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Fahrzeug mit einer in axialer Richtung verlängerten, den Boden berührenden
Walze zur Abstützung einer Transportlast Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit
einer in axialer Richtung verlängerten, den Boden berührenden Walze zur Abstützung
einer Transportlast. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bodenberührende
Walze zwecks Erhöhung sowohl ihres Reibungsangriffs am Boden als auch ihrer Widerstandsfähigkeit
gegen Beschädigungen unter außergewöhnlichen Bedingungen, wie beispielsweise übergroßer
Belastung oder unebenen Bodenverhältnissen, entsprechend auszubilden.
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Es ist bereits ein Zweiradfahrzeug mit motorbetriebenem Hinterrad
bekannt, dessen Hinterrad aus einer auf der Hinterachse drehbar gelagerten Trommel
mit gerilltem Mantel besteht, der durch einen etwa in der Fahrzeuglängsmittelachse
innerhalb der. Trommel angeordneten Ring versteift wird. Die Trommel umschließt
fernerhin ein zylindrisch geformtes Schwergewicht, das durch entsprechende Getriebeelemente
stets unterhalb der Hinterradachse gehalten wird und dadurch einerseits die Zugkraft
verstärkt und andererseits die Fahrstabilität erhöht.
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Demgegenüber wird nach der Erfindung die ihr zugrunde liegende Aufgabe
dadurch gelöst, daß die durch ein Fluidum aufweitbare Bodenwalze mit nachgiebiger
Wandung versehen und derart ausgestaltet ist, daß sie auf ebenem Boden bei Belastung
auf mehr axial als umfangsmäßig ausgedehnter Fläche plattgedrückt wird sowie als
Drehlager für einen laststützenden Aufbau aus Lagerrahmen und mindestens eine von
ihm getragenen Sattelwalze dient, die je aus einer Folge von längs der Bodenwalze
angeordneten und zwecks L adungsgewichtsübertragung auf deren Umfang abrollenden
Kontaktelementen besteht, und daß dem Aufbau Mittel zur Aufrechterhaltung des Vor-und
Rückwärtslaufs von Sattel- und Bodenwalze zugeordnet sind.
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Mit der Erfindung ist, im Gegensatz zur landläufigen Forderung nach
ausreichend praller Füllung eines luftgefüllten Schlauchrades, ein überbreit dimensioniertes
Antriebsrad in Form einer schlaff gefüllten, weichwandigen Walze geschaffen, die
sich unter dauernder Verformung ihres Mantels auf mehr axial als umfangsmäßig ausgedehnter
Fläche abwälzt und dabei in der Lage ist, auf dem Boden befindliche Unebenheiten,
ja selbst größere Steinbrocken, unter örtlichem Zurückweichen der auf das Hindernis
auftreffenden Mantelfläche gewissermaßen aufzuschlucken. Die für eine solche Arbeitsweise
besonders zweckmäßigen speziellen Ausführungsformen sind in der nachstehenden Beschreibung
und in den Unteransprüchen angegeben. Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Hier bedeutet Fig. 1 die eine Seitenansicht eines Fahrzeuges vom
Lastwagentyp als eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 die Rückansicht
hierzu, Fig. 3 den Schnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 4 in vergrößertem Maßstab,
Fig.4 die eine Seitenansicht eines hinteren Teiles des Fahrzeuges nach Fig.1, wobei
einzelne Teile gemäß Linie 4-4 der Fig. 3 geschnitten dargestellt sind, Fig. 5 den
Schnitt längs der Linie 5-S der Fig. 3, Fig. 6 eine Ansicht von Walzenelementen
in schematischer Darstellung, Fig.7 ein Diagramm der beim Arbeiten der in Fig. 6
unten dargestellten Walze auftretenden Schlupf-und Reibungsfaktoren und Fig.8 die
eine Seitenansicht des Vorderteiles des in Fig.1 dargestellten Fahrzeuges mit voll
eingeschlagener Lenkung.
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Das Fahrzeug besteht aus einer Lastwagenkarosserie 10, an deren hinterem
Ende Stütz- und Antriebsmittel in Form eines Paares an ihrem Umfang angetriebener,
durch ein Fluidum ausdehnbarer Walzen bzw. »Säcke« 11 und an deren vorderem Ende
Stütz-und Lenkmittel in Form einer durch ein Fluidum ausdehnbaren Walze bzw. »Sack«
12 befestigt sind. Die Säcke 11 und 12 bestehen aus gewebeverstärktem Gummi und
sind in ihrer gewölbten Gestalt geformt und vulkanisiert.
Die am
Umfang angetriebenen Walzen 11 am hinteren Ende des Fahrzeuges weisen in Schwingen
13 drehbar gelagerte Achsen 11a auf. Die Schwingen 13 sind mittels Drehzapfen an
Trägern 14 angelenkt, die paarweise nach unten und rückwärts als Teil eines Lagerrahmens
15 in Form eines umgekehrten Kastens abstehen. Der Lagerrahmen ist seinerseits an
der Unterseite der Lastwagenkarosserie 10 befestigt und umschließt den oberen Teil
der durch ein Fluidum ausdehnbaren Walzen 11.
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In jedem Lagerrahmen 15 befindet sich ein Satz von im Bogen längs
des Umfangs der Walze 11 verteilten Lastfibertragungs- oder »Sattel«-Walzen 16 mit
zur Walzenachse 11 a parallelen Achsen, die mit ihren Enden in den Seitenwänden
des Lagerrahmens 15 gelagert sind. Wie Fig. 4 und 5 zeigen, sind die Sattelwalzen
16 so angeordnet, daß sie die von der Walze 11 gestützte Last etwa zu gleichen Teilen
tragen.
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Die an den Fahrzeugseiten einander benachbarten Zapfen 16a der Sattelwalzen
16 ragen über ihre Lager und den Lagerrahmen hinaus und tragen an ihnen befestigte
Kettenräder 17. Jeder Kettenradsatz 17 wird von einer Gelenkkette 18 umhüllt, die
mit den Kettenrädern und einem Spannrad 19 (Fig. 1) im Eingriff steht. Das Spannrad
ist so angeordnet, daß ein möglichst großer Berührungsbogen zwischen der Kette und
den beiden benachbarten Kettenrädern 17 aufrechterhalten wird. Das Spannrad 19 ist
auf einem Wellenstumpf angeordnet, der aus dem Lagerrahmen oder aus einem seitlich
am Lagerrahmen befestigten, nicht gezeichneten Kettenspannerschlitten herausragt.
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Bei jedem der beiden Sattelwalzensätze ist an dem das vorderste Kettenrad
17 tragenden Sattelwalzenzapfen 17a ein zweites Kettenrad 20 (Fig. 1 und 2) befestigt
und über eine Antriebskette 21 mit einem Kettenrad 22 verbunden. Das Kettenrad 22
sitzt an dem Ende einer Achse 23, die vom Fahrzeugmotor her über übliche, nicht
dargestellte Zwischenglieder angetrieben wird.
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Beim Antreiben der Kettenräder 23 im Uhrzeigerdrehsinn gemäß Fig.
1 werden die Säcke 11 entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn gedreht und so das Fahrzeug
vorwärts bewegt, während eine Umkehrung des Antriebes das Fahrzeug rückwärts bewegt.
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Um die für die Lastübertragung und den Antrieb am Umfang erforderliche
Verbindung mit den gewölbten, durch ein Fluidum ausdehnbaren Walzen 11 zu schaffen,
ist jede Sattelwalze 16 gewölbt, und zwar in bezug auf die Form der durch ein Fluidum
ausdehnbaren Walzen 11 derart geformt, daß die einander berührenden Flächen der
beiden Drehglieder auf der ganzen Länge die gleiche Lineargeschwindigkeit haben,
so daß die Sattelwalzen die durch ein Fluidum ausdehnbaren Walzen an jedem Berührungspunkt
am Umfang schlupffrei antreiben.
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Die Sattelwalze ist so gewölbt, daß die Umfangslängen der beiden Drehglieder
in allen Lagen in axialer Richtung längs der Berührungsflächen für den Antrieb am
Umfang im gleichen Verhältnis stehen. Eine Ausnahme sollte lediglich für den Fall
gestattet werden, daß die Zahl der Sattelwalzen wie beirr Ausführungsbeispiel groß
und ihr Umfang relativ zu der durch ein Fluidum ausdehnbaren Walze klein ist. Letztere
wird nämlich dann durch jede Sattelrolle nicht so tief eingedrückt, daß eine nach
außen gerichtete Verlagerung der einzelnen Querschnittsabschnitte der Walzenwandung
verhindert wird, wobei eine solche Verlagerung von der Mitte nach den Enden der
durch ein Fluidum ausdehnbaren Walze hin ständig größer wird, wie es die ungleiche
Versetzung x, x und y, y der senkrecht gestrichelten Linien in Fig. 6 zeigt.
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Die Wichtigkeit des konstanten Verhältnisses der Ouerschnittsumfänge
erhellt daraus, daß bei einem Verhältnis 1:5 (etwa dem in Fig. 6) ein Fehler im
Radius der Sattelwalze von 0,8 mm in einer gegebenen Lage bei jeder Umdrehung der
durch ein Fluidum ausdehnbaren Walze einen erzwungenen Schlupf von etwa 25 mm verursachen
würde.
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Der durch die gewölbte Form der mittels eines Fluidums ausdehnbaren
Walzen bewirkte Bodenberührungsschlupf oder Sattelwalzenschlupf im Fall zylindrischer
Walzen wird durch das Diagramm der Fig. 7 erläutert, auf das später beim Erläutern
der Lenkung noch einmal Bezug genommen werden wird. Dort ist der Umriß eines kugelförmigen
Sackes mit der Drehachse A-B in Aufsicht durch die voll ausgezogene elliptische
Figur und sein bei gerader Fortbewegung den Boden berührender Teil durch die gestrichelte
elliptische Figur mit den Achsen D-E und F-G innerhalb und symmetrisch zu der voll
ausgezogenen Figur dargestellt, so daß die Hauptachse D-E in Richtung eines vertikalen
Längsschnitts durch die Achse A-B und die Nebenachse F-G in Richtung des Mittelquerschnitts
durch die Walze liegt. Mit C ist der Schnittpunkt der Achse D-E und F-G bezeichnet.
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Es sei angenommen, daß die Strecke C-C rechtwinklig zu D-E festgelegt
und ihre Länge gleich dem Umfang des Sackquerschnitts bei C ist, daß die Strecken
D-D' und E-E' gleich dem Querschnittsumfang bei D bzw. E sind und daß entsprechende
Strecken an jeder Stelle längs der Achse D-E für den jeweiligen Querschnittsumfang
festgelegt sind. Dann wird eine symmetrisch gekrümmte Kurve D'-C'-E' gebildet, die
den theoretischen Weg darstellt; den jeder einzelne Punkt auf der Strecke D-E bei
einer vollen Umdrehung des Sackes zurücklegen würde, wenn jede einzelne Umfangslinie
unabhängig von allen anderen umlaufen könnte.
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Die Bauweise des Sackes erzwingt jedoch eine gleichzeitige Drehbewegung
aller Umfangslinien oder -zonen. Wird der Sack in gerader Fortbewegung um eine volle
Umdrehung vorwärts bewegt, so rückt die Achse A-B in die Lohe A'-B' vor, und die
Achse D-C-E - der Bodenberührungsfläche rückt in eine entsprechende Bodenstellung
D"-C"-E" vor und bleibt eine gerade Linie, die die Kurve D'-C'-E' an den Bodenpunkten
0' und P' schneidet.
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Bei einer vollen Umdrehung des Sackes wird daher ein Punkt C seiner
Oberfläche anstatt bis zu einem Bodenpunkt C nur bis zum Punkt C" wandern.
Entsprechend werden die Punkte D und E der Sackoberfläche sich bis auf die Bodenpunkte
D" und E" vorschieben, anstatt nur bis zu den Bodenpunkten D' und E' zu wandern.
Nur die Punkte 0 und P der Sackoberfläche bewegen sich schlupffrei bis zu den Bodenpunkten
0' und P'.
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Demnach stellen die schraffierten Flächen D' O' D"
und
E' P' E" den von den Strecken D-0 bzw. P-E benötigten Teilschlupf in Vorwärtsrichtung
und die schraffierte Fläche 0' C"P' C' 0' den von der Strecke O-C-P
benötigten Teilschlupf in Rückwärtsrichtung dar. Diese schraffierten Flächen ergeben
die Schlupffaktoren der ganzen Strecke D-E.
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Die Schlupffaktoren für die Bodenberührungsfläche D F E G D
lassen sich durch Zusammenfassung der elliptischen Bodenberührungsfläche mit den
Schlupffaktoren der Strecke D-E darstellen, wobei unter Annahme des gleichen Reibungskoeffizienten
auf
der ganzen Sackoberfläche die einander gleichen, durch die Flächen D" M 0'D"
und P' N E" P' dargestellten Vorwärtsschlupffaktoren und der
mittlere, durch die Fläche O'LP'O' dargestellte Rückwärtsschlupffaktor gebildet
werden.
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Diese Zwangsschlupffaktoren stellen einen Energieverlust dar, der
durch Verwendung gewölbter Sattelrollen nach der Erfindung an Stelle zylindrischer
Sattelrollen behoben wird.
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Aus diesem Grunde können die Sattelwalzen zwecks guten Reibungsschlusses
mit dem Sack sowohl bei sehr schwerer als auch bei leichter Fahrzeugbelastung auf
ihrer Gesamtlänge eine rauhe Oberfläche besitzen, wie durch die Punktierung in Fig.6
angedeutet ist.
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Auch die Walze 11 kann, wie in Fig. 6 durch das punktierte Gebiet
zwischen den voll ausgezogenen Linien Z dargestellt ist, nur in ihrem mittleren
Teil eine rauhe Oberfläche und von den Linien Z bis zu ihren benachbarten Enden
hin eine glatte, leicht gleitende Oberfläche aufweisen.
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Dadurch wird der Umstand berücksichtigt, daß die den formerzwungenen,
durch die Flächen D"MO' D"
und P'NE"P' dargestellten Vorwärtsschlupf bewirkende
Kraft gleich der den formerzwungenen, durch die Fläche O' L P' O' dargestellten
Rückwärtsschlupf bewirkenden Kraft und ihr entgegengesetzt gerichtet ist.
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Dadurch, daß gemäß Fig. 6 die Randzonen des Sackes glatt und seine
Mittelzone rauh sind, können ; die nicht gleitenden Punkte O' und P' näher zusammengerückt
werden. Das bedeutet, daß der durch die Fläche O' LP' O' dargestellte Energieverlust
und ebenso der entsprechende, durch die beiden Seitenflächen dargestellte Energieverlust
trotz Flächenvergrößerung wegen des geringeren Reibungskoeffizienten verringert
werden.
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Jede Sattelwalze 16 der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform besteht
aus einem schalenförmigen, hohlen Blechkörper 16 b, der bei 16 c auf innere Endteile
der Walzenstirnzapfen mit Schwalbenschwanz aufgesetzt und damit verschweißt ist.
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Auf die metallische Walzenkörperschale 16b ist eine Oberflächenschicht
16d aufvulkanisiert. Diese Schicht 16 d kann mit Umfangsrillen 16 e oder anderen
Profilierungen ausgestattet sein.
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Die Laufflächenschicht 16d, die nicht federnd zu. sein braucht, kann
aus Reibmaterial, z. B. einem Bremsbelag oder einer Mischung aus grobem Schmirgelpulver
und einem plastischen Stoff, z. B. ; einem Formaldehydkondensationsprodukt, bestehen.
Das Bindemittel muß hart genug sein, um die Teilchen dauernd festzuhalten.
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Jeder Sack 11 weist an seinen Stirnseiten ein Mittenloch mit zwei
anvulkanisierten Klemmringen ; 11b. 11c auf. An der rechten Stirnseite des Sackes
wird die Öffnung in den Klemmringen durch eine Flanschdichtung 11 d und einen mit
der Sackachse 11 a ein Stück bildenden Flansch 11 e verschlossen. Die Flanschdichtung
11 d und der Flansch 11 e sind so i groß, daß sie die Klemmringe 11 b, 11 c überlappen
und mit ihnen durch Bolzen Il f zusammengeklemmt werden können.
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An der linken Stirnseite des Sackes ist die Achse 11a mit einem Flansch
11g versehen, dessen Außen- i durchmesser so klein ist, daß er beim Zusammenbau
der Teile durch die Ringe 11b, 11c an dieser Stirnseite hindurchgeführt werden kann.
Ein Luftverlust an der linken Stirnseite des Sackes zwischen den Klemmringen und
dem Flansch 11g wird durch eine ; Flanschdichtung 111a, eine kreisförmige Klemmplatte
11i und Klemmbolzen 11j verhindert.
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Um das Ausdehnungsmedium in den Sack ein- oder aus ihm herauszuleiten,
ist die Achse 11a hohl ausgeführt, ihre Wand weist Luftlöcher 11 k auf, und sie
selbst ist an jedem Ende mit einem Lufteinlaß-Rückschlagventil 11 e versehen.
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Ein Hauptvorteil der durch diesen Fahrzeugtyp geschaffenen Fortbewegungsart
ist die Fähigkeit eines solchen Fahrzeuges, sich über unebenes Gelände bewegen zu
können. Jedoch kann einem Sack an seiner Verbindungsstelle mit der Nabenanordnung
schwerer Schaden zugefügt werden, wenn die Stirnseite des Sackes, wie in Fig. 3
dargestellt, über ein Hindernis, z. B. einen Felsbrocken 24, hinwegrollt. Ähnliche
Beschädigungen können auch auftreten, wenn das Fahrzeug sich so weit nach einer
Seite neigt, daß die Sacknabe auf dem Boden schleifen kann. Zum Schutze des Nabengebietes
des Sackes sind die Schwingen 13 so weit nach vorn und unten verlängert, daß sie
eine Kufe 25 bilden, die entweder über das Hindernis hinweg- oder auf dem Boden
entlanggleitet und so den Sack im Nabenbereich schützt. Kufen oder andere nabenschützende,
mit Anschlägen versehene Vorrichtungen, wie die nachfolgend beschriebenen Räder,
können den Sack auch beim Luftein- und -auslassen oder bei Überbelastung schützen.
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Das Fahrzeug wird durch ein durch die Sattelwalzen auf die laststützende
Oberfläche des Sackes wirkendes, durch den Pfeil 26 dargestelltes Drehmoment
angetrieben.
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Eine Vergrößerung der Gesamtberührungsfläche und des Gesamtdruckes
zwischen der lasttragenden Oberfläche des Sackes und den Sattelwalzen kann nach
Ermessen des Fahrers mit Hilfe einer Anordnung, z. B. eines Seils 33, ausgeübt werden.
Das Seil ist an einem Schwingenarm befestigt und läuft über Seilscheiben, von denen
eine, 34, von Hand mit Hilfe eines Hebels verstellbar ist, bis zu einem Schwingenarm
auf der anderen Fahrzeugseite.
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Am vorderen Ende des Fahrzeuges ist unter dem Rahmen 10 mit Hilfe
eines Mittelbolzens 35 und Platten 37, 38 ein Lagerrahmen 39 drehbar befestigt,
der den Rahmen 15 am hinteren Ende des Fahrzeuges gleicht. Der Umfang der oberen
Platte 37 ist als Kegelrad ausgebildet, um den Rahmen mit Hilfe eines durch ein
Lenkrad 41 drehbaren Kegeltriebs 40 um den Mittelbolzen drehen zu können.
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In dem Rahmen 39 ist ein Satz nicht angetriebener Sattelwalzen frei
drehbar gelagert, der etwa den getriebenen Sätzen am hinteren Fahrzeugende entspricht.
Die Walzen ruhen auf der Oberseite des Sackes 12. Der Sack weist eine im wesentlichen
den Hinterachsen 11 a entsprechende Achse 42 auf. Die Schwinge 44 dieses Sackes
12 sowie ihre Befestigung entspricht im wesentlichen den anderen Schwingen 13.
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Das besondere Merkmal dieser Laststütz- und Lenk-Anordnung besteht
darin, daß die in der lotrechten Längsmittelebene angeordnete Drehachse des Lagerrahmens
39 nach hinten geneigt ist.
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Infolge dieser Schräglage der Lagerrahmenachse ändert eine Rechts-
oder Linksdrehung der Einheit nicht nur die Ausrichtung des Sackes wie beim üblichen
Lenken eines Fahrzeuges auf gekrümmter Bahn, sondern drückt außerdem das auf der
Innenseite der gekrümmten Bahn gelegene Sackende herab und zwingt das andere, auf
der Außenseite der gekrümmten Bahn gelegene Ende nach oben.
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Eine solche erzwungene seitliche Neigung bewirkt eine Verlagerung
des Sackschwerpunktes relativ zu
den Sattelwalzen und zum Boden
in Richtung auf das zusammengedrückte Ende der Walzen hin.
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Trotz der Verformung von Ouerschnittsumfängen des Sackes gibt dies
dem Sack die Richteigenschaften einer konischen Walze. Dies läßt sich unter Bezugnahme
auf das Diagramm der Fig.7 verdeutlichen, da die seitliche Neigung des Sackes beide
gleitfesten Punkte O` und P' in gleicher Richtung verschiebt. Angenommen, sie seien
beide im Diagramm Fig. 7 nach rechts verschoben, so bewegt sich der gleitfeste Punkt
P' in Richtung auf Stellen des Sackes mit geringerem Umfang und der gleitfeste Punkt
O' in Richtung auf Stellen des Sackes mit größerem Umfang. Da die Punkte O' und
P' gleitfest sind, bewegt sich der Sackteil mit größerem Umfang bei O' schneller
über den Boden hinweg als der Sackteil mit geringerem Umfang bei P'. Dadurch wird
der beim Lenken auftretende Schlupf verringert.
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Die Fig. 1 und 8 sollen auch die Verwendung von Rädern 43 als Schutzmittel
für die Sacknabe zeigen. Jedes in der Schwinge 44 gelagerte Achsende bzw. jeder
Stirnzapfen des Sackes ragt nach außen über sein Lager hinaus und trägt dort drehbar
ein Rad 43.
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Eine teilweise Füllung der Säcke mit einer Flüssigkeit empfiehlt sich
zwecks Erhöhung des Zuges oder beim Eintauchen in Wasser.
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Die gewölbte Form aller Säcke ist nicht nur wegen der einfachen Möglichkeit
von Richtungsänderungen und zur Hervorbringung des Kegelwalzeneffektes beim Vordersack
wichtig, sondern auch im Hinblick auf die Übertragung von Antriebskraft vom mittleren
Teil der Sackvorderfläche auf seine Endzonen bei den hinteren, antreibenden Säcken
und im Falle des vorderen geschobenen Sackes von den Endzonen auf den mittleren
Teil der Sackhinterfläche bei dem vorderen, geschobenen Sack. Dadurch wird der gewölbte
Sack als luftgestützter Träger wirksamer gegen allseitige Biegung gestützt als ein
zylindrischer Sack gleichen Volumens.