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Die Erfindung bezieht sich auf Luftkissenfahrzeuge mit am Fahrzeugumfang
über mindestens zwei gegenüberliegende Bereiche der Fahrzeugperipherie, die den
größeren Teil des Umfanges ausmachen, an der Innenseite der Außenwand im wesentlichen
vertikal verlaufenden Luftförderkanälen mit in Umfangsrichtung sich parallel erstreckenden
Wänden und mit Ansaugöffnungen auf der Oberseite der Fahrzeugperipherie und Ausstoßöffnungen
an der Unterseite zur Erzeugung eines Luftvorhanges und mit im Kanal angeordneten
Förderorganen.
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Bei bekannten Luftkissenfahrzeugen ist ein zentrales Radialgebläse
vorgesehen, bei dem für die auf einem äußeren Ring durchtretenden Anteile der Luft
ein ringförmiger Kanal angeordnet ist, der am Umfang des Fahrzeuges nach unten gerichtet
seine öffnung hat. Die Luftführungen bedecken dabei fast das ganze Fahrzeug. Diese
Fahrzeuge haben den Nachteil, daß der gesamte Fahrzeugkörper als aerodynamisches
System ausgebildet ist und gleichsam erst auf diesem System die Nutzräume, z. B.
Kabinen, untergebracht werden können.
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Es sind aber auch Vorschläge bekanntgeworden, bei denen zentral angeordnete
Gebläse über Leitungen mit an der Peripherie angeordneten Austrittsschlitzen verbunden
sind. Diese Anordnungen haben den Nachteil, daß große Reibungsleistung auf dem Wege
vom Gebläse bis zum Austrittsschlitz verlorengeht.
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Weitere Vorschläge beziehen sich auf Luftkissenfahrzeuge der eingangs
beschriebenen Art mit Austrittsdüsenausbildungep, bei denen die Ansaugung an der
Oberseite und die Ausblasung nach unten hin erfolgt, wobei die Luftförderung durch
Injektionsdüsen erfolgt. Diese konstruktiv elegant erscheinende Lösung weist den
Nachteil auf, daß der Wirkungsgrad solcher Systeme niedrig ist, so daß der Treibstoffverbrauch
solcher Fahrzeuge erheblich ist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine mit gutem Wirkungsgrad in einem
weiten Regelbereich arbeitende Luftfördereinrichtung für ein Luftkissenfahrzeug
vorzuschlagen.
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In Anlehnung an die letztgenannte Ausführungsform und ausgehend von
dem eingangs genannten Fahrzeug sieht die Erfindung vor, daß als Förderorgane Querstromgebläse
mit parallel zu den Kanalwänden gelegener Achse der Gebläseläufer Verwendung finden,
wobei diese Gebläseläufer den Durchströmquerschnitt der Kanäle in jeweils einer
Ebene ausfüllen und als langgestreckte Rotoren ausgebildet sind.
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Im Gegensatz zu allen bekanntgewordenen Ausführungsarten erfordert
diese Gebläseart in der vorgeschlagenen Einbauweise keine Luftumlenkung, so daß
der Gesamtwirkungsgrad des Systems fast mit dem Gebläsewirkungsgrad zusammenfällt.
Querstromgebläse haben, verglichen mit den bisher eingesetzten radiär symmetrisch
beaufschlagten Gebläsen, ein vorteilhafteres Drehmomentverhalten in Abhängigkeit
von der Drosselung. Das bedeutet, daß bei geringer Schwebehöhe der Leistungsbedarf
ohne Änderung der Drehzahl unter dem der bisher verwendeten Gebläse liegt, selbst
wenn die Maximalwirkungsgrade hochaxialer Gebläse beispielsweise etwas günstiger
liegen als die des Querstromgebläses. Ein weiterer Vorteil der Querstromgebläse
liegt in der einfachen Beeinflußbarkeit von Druck und Lieferziffer durch Verlagerung
oder Verschwenkung von parallel zur Gebläseachse verlaufenden Strömungskörpern oder
Leitwänden, die vom Fahrersitz - aus erfolgen kann. Dadurch ist es möglich, durch
Anwendung kleiner Stellkräfte beispielsweise vier Gebläsebereiche unabhängig voneinander
zu steuern, wiederum bei konstant bleibender Drehzahl der Gebläseläufer.
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Die Erfindung sieht vor, daß die Gebläseläufer in bezug auf ihre Längsrichtung
in mehrere Abschnitte unterteilt und dort zwischengelagert sind, da die Biegesteifigkeit
der Läufer und Schaufeln unter der Beanspruchung durch Fliehkräfte und Gravitation
mit der vierten Potenz der Läuferlänge abnimmt.
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Zur Vermeidung überhöhter Torsionsbeanspruchung, die bei vielen axial
verbundenen Läufern hauptsächlich auf die nahe der Antriebseinheit gelegenen Läufer
einwirkt, sieht die Erfindung die Verwendung mehrerer Antriebsstellen vor; wahlweise
wird erfindungsgemäß für jede Antriebsstelle eine besondere Antriebseinheit verwendet.
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Querstromgebläse haben auf Grund ihrer hohen Druckziffer eine wesentlich
geringere Geräuschentwicklung als Axialgebläse; sie erlauben daher eher die Verwendung
hochtouriger Läufer mit kleinem Raddurchmesser. Die Erfindung macht hiervon vorteilhaften
Gebrauch, indem sie an Stelle einzelner Läufer von großem Durchmesser die Verwendung
von zwei oder mehr kleineren Läufern vorschlägt, die radial nebeneinander und mit
ihren Rotationsachsen parallel zueinander angeordnet sind, und die bei gleicher
Fördermenge ein geringeres Gewicht ergeben als ein großes Rad.
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Querstromgebläse werden erfindungsgemäß- nicht nur zur Luftkissenerzeugung,
sondern auch zur Schuberzeugung verwendet. Dies geschieht entweder durch eigene
Gebläse, die am Heck des Fahrzeuges mit ihrer Rotationsachse quer zur Fahrtrichtung
angeordnet sind und deren Ausblasvorrichtung in an sich bekannter Weise der Fahrtrichtung
entgegengesetzt ist, oder durch gleichartig angeordnete Querstromgebläse, für die
ein Austrittskanal vorgesehen ist, der derart ausgebildet ist, daß ein Teil der
austretenden Luft gegen die Fahrtrichtung ausgeblasen wird, während der Rest in
Richtung auf die Unterlage ausgeblasen wird.
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Die Erfindung macht weiterhin vorteilhaften Gebrauch von dem Drosselverhalten
der Querstromgebläse N =f (V), deren Antriebsleistung stark von der
Fördermenge abhängt, indem sie in an sich bekannter Weise eine Drosselvorrichtung
vorsieht, für die entgegen der Fahrtrichtung ausgeblasene Luft, so daß der durch
diese Luft ausgeübte Schub einstellbar ist.
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Erfindungsgemäß werden auch _ die mit ihrer Rotationsachse sich in
Längsrichtung des Fahrzeuges erstreckenden Querstromgebläse zur Vorschuberzeugung
herangezogen, indem wenigstens teilweise Umlenkelemente vorgesehen sind, durch die
die austretende Luft aus ihrer ursprünglich auf die Unterlage gerichteten Blasrichtung
in eine Richtung gegen die Fahrtrichtung abgelenkt wird.
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Die Erfindung sieht auch vor, die Umlenkelemente beweglich auszubilden,
so daß sie als vom Fahrersitz aus verstellbare Drosselvorrichtung für den umgelenkten
Luftstrom wirken.
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Schließlich werden erfindungsgemäß die auf einzelne Bereiche der auftriebs-
und/oder vortriebserzeugenden Gebläse wirksam werdenden Drosselvorrichtungen in
an sich bekannter Weise so miteinander
gekoppelt, daß das Fahrzeug
durch sinngemäßes Zusammenspiel der Drosselelemente Verschwenkungen um die Hoch-
und/oder Längsachse erfährt, die vom Fahrersitz aus gesteuert werden.
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Die Erfindung wird an Hand der Figuren, in denen einige typische Ausführungsbeispiele
dargestellt sind, näher erläutert: In F i g. 1 ist perspektivisch ein Luftkissenfahrzeug
dargestellt. Dieses Fahrzeug ist zur Personenbeförderung eingerichtet und weist
im Fahrgastraum Sitze 1 und 2 auf. An drei Stellen ist das Fahrzeug aufgebrochen
dargestellt, damit die das Luftkissen erzeugenden Querstromgebläse sichtbar werden.
Wie an diesen Stellen erkenntlich, sind zwei Gebläseläufer 3 und 4, die aus mehreren
Abschnitten 5 und 6 bestehen, mit ihrer Rotationsachse parallel zueinander und parallel
zur Kanalwand 7 des Fahrzeuges, die hier eine Seitenwand darstellt, in dem Kanal
7a, den Durchströmquerschnitt in einer Ebene ausfüllend, angeordnet. Für diese Gebläse
ist eine gemeinsame Antriebseinheit 8 vorgesehen, an der auch noch weitere Gebläse
angekoppelt sein können, die in Verlängerung der Gebläseläufer 3 und 4 auf der anderen
Seite des Triebwerkes angeordnet sein können. Am Bug des Fahrzeuges ist ein Gebläseläufer
9 sichtbar, der zu einer Gebläseeinheit gehört, die sich mit ihrer Rotationsachse
parallel zur Vorderfront des Fahrzeuges erstreckt. Dieser Gebläseläufer ist in zwei
Abschnitte unterteilt. Zwischen diesen beiden Abschnitten ist bei 10 der gemeinsame
Antriebsmotor angeordnet. Am Heck des Fahrzeuges sind zwei Gebläseläufer
11 und 12 sichtbar, die zu Gebläsen gehören, die sich mit ihrer Rotationsachse
parallel zueinander und parallel zum Heck des Fahrzeuges erstrecken. Auch jedes
dieser Gebläse besteht aus zwei Abschnitten, und zwischen diesen ist in der Mitte
bei 13 eine Antriebseinheit für beide Gebläse vorgesehen. Bei den Gebläsen handelt
es sich um Querstromgebläse, bei denen zur Luftförderung ein als langgestreckter
Rotor ausgebildeter Trommelläufer vorgesehen ist, der am Umfang mit Schaufeln besetzt
ist. Die Luft tritt zweimal durch die Beschaufelung hindurch. Zum Ansaugen der Luft
sind an der Oberseite des Fahrzeuges Ansaugkanäle 14 bis 18 vorgesehen. Auf der
Unterseite des Fahrzeuges sind entsprechende Ausblaskanäle 19, 20 und 22 vorgesehen.
Diese Ausblaskanäle erstrecken sich in der gleichen Weise wie die Gebläseachsen
parallel zu den Seitenkanten des Fahrzeuges. Wie an dem an der vorderen linken Ecke
des Fahrzeuges sichtbaren Ausschnitt erkenntlich, sind für die parallel zueinander
gelegenen seitlichen Gebläseläufer 3 und 4 zwei Austrittskanäle vorgesehen, die
durch eine Trennwand 26 voneinander getrennt sind. Diese hat an ihrem oberen Ende
eine Kontur, die im Zusammenwirken mit dem Trommelläufer zur Bildung einer Strömungsverteilung
entsprechend der Feldströmung eines Potentialwirbels führt. Die gleiche Funktion
übernimmt für den Gebläseläufer 4 die zweite Kanalwandung, nämlich die Wandung 24
der Fahrzeugkarosserie.
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An Stelle der beiden parallelgeschalteten Gebläseläufer 3 und 4 kann
auch ein einziges Gebläse vorgesehen sein. Ein solches Gebläse wäre aber auf die
Längeneinheit bezogen schwerer als zwei Gebläse von etwa dem halben Durchmesser
und gleicher Umfanggeschwindigkeit. Bei sehr großen Fahrzeugen können, wie in F
i g. 2 dargestellt, auch drei und mehr Gebläse parallel geschaltet sein. Zur Erzeugung
des Schubes sind Gebläseläufer 11
und 12 am Heck des Fahrzeuges so angeordnet,
daß ein Schub in Fahrtrichtung erzeugt wird. Durch mit geringen Stellkräften verschwenkbare
Leiteinrichtungen, die parallel zur Läuferachse angeordnet sind, lassen sich die
Durchsatzmengen der einzelnen Gebläsebereiche in weiten Grenzen verändern, so kann
auch der Schub des Vortriebsgebläses in seiner Größe reguliert werden, indem der
Durchsatz mehr oder weniger gedrosselt wird. Für diesen Zweck ist eine Drosselklappe
25 vorgesehen, die, gesteuert von einem Steuerorgan am Fahrersitz, in den Bereich
der aus dem Gebläseläufer 12 austretenden Luft mit der Blasrichtung 21 geschoben
werden kann, und zwar so weit, daß der Schub im Grenzfall zu Null wird. Auf diese
Weise wird die Fahrgeschwindigkeit beeinflußt.
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In F i g. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt, das wahlweise
zur Beförderung von Personen oder zur Beförderung von Lasten vorgesehen ist. Die
Gebläse sind bei diesem Ausführungsbeispiel entsprechend dem in F i g. 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel angeordnet. Unterschiedlich ist lediglich, daß an den Seiten
und am Heck statt wie bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel hier
drei Gebläse parallel geschaltet sind. Für den Vorschub sind die beiden Heckgebläse
30 und 31 vorgesehen. Zur Steuerung des Schubes ist die Drosselklappe 32 vorgesehen,
die wahlweise in den Austrittskanal 33 des Gebläses 30 und in den Austrittskanal
34 des Gebläses 31 geschaltet werden kann, so daß im Grenzfall beide Gebläse vollständig
gedrosselt sind. In der dargestellten Schaltstellung der Drosselklappe sind die
beiden Gebläse 30 und 31 ungedrosselt, haben demzufolge maximalen Schub.
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In F i g. 3 ist ausschnittsweise ein Ausführungsbeispiel gezeigt,
das in den nicht dargestellten und beschriebenen Details im wesentlichen so ausgebildet
ist wie das in F i g. 1. Lediglich zur Schuberzeugung sind bei diesem Ausführungsbeispiel
andere Mittel vorgesehen, wie sie im folgenden näher beschrieben werden sollen.
Der in Fahrtrichtung gesehen auf der rechten Seite befindliche Gebläseläufer 35
bildet mit dem Leitkörper 36 und der Leitwand 40 zusammen ein Querstromgebläse.
Der Leitkörper 36 ist um seine Lagerung 38 schwenkbar, derart, daß das freie Ende
des Leitkörpers 36 mehr oder weniger dicht an den Umfang des Gebläseläufers 35 herangebracht
werden kann. Von der Stellung dieses Leitkörpers ist die Ausbildung der Potentialwirbelströmung
und damit die Größe des Durchsatzes abhängig. Es läßt sich also durch Verschwenken
des Leitkörpers 36 in Richtung des Doppelpfeiles 39 um die Lagerung 38 der Durchsatz
durch das Gebläse und damit die Größe des erzeugten Schubes und damit der hierdurch
bewirkte Bodenabstand des Fahrzeuges regulieren. Im Austrittskanal für das Gebläse
befindet sich als Strömungsteiler die Profilnase 37, durch die ein Teil der Strömung
in das Schaufelgitter 41 geleitet wird. Dieses Schaufelgitter 41 besteht
aus einer Reihe von parallelen Schaufeln, die diesen außenliegenden Kreis in Richtung
gegen die Fahrtrichtung umlenken, so daß hierdurch ein Schub in Fahrtrichtung erzeugt
wird, dessen Größe von der Größe des abgezweigten Durchsatzes abhängig ist. Diese
Größe läßt sich durch Verschwenken des Strömungsteilers 37 regulieren. Diese Verschwenkung
und die des Leitkörpers 36 erfolgt zweckmäßigerweise von einem entsprechenden
Steuerorgan
am Fahrersitz. Die beiden Steuerorgane sind dabei zweckmäßigerweise so gekoppelt,
daß durch eines der Organe der Schub reguliert werden kann, ohne daß dabei der Hub
geändert wird, und daß durch das andere Organ der Hub geändert werden kann, ohne
daß dadurch der Schub geändert wird. Der Einsaugkanal 42 für den Gebläseläufer 35
ist durch ein Gitter, bestehend aus mehreren Stäben 43, gesichert gegen den Eintritt
grober Teile, die das Gebläse beschädigen könnten.
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Eine andere Anordnung, zu dem gleichen Zweck wie in F i g. 3 dargestellt,
wird an Hand der F i g. 4 erläutert. Unter 4 a ist teilweise ein Luftkissenfahrzeug
dargestellt, bei dem ein in Fahrtrichtung gesehen auf der rechten Seite gelegenes
Gebläse sichtbar ist. Unter 4 b ist die gleiche Anordnung im Schnitt A-A und unter
4 c im Schnitt B-B aus F i g. 4 b dargestellt. Der Gebläseläufer 45 saugt die Luft
von oben durch ein Gitter 46 an und bläst diese in Richtung auf die Unterlagen gemäß
den Pfeilen 47 aus. Der Austrittskanal ist nach außen hin begrenzt durch ein Schaufelgitter
48, das eine Vielzal von parallelen Schaufeln 49 aufweist, die oben an einem Längsträger
50 gelagert sind, der gleichzeitig Strömungskörper für den Gebläsekörper
45 ist. Die Schaufeln 49 sind dabei derart gestellt, daß ein gewisser Luftanteil,
der gemäß den Pfeilen 51 abgelenkt aus dem Hauptstrom durch dieses Gitter hindurchtritt
- also gegen die Fahrtrichtung -, gemäß den Pfeilen 51' abgelenkt wird. Durch diesen
abgelenkten Luftstrom wird ein Schub erzeugt, der das Fahrzeug vorwärts bewegt.
Die Größe dieses Schubes kann durch Mittel, wie sie im Zusammenhang mit den anderen
Ausführungsbeispielen beschrieben sind, reguliert werden.
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Bei den Methoden zur Schuberzeugung, wie sie an Hand der F i g. 3
und 4 erläutert wurden, wird der Schub auf beiden Seiten des Fahrzeuges erzeugt.
Ist er auf der einen Seite stärker als auf der anderen Seite, dann erfährt das Fahrzeug
ein Drehmoment um die Hochachse und ändert seine Fahrtrichtung. Es sind daher in
Kombination mit den beschriebenen schuberzeugenden Mitteln gemäß F i g. 3 und 4
Mittel vorgesehen, um durch Verstellen der Schubgrößen auf beiden Seiten die Fahrtrichtung
steuern zu können. Zweckmäßigerweise erfolgt diese Einstellung durch eine derartige
Kopplung der Verstellmittel für beide Seiten, daß sich die Fahrtrichtung ändern
läßt, ohne daß dabei die Vorwärtsschubkomponente geändert wird. Das heißt, daß automatisch
bei Änderung der Fahrtrichtung eine Kompensation für den Vorwärtssehub wirksam wird.
Zu diesem Zweck kann beispielsweise eine Kopplung derart vorgesehen sein, daß beispielsweise
bei Steuerung nach links der Schub auf der linken Seite schwächer wird und der Schub
auf der rechten Seite stärker wird in dem Maße, daß der Gesamtvorwärtsschub konstant
bleibt und zusätzlich ein Drehmoment nach links ausgeübt wird. Zur Stabilisierung
des Fahrzeuges können außerdem Kopplungen vorgesehen sein, daß der Hub auf der linken
oder rechten Seite derart reguliert wird, daß bei Steuerung des Fahrzeuges in eine
neue Richtung sich das Fahrzeug auf der Außenseite der Kurve anhebt.
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Zur Erzeugung des Vortriebes kann neben den bereits geschilderten
Mitteln oder an Stelle derselben auch je ein zentrales Gebläse, wie bei dem in F
i g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ersichtlich, vorgesehen sein, das im spitzen
Winkel zur Horizontalen angeordnet ist.
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Bei dem in F i g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Unterlage,
beispielsweise die Straßendecke, mit 52 bezeichnet. über diese Unterlage 52 schwebt
das Fahrzeug, das im übrigen wie das in F i g. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel
ausgebildet sein kann. Es weist gegebenenfalls zusätzlich oder an Stelle der bei
dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel im Heck angeordneten Gebläseläufer
11 und 12 den Gebläseläufer 53 auf, der aus sechs Abschnitten besteht und von einem
Motor 54 angetrieben wird. An den Stellen 55 und am Ende 56 ist der Gebläseläufer
gelagert. In dem nach unten weisenden und außenliegenden Ausblaskanal befindet sich
ein Schaufelgitter 57, dessen Schaufeln nach hinten derart gekrümmt sind, daß die
austretende Luft gegen die Fahrtrichtung gemäß den Pfeilen 58 abgelenkt wird,
so daß hierdurch ein Schub auf das Fahrzeug in Fahrtrichtung ausgeübt wird. Die
Größe dieses Schubes ist zweckmäßigerweise wie bei den übrigen Ausführungsbeispielen
gegebenenfalls in Kombination mit dem durch die nicht dargestellten Vorrichtungen
zur Steuerung des Hubes und der Fahrtrichtung einstellbar.