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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für eine Strömungsmittelkissenmaschine
mit Vollkammern bildenden Begrenzungswänden zur Volumenänderung der Vollkammern.
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Strömungsmittelkissen, die im allgemeinen zum Tragen eines Fahrzeuges,
jedoch gelegentlich auch zur Führung eines Fahrzeuges dienen, zeichnen sich bei
senkrecht zu der Fläche, mit der sie zusammenwirken, gerichteten Verlagerungen durch
eine gewisse Elastizität aus. Sowohl der ein solches Kissen speisende Kompressor
als auch die Zurückhaltungsmittel, die den Verlust an Strömungsmittel zur Um= gebung
des Kissens hin begrenzen, bilden einfache Druckbarrieren, die dauernd vom Strömungsmittel
durchströmt werden. Es ist ohne weiteres klar, daß man in der Tat sowohl die Kompressibilität
des Strömungsmittels in Betracht ziehen muß, wenn dieses gasförmig ist, als auch
die Elastizität der Zurückhaltungsmittel, die durch flexible Wände und/ oder durch
Vorhänge aus einem Strömungsmittel gebildet sind. Gewisse Kissen sind dynamisch
instabil, zumindest bei gewissen Betriebsbedingungen. Es ist aber wünschenswert,
Kissen zu schaffen, die im Gegensatz dazu unter allen Betriebsbedingungen stabil
sind. Dies ist insbesondere deshalb erwünscht, um zu starke Reaktionen des Fahrzeuges
auf Bewegungen im Gebiet der Resonanzfrequenz zu vermeiden.
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Bekannt (britische Patentschrift 944 504) ist ein Bodenreaktionsfahrzeug,
bei dem das Luftkissen durch einen Strömungsmittelvorhang begrenzt ist, wobei Mittel
vorgesehen sind, um die Lage des das Kissen begrenzenden Vorhanges zu ändern. Mit
diesen Mitteln kann ein stabilisierendes Drehmoment erzeugt werden. Eine Änderung
der Eigenschwingungsfrequenz wird mit der bekannten Einrichtung nicht angestrebt.
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Ferner ist ein Luftkissenfahrzeug bekannt (deutsche Gebrauchsmusterschrift
1908 074), bei dem die Lage einer das Kissen begrenzenden Schürze geändert werden
kann. Hiermit wird eine Schwächung des Kissens an ausgewählten Stellen angestrebt,
wodurch das Fahrzeug gesteuert werden. soll. Ob sich hierbei das Kissenvolumen ändert,
ist fraglich. Jedenfalls ist eine solche Vorrichtung nicht geeignet, die Stabilität
eines Fahrzeuges durch Änderung der Eigenfrequenz des Kissens zu beeinflussen.
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Schließlich ist ein Luftkissenfahrzeug bekannt (französische Patentschrift
1238 499), bei dem die Luftkissen seitlich mittels Luftvorhängen begrenzt sind.
Die Düsen, mit deren Hilfe die Luftvorhänge erzeugt werden, sind beweglich am Fahrzeug
befestigt, um eine Anpassung an Bodenunebenheiten zu ermöglichen. Zur oberen Begrenzung
der Luftkissen dienen Membranen. Weder mit der beweglichen Anordnung der Düsen noch
mit den oberen Membranen wird eine Änderung des Kissenvolumens angestrebt.
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Durch die Erfindung sollen Mittel vorgeschlagen werden, die bei einer
Einrichtung der eingangs genannten Gattung eine Änderung der natürlichen Stabilität
des Kissens in Hinsicht auf die Amplitude der Eigenschwingungszahl zur Vermeidung
von starken Resonanzschwingungen erlaubt.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung der eingangs genannten Gattung ist
dadurch gekennzeichnet, daß in den Begrenzungswänden Auslassungen vorgesehen sind,
die über einen von den Begrenzungswänden getrennt beweglichen Wandteil verschlossen
sind, wobei der bewegliche Wandteil derart verstellbar angeordnet ist, daß eine
Verlagerung desselben eine Änderung des inneren Kissenvolumens bewirkt und die Bewegung
des Wandteils durch auf Änderungen des Innendruckes des Kissens oder des Druckes
in den Strömungsmittelwegen oder der Vertikalbeschleunigung der Maschine ansprechende
Betätigungsorgane gesteuert ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung kann die natürliche Stabilität
des Strömungsmittelkissens dadurch vermehrt werden, daß das Volumen des Kissens
in umgekehrtem Sinn zu den natürlichen mit zufälligen Änderungen des inneren Druckes
des Kissens verbundenen Volumenänderungen variiert. Die Erfindung gestattet es auch,
einem Strömungsmittelkissen oder einem Fahrzeug mit Strömungsmittelkissen von den
natürlichen Dämpfungseigenschaften abweichende Dämpfungseigenschaften zu geben.
Dies ermöglicht insbesondere die Konstruktion eines Modells, das hinsichtlich seiner
dynamischen Eigenschaften einem geplanten Kissen oder einem Fahrzeug gleicht. Man
kann so das zukünftige Verhalten des fraglichen Fahrzeuges an Hand dieses Modells
studieren. Die Charakteristiken des Modells können sehr leicht in einem großen Bereich,
der bis zu den Grenzen der Unstabilität reicht, geändert werden.
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Die auf den Innendruck des Kissens ansprechenden Betätigungsorgane
können einen Steuerschieber aufweisen, der durch eine Membran betätigt wird, die
auf den Druck des Strömungsmittelkissens anspricht. -Die Speiseleitung des Kissens
kann eine Blende enthalten, wobei der stromaufwärts der Blende herrschende Druck
auf den beweglichen Wandteil einwirkt.
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Die Einrichtung kann aber auch so ausgebildet sein, daß ein an einer
Seite des beweglichen Wandteils angeordnetes Organ dem Druck unterworfen wird, der
in einem den Gesamtdruck messenden Staurohr aufgenommen wird, welches Rohr in die
Speiseleitung für das Kissen hineinragt, während der Wandteil vom Innendruck des
Kissens beaufschlagt wird.
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Der bewegliche Wandteil kann z. B. als gleitender oder mit einer Rollmembran
ausgerüsteter Kolben, als schwenkbarer Balg oder als elastische Membran ausgebildet
sein.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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F i g.1 ist ein vertikaler Teilschnitt einer schematisch dargestellten
Plattform, die von mindestens einem Strömungsmittelkissen getragen und mit einer
erfindungsgemäßen Einrichtung ausgerüstet ist; F i g. 2 zeigt in gleicher Darstellungsweise
eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Einrichtung durch das auch
zum Speisen des Luftkissens dienende komprimierte Gas betätigt wird; F i g. 3 und
4 zeigen zwei von der Ausführungsform nach F i g. 2 verschiedene Ausführungsformen,
wobei die Darstellung nach F i g. 4 nur teilweise ist, und F i g. 5 zeigt eine zweite
Variante, bei der die Vorrichtung unmittelbar durch Vertikalbeschleunigungen der
Plattform betätigt wird.
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In allen Figuren ist eine Plattform 1 dargestellt, unterhalb der mindestens
eine flexible Wand 2 angeordnet ist, die zusammen mit der Plattform und der Stützfläche
3, z. B. dem Boden, ein Strömungsmittelkissen
4 begrenzt, welches
Strömungsmittelkissen über mindestens eine Leitung 5 gespeist wird, durch welche
ein unter Druck stehendes, die Plattform tragendes Strömungsmittel zugeführt wird.
Dieses Strömungsmittel entweicht unter dem freien unteren Rand 2 a der Wand nach
außen. Das Strömungsmittel ist in der Regel kompressibel.
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Es ist leicht einzusehen, daß das Strömungsmittel, welches das tragende
Luftkissen bildet, im Falle der Verwendung eines kompressiblen Strömungsmittels
seinen Druck innerhalb der Wand 2 sehr schnell ändern wird, wenn die Stützfläche
3 Unebenheiten aufweist. Im übrigen hat die deformierbare Wand eine gewisse Elastizität,
und das Volumen des Luftkissens ändert sich deshalb bei Druckänderungen mehr oder
weniger. Die in den Zeichnungen dargestellten deformierbaren Wände können aus Gründen
der Einfachheit aus einem Gewebe bestehen. Dieses Gewebe ist vorzugsweise mit einem
überzug undurchlässig gemacht, welcher Überzug die Dehnbarkeit des Gewebes herabsetzt,
sie jedoch nicht völlig aufhebt.
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Eine erste Ausführungsform ist in F i g. 1 dargestellt. Die Wand der
Plattform oder des Fahrzeuges, die das Kissen 4 an seiner Oberseite begrenzt, ist
fest mit einem eine Auslassung in der Begrenzungswand bildenden Zylinder 6 a verbunden,
in dem ein Kolben 6 b als beweglicher Wandteil gleiten kann, der durch eine Kolbenstange
7 fest mit einem doppeltwirkenden hydraulischen Heber 8 als Betätigungsorgan
verbunden ist. Zwei Leitungen 9 a und 9 b verbinden diesen Heber mit einem Steuerschieber
10. Diese Kolbenstange ist einerseits mit einer druckempfindlichen Dose verbunden,
die auf den im tragenden Luftkissen 4 herrschenden Druck anspricht, und andererseits
mit einem Gestänge 12, das eine Feder 13 enthalten kann und das ebenfalls fest mit
dem Kolben des Hebers 8 verbunden ist. Diese Grundanordnung kann unter Anwendung
der sehr fortgeschrittenen Servosteuerungstechnik ergänzt werden. Insbesondere kann
der Anlenkungspunkt 14 des Hebels 12 verschiebbar sein; auch kann in den Kanälen
9 a und 9 b ein Mehrwegehahn, wie er bei 28 schematisch angeordnet ist, eingebaut
sein. Ein solcher Mehrwegehahn gestattet die Umkehrung der Strömungsrichtungen in
den in den Kolben 8
mündenden Kanälen, wodurch die Verschiebungsrichtung des
Kolbens 6 b verändert wird, was einer Umkehrung der vorbestimmten Druckänderung
im Kissen 4 entspricht.
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Der Steuerschieber 10 wird über eine Pumpe 24 mit Druckflüssigkeit
gespeist. Diese Flüssigkeit wird aus einem Vorratsbehälter 25 zwecks Zuführung zu
einem Kraftspeicher 26 angesaugt.
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Bei der angenommenen Anordnung (die hoch gespannte Flüssigkeit P gelangt
in den Mittelteil des Schiebers 10) ist ohne weiteres ersichtlich, daß jeder innere
Druckanstieg im Luftkissen 4 den Steuerschieber 10 nach oben verlagert. Dies ermöglicht,
daß der Druck p mindestens teilweise auf die Oberseite des Heberkolbens 8 wirken
kann, der demgemäß den Kolben 6 b nach unten drückt und das Gesamtvolumen des Kissens
4 reduziert. Dieses Volumen umfaßt den Raum, der seitlich durch den Zylinder 6 a
und nach oben durch den Kolben 6 b abgegrenzt ist. Dieser Raum ist mit dem Strömungsmittelkissen
über die große öffnung 6 c, deren Querschnitt durch den unteren Querschnitt des
Zylinders 6 a gegeben ist, ohne merkbaren Widerstand verbunden. Umgekehrt hat eine
zufällige Reduzierung des Druckes im Kissen, die natürlicherweise eine Verminderung
des Volumens der Wand 2 nach sich ziehen würde, zur Folge, daß sich der Kolben 6
b anhebt, so daß diese Verminderung kompensiert oder sogar überschritten wird. Die
Rechnungen zeigen, daß die Kombination eines Strömungsmittelkissens 4 mit einer
Vorrichtung, wie sie im Prinzip beschrieben wurde, zwar die vertikale Eigenschwingungsfrequenz
des tragenden Strömungsmittelkissens wenig ändert, aber die vertikale Bewegungsamplitude
der Plattform 1 auf Grund von Resonanzerscheinungen mindert und demgemäß auch die
auf diese Plattform ausgeübten Beschleunigungen.
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Im übrigen ist ohne weiteres klar, daß es zur schnellen Änderung der
dynamischen Eigenschaften eines durch eine Wand 2 gegebener Eigenschaften begrenzten
Kissens 4 genügt, die Charakteristiken der Servobetätigungsvorrichtung 8
bis 13 zu ändern. Diese Änderung kann durch Verlagerung der Anlenkungsstelle
14 oder auch durch Umkehrung der Strömungsrichtungen in den Kanälen 9 a und
9 b derart, daß für eine gegebene Änderung des Druckes im Kissen die Verlagerungsrichtung
des Kolbens umgekehrt wird, vorgenommen werden. Dies gestattet es, einer Wand mit
bestimmten mechanischen Eigenschaften die gleichen dynamischen Eigenschaften zu
geben wie einer Wand mit anderen Abmessungen. Auch kann man auf diese Weise leicht
den Stabilitätsbereich einer bestimmten Wandform und eines Fahrzeuges mit einer
solchen Wand feststellen. Die Rechnungen zeigen insbesondere, daß eine solche Vorrichtung
gestattet, die dynamische Ähnlichkeit eines Fahrzeuges und einer Wand bestimmter
Form herzustellen, ohne daß es nötig wäre, diese Bauform in einer Umgebung arbeiten
zu lassen, deren Druck von Atmosphärendruck verschieden ist. Dies vereinfacht Versuche
ganz erheblich. Wenn die Änderungen des Druckes im Kissen 4, die Änderungen des
Abstandes, der die Plattform 1 von der Bodenfläche 3, auf der sich das Fahrzeug
abstützt (oder die Höhe zwischen der genannten Bodenfläche und dem Rand 2 a der
Wand, durch die das Strömungsmittel entweicht), und die Vertikalbeschleunigungen
der Plattform einander entsprechen, kann man die Membran 11 durch einen mit dem
Boden in Berührung stehenden Taster ersetzen. Es kann auch ein Gewicht verwendet
werden. Man kann wohlverstanden die Servobetätigungsvorrichtung für den Kolben 6
b auch auf eine der Ableitungen der genannten Parameter ansprechen lassen.
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Die F i g. 2 bis 4 zeigen andere Ausführungsformen, bei denen zur
Betätigung des beweglichen Wandteils das gleiche Druckmittel verwendet wird wie
zur Speisung des Strömungsmittelkissens 4. Durch die Betätigung des Wandteils wird
das Gesamtvolumen des Strömungsmittelkissens 4 verändert. Im Zuführungskanal 5 ist
eine Blende 15 vorgesehen, die derart wirkt, daß mindestens ein Teil des stromaufwärts
der Blende herrschenden Druckes auf mindestens einen Teil des Wandteils einwirkt.
Dieses spielt eine ähnliche Rolle wie der Kolben 6 b bei der Ausführungsform nach
F i g. 1, wobei die Abhängigkeit zwischen dem Fülldruck und der Liefermenge derjenigen
Mittel, die das Strömungsmittel unter Druck setzen und die durch die Charakteristikkurven
dieser Mittel gegeben ist, in Rechnung zu stellen ist.
Gemäß F i
g. 2 ist dieser Teil ein doppelter Blasebalg, der durch eine an einem Scharnier
16 a angelenkte Platte 16 b geschlossen ist, von welcher Platte ein Teil
17 b innen dem Druck stromaufwärts der Trennwand ausgesetzt ist und der außen
dem Atmosphärendruck unterliegt und dessen anderer Teil 18 b innen vom Atmosphärendruck
und außen vom Druck im Kissen 4 beaufschlagt ist. Eine Feder 19 b dient zum
Auswiegen dieses Blasebalges gegenüber den normalen Druckbedingungen, unter denen
die Plattform 1 arbeitet.
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F i g. 3 zeigt eine der Vorrichtung nach F i g. 2 ähnliche Vorrichtung,
bei der indessen der Blasebalg durch einen doppelten gleitenden Kolben ersetzt ist.
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F i g. 4 zeigt in einer Teildarstellung eine Vorrichtung, bei der
der doppelte gleitende Kolben durch einen Doppelkolben 17 d,18 d mit einer Rollmembran
20 ersetzt ist. Der Raum oberhalb des Betätigungskolbens 17 d wird über ein Staurohr
29 gespeist, das in den Kanal 5 vorspringt. Entsprechende Organe der F i g. 2 bis
4 tragen gleiche Bezugszahlen, die sich jedoch durch Indices b, c und d unterscheiden.
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In allen Fällen ist der Stabilisierungseffekt der Vorrichtungen nach
den F i g. 2 bis 4 äquivalent dem Effekt, der an Hand der Vorrichtung nach F i g.
1 beschrieben wurde. Die Verwendung eines Blasebalges (F i g. 2) gestattet leicht,
das Vervielfachungsverhältnis dieses Blasebalges zu wählen und so die Strömungsverluste
an der Blende 15 zu reduzieren. Die Verwendung eines Staurohres 29 (F i g. 4) gestattet
auch die völlige Vermeidung solcher Verluste, da eine Blende in diesem Fall überhaupt
nicht erforderlich ist.
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F i g. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform, gemäß der eine Masse
21 über einen Hebel 22 einen als Membran 23 ausgebildeten beweglichen Wandteil betätigt.
Eine Feder 27 dient zur Angleichung der Vorrichtung an die normalen Betriebsbedingungen.
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Man erkennt aus dieser Figur, daß dann, wenn durch eine zufällige
Vertikalbewegung der Plattform 1 auf diese eine nach oben gerichtete Beschleunigung
ausgeübt wird, infolge der Trägheit der Masse 21 die Membran 23 relativ zur Plattform
angehoben und so das Gesamtvolumen des Kissens 4 vergrößert wird. Die Masse 21 kann
auch als Anzeigegerät und als Betätigungsorgan für Änderungen des Druckes des Kissens
4 dienen.