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Die Erfindung betrifft verschiedene vorteilhafte Ausgestaltungen von Luftkissenfahrzeugen mit einem Fahrzeugkörper, mindestens einem Hubaggregat zum Anheben und mindestens einem Schubaggregat zum Vortrieb des Fahrzeugkörpers. Luftkissenfahrzeuge sind Amphibienfahrzeuge, d. h. sie können auf einem unter dem Fahrzeugkörper erzeugten Luftkissen sowohl über Land als auch über Wasser fahren.
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Nach einem bekannten Antriebskonzept sind bei Luftkissenfahrzeugen für das Hubaggregat und das Schubaggregat je eine eigene Verbrennungskraftmaschine vorgesehen. Dadurch sind Hubaggregat und Schubaggregat relativ einfach getrennt steuerbar. Allerdings führt diese Lösung zu einem relativ hohen Eigengewicht des Luftkissenfahrzeugs, wodurch die Nutzlast vermindert wird.
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Ein anderes bekanntes Antriebskonzept sieht vor, dass eine zentrale Verbrennungskraftmaschine sowohl das Hubaggregat als auch das Schubaggregat antreibt. Hierzu muss der Antriebsstrang verzweigt werden. Die Antriebsstränge bringen erneut relativ hohes Eigengewicht in das Luftkissenfahrzeug. Außerdem ist die getrennte Steuerbarkeit von Schubaggregat und Hubaggregat nur durch zusätzliche technische Maßnahmen erreichbar, welche wiederum einen unerwünschten Beitrag zum Eigengewicht liefern und somit die Nutzlast des Luftkissenfahrzeugs verringern.
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Aus
WO 00/23309 A1 ist ein Luftkissenfahrzeug bekannt, mit dem die bekannten Nachteile des oben beschriebenen Standes der Technik behoben werden sollen. Dazu ist eine zentrale Verbrennungskraftmaschine vorgesehen, die einen elektrischen Generator antreibt. Die dort erzeugte elektrische Energie wird über Elektroleitungen zum Hubaggregat und zum Schub aggregat geleitet. Diese umfassen jeweils eine Luftschraube zum Erzeugen eines Luftstroms sowie einen Elektromotor zum Antrieb der Luftschraube. Die Elektromotoren werden über die Elektroleitungen mit der benötigten Energie versorgt. Ungünstig an dieser Lösung ist jedoch, dass sowohl der Generator als auch die Elektromotoren zum Antrieb der Luftschrauben immer noch ein relativ hohes Gewicht aufweisen; insbesondere wenn sie eine hohe Leistung aufweisen, um große Lasten zu befördern oder/und hohe Geschwindigkeiten zu erreichen.
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Die
DE 2 147 302 A offenbart ein Luftkissenfahrzeug mit einer umlaufenden Schürze umfassend eine Antriebsquelle, welche als Verbrennungsmotor oder Gas- oder Dampfturbine ausgeführt ist, weiterhin eine Kraftquelle, welche als hydrostatisches System ausgeführt ist sowie zwei Propellern zum Vortrieb, welche am Heck angeordnet sind. Weiterhin offenbart die Druckschrift die Verwendung von Rädern, welche einziehbar und lenkbar ausgestaltet sein können.
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Die
US 7,481,290 B2 offenbart ein Fahrzeug, welches als Luftkissenfahrzeug ausgestaltet ist. Dieses weist dabei zur Steuerung sowohl horizontal angeordnete als auch vertikal angeordnete Lamellen auf. Die horizontal angeordneten Lamellen sind dabei an der Seite des Fahrzeugs angeordnet.
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Die
GB 2 455 193 A offenbart ein im Wesentlichen rundes Fahrzeug, welches in Form eines Luftkissenfahrzeugs ausgestaltet ist. Das Fahrzeug weist dabei eine flexible Schürze auf. Weiterhin sind ein horizontal angeordneter Propeller zur Erzeugung des Luftkissens sowie ein weiterer Propeller im Heckbereich zum Vortrieb vorgesehen. Weiterhin ist eine Lamellenanordnung am Luftauslass angeordnet, welche zur Trimmung des Fahrzeugs dient. Die Lamellenanordnung ist dabei vertikal ausgerichtet. Das in der
GB 2 455 193 A beschriebene Fahrzeug ist dabei nicht für den Transport mehrerer Personen oder Transportgüter geeignet.
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Die
US 4,175,636 A beschreibt ein Luftkissenfahrzeug mit einer umlaufenden Schürze sowie Rädern, die schwenkbar ausgebildet sind und eine Deichsel zur lösbaren Verbindung an ein Transportmittel. Weiterhin sind Lamellen hinter dem Propeller am Heck zur Richtungssteuerung offenbart, wobei die Lamellen eine vertikale Ausrichtung aufweisen.
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Der Nachteil des vorbeschriebenen Stands der Technik ergibt sich vor allem aus dem hohen Eigengewicht der verwendeten Antriebseinrichtungen, der Trimmbarkeit und dem fehlenden Schutz der Besatzung.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein Luftkissenfahrzeug dahingehend zu verbessern, dass hohe Antriebsleistungen bei möglichst geringem Eigengewicht der Antriebseinrichtungen erzielbar sind. Weiterhin soll der Transport eines Luftkissenfahrzeugs erleichtert werden, wenn es nicht in Betrieb ist. Schließlich sollen die Trimmbarkeit und der Schutz der Besatzung des Luftkissenfahrzeugs gegenüber bekannten Lösungen verbessert werden.
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Es wird daher ein Luftkissenfahrzeug vorgeschlagen, das einen Fahrzeugkörper, mindestens ein Hubaggregat zum Anheben und mindestens ein Schubaggregat zum Vortrieb des Fahrzeugkörpers sowie ein zentrales Antriebsaggregat umfasst, wobei das Hubaggregat und das Schubaggregat mindestens je eine Luftschraube mit je einem Antriebsmittel umfassen und das Antriebsaggregat mindestens eine Kraftmaschine und mindestens einen Energiewandler umfasst, und wobei der Energiewandler über Energieleitungen mit den Antriebsmitteln von Hubaggregat und Schubaggregat verbunden ist, und wobei der Energiewandler eine Hydraulikpumpe ist, die Antriebsmittel Hydraulikmotoren und die Energieleitungen Hydraulikleitungen sind.
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Die vorgeschlagene Lösung führt gegenüber den bekannten Antriebssystemen zu einer signifikanten Verringerung des Eigengewichts bei gegebener Antriebsleistung, bzw. einer deutlichen Leistungserhöhung bei gegebenem Eigengewicht. Damit sind Luftkissenfahrzeuge wesentlich wirtschaftlicher betreibbar und höhere Nutzlasten können befördert werden.
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Kraftmaschinen im oben genannten Sinne sind Maschinen, die eine Energieform, wie thermische oder elektrische Energie, in mechanische Energie bzw. Arbeit umwandeln. Man unterscheidet Kraftmaschinen nach der verwendeten Energiequelle in Wärmekraftmaschinen, Wasserkraftmaschinen, Windkraftmaschinen und Elektromotoren (elektrische Maschinen). Für das Antriebsaggregat des vorgeschlagenen Luftkissenfahrzeugs kommen in erster Linie Verbrennungskraftmaschinen, aber auch elektrische Maschinen in Betracht, für deren Betrieb eine entsprechende Energiequelle, also ein Treibstoffvorrat bzw. eine elektrische Energiequelle, vorzusehen ist.
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Die Verbrennungskraftmaschine ist eine Wärmekraftmaschine, die durch innere Verbrennung von Treibstoff mechanische Arbeit verrichtet. Dabei wird chemische Energie (Kraftstoff-Luft-Gemisch) über thermische Energie (Wärme) und potentielle Energie (Druck) in mechanische Energie (Bewegung) umgewandelt. Man unterscheidet zwei wesentliche Arten von Verbrennungskraftmaschinen, nämlich Strömungsmaschinen wie Gasturbine und Strahltriebwerk, und Verbrennungsmotoren wie Hubkolbenmotoren und Kreiskolbenmotoren. Jede dieser Verbrennungskraftmaschinen kommt für das vorgeschlagene Luftkissenfahrzeug in Frage.
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Die Hydraulikpumpe ist ein Bauelement der Hydraulik, welches einen Volumenstrom einer Hydraulikflüssigkeit, in technischen Anwendungen üblicherweise Hydrauliköl, erzeugt. Bekannte Bauformen von Hydraulikpumpen sind die Flügelzellenpumpe (Drehschieberpumpe), die Zahnradpumpe (innen oder außen verzahnt), die Schraubenspindelpumpe, die Axialkolbenpumpe (Schrägachse oder Schrägscheibe), die Radialkolbenpumpe (innen- oder außenbeaufschlagt) und die Hubkolbenpumpe. Jede dieser Hydraulikpumpen kommt für das vorgeschlagene Luftkissenfahrzeug in Frage.
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Hydraulikmotoren, auch Hydromotoren genannt, haben die Aufgabe, hydraulische Energie in mechanische Arbeit umzuwandeln. Es existieren hierzu eine Vielzahl von Bauarten, die in ihrer Arbeitsweise grob in Konstant- und Verstellmotoren eingeteilt werden können. Bauformen sind z. B. der Axialkolbenmotor, der Radialkolbenmotor, Zahnradpumpen und verschiedene Flügelradformen in Strömungsgetrieben.
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Hydrostatische Antriebe haben einen festen Zusammenhang zwischen Volumenstrom und Drehzahl, können jedoch umschaltbar sein. Sie sind wie Hydraulikpumpen (z. B. wie eine Zahnradpumpe) aufgebaut; die mit dem Ölstrom transportierte Energie wird wiederum durch Druckeinwirkung auf die Zahnräder in Rotationsenergie zurückverwandelt. Axialkolbenmotor-Bauformen sind sowohl mit konstanten als auch variablen Hubvolumina erhältlich. Das von hydrodynamischen Motoren oder Wandlern wie Hydraulikkupplungen oder Hydraulikgetrieben erzeugte Drehmoment ist unabhängig von der Drehzahl steuerbar.
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Wenn die Hydraulikpumpe einen kontinuierlichen Volumenstrom erzeugt, so bleibt dieser auch dann konstant, wenn durch Widerstände, hervorgerufen durch Drosselstellen, Schaltelemente und Abtriebe, oder durch Schwankungen der Leistungsaufnahme der Verbraucher, d. h. des Hubaggregats und des Schubaggregats, der Druck im Hydrauliksystem schwankt. Zum Ausgleich solcher Druckschwankungen kann das Antriebsaggregat auch einen Hydraulikspeicher umfassen. Bekannte Bauformen von Hydraulikspeichern sind Membranspeicher, Blasenspeicher, Kolbenspeicher, Metallbalgspeicher, federbelastete Hydraulikspeicher (Sonderform von Kolbenspeichern, an Stelle eines Gases wird eine Feder vorgespannt). Solche Hydraulikspeicher können im Betrieb der Antriebseinrichtung als Reservoir zum Ausgleich schwankenden Druckölbedarfs genutzt werden. Hierdurch wird unter anderem auch die getrennte Steuerbarkeit von Hubaggregat und Schubaggregat, die ein Merkmal einer weiteren Ausgestaltung des vorgeschlagenen Luftkissenfahrzeugs ist, erleichtert.
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Weiterhin wird bei einem Luftkissenfahrzeug mit einem Fahrzeugkörper, mindestens einem Hubaggregat zum Anheben und mindestens einem Schubaggregat zum Vortrieb des Fahrzeugkörpers vorgeschlagen, dass es eine integrierte Transporteinrichtung aufweist, beispielsweise indem am Fahrzeugkörper mindestens ein Paar drehbar gelagerter, relativ zum Fahrzeugkörper in vertikaler Richtung zwischen mindestens zwei Positionen hin und her bewegbarer Räder angeordnet ist. Dieses Merkmal kann bei beliebigen Luftkissenfahrzeugen nutzbringend eingesetzt werden. Es kann selbstverständlich auch bei der oben dargestellten Ausgestaltung eines Luftkissenfahrzeugs mit hydraulischem Antriebssystem realisiert sein.
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Dadurch kann das Luftkissenfahrzeug unabhängig von der Antriebseinrichtung ohne Zuhilfenahme eines Transportanhängers oder ähnlicher Hilfsmittel bewegt werden, auch wenn es nicht in Betrieb ist.
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Dazu kann in einer Weiterbildung vorgesehen sein, dass der Aufstandspunkt der Räder in einer ersten Position oberhalb und in einer zweiten Position unterhalb des unteren Abschlusses des Fahrzeugkörpers angeordnet ist. Mit anderen Worten sind die Räder gegenüber dem Fahrzeugkörper beweglich, wobei die Bewegung der Räder beispielsweise eine geradlinige Verschiebung oder eine Schwenkbewegung sein kann, die durch entsprechende Verstelleinrichtungen wie Hydraulikzylinder oder andere Antriebselemente bewirkt wird. Zur Realisierung einer Schwenkbewegung kann ein Rad beispielsweise an einem Ende eines Schwenkarms drehbar gelagert sein, während das andere Ende des Schwenkarms am Fahrzeugkörper gelenkig angebracht ist. Der Schwenkvorgang kann dabei um eine Längsachse oder eine Querachse des Fahrzeugkörpers erfolgen.
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Werden für die Bewegung der Räder zwischen der ersten und zweiten Position Hydraulikzylinder verwendet, so können diese vorteilhaft vom Antriebsaggregat des Luftkissenfahrzeugs gespeist werden, wenn dieses wie oben beschrieben eine Hydraulikpumpe umfasst. Andere elektrische, mechanische oder elektromechanische Antriebselemente können selbstverständlich ebenso verwendet werden, um die Räder relativ zum Fahrzeugkörper zu bewegen.
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Wird das Luftkissenfahrzeug außer Betrieb genommen, werden die Räder in die zweite Position bewegt, bevor das Antriebsaggregat abgeschaltet wird. Anschließend kann das Luftkissenfahrzeug auf der integrierten Transporteinrichtung bewegt werden. Vor der erneuten Inbetriebnahme des Luftkissenfahrzeugs wird zunächst das Antriebsaggregat eingeschaltet und die Räder werden in die erste Position bewegt, so dass sie die Bewegung des Luftkissenfahrzeugs nicht behindern.
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Gemäß einer Ausgestaltung des vorgeschlagenen Luftkissenfahrzeugs weist der Fahrzeugkörper eine umlaufende Schürze auf, deren unterer Rand den unteren Abschluss des Fahrzeugkörpers bildet, und die Räder sind in der ersten Position vollständig innerhalb des von der Schürze umschlossenen Raums angeordnet.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass am Fahrzeugkörper mindestens eine Deichsel mit Mitteln zur lösbaren Verbindung des Luftkissenfahrzeugs mit einer Zugeinrichtung eines Landfahrzeugs angeordnet ist. Dadurch kann das Luftkissenfahrzeug auf einfache Weise durch ein anderes Fahrzeug zu einem neuen Einsatzort transportiert werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht bei einem Luftkissenfahrzeug mit einem Fahrzeugkörper, mindestens einem Hubaggregat zum Anheben und mindestens einem Schubaggregat zum Vortrieb des Fahrzeugkörpers vor, dass am Fahrzeugkörper mindestens eine Anordnung horizontal verlaufender, übereinander angeordneter, um eine horizontale Achse verdrehbarer oder schwenkbarer Lamellen angebracht ist. Beispielsweise kann eine solche Anordnung von Lamellen am hinteren Ende des Fahrzeugkörpers hinter dem oder den Schubaggregaten angebracht sein. Die Anordnung von Lamellen dient gleichzeitig der Trimmung des Luftkissenfahrzeugs und dem Schutz der Besatzung, beispielsweise vor Beschuss. Dieses Merkmal kann bei beliebigen Luftkissenfahrzeugen nutzbringend eingesetzt werden. Es kann selbstverständlich auch bei der oben dargestellten Ausgestaltung eines Luftkissenfahrzeugs mit hydraulischem Antriebssystem oder/und im Zusammenhang mit der oben dargestellten Ausgestaltung eines Luftkissenfahrzeugs mit integrierter Transporteinrichtung realisiert sein.
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Dazu können die Lamellen aus einem hochfesten Verbundwerkstoff gebildet sein, der beispielsweise hochfeste Fasern aus polymeren oder keramischen Werkstoffen, beispielsweise Aramidfasern (aromatische Polyimide), Fasern aus HPPE (Polyethylen), Fasern aus Oxidkeramik oder Carbiden enthält. Solche hochfesten Verbundwerkstoffe bieten weiterhin den Vorteil eines geringen Eigengewichts.
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele eingehender erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in
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1 eine schematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Luftkissenfahrzeugs, in
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2 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Luftkissenfahrzeugs, in
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3a eine schematische Darstellung der Heckansicht bei geöffneten Lamellen eines erfindungsgemäßen Luftkissenfahrzeugs, in
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3b eine schematische Darstellung der Heckansicht bei geschlossenen Lamellen eines erfindungsgemäßen Luftkissenfahrzeugs und in
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3c eine schematische Darstellung der Seitenansicht des Heckbereichs eines erfindungsgemäßen Luftkissenfahrzeugs.
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In einem ersten Ausführungsbeispiel in 1 weist das erfindungsgemäße Luftkissenfahrzeug 1 einen Fahrzeugkörper 2 mit Sitzen 17 für die Besatzung, mindestens einem Hubaggregat 3 zum Anheben und mindestens einem Schubaggregat 4 zum Vortrieb des Fahrzeugkörpers 2 sowie ein zentrales Antriebsaggregat auf. Das Hubaggregat 3 umfasst eine Luftschraube 5 mit einem Antriebsmittel 6 und das Schubaggregat 4 umfasst zwei Luftschrauben 5 mit je einem Antriebsmittel 6. Das Antriebsaggregat umfasst eine Kraftmaschine 8 und einen Energiewandler 9. Dabei ist der Energiewandler 9 über Energieleitungen 7 mit den Antriebsmitteln 6 von Hubaggregat 3 und Schubaggregat 4 verbunden.
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Der Energiewandler 9 ist eine Hydraulikpumpe. Die Kraftmaschine 8 ist eine Verbrennungskraftmaschine, welche die Hydraulikpumpe antreibt. Die Antriebsmittel 6 des Hubaggregats 3 und Schubaggregats 4 sind Hydraulikmotoren, welche über die als Hydraulikleitungen ausgebildeten Energieleitungen 7 mit der Hydraulikpumpe verbunden sind. In dem durch die Energieleitungen 7 gebildeten Kreislauf ist außerdem ein Ölkühler 16 angeordnet.
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Durch einen Hydraulikspeicher 19 wird die getrennte Steuerbarkeit von Hubaggregat 3 und Schubaggregat 4 erleichtert. Die unabhängige Steuerbarkeit wird über eine Steuereinheit 18 realisiert.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in 2 weist das erfindungsgemäße Luftkissenfahrzeug 1 am Fahrzeugkörper 2 ein Paar drehbar gelagerter, relativ zum Fahrzeugkörper 2 in vertikaler Richtung zwischen mindestens zwei Positionen hin und her bewegbar angeordneter Räder 11 auf. Dabei sind die Räder 11 gegenüber dem Fahrzeugkörper 2 schwenkbar angeordnet. Die Schwenkbewegung der Räder 11 wird hierbei über je einen (im Ausführungsbeispiel nicht dargestellten) Hydraulikzylinder realisiert. Zur Realisierung der Schwenkbewegung ist jedes Rad 11 an einem Ende eines Schwenkarms 15 drehbar gelagert, während das andere Ende des Schwenkarms 15 am Fahrzeugkörper 2 gelenkig angebracht ist. Der Schwenkvorgang erfolgt dabei um eine Querachse des Fahrzeugkörpers 2.
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Durch die Schwenkbewegung der Schwenkarme 15 mit den daran angeordneten Rädern 11 ist der Aufstandspunkt der Räder 11 in einer ersten Position oberhalb und in einer zweiten Position unterhalb des unteren Abschlusses des Fahrzeugkörpers 2 angeordnet, wobei der Fahrzeugkörper 2 eine umlaufende Schürze 12 aufweist, deren unterer Rand den unteren Abschluss des Fahrzeugkörpers 2 bildet, so dass die Räder 11 in der ersten Position vollständig innerhalb des von der Schürze 12 umschlossenen Raums angeordnet sind und so die Bewegung des Luftkissenfahrzeugs 1 aus eigener Kraft nicht behindern. In der Figur befinden sich die Räder 11 hingegen in der zweiten Position unterhalb des unteren Abschlusses des Fahrzeugkörpers 2, so dass das Luftkissenfahrzeug 1 auf den Rädern 11 bewegt werden kann.
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Zum Transport des Luftkissenfahrzeugs 1 auf den Rädern 11 ist am Fahrzeugkörper 2 eine Deichsel 13 mit Mitteln zur lösbaren Verbindung des Luftkissenfahrzeugs 1 mit einer Zugeinrichtung eines Landfahrzeugs angeordnet. Dadurch kann ein einfacher Transport des Luftkissenfahrzeugs 1 an Land erfolgen. Die Deichsel 13 ist zudem höhenverstellbar, so dass eine Anpassung an die konkrete Höhe der Zugeinrichtung des ziehenden Landfahrzeugs ermöglicht wird.
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Das Luftkissenfahrzeug 1 in 3a weist am Fahrzeugkörper 2 eine Anordnung horizontal verlaufender, übereinander angeordneter, um eine horizontale Achse verdrehbarer oder schwenkbarer Lamellen 14 auf. Die Anordnung von Lamellen 14 ist am hinteren Ende des Fahrzeugkörpers 2 hinter den Schubaggregaten 4 angebracht. Diese Lamellen 14 dienen der Trimmung des Luftkissenfahrzeugs 1. Die Lamellen 14 sind aus einem hochfesten Verbundwerkstoff gebildet, der hochfeste Fasern aus polymeren oder keramischen Werkstoffen enthält.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Lamellen 14 aus einem Verbundwerkstoff gebildet, der Aramidfasern enthält, die aus einer Gruppe bestehend aus meta-Aramiden; para-Aramiden; para-Aramide-copolymeren oder Mischungen davon ausgewählt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Luftkissenfahrzeug
- 2
- Fahrzeugkörper
- 3
- Hubaggregat
- 4
- Schubaggregat
- 5
- Luftschraube
- 6
- Antriebsmittel
- 7
- Energieleitung
- 8
- Kraftmaschine
- 9
- Energiewandler
- 10
- Antriebsaggregat
- 11
- Rad
- 12
- Schürze
- 13
- Deichsel
- 14
- Lamelle
- 15
- Schwenkarm
- 16
- Ölkühler
- 17
- Sitz
- 18
- Steuereinheit
- 19
- Hydraulikspeicher
