die Kissen 1 c und 1 d sind jeweils in analoger Art und Weise einerseits
mit einem stromabwärts der Verengungsstelle des Kanals 4" gelegenen Schlitz
und andererseits mit einem anderen Schlitz verbunden, der stromabwärts der Verengungsstelle
5 nahe beim Kanal 4' liegt.
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Wenn sich die Kammer 1 a der Stützfläche nähert, vermehrt sich der
Druck im Inneren dieses Kissens. Diese Druckvermehrung wird durch die Leitungen
7 b
und 15 übertragen. Die Schlitze 6 b und 17 erzeugen Luftvorhänge,
wodurch die Durchflußquerschnitte im Kanal 4" und im Kanal 3 b vermindert und die
Durchtrittsquerschnitte im Kanal 4' und im Kanal 3 a vergrößert werden. Die Fördermengen
in diesen Kanälen ändern sich in Abhängigkeit von den Querschnitten der Durchgänge,
was die Wirkung der Belastung, die die Kammer 1 gegen die Stützfläche gedrückt hat,
kompensiert.
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F i g. 5 zeigt eine Vorrichtung mit zwei Regulierstufen. Wenn sich
das Kissen 1 a der Fläche 10 nähert, vermindert sich der Ausströmquerschnitt,
und der Druck im Inneren dieses Kissens erhöht sich. Die Druckvermehrung wird durch
die Leitung 19, die zum Schlitz 20 führt, übertragen. Aus dem Schlitz
20 tritt ein Strömungsmittelstrahl aus, der den wirksamen Querschnitt des
Kanals 4" verkleinert. Gleichzeitig wird im Kanal 4' eine Vergrößerung und
im Kanal 4" eine Verminderung der Fördermenge erhalten.
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Der Druck im Kissen 1 a erzeugt auch im Inneren des Rohres 21 einen
Steuerstrom. Das Rohr 21 hat eine den Schlitz 6c speisende Abzweigung 21c. Der Schlitz
6 c erzeugt einen Luftstrahl, der den wirksamen Durchgangsquerschnitt im Kanal 3
c vermindert. Gleichzeitig entsteht im Kanal 3 a eine Zunahme der Fördermenge und
im Kanal 3 c eine Abnahme derselben.
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Der Kanal 21 speist auch den Schlitz 6 d, der seinerseits einen
Luftstrahl erzeugt, der den wirksamen Durchtrittsquerschnitt im Kanal 3 d vermindert.
Man erhält so im Kanal 3 b eine Vermehrung und gleichzeitig im Kanal 3 d eine Verminderung
der Fördermenge. Daraus ergibt sich, daß die Kissen 1 b und 1a zur Kompensation
der Kräfte, die die Kammern aus ihrer Normalstellung herauszudrücken versuchen,
zusammenwirken.
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Die F i g. 6, 7 und 8 zeigen die Erfindung bei Anwendung auf ein Fahrzeug
22, das auf einer Bahn 23 abgestützt und geführt ist. Die Luftkissen la und 1b (F
i g. 7) werden beispielsweise von einem Kompressor 24 aus gespeist, der die Luft
bei 25 ansaugt und sie zu einem Kanal 4 fördert, der eine Verengungsstelle 5 zur
Erhöhung der Luftgeschwindigkeit enthält. Am Ausgang der Verengungsstelle 5 sind
zwei Kanäle 3 a und 3 b zur Speisung der Kissen 1 a und 1 b mit komprimierter Luft
angeschlossen; die Kissen sind durch vorzugsweise flexible Dichtungen 26 begrenzt.
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Zwei Rohre 12 a und 12 b verbinden die Steuerschlitze 6 a und
6 b mit Öffnungen 14 a und 14 b, die in den Seitenwänden 8a und 8b des Fahrzeuges
angeordnet sind. Die Speisung der Kissen wird so durch Drücke aerodynamischen Ursprungs
gesteuert, die auf die Außenflächen des Fahrzeuges einwirken.
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Das Fahrzeug wird am Mittelteil 23 a (F i g. 8) der Bahn durch Luftkissen
1 c und 1 d geführt, die beispielsweise durch einen Stutzen bei 27 (F i g. 6) an
der Vorderseite des Fahrzeuges gespeist werden, wobei die Luft an einer Verengungsstelle
5' während der Bewegung des Fahrzeuges auf eine erhöhte Geschwindigkeit gebracht
wird. Beim Normalbetrieb werden die Kanäle 3 c und 3 d von im wesentlichen gleich
großen Förderströmen durchströmt.
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Wenn die Wand 8a von aerodynamischen Drücken belastet wird, wirken
diese Drücke auf die Öffnung 14a und erzeugen im Inneren der Leitung 12d einen Steuerstrom,
der den Schlitz an der Abzweigung 7 d speist und eine Verminderung des wirksamen
Durchströmungsquerschnittes des Kanals 3 d hervorruft.
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Die Fördermengen in den Kanälen 3 c und 3 d ändern sich; im Kanal
3 c nimmt die Fördermenge zu, während gleichzeitig im Kanal 3 d die Fördermenge
abnimmt, was die Wirkung der auf die Wand 8 a des Luftkissenfahrzeuges wirkenden
Drücke kompensiert. Diese Wirkung mit Hilfe der Führungsluftkissen kann sich mit
der Wirkung der Stützkissen 1 a und 1 b kombinieren, deren Speisung zu diesem Zweck
so geändert wird, wie es bei der Ausführungsform nach F i g. 2 beschrieben ist.
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F i g. 9 zeigt eine in mehrere Zellen unterteilte Kammer 28, wobei
im dargestellten Fall vier Zellen verwendet sind, die durch Wände 29 voneinander
getrennt sind. Die Zellen 30 a, 30 b, 30 c und 30 d werden
von einem einzigen Kanal 4 aus mit Druckluft gespeist. Von diesem Kanal zweigen
Kanäle 3 a, 3 b, 3 c
und 3 d ab. Die ganze Anordnung hat zwei senkrechte Symmetrieebenen.
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Wenn sich die Zelle 30a dem Boden nähert, vermindert sich ihr Austrittsquerschnitt,
und der Druck im Inneren der Zelle erhöht sich.
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Die Erhöhung des Druckes erzeugt einen Steuerstrom im Rohr 7 c, das
den Schlitz 6 c (F i g. 10) speist, wodurch die Verteilung der Fördermenge in den
Kanälen 3 geändert wird. Die Zunahme der durch den Kanal 3 a strömenden Fördermenge
begünstigt die Rückkehr der Kammer in ihre Normalstellung.
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In dem Fall, in dem ein überdruck in der Zelle 30a einem Unterdruck
in der Zelle 30 c entspricht, pflanzt sich der Unterdruck zum Schlitz 6a fort. Der
Druckunterschied zwischen den Schlitzen 6 a und 6 c und damit der Unterschied der
die Zellen 30a und 30c speisenden Förderströme nimmt zu, was die das Gerät in seine
Normallage zurückdrückenden Kräfte vermehrt.
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Gemäß Fi g. 11 ist das Fahrzeug durch vier Kissen 1
a, 1 b, 1 c und 1 d gestützt, die von einem Turbogebläse
31 aus gespeist werden. Wenn sich das Kissen la dem Boden nähert, erhöht sich sein
Druck, und das Rohr 7 überträgt einen Steuerstrom zum Schlitz 6, was eine Vermehrung
der zum Kissen 1a strömenden Luftfördermenge hervorruft und eine Verminderung der
Fördermenge in den anderen Kissen, was die Kompensation der Wirkungen, die die Belastung
des Kissens la hervorrufen, begünstigt.