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Lenkschubzug aus zwei oder mehr schwimmenden Fahrzeugen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Schubzug aus zwei oder mehr schwimmenden Fahrzeugen, wobei jeweils zwei Fahrzeuge mit einer Kopplung verbunden sind, welche die Enden der jeweiligen Fahrzeu- ge zwangsweise seitlich führt und die beiden Bewegungen des Abknickens des Schubzuges und des gegen- seitigen Versetzens der Fahrzeugenden zulässt.
Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lenkschubzug zu schaffen, der auf der gekrümmten Fahrbahn die geringste Fahrbahnbreite benötigt, alle Fahrmanöver mit niedrigem Kraftbedarf ausführt und eine hohe Transportleistung aufweist.
Bekannt sind zu Schubzügen starr gekoppelte schwimmende Fahrzeuge. Diese haben den Nachteil, dass die Schubzüge durch ihre Starrheit in Flusskrümmungen und bei Ausweichmanövern eine sehr grosse zusätzliche Fahrbahnbreite benötigen.
Die zusätzliche benötigte Fahrbahnbreite hängt dabei vom Verhältnis der Länge des starren Schubzuges zum Krümmungsradius der Fahrbahn und vom Driftwinkel 8 des Schubzuges ab, der sich durch die Grösse der benötigen Querkraft bestimmt, welche der Summe aus Zentrifugalkraft und Ruderseitenkraft entsprechen muss. Die starren Schubzüge haben weiter den Nachteil, dass die benötigten Ruderseitenkräfte für ein Ausweichmanöver in einer bestimmten Zeiteinheit sehr gross sind, da die benötigten Seitenkräfte etwa mit der dritten Potenz der Schubzuglänge wachsen. Hat z.
B. ein einzelfahrendes Fahrzeug einen Leistungsbedarfvon250 PS für das Ausweichmanöver in der bestimmten Zeiteinheit, dann müsste bei einer starren Kopplung von zwei Fahrzeugen der gleichen Grösse hintereinander eine Leistung von zirka 2000 PS zur Verfügung stehen, um Ausweichmanöver in der gleichen Zeiteinheit wie das einzelfahrende Fahrzeug zu erzielen. Bei der üblichen Antriebsleistung von 500 PS für beide Fahrzeuge, wird die benötigte Zeit etwa doppelt so lang als beim einzelfahrenden Fahrzeug.
Die starren Schubzüge können bei einem Ausweichmanöver auf gerader Fahrbahn nicht traversieren.
Sie haben also den Nachteil, dass sie wesentlich schwerfälliger manövrieren. Weiter entstehen durch die grossen Ruderkräfte am Ende des Schubzuges in Verbindung mit den grossen Entfernungen bis zu den Angriffspunkten der Querkräfte sehr grosse Beanspruchungen der starren Kopplungen.
Die Kopplungen haben daher den Nachteil, dass sie sehr schwer ausgeführt werden müssen. Schliesslich haben die starren Schubzüge den Nachteil, dass sie sich bei Rückwärtsfahrt ohne besondere RuderanJage nicht steuern lassen.
Weiter sind Schubzüge bekannt, wobei mindestens jeweils zwei Fahrzeuge an den Enden mittels eines in der Querebene der Kopplung angeordneten einfachen Gelenkes verbunden und mit diesem seitlich zwangsweise geführt sind. Diese Schubzüge können am Gelenk seitlich abgeknickt werden und sich infolgedessen den FlusskrUmmungel1 besser anpassen.
Werden diese Schub züge etwas stärker angeknickt, als es die gekrümmte Fahrbahn erfordert, dann kann man die Schubzüge mit der Gelenkkopplung ohne wesentliche Ruderbetätigung durch die Krümmung lenken. Hiebei reduziert sich die zusätzliche Fahrbahnbreite gegenüber dem starren Schubzug infolge Verringerung des Verhältnisses"Länge des starren Schubzugteiles zum Krümmungsradius der Fahrbahn".
Da ausserdem die nach aussen drückende Ruderseitenkraft fehlt, reduziert sich die benötigte zusätzliche Fahrbahnbreite nochmals infolge Verringerung des Driftwinkels. Diese Anordnung hat aber den Nachteil, dass infolge des in der Querebene der Kopplung angeordneten einfachen Gelenkes, die durch den Driftwinkel verursachte zusätzliche Fahrbahnbreite gleich der Summe der durchdie Driftwinkel verursachten
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zusätzlichen Fahrbahnbreiten der einzelnen Fahrzeuge ist. Der einfache gelenkig gekoppelte Schubzug kann beim Ausweichmanöver auf gerader Fahrbahn traversieren. Hiebei wirkt das vordere Fahrzeug als grosses Bugruder, während das Heckruder stark stützt, damit der Schubzug etwa seine parallele Lage zur geraden Fahrbahn einhält.
Beim Traversieren hat diese Anordnung den Nachteil, dass infolge der grossen
Anstellung des vorderen Fahrzeuges als Bugruder die benötigte zusätzliche Fahrbahnbreite ebenfalls ent- sprechend gross wird. Ausserdem entstehen an den nicht angestellten hinteren Fahrzeugen Seitenwider- stände, welche die Traversierbewegung verzögern. Schliesslich werden durch das Stützruder die Kopplun- gen stark belastet.
Für die Kanalfahrt ordnet man bei den vorgenannten seitlich abknickbar gekoppelten Schubzügen ausser einem der üblichen Heckantriebe am Bug des vorderen Fahrzeuges einen schwenkbaren Propeller an, der als aktives Bugruder wirkt. Hiedurch kann der entsprechend der Fahrbahnkrümmung abgeknickte
Schubzug bei geringer Geschwindigkeit ohne einen Driftwinkei auf der Fahrbahn geführt werden. Die zu-
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ren Schubzugteils zum Krümmungsradius der Fahrbahn". Ein Schubzug, welcher aus zwei Schiffen mit I 1200 t Verdrängung gebildet ist, benötigt z.
B. dabei in einer Krümmung mit einem Radius von 350 m und
7 km Geschwindigkeit eine Propellerleistung von 150 PS am Bug, um den Schubzug auf der Fahrbahn zu halten ; mit einer normalen Geschwindigkeit von 14 km/h in der gleichen Krümmung wird der Leistungs- bedarf das vierfache, also 600 PS. Fährt der Schubzug mit einer Geschwindigkeit von 14 km gegenüber dem Strom in der gleichen Krümmung zu Tal, wobei die Strömungs-Geschwindigkeit 7 km/h beträgt, ) dann hat der Schubzug eine Geschwindigkeit über Grund von 21 km/h. Hiedurch wächst der Leistung- bedarf des Bugpropellers auf das neunfache, also auf 1350 PS an. Hiebei ist zu beachten, dass eine gleich hohe quergerichtete Leistung am Heck benötigt wird.
Diese Fahrtechnik hat also den Nachteil, dass ihr Leistungsbedarf bei den üblichen mittleren und hö- heren Geschwindigkeiten ein mehrfaches der üblichen Antriebsanlagen beträgt. Beim Ausweichmanöver j auf gerader Fahrbahn kann der Schubzug mit Bug- und Heckpropeller ohne Abknicken traversieren und be- nötigt dabei keine zusätzliche Fahrbahnbreite.
Dieses Manöver hat den Nachteil, dass in allen Fahrzeugen ein grosser Seitenwiderstand entsteht, zu dessen Überwindung eine entsprechend hohe Propellerleistung erforderlich ist. Infolgedessen werden die
Belastungen der Kopplungen in Verbindung mit den grossen Abständen zwischen den Angriffspunkten der ) Zentrifugalkraft bzw. des Seitenwiderstandes und den Angriffspunkten der durch die Propeller erzeugten
Querkraft ausserordentlich gross. Ausserdem sind halbstarre Schubzüge bekannt, die infolge der mehr oder weniger elastischen Kopplungen durch äussere Seitenkräfte bzw. durch von den Rudern bzw. Propellern erzeugte Seitenkräfte seitlich abknicken.
Diese Verbände haben den Nachteil, dass sie am Bug und Heck durch gesteuerte Querkräfte geführt i werden müssen. Dabei ist das Mass des seitlichen Abknickens nicht genau bestimmbar, da es von den vor- her nicht bestimmbaren äusseren Seitenkräften, von der stark veränderlichen Zentrifugalkraft und der Ela- stizität der Kopplungen abhängig ist. Infolgedessen hat die vorstehende Anordnung den Nachteil, dass die zusätzlich benötigte Fahrbahnbreite nicht. vorher übersehen werden kann. Der Steuermann muss daher eine grösseren Sicherheitsabstand einhalten. Weiter kann eine Traversierbewegung nur in ganz beschränk- tem Masse gefahren werden, weil der halbstarre Schubzug infolge der entstehenden Querkräfte sofort seit- lich abknickt.
Schliesslich sind Schubzüge bekannt, deren einzelne Fahrzeuge durch frei bewegliche Kopplungen verbunden sind, die auch eine Seitenversetzung der Fahrzeuge gegeneinander zulassen. Dabei entsteht bei der Übertragung des Propellerschubes durch die Kopplung auf die davor angeordneten Fahrzeuge je- weils in der abgeknickten Kopplung ein Moment, welches die Fahrzeuge in die Mittellage zurückführen soll. Die Kopplungen wirken dann wie elastische Kopplungen. Fehlt aber der Propellerschub, dann fehlt auch jedes rückführende Moment. Diese Anordnung hat also den Nachteil, dass bei abgestoppter Maschi- ne die einzelnen Fahrzeuge von äusseren Kräften bis zu den vorhandenen Ausschlagbegrenzungen beliebig abgeknickt und seitlich versetzt werden können. Zusätzlich hat die vorgenannte Anordnung alle Nachteile des weiter vorher genannten halbstarren Schubzuges.
Bei der Fahrt in einem engen Kanal haben alle vorher genannten Schubzüge folgenden Nachteil ge- meinsam : Bei einer Begegnung muss der Schubzug seitlich ausweichen und kommt in Ufernähe, Infolge der wesentlich grösseren geschlossenen Schubzuglänge gegenüber dem einzelfahrenden Fahrzeug entstehen am Heck des letzten Fahrzeuges wesentlich grössere einseitige Sogkräfte als beim einzelfahrenden Schiff, die durch das Abknicken des Schubzuges oder durch ein entsprechendes Stützen mittels des Heckruders
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Fahrzeug aus mehreren, starr gekoppelten Fahrzeugen gebildet ist, Fig. 6 den Schubzug nach Fig. 5 auf gekrümmter Fahrbahn, Fig. 7 eine abgewandelte Kopplung in der Nullstellung, Fig. 8 die Kopplung nach Fig. 7 bei seitlich versetzten Fahrzeugen, Fig.
9 die Kopplung nach'Fig. 7 in abgeknickter Stellung, Fig. 10-12 eine weitere Ausführungsform der Kopplung in der Nullstellung bei versetzten Fahrzeugen und in der abgeknickten Stellung, Fig. 13 einen aus drei Fahrzeugen bestehenden Schubzug auf gekrümmter Fahrbahn, Fig. 14 den gleichen Schubzug auf gekrümmter Fahrbahn in der Rückwärtsfahrt, Fig. 15 den gleichen Schubzug auf gerader Fahrbahn beim Traversieren.
An dem mit der Kopplung verbundenen Ende des Fahrzeuges a ist eine nach hinten kreisbogenför- mig gekrümmte Schiene c befestigt, deren Biegungsradius vom Radius der kleinsten Fahrbahnkrümmung und dem erforderlichen Driftwinkel 5 abhängig ist.
Am andern mit der Kopplung verbundenen Ende des hinteren Fahrzeuges b sind zwei Rollenböcke d mit mindestens je zwei Rollen befestigt, die die Schiene c umfassen und dadurch von ihr zwangsläufig geführt werden.
Am Fahrzeug a ist nun der Lenker e befestigt, an den der Kettentrieb f auf dem Fahrzeug b angreift. Der Kettentrieb f wird durch die beiden Kettenräder g geführt, wobei ein Kettenrad zur Erzeugung der Lenkbewegung angetrieben wird.
Hiedurch werden die beiden. Bewegungen des Abknickens und des gegenseitigen seitlichen Versetzens der Fahrzeuge erzeugt. Bei festgesetztem Lenker e werden gemeinsam mit den Rollenböcken d die an einem Fahrzeug erzeugten Seitenkräfte und Momente entsprechend auf das andere Fahrzeug übertragen.
In Fig. 2 ist der Kettentrieb f betätigt und hat den Lenker e nach Backbord mitgenommen.
Im Bereich der Kopplung hat sich in der abgeknickten Stellung das Ende des in Fahrtrichtung vor der Kopplung befindlichen Fahrzeuges a seitlich nach aussen gegenüber dem Ende des hinter der Kopplung befindlichen Fahrzeuges b versetzt, so dass der Schnittpunkt der verlängerten Mittellinie des hinter der Kopplung befindlichen Fahrzeuges b mit der Mittellinie des vor der Kopplung befindlichen Fahrzeuges a weit vor der Querebene der Kopplung liegt.
Dadurch liegen bei den Fahrzeugen a und b die hinteren Enden aussen und die vorderen Enden innen auf der gekrümmten Fahrbahn, während die Schwerpunkte der Fahrzeuge auf der gleichen Krümmungslinie h der Fahrbahn liegen. Beide Fahrzeuge nehmen zur gekrümmten Fahrbahn den gleichen Driftwinkel 5 ein. Da sowohl die Zentrifugalkraft wie auch die durch den Driftwinkel 5 erzeugte Seitenkraft vom Quadrat der Geschwindigkeit abhängig sind, ergibt sich bei etwa gleichen Fahrwasserund Abladungstiefen und geringen Stromgeschwindigkeiten für alle Fahrstufen ein Gleichgewichtszustand, der keiner Korrektur durch zusätzliche Ruderkräfte bedarf.
Bei nach Backbord gekrümmter Fahrbahn sind alle Stellungen und Bewegungen entgegengesetzt.
Selbstverständlich spielt es für die Wirkung des Lenkschubzuges keine Rolle, ob die Kopplung eine andere Ausführungsform hat ; wesentlich allein ist die mit ihr erzielte erfindungsgemässe Stellung der Fahrzeuge auf der gekrümmten Fahrbahn. Weiter ist es möglich, einzelne Fahrzeuge in der erfindungs- gemässen Anordnung entsprechend der Aufgabenstellung wahlweise oder hinter beliebig gekoppelten Fahrzeugen anzuordnen. Dabei wirken starr gekoppelte Fahrzeuge wie ein einzelnes entsprechend grösseres Fahrzeug.
Schliesslich istes auch möglich, dass die zwangsweise Führung der Kopplung lediglich als eine in jeder Lage wirkende Feststellvorrichtung ausgeführt ist und das erforderliche Drehmoment durch eine Ruderanlage erzeugt wird.
Letzthin können auch einzelne Fahzeuge im Schubzug lediglich als Schub-oder Zugboot ausgebildet sein.
Bei einem erfindungsgemässen Schubzug, der z. B. aus drei verschieden langen Fahrzeugen besteht, wobei das mittlere lange Fahrzeug die vierfache Länge der beiden vorne und hinten angeordneten kurzen Fahrzeuge hat und alle Fahrzeuge gleiche Eintauchungsquerschnitte haben, hängt der Zeitbedarf der ein- zelnen Fahrzeuge, um auf den gleichen Driftwinkel 5 zur gekrümmten Fahrbahn zu kommen, von dem auf denjeweiligen Schwerpunkt bezogenen Massenträgheitsmoment der einzelnen Fahrzeuge ab.
Die Massenträgheitsmomente der einzelnen Fahrzeuge verhalten sich etwa wie die dritte Potenz ihrer Längenverhältniszahl, d. h. im vorliegenden Beispiel ist das Trägheitsmoment des langen Fahrzeuges das 64fache der beiden kurzen Fahrzeuge und das lange Fahrzeug benötigt entsprechend längere Zeit, um den erforderlichen Driftwinkel aus der Nullstellung heraus einzunehmen.
Bei Einhaltung der gleichen Driftwinkel für alle Fahrzeuge ergibt sich also der Nachteil, dass der Schubzug zu lange Zeit braucht, um die erforderlichen Fahrmanöver durchzuführen. Ausserdem ist
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gleichzeitig das Merkmal, dass alle Schwerpunkte der Fahrzeuge auf der gleichen Krümmungslinie der
Fahrbahn liegen, nicht zu erreichen. Werden die kurzen Fahrzeuge in der Fahrt abgeknickt, dann neh- men sie infolge ihrer grösseren Drehgeschwindigkeit schnell eine Stellung ein, in der sie als Ruder Quer- kräfte entwickeln, während sich der lange Leichter zuerst praktisch nicht bewegt.
In dieser Phase ist im
Bereich der vorderen Kopplung das Ende des kurzen Fahrzeuges seitlich nach aussen gegenüber dem Ende des langen Fahrzeuges versetzt und der Schnittpunkt der verlängerten Mittellinie des längeren Fahrzeuges mit der Mittellinie des kürzeren Fahrzeuges liegt weit ausserhalb der Querebene der Kopplung auf dem kürzeren Fahrzeug.
Hiedurch entsteht gegenüber den bekannten einfach gelenkig gekoppelten Schubzügen der Vorteil, dass infolge des weit ausserhalb der Querebene der Kopplung auf dem kurzen Fahrzeug liegen- den Schnittpunktes der beiden Mittellinien, der gleichzeitig Drehpunkt der Knickbewegung ist, sich eine
Verkürzung der Entfernung zwischen Drehpunkt und Schwerpunkt des kurzen Leichters ergibt, wodurch das beider Knickbewegung zu überwindende Massenträgheitsmoment, sich etwa entsprechend dem Quadrat der
Verhältniszahl der Verkürzung verringert und dass gleichzeitig infolge der Verkürzung der Entfernung zwi- schenDrehpunktund Druckpunkt der am kurzen Leichter angreifenden Querkräfte sich das zu überwinden- de Moment der Querkräfte im einfachen Verhältnis der Verhältniszahl der Verkürzung verringert,
so dass in der Kopplung erheblich geringere Kräfte und Momente beim seitlichen Abknicken aufzubringen sind.
Wird nun beim hinteren kurzen Fahrzeug die Kopplung ebenfalls derart angeordnet, dass der mit dem
Drehpunkt zusammenfallende Schnittpunkt der beiden Mittellinien wieder auf dem vorderen, aber langen
Fahrzeug liegt, dann ergibt sich eine wesentliche Vergrösserung der beiden vorgenannten Entfernungen und damit entsteht der wesentliche Nachteil der entsprechenden Vergrösserung der in der Kopplung aufzubrin- genden Kräfte und Momente.
Gleichzeitig entsteht der Nachteil, dass infolge der Lage des Drehpunktes auf der Mittellinie des lan- gen Fahrzeuges sich die zusätzlich benötigte Fahrbahnbreite in der ersten einleitenden Phase der Rich- tungsänderung, bei der die Fahrbahn des Schubzuges etwa noch gerade ist, und beim Traversieren mit entgegengesetzt abgeknickten hinteren Fahrzeug wesentlich vergrössert.
Beim erfindungsgemässen Schubzug müssen, damit an den hintereinander auf der gekrümmten Fahrbahn liegenden Fahrzeugen die benötigten Querkräfte in etwa gleicher Grösse entstehen, die Fahrzeugen- den ausreichend zugeschärft sein, um zwischen den gegenseitig versetzten Enden das nach hinten abströ - mende Wasser von der Innenseite des jeweils vorderen Fahrzeuges auf die Aussenseite des jeweils hinteren Fahrzeuges zu leiten.
Hiedurch entsteht der Nachteil, dass die einzelnen Fahrzeuge keine grosse Völligkeit haben können.
Inden Zwischenräumen zwischen den einzelnen Fahrzeugen entstehen ähnlich wie bei den bekannten beliebig gelenkig gekoppelten Schubzügen der Nachteil, dass sich Wirbelschleppen bilden, welche den Widerstand erhöhen.
Ausserdem haben teilweise bei den letztgenannten Schubzügen die jeweiligen Enden der Fahrzeuge einen bestimmten grösseren Abstand voneinander, um das erforderliche Spiel für die Knickbewegung zu erhalten. Hiedurch entsteht der Nachteil, dass sich der auf die Gesamtlänge des Schubzuges bezogene Völligkeitsgrad gegenüber dem Völligkeitsgrad der einzelnen Fahrzeuge verringert, was sich besonders bei der Ausnutzung von Schleusenabmessungen ungünstig auswirkt.
Zur weitgehenden Beseitigung der vorgenannten Nachteile wird erfindungsgemäss bei Schubzügen mit verschiedenlangen Fahrzeugen, in der gleichen Art wie beim vorderen kurzen Fahrzeug am hinteren kur- zen Fahrzeug im Bereich der jeweiligen Kopplung in der abgeknickten Stellung das Ende des kurzen Fahrzeuges seitlich nach aussen gegenüber dem Ende des langen Fahrzeuges versetzt, so dass der Schnittpunkt der verlängerten Mittellinie des langen Fahrzeuges weit ausserhalb der Querebene der Kopplung auf dem kurzen Fahrzeug liegt.
Man lässt nun, ähnlich wie in der ersten einleitenden Phase der Richtungsänderung, auch im Gleichgewichtszustand auf der gekrümmten Fahrbahn in erster Linie an den kurzen, als Ruder wirkenden Fahrzeugen die erforderlichen Querkräfte entstehen. Das vordere kurze Fahrzeug wird alsostärker abgeknickt, damit es gleichzeitig einen Teil der Querkräfte für das lange Fahrzeug entwickelt. Infolge der besonderen Eigenart eines langen Fahrzeuges auf stark gekrümmter Fahrbahn entsteht bei diesem ohne Driftwinkel eine wesentliche zentripetale Querkraft, die hinter der halben Länge des Fahrzeuges anfasst. Daher braucht das lange Fahrzeug in Verbindung mit dem vorderen kurzen Fahrzeug einen wesentlich kleineren Driftwinkel, um den Gleichgewichtszustand zu erreichen.
Hiedurch ergibt sich der Vorteil, dass der Zeitbedarf
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kraft aufgehoben wird. Durch dieses günstige Kräftespiel ändert sich die insgesamt benötigte zusätzliche Fahrbahnbreite auf gekrümmter Fahrbahn nicht gegenüber der Stellung mit gleichen Driftwinkelnder Fahrzeuge.
Weiter ergibt sich der Vorteil beim hinteren kurzen Fahrzeug, dass infolge der Lage des Schnittpunkt tes der Mittellinien auf dem hinteren kurzen Fahrzeug gegenüber der Anordnung mit der Lage des Schnittpunktes der Mittellinie auf dem vorderen Fahrzeug sich die aufzuwcndenden Kräfte und Momente in der Kopplung und die zusätzlich benötigte Fahrbahnbreite des hinteren kurzen Schiffes in der ersten Phase einer Richtungsänderung sowie beim Traversieren wesentlich verringern.
Werden die kurzen Fahrzeuge in allen Bewegungsphasen in erster Linie ahnlich den Rudern zur Erzeugung der Querkräfte benutzt, dann kann man auf die Querströmung im Zwischenraum zwischen den jeweiligen Fahrzeugen, ohne wesentliche Nachteile zu erhalten, verzichten.
Die im Bereich der Kopplung liegenden Stirnseiten der Fahrzeuge können dann entsprechend der Durchbiegung der zur Kopplung gehörenden Schiene als senkrechte Wände ausgeführt werden, wodurch jeder, über das notwendige Spiel für die gegenläufige Bewegung hinausgehende Zwischenraum-sowohl in der Nullstellung als auch beim Abknicken - und damit der dadurch entstehende Verlust an Tragfähigkeit und der zusätzliche Widerstand vermieden wird.
Der Schubzug nach den Fig. 3 und 4 besteht aus drei verschieden langen Fahrzeugen. Das vordere Fahrzeug a, und das hintere Fahrzeug au sind kurz im Verhältnis zum mittleren langen Fahrzeug b Durchdiese Massnahme wird das für die Knickbewegung aufzuwendende Drehmoment und der Zeit- bedarf stark reduziert. Die Grösse der vorderen und hinteren Fahrzeuge kann, falls die zu durchfahrende engste Krümmung es zulässt, in erster Linie nach der gewünschten Steuerwirkung des vorderen Fahrzeuges a, alsbugruderunddes hinteren Fahrzeuges a"alsheckruderbestimmt werden. Das hintere Fahrzeug a" ist gleichzeitig als Antriebsträger ausgebildet und wirkt dadurch weiter als zusätzliches Aktivruder.
Hiedurch entsteht der wesentliche Vorteil, dass jede weitere Ruderanlage unnötig ist. Gleichzeitig kann sich der Verband der gekrümmten Fahrbahn gut anpassen.
Der Schubzug nach Fig. 5 und 6 besteht aus einem vorderen Fahrzeug, das durch die beiden Glieder
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stigt sind.
Dadurch liegen die Schnittpunkte der verlängerten Mittellinie des langen Fahrzeuges b jeweils weit ausserhalb der Querebene der Kopplung auf den kurzen Fahrzeugen abzw. a Da nun der Schnittpunkt der Mittellinien sich jeweils gleichzeitig mit dem augenblicklichen Drehmoment der Knickbewegung deckt, ergeben sich die weiter vorstehend aufgeführten Vorteile. Je nach der gewünschten Wirkung kann das vordere oder das hintere kurze Fahrzeug auch wegfallen. Die Betätigung für das Abknicken der beiden kurzen Fahrzeuge kann je nach dem erforderlichen Fahrmanöver gleichsinnig, gegenläufig oder einzeln erfolgen.
Selbstverständlich spielt es für die Wirkung des erfindungsgemässen Schubzuges keine Rolle, ob die Kopplung entsprechend dem beschriebenen Beispiel eine durchgebogene Schiene und zwei Führungsrol - lenpaare oder eine andere Ausführungsform hat. Wesentlich allein ist, dass beim geknickten Schubzug jeweils der Drehpunkt der Knickbewegung auf dem Schnittpunkt der verlängerten Mittellinie des langen Fahrzeuges mit der Mittellinie des kurzen Fahrzeuges ausserhalb der Querebene der Kopplung auf dem kurzen Fahrzeug liegt.
Weiter ist es möglich, dass das mittlere, lange Fahrzeug zur besseren Anpassung an die jeweiligen Erfordernisse in mehrere Fahrzeuge aufgeteilt wird, wobei zur Kopplung dieser Fahrzeuge jede, den jeweiligen Erfordernissen entsprechende Kopplungsart benutzt werden kann.
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Schliesslich spielt es für die Wirkung des Lenkschubverbandes nach den Fig. 5 und 6 keine Rolle, in welchem Längenverhältnis das Glied a, bzw. 11... zu dem Glied b, bzw. b" steht.
Das Glied b bzw. b kann z. B. in seiner Grösse derart reduziert werden, dass es lediglich eine
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bildet, welchederart reduziert wird, dass er nur noch von einer Ruderfläche gebildet wird, die zur Erhöhung der Steuer- fähigkeit des einzelfahrenden vorderen bzw. hinteren Fahrzeuges dient.
Bildet man das hintere kurze Fahrzeug lediglich als Antriebsträger aus, dann erhält man bei jedem nach dem erfindungsgemässen Prinzip des Lenkschubzuges ausgeführten Schiff eine genügend weit seitlich schwenkbare Propelleranlage, mit der die günstigen Wirkungsgrade der festen Propelleranlagen erzielt werden können und die zusätzlich bei Ausfall der Antriebsanlage und damit anfallender Aktivruderwirkung für das als erfindungsgemässen Schubzug ausgebildete Schiff die volle Steuerfähigkeit gewährleistet.
Gleichzeitig lässt sich z. B. bei einem Fahrgastschiff durch die Unterbringung des schwingungsbehaf- teten Antriebes auf dem hinteren kurzen Fahrzeug und der Fahrgasträume auf dem langen Fahrzeug jede
Belästigung der Fahrgäste durch Körperschall und Schwingungen durch geeignete Lagerung der Rollenbök- ke d 3 bei weitgehendem Leichtbau ohne grösseren Aufwand vermeiden.
Bei der Ausführung des erfindungsgemässen Schubzuges ist zu beachten, dass bei einem bestimmten
Fahrzeug die Grösse der Querkraft einmal von seiner Geschwindigkeit gegenüber dem Wasser, vom Tief- gang und vom Driftwinkel und anderseits von dem Verhältnis Fahrzeuglänge zum Krümmungsradius der
Fahrbahn sowie ähnlich wie der Widerstand des Fahrzeuges von der Fahrwassertiefe, von der Fahrwasser- breite und ob sich das Fahrzeug auf der Berg- und Talfahrt befindet, abhängig ist. Während dagegen die ihr entgegenwirkende Zentrifugalkraft von der Geschwindigkeit über Grund, von cler Masse und vom Krüm- mungsradius der Fahrbahn abhängig ist.
Allein infolge der Fahrwassereinflüsse wird die Querkraft eines bestimmten Driftwinkels bei geringer
Fahrwassertiefe ein Mehrfaches der Querkraft bei unbeschränktem Fahrwasser.
Infolge ihrer Abhängigkeit von der Geschwindigkeit über Grund wird auf einem Fluss die Zentrifugal- kraft eines bestimmten Fahrzeuges in einer bestimmten Krümmung bei einem Verhältnis der Eigengeschwindigkeit des Schiffes gegenüber dem Wasser zur Stromgeschwindigkeit von 3 : 2 in der Talfahrt das 25-fache ihres Wertes in der Bergfahrt. Dieses Verhältnis kann sich bei jeweils erforderlichem Driftwinkel wegen der weiter oben genannten Einflüsse des Fahrwassers nochmals um ein Mehrfaches steigern.
Ein erfindungsgemässer Schubzug mit einer Kopplung, bei der die Bewegungen des Abknickens und des gegenseitigen Versetzens der Fahrzeuge gleichzeitig in einem bestimmten Verhältnis zueinander erfolgen, erzielt auf stark strömenden Flüssen mit wechselnden Fahrwassertiefen den Idealzustand der geringsten zusätzlichen Fahrbahnbreite nur in bestimmten Fahrzuständen, in denen sich die vielfältigen Faktoren gegenseitig ausgleichen. In den übrigen Fahrtzuständen muss das Heckruder zum Ausgleich betätigt werden, wobeisich gleichzeitig nachteilige grössere zusätzliche Fahrbahnbreiten und grössere Beanspruchungen der Kopplungen ergeben.
In der Talfahrt ergeben sich infolge der hohen Zentrifugalkräfte sehr grosse Driftwinkel, die sich nur durch aufwändige Kopplungen und weitgehende Aufteilung der Gesamtlänge des erfindungsgemässen Schubzuges in viele kurze Fahrzeuge erzielen lassen. Falls lediglich einige wenige Krümmungen mit kleinem Radius zu bewältigen sind, wird vorgeschlagen, den Schubzug in diesen Krümmungen mit halber Stromgeschwindigkeit rückwärts gegen den Strom fahren zu lassen. Er fährt dann mit halber Stromgeschwindigkeit zu Tal und ist voll steuerfähig. Bei dem weiter vorne aufgeführten Beispiel hat dann der Schubzug zu Tal wie zu Berg die gleiche Geschwindigkeit über Grund und damit sind nunmehr die gleichen geringen Querkräfte an den Fahrzeugen für die Fahrt durch die Krümmung zu Tal und zu Berg zu erzeugen.
Ein erfindungsgemässer Schubzug mit einer Kopplung, bei der für die Vorausfahrt die Bewegungen des Abknickens und gegenseitigen Versetzens der Fahrzeuge gleichzeitig ine mem bestimmten Verhält- nis zueinander erfolgen, hat dabei in der Rückwärtsfahrt den Nachteil, dass er für die neue Fahrtrichtung die erfindungsgemässe gegenseitige Versetzung der Fahrzeuge nicht erzeugen kann. Hiedurch ergibt sich eine wesentlich grössere zusätzlich benötigte Fahrbahnbreite.
Damit beim erfindungsgemässen Schubzug sowohl in der Vorausfahrt als auch in der Rückwärtsfahrt entsprechend der jeweiligen Fahrtrichtung die einzelnen Fahrzeuge die erfindungsgemässe Stellung auf der gekrümmten Fahrbahn einnehmen können, wird vorgeschlagen, die jeweilige Gelenkkopplung derart auszuführen, dass sie fur die beiden Bewegungen des Abknickens des Schubzuges und des gegenseitigen seitlichen Versetzens der Fahrzeuge getrennt zu betätigende Vorrichtungen hat. Hiedurch ergibt sich gleichzeitig der Vorteil, dass nunmehr injedem Fahr-
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zustand der jeweils erforderliche Driftwinkel für die kleinste zusätzlich benötigte Fahrbahnbreite einge- halten werden kann.
In den Fig. 7-9 ist an dem Ende des vorderen Fahrzeuges a die gerade Schiene c befestigt, welche zwei Rollenböcke d führt, die mittels dem um eine vertikale Achse schwenkbaren Joch hP mitdemhinterenFahrzeug b verbundensind. Wird der Trieb fo mittels dem Antriebsrad g be- wegt, dann nimmt dieser den an dem Joch ho angebrachten Lenker e mit und die beiden Fahrzeu- ge nehmen eine gegenseitig seitlich versetzte Stellung ein (Fig. 8).
Wird das Joch h mittels der Hy- draulik i geschwenkt, dann wird über die daran befestigten Rollenböcke d und der in den Rollen- bocken geführten Schiene c das Fahrzeug a mitgenommen und die beiden Fahrzeuge entsprechend Fig. 9 zueinander abgeknickt. Die Abknickbewegung lässt sich, wie in Fig. 9 strichpunktiert eingezeich- net, mit der Bewegung des gegenseitigen seitlichen Versetzens beliebig kombinieren. Die dargestellte
Ausführungsform der Kopplung hat dabei den Vorteil, dass ihr Platzbedarf gering ist.
Eine zweite der möglichen erfindungsgemässen Ausführungsformen der Kopplung (Fig. 10-12) besteht aus zwei gleichlangen etwa parallel zueinander angeordneten Lenkern kund kl'welche die beiden Fahr- zeuge a und b verbinden. DieBefestigul ! gen der Lenker kund k1 am Fahrzeug b und an den drei- armigenJochen1und11lasseneineallseitigeSchwenkbewegungderLenkerzu, DieJoche1und11 sind amFahrzeug a und die Befestigungen der Lenker am Fahrzeug b in einer Querebene der jewei- ligen Fahrzeuge angeordnet. Die Joche 1 und 11 schwenken um feste vertikale Achsen, die auf dem
Fahrzeug a befestigt sind. Dabei führen sich die beiden Joche 1 und 11 gegenseitig durch die beiden querschiffs verlaufenden Seilverbindungen. Diese Seilverbindungen entlasten gleichzeitig den Antrieb m vom Propellerschub.
Wird nun der Lenker k mittels des Antriebes n seitlich geschwenkt, dann versetzen die beiden Fahrzeuge sich gegenseitig seitlich entsprechend Fig. 11. Wenn nun der Antrieb m das Joch 1 schwenkt, dann bewegt sich der seitliche Arm des Joches 1 in gegenläufiger Richtung zum seitlichen Arm des Joches 11 etwa in Längsrichtung des Fahrzeuges und hiedurch entsteht nun die seitliche Abknickbewegung entsprechend Fig. 12. Die zuletzt beschriebene Ausführungsform der Kopplung hat dabei den Vorteil, dass sie eine grosse Seitenversetzung der Fahrzeuge ermöglicht.
Die vorstehend beschriebenen Kopplungen haben den Vorteil, dass sie einmal die erfindungsgemässe
Stellung der Fahrzeuge auf gekrümmter Fahrbahn sowohl in der Vorausfahrt (Fig. 13) als auch in der Rück- wärtsfahrt (Fig. 14) und gleichzeitig ein ausserordentlich günstiges Traversieren des Schubzuges auf gerader Fahrbahn (Fig. 15) ermöglichen, wobei die jeweiligen Querkräfte zur Erzielung der Seitenbewegung je- weils an jedem Fahrzeug ohne irgendwelche Stützbewegung des Heckruders erfolgen. Bei dem Traversie- ren des erfindungsgemässen Schubzuges wird unabhängig von der Anzahl der einzelnen Fahrzeuge eine kleinere zusätzliche Fahrbahnbreite und beim Seitenwechsel auf gerader Fahrbahn eine kürzere Zeit als beim einzelfahrenden Fahrzeug benötigt.
Hat die benutzte Ausführungsform der Kopplung für das gegenseitige seitliche Versetzen der Fahrzeuge genügend Reserve, dann kann der erfindungsgemässe Schubzug auch auf gekrümmter Fahrbahn traversieren. Das ist in Flusskrümmungen ausserordentlich vorteilhaft, da hier die Strömung immer gleichzeitig eine traversierende Komponente hat.
Bei der jeweiligen Ausführungsform der möglichen Kopplungen ist von untergeordneter Bedeutung, auf welchem Fahrzeug die getrennten Vorrichtungen für die Bewegungendes Abknickens und des seitlichen gegenseitigen Versetzens angeordnet sind. Je nachdem, ob man die Forderung nach einer möglichst ge- ringen Beanspruchung der Kopplung oder die Forderung nach Zusammenfassung aller Antriebselemente auf einem Fahrzeug vorzieht, ergeben sich vielfältige Ausführungsformen, Wesentlich allein ist jeweils die erfindungsgemäss erzielte Stellung auf den verschiedenen Fahrbahnen.. Damit der Steuermann in mög-
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rungen auszuführen. Dazu wird im Steuerhaus eine Lenkrad-Knüppel-Steuerung angeordnet. Sie besteht aus einem etwa horizontal liegenden Knüppel, der vorne seinen Drehpunkt mit etwa vertikaler Achse hat.
Der Knüppel trägt hinten ein drehbares Lenkrad in etwa vertikaler Stellung.
Wird nun z. B. das Lenkrad nach Steuerbord gedreht, dann knickt der Schubzug nach Steuerbord ab.
Wirddas Knüppelende ohne Drehung des Steuerrrades nach Steuerbord bewegt, dann traversiert der Schub- zug nach Steuerbord. Der Steuermann kann nun durch entsprechende Kombination dieser beiden Bewegun- gen den Schubzug vollständig in jedem Fahrzustand beherrschen.
Die gleiche Lenkrad-Knüppel-Steuerung lässt sich auch für alle andern abknickbaren Schubzüge ver- wenden, wobei z. B. die Abknickbewegung jedesmal durch das Lenkrad und das Heckruder durch den Knüppel betätigt wird.
Möchte man gleichzeitig auch für die durch die Knüppelsteuerung bewirkte Bewegung eine höhere
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Feinfühligkeit haben, dann ist eine Doppel-Lenkrad-Steuerung vorzuziehen.
Sie besteht aus einem kleineren Lenkrad mit normaler Drehachse und einem davor angeordneten grö- sseren Lenkrad mit einer hohlen Drehachse.
Beide Achsen sind ineinandergesetzt und getrennt im Steuerbock gelagert. Am grösseren Lenkrad wird der Impulsgeber für die Abknickbewegung und am kleineren Lenkrad der Impulsgeber für die Bewegung des seitlichen Versetzens angeschlossen. Durch eine entsprechende Untersetzung der Lenkraddrehungen auf die Impulsgeber kann jede gewünschte Feinfühligkeit erreicht werden.
Der erfindungsgemässe Schubzug hat in der Nullstellung einen etwas grösseren Gesamtwiderstand als die bekannten Schubzüge. Auf den Flüssen wird aber praktisch nie in dieser Stellung gefahren. Besonders die starren Schubzüge haben wegen ihrer grösseren Driftwinkel und Ruderausschläge einen erheblichen zusätzlichen Widerstand. Bei den erfindungsgemässen Schubzügen reduziert sich dieser zusätzliche Widerstand um mehr als die Hälfte infolge der kleineren Driftwinkel und Fortfall jeglichen Ruderwiderstandes, so dass er je nach der Häufigkeit der Flusskrümmungen auch in bezug auf die Reisegeschwindigkeit den bekannten Konstruktionen gleichwertig bzw. überlegen ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schubzug aus zwei oder mehr schwimmenden Fahrzeugen, wobei jeweils zwei Fahrzeuge mit einer Kopplung verbunden sind, welche die Enden der jeweiligen Fahrzeuge zwangsweise seitlich führt und ein Abknicken des Schubzuges und ein gegenseitiges Versetzen der jeweiligen Fahrzeugenden zulässt, dadurch gekennzeichnet, dass in der abgeknickten Stellung im Bereich der jeweiligen Kopplung das vordere Ende des hinteren Fahrzeuges gegenüber dem hinteren Ende des vorderen Fahrzeuges in Richtung des Krümmungsmittelpunktes versetzt ist.
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Steering thrust from two or more floating vehicles
The invention relates to a push pull consisting of two or more floating vehicles, two vehicles being connected to a coupling which forcibly guides the ends of the respective vehicles laterally and the two movements of bending the push pull and the mutual displacement of the Vehicle ends.
It is based on the task of creating a steering thrust train that requires the smallest lane width on the curved roadway, performs all driving maneuvers with low power requirements and has a high transport capacity.
Floating vehicles that are rigidly coupled to push trains are known. These have the disadvantage that the thrust trains, due to their rigidity in river bends and during evasive maneuvers, require a very large additional lane width.
The additional required lane width depends on the ratio of the length of the rigid thrust to the radius of curvature of the lane and the drift angle 8 of the thrust, which is determined by the size of the required lateral force, which must correspond to the sum of centrifugal force and rudder lateral force. The rigid thrusts also have the disadvantage that the required rudder lateral forces for an evasive maneuver in a certain time unit are very large, since the required lateral forces increase approximately with the cube of the thrust length. Has z.
For example, if a vehicle driving alone has a power requirement of 250 HP for the evasive maneuver in the specified time unit, then with a rigid coupling of two vehicles of the same size one behind the other, an output of around 2000 HP would have to be available to perform evasive maneuvers in the same time unit as the single vehicle achieve. With the usual drive power of 500 HP for both vehicles, the time required is about twice as long as with a single vehicle.
The rigid push pulls cannot traverse in an evasive maneuver on a straight roadway.
So they have the disadvantage that they are much more cumbersome to maneuver. Furthermore, the large rudder forces at the end of the thrust combined with the large distances to the points of application of the transverse forces result in very large stresses on the rigid couplings.
The couplings therefore have the disadvantage that they are very difficult to carry out. Finally, the rigid push pulls have the disadvantage that they cannot be steered when reversing without special rudder controls.
Push trains are also known, with at least two vehicles being connected at the ends by means of a simple joint arranged in the transverse plane of the coupling and forced laterally with it. These push pulls can be bent to the side at the joint and consequently adapt better to the flow curvature1.
If these thrust trains are bent a little more than the curved roadway requires, then you can use the articulated coupling to steer the thrust trains through the curvature without having to operate the rudder. In this case, the additional width of the roadway compared to the rigid push pull is reduced as a result of the reduction in the ratio of "length of the rigid push pull part to the radius of curvature of the roadway".
Since the rudder lateral force pushing outwards is also missing, the required additional lane width is reduced again as a result of the reduction in the drift angle. However, this arrangement has the disadvantage that, due to the simple joint arranged in the transverse plane of the coupling, the additional lane width caused by the drift angle is equal to the sum of the drift angles
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additional lane widths of the individual vehicles. The simple articulated push pull can traverse on a straight road during evasive maneuvers. The vehicle in front acts as a large bow rudder, while the stern rudder provides strong support so that the thrust pull maintains its roughly parallel position to the straight lane.
When traversing this arrangement has the disadvantage that due to the large
If the front vehicle is used as a bow rudder, the required additional lane width is also correspondingly large. In addition, lateral resistance occurs on the rear vehicles that are not engaged, which delay the traversing movement. Finally, the couplings are heavily loaded by the support rudder.
For the passage through the canal, in addition to one of the usual stern drives, a pivoting propeller is arranged on the bow of the front vehicle in the aforementioned laterally articulated coupled thrust trains, which acts as an active bow rudder. As a result, the can be bent according to the curvature of the road
Push pull can be guided on the roadway at low speed without a drift angle. The to-
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ren push pull part to the radius of curvature of the roadway ". A push pull, which is formed from two ships with I 1200 t displacement, requires z.
B. in a curvature with a radius of 350 m and
7 km speed a propeller power of 150 hp at the bow to keep the thrust on the road; with a normal speed of 14 km / h in the same bend, the power requirement is four times as much, i.e. 600 hp. If the push pull travels at a speed of 14 km compared to the current in the same curve to the valley, the flow speed being 7 km / h,) then the push pull has a speed over the ground of 21 km / h. This increases the power requirement of the bow propeller nine-fold, i.e. to 1350 hp. It should be noted that an equally high transverse power is required at the stern.
This driving technique has the disadvantage that its power requirement at the usual medium and high speeds is several times that of the usual drive systems. During evasive maneuver j on a straight roadway, the push pull can traverse with the bow and stern propeller without kinking and does not require any additional roadway width.
This maneuver has the disadvantage that a large side resistance arises in all vehicles, which requires a correspondingly high propeller power to overcome it. As a result, the
Loads on the couplings in connection with the large distances between the points of application of the centrifugal force or the lateral resistance and the points of application of the ones generated by the propellers
Transverse force extremely large. In addition, semi-rigid thrusts are known which, as a result of the more or less elastic couplings, bend laterally through external lateral forces or through lateral forces generated by the oars or propellers.
These associations have the disadvantage that they have to be guided at the bow and stern by controlled transverse forces. The extent of the lateral kinking cannot be precisely determined because it depends on the previously undetermined external lateral forces, on the strongly variable centrifugal force and the elasticity of the couplings. As a result, the above arrangement has the disadvantage that the additionally required lane width is not. can be overlooked beforehand. The helmsman must therefore maintain a greater safety distance. Furthermore, a traversing movement can only be carried out to a very limited extent because the semi-rigid push pull immediately bends sideways as a result of the transverse forces that arise.
Finally, push trains are known, the individual vehicles of which are connected by freely movable couplings, which also allow the vehicles to be offset laterally with respect to one another. When the propeller thrust is transmitted through the coupling to the vehicles arranged in front of it, a moment arises in the kinked coupling, which is intended to bring the vehicles back into the central position. The couplings then act like elastic couplings. But if the propeller thrust is missing, then there is also no return moment. This arrangement therefore has the disadvantage that, when the machine is stopped, the individual vehicles can be bent and laterally displaced as desired by external forces up to the existing deflection limits. In addition, the aforementioned arrangement has all the disadvantages of the semi-rigid push pull mentioned above.
When driving in a narrow canal, all of the aforementioned push pulls have the following disadvantage in common: When they meet, the push pulls have to move sideways and come close to the bank, due to the much larger closed push pull length compared to the single moving vehicle, much larger one-sided results are created at the rear of the last vehicle Suction forces than in the case of a single-moving ship, caused by the kinking of the push pull or by corresponding support by means of the stern rudder
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Vehicle is formed from several rigidly coupled vehicles, FIG. 6 shows the push pull according to FIG. 5 on a curved roadway, FIG. 7 shows a modified coupling in the zero position, FIG. 8 shows the coupling according to FIG. 7 with laterally offset vehicles, FIG.
9 the coupling according to 'Fig. 7 in the bent position, Fig. 10-12 a further embodiment of the coupling in the zero position with displaced vehicles and in the bent position, Fig. 13 a thrust train consisting of three vehicles on a curved road, Fig. 14 the same thrust on a curved road in reverse travel, Fig. 15 shows the same thrust on a straight roadway when traversing.
At the end of the vehicle a connected to the coupling, a rearwardly curved rail c is attached, the bending radius of which depends on the radius of the smallest curvature of the roadway and the required drift angle 5.
At the other end of the rear vehicle b connected to the coupling, two roller blocks d with at least two rollers each are attached, which encompass the rail c and are thereby inevitably guided by it.
The link e is now attached to the vehicle a and is engaged by the chain drive f on the vehicle b. The chain drive f is guided by the two chain wheels g, one chain wheel being driven to generate the steering movement.
This makes the two of them. Generated movements of kinking and mutual lateral displacement of the vehicles. When the link e is fixed, the lateral forces and torques generated on one vehicle are transmitted to the other vehicle together with the roller blocks d.
In Fig. 2 the chain drive f is actuated and has taken the handlebar e to port.
In the area of the coupling, the end of the vehicle a located in front of the coupling in the direction of travel has moved laterally outwards compared to the end of the vehicle b located behind the coupling, so that the intersection of the extended center line of the vehicle b behind the coupling with the center line of the vehicle in front of the coupling a lies far in front of the transverse plane of the coupling.
As a result, the rear ends of vehicles a and b lie on the outside and the front ends on the inside on the curved roadway, while the centers of gravity of the vehicles lie on the same line of curvature h of the roadway. Both vehicles assume the same drift angle 5 to the curved roadway. Since both the centrifugal force and the lateral force generated by the drift angle 5 depend on the square of the speed, there is a state of equilibrium for all speed levels with approximately the same fairway and discharge depths and low current speeds, which does not require any correction by additional rudder forces.
When the lane is curved to port, all positions and movements are opposite.
Of course, it does not matter for the effect of the steering thrust whether the coupling has a different embodiment; The only important thing is the position of the vehicles according to the invention on the curved roadway achieved with it. It is also possible to arrange individual vehicles in the arrangement according to the invention according to the task either or behind any coupled vehicles. Rigidly coupled vehicles act like a single, correspondingly larger vehicle.
Finally, it is also possible that the forced guidance of the coupling is only designed as a locking device that acts in every position and the required torque is generated by a steering gear.
Lately, individual vehicles can also be designed as push or pulling boats.
In an inventive push pull, the z. B. consists of three vehicles of different lengths, with the middle long vehicle being four times the length of the two short vehicles arranged at the front and rear and all vehicles having the same immersion cross-sections, the time required by the individual vehicles to reach the same drift angle 5 to the curved one depends on To come from the respective center of mass moment of inertia of the individual vehicles.
The mass moments of inertia of the individual vehicles behave roughly like the third power of their length ratio, i.e. H. In the present example, the moment of inertia of the long vehicle is 64 times that of the two short vehicles and the long vehicle requires a correspondingly longer time to take the required drift angle out of the zero position.
If the same drift angle is maintained for all vehicles, there is the disadvantage that the push pull takes too long to carry out the required driving maneuvers. Also is
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at the same time the feature that all centers of gravity of the vehicles on the same line of curvature of the
Lane, not accessible. If the short vehicles are bent while driving, then, as a result of their greater turning speed, they quickly adopt a position in which they develop lateral forces as rudders, while the long lighter barely moves at first.
In this phase is im
In the area of the front coupling, the end of the short vehicle is offset laterally outwards compared to the end of the long vehicle and the intersection of the extended center line of the longer vehicle with the center line of the shorter vehicle is far outside the transverse plane of the coupling on the shorter vehicle.
This has the advantage over the known simply articulated coupled thrusts that, due to the point of intersection of the two center lines, which is located far outside the transverse plane of the coupling on the short vehicle and which is also the pivot point of the bending movement, one
Shortening the distance between the fulcrum and center of gravity of the short barge results, whereby the two buckling movements to be overcome mass moment of inertia, is approximately equal to the square of
The ratio of the shortening is reduced and that at the same time as a result of the shortening of the distance between the pivot point and the pressure point of the transverse forces acting on the short barge, the moment to be overcome of the transverse forces is reduced in a simple ratio of the ratio of the shortening,
so that considerably lower forces and moments have to be applied in the coupling when bending sideways.
If the coupling is now also arranged in the rear short vehicle in such a way that the one with the
Pivot point coinciding intersection of the two center lines again on the front but long one
If the vehicle is lying down, the two aforementioned distances are significantly increased, and this results in the significant disadvantage of the corresponding increase in the forces and moments to be applied in the coupling.
At the same time, the disadvantage arises that due to the position of the pivot point on the center line of the long vehicle, the additionally required lane width in the first introductory phase of the change of direction, in which the lane of the push train is still about straight, and when traversing are opposite The bent rear vehicle is considerably enlarged.
With the push pull according to the invention, so that the required transverse forces of approximately the same magnitude arise on the vehicles lying one behind the other on the curved roadway, the vehicle ends must be sufficiently sharpened to allow the water flowing backwards from the inside of the respective front vehicle to the outside of the respective rear vehicle.
This has the disadvantage that the individual vehicles cannot be very complete.
In the gaps between the individual vehicles, similar to the known, arbitrarily articulated thrust pulls, the disadvantage arises that wake vortices are formed, which increase the resistance.
In addition, with the last-mentioned push pulls, the respective ends of the vehicles sometimes have a certain greater distance from one another in order to obtain the necessary play for the bending movement. This results in the disadvantage that the degree of completeness related to the total length of the push pull is reduced compared to the degree of completeness of the individual vehicles, which has a particularly unfavorable effect when the lock dimensions are used.
To largely eliminate the aforementioned disadvantages, according to the invention, the end of the short vehicle is laterally outward compared to the end of the short vehicle in the area of the respective coupling in the bent position in push trains with vehicles of different lengths, in the same way as in the front short vehicle on the rear short vehicle long vehicle offset so that the intersection of the extended center line of the long vehicle is far outside the transverse plane of the coupling on the short vehicle.
As in the first introductory phase of the change of direction, the necessary transverse forces are now created primarily on the short vehicles acting as rudders, even in a state of equilibrium on the curved roadway. The short vehicle in front is bent more sharply so that it simultaneously develops some of the lateral forces for the long vehicle. As a result of the special nature of a long vehicle on a strongly curved roadway, a significant centripetal transverse force arises in this vehicle without a drift angle, which takes hold behind half the length of the vehicle. Therefore, the long vehicle in connection with the short vehicle in front needs a much smaller drift angle in order to reach the equilibrium state.
This has the advantage that the time required
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force is canceled. As a result of this favorable play of forces, the total required additional lane width on a curved lane does not change compared to the position with the same drift angle of the vehicles.
Another advantage of the short rear vehicle is that, due to the position of the intersection of the center lines on the short rear vehicle compared to the arrangement with the position of the intersection of the center line on the vehicle in front, the forces and moments to be applied in the coupling and the additional Significantly reduce the required lane width of the short rear ship in the first phase of a change of direction and when traversing.
If the short vehicles are primarily used in all phases of movement, similar to the oars, to generate the transverse forces, then the transverse flow in the space between the respective vehicles can be dispensed with without significant disadvantages.
The front sides of the vehicles located in the area of the coupling can then be designed as vertical walls, depending on the deflection of the rail belonging to the coupling, which means that any space beyond the necessary clearance for the counter-rotating movement - both in the zero position and when bending - and thus the resulting loss of load-bearing capacity and the additional resistance is avoided.
The push train according to FIGS. 3 and 4 consists of three vehicles of different lengths. The front vehicle a and the rear vehicle au are short in relation to the middle long vehicle b. This measure greatly reduces the torque and the time required for the bending movement. The size of the front and rear vehicles can, if the tightest curve to be driven through, be determined primarily according to the desired steering effect of the front vehicle a, as a rudder and the rear vehicle a "as a rear rudder. The rear vehicle a" is designed and acts as a drive carrier at the same time thus further as an additional active rudder.
This has the major advantage that any additional steering gear is unnecessary. At the same time, the association can adapt well to the curved roadway.
The push train according to FIGS. 5 and 6 consists of a front vehicle, which by the two links
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are stigt.
As a result, the intersections of the extended center line of the long vehicle b lie far outside the transverse plane of the coupling on the short vehicles. a Since the intersection of the center lines coincides with the momentary torque of the buckling movement, the advantages listed above result. Depending on the desired effect, the front or the rear short vehicle can also be omitted. The activation for the bending of the two short vehicles can take place in the same direction, in opposite directions or individually, depending on the required driving maneuver.
Of course, it does not matter for the effect of the push pull according to the invention whether the coupling according to the example described has a bent rail and two pairs of guide rollers or another embodiment. The only essential thing is that when the push pull is bent, the point of rotation of the bending movement is at the intersection of the extended center line of the long vehicle with the center line of the short vehicle outside the transverse plane of the coupling on the short vehicle.
It is also possible that the medium, long vehicle is divided into several vehicles for better adaptation to the respective requirements, it being possible to use any type of coupling corresponding to the respective requirements for coupling these vehicles.
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Finally, it does not matter for the effect of the steering thrust assembly according to FIGS. 5 and 6, in which length ratio the link a, or 11 ... to the link b, or b ″ is.
The member b or b can, for. B. be reduced in size so that there is only one
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forms, which is reduced in such a way that it is only formed by a rudder surface, which serves to increase the controllability of the single-moving front or rear vehicle.
If the short rear vehicle is only designed as a drive carrier, then with each ship constructed according to the inventive principle of the steering thrust train, one obtains a propeller system which can be pivoted sufficiently far to the side, with which the favorable efficiency of the fixed propeller systems can be achieved and which additionally in the event of failure of the drive system and The resulting active rudder action ensures full controllability for the ship designed as a push pull according to the invention.
At the same time z. B. in a passenger ship by accommodating the vibration-prone drive on the rear short vehicle and the passenger compartments on the long vehicle each
Avoid annoyance of the passengers by structure-borne noise and vibrations by suitable mounting of the roller blocks d 3 with largely lightweight construction without great effort.
When executing the push pull according to the invention, it should be noted that with a certain
The size of the transverse force depends on its speed in relation to the water, on the draft and on the drift angle, and on the ratio of the length of the vehicle to the radius of curvature of the vehicle
The lane and similar to the resistance of the vehicle depends on the depth of the fairway, the width of the fairway and whether the vehicle is traveling up and down the valley. Whereas the centrifugal force counteracting it depends on the speed over the ground, on the mass and on the radius of curvature of the roadway.
As a result of the fairway influences alone, the transverse force of a certain drift angle becomes smaller
The fairway depth is a multiple of the transverse force with unrestricted fairway.
As a result of its dependence on the ground speed, the centrifugal force of a certain vehicle in a certain curvature at a ratio of the ship's own speed to the water to the current speed of 3: 2 in the descent is 25 times its value in the Ascent. With the drift angle required in each case, this ratio can increase several times over due to the influences of the fairway mentioned above.
A push pull according to the invention with a coupling in which the movements of the kinking and the mutual displacement of the vehicles take place simultaneously in a certain ratio to one another, achieves the ideal state of the smallest additional lane width only in certain driving states in which the balance a variety of factors. In the other driving states, the stern rudder must be actuated to compensate, which at the same time results in disadvantageous larger additional lane widths and greater stresses on the couplings.
In the descent, the high centrifugal forces result in very large drift angles, which can only be achieved through complex couplings and extensive division of the total length of the thrust train according to the invention into many short vehicles. If only a few bends with a small radius have to be mastered, it is proposed to let the push pull move backwards against the current in these bends at half the current speed. He then drives down to the valley at half current speed and is fully controllable. In the example given above, the thrust to the valley as to the mountain then has the same speed over the ground and thus the same low transverse forces are now to be generated on the vehicles for travel through the bend to the valley and the mountain.
A push pull according to the invention with a coupling, in which the movements of the bending and mutual displacement of the vehicles take place simultaneously in a certain ratio to one another for the advance travel, has the disadvantage in the reverse travel that it requires the mutual relocation of the according to the invention for the new travel direction Vehicles cannot generate. This results in a much larger additionally required lane width.
In order for the individual vehicles to be able to assume the position according to the invention on the curved roadway with the push pull according to the invention both in advance as well as in reverse travel according to the respective direction of travel, it is proposed that the respective articulated coupling be designed in such a way that it is necessary for the two movements of bending the push pull and the mutual lateral displacement of the vehicles has separately operated devices. At the same time, this has the advantage that now in every driving
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state the required drift angle for the smallest additionally required lane width can be maintained.
In Figs. 7-9, the straight rail c is attached to the end of the front vehicle a, which guides two roller blocks d which are connected to the rear vehicle b by means of the yoke hP pivotable about a vertical axis. If the drive fo is moved by means of the drive wheel g, then this takes along the link e attached to the yoke ho and the two vehicles assume a mutually laterally offset position (FIG. 8).
If the yoke h is pivoted by means of the hydraulics i, then the vehicle a is carried along via the roller blocks d attached to it and the rail c guided in the roller blocks and the two vehicles are bent to one another as shown in FIG. The kinking movement can, as shown in phantom in FIG. 9, be combined as desired with the movement of mutual lateral displacement. The shown
The embodiment of the coupling has the advantage that it requires little space.
A second of the possible embodiments of the coupling according to the invention (FIGS. 10-12) consists of two arms of the same length, arranged approximately parallel to one another, and which connect the two vehicles a and b. DieBefestigul! The links k1 on the vehicle b and the three-armed yokes 1 and 11 allow the links to pivot on all sides, the yokes 1 and 11 are arranged on the vehicle a and the attachments of the links on the vehicle b are arranged in a transverse plane of the respective vehicles. The yokes 1 and 11 pivot about fixed vertical axes that are on the
Vehicle a are attached. The two yokes 1 and 11 lead one another through the two cable connections running across the ship. These cable connections simultaneously relieve the drive from propeller thrust.
If the link k is now pivoted laterally by means of the drive n, the two vehicles move each other laterally according to FIG. 11. If the drive m now pivots the yoke 1, the side arm of the yoke 1 moves in the opposite direction to the side arm of the yoke 11 approximately in the longitudinal direction of the vehicle and this results in the lateral bending movement according to FIG. 12. The embodiment of the coupling described last has the advantage that it enables the vehicles to be offset to a large extent.
The couplings described above have the advantage that they once the invention
Position of the vehicles on a curved roadway both in advance (Fig. 13) and in reverse (Fig. 14) and at the same time allow an extremely favorable traversing of the push pull on a straight roadway (Fig. 15), whereby the respective transverse forces for The lateral movement can be achieved on each vehicle without any supporting movement of the tail rudder. When traversing the push train according to the invention, a smaller additional lane width is required regardless of the number of individual vehicles, and when changing sides on a straight lane a shorter time is required than when the vehicle is traveling alone.
If the embodiment of the coupling used has sufficient reserve for the mutual lateral displacement of the vehicles, the push pull according to the invention can also traverse on a curved roadway. This is extremely advantageous in river bends, since here the flow always has a traversing component at the same time.
In the respective embodiment of the possible couplings, it is of subordinate importance on which vehicle the separate devices for the movements of the buckling and the lateral mutual displacement are arranged. Depending on whether one prefers the requirement for the least possible stress on the coupling or the requirement for all drive elements to be combined on one vehicle, there are various embodiments. The only important thing is the position achieved according to the invention on the various lanes .. So the helmsman in possible
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to carry out. For this purpose, a steering wheel stick control is arranged in the wheelhouse. It consists of a roughly horizontal stick, which has its pivot point at the front with an approximately vertical axis.
The stick carries a rotating steering wheel at the rear in an approximately vertical position.
If now z. B. turned the steering wheel to starboard, then the thrust cable kinks to starboard.
If the end of the stick is moved to starboard without turning the steering wheel, the push pull traverses to starboard. By appropriately combining these two movements, the helmsman can now fully control the thrust in every driving state.
The same steering wheel stick control can also be used for all other articulated push pulls. B. the bending movement is actuated each time by the steering wheel and the rudder by the stick.
If you also want a higher movement for the movement caused by the stick control at the same time
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If you have sensitivity, then a double steering wheel control is preferable.
It consists of a smaller steering wheel with a normal axis of rotation and a larger steering wheel with a hollow axis of rotation arranged in front of it.
Both axes are nested and stored separately in the control block. The pulse generator for the bending movement is connected to the larger steering wheel and the pulse generator for the movement of the lateral offset is connected to the smaller steering wheel. Any desired sensitivity can be achieved by reducing the number of turns of the steering wheel to the pulse generator.
The push pull according to the invention has a somewhat greater total resistance in the zero position than the known push pulls. However, this position is practically never used on rivers. The rigid thrusts in particular have considerable additional resistance due to their larger drift angles and rudder deflections. With the thrust pulls according to the invention, this additional resistance is reduced by more than half as a result of the smaller drift angle and the absence of any rudder resistance, so that, depending on the frequency of the river bends, it is equivalent to or superior to the known designs with regard to the cruising speed.
PATENT CLAIMS:
1. Push pull from two or more floating vehicles, two vehicles being connected to a coupling which forcibly guides the ends of the respective vehicles to the side and allows the push pull and mutual displacement of the respective vehicle ends, characterized in that in the bent Position in the area of the respective coupling, the front end of the rear vehicle is offset from the rear end of the front vehicle in the direction of the center of curvature.