DE2001831A1

DE2001831A1 - Nach dem Luftkissenprinzip arbeitende lasttragende Vorrichtung mit einem Steuersystem fuer den Kissendruck

Info

Publication number: DE2001831A1
Application number: DE19702001831
Authority: DE
Inventors: Young Michael Arthur Bennett; Dunsmuir George Haining
Original assignee: British Hovercraft Corp Ltd
Current assignee: British Hovercraft Corp Ltd
Priority date: 1969-01-21
Filing date: 1970-01-16
Publication date: 1970-10-22
Also published as: US3648799A; GB1258191A; FR2033251A7; CA930700A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine lasttragende Vorrichtung, die während des Betriebes von wenigstens einem mindestens teilweise von einem Kissenabschlussbauteil begrenzten Strömungsmittel- bzw. Druckgaskissen frei über der Oberfläche, über die die Vorrichtung bewegt wird, schwebend gehalten wird und die ein Drucksteuersystem für das bzw. die Kissen aufweist. Vorzugsweise befasst sich die Erfindung mit einer von Luftkissen getragenen Materialtransportvorrichtung.

Man hat festgestellt, dass sich schädliche Schwingungen in dem Strömungsmitteltragsystem und innerhalb der Kammer, die durch die aufblasbaren Strömungsmitteltragkissen definiert ist, ausbilden können, was dazu führt, dass die die Last tragende Plattform bei Zunahme der Amplitude dieser Schwingungen Schlägen bzw. Prellerscheinungen mit schädlichen Frequenzen unterworfen wird.

Ziel der Erfindung ist es, diese schädlichen Einflüsse zu vermeiden und damit den Betrieb solcher lasttragender Paletten zu verbessern.

Gemäß der Erfindung wird dies mit Hilfe eines Steuersystemes erreicht, das eine Abfühlvorrichtung, die Druckschwankungen innerhalb des tragenden Kissens bzw. der Kissen abfühlt, wenigstens ein Strömungsmittelelement, in welchem ein Hauptstrom zu einer oder mehreren Auslassöffnungen durch Zusammenwirken mit dem Steuergebläse geführt wird, wenigstens eine Strömungsmittelsteuerdüse und eine Ventilanordnung zur Steuerung des Strömungsmittelstromes in das oder die Tragkissen aufweist. Damit wird eine Steuerung der Druckänderungen innerhalb des bzw. der Tragkissen erreicht.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Strömungsmitteltragsystem (Gas- bzw. Luftkissentragsystem) mit einer Lasten tragenden Plattform vorgeschlagen, bei der ein oder mehrere Strömungsmitteltragkissen unterhalb der Plattform ausgebildet sind, bei der eine Leitung druckaufgeladenes Strömungsmittel in das bzw. die Tragkissen einführt, bei der ferner eine Ventilanordnung in Verbindung mit der Leitung zur Steuerung des Durchflusses durch die Leitung vorgesehen ist, bei der eine Abfühlvorrichtung lagemäßig auf die Druckänderungen anspricht, die innerhalb der Strömungsmitteltragkissen auftreten, und bei der eine Strömungsmittelsteuervorrichtung Signale aus der Abfühlvorrichtung zur Steuerung der Arbeitsweise der Ventilanordnung auswertet.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein einfaches Steuersystem für eine einzige Gaskissenpalette,

Fig. 2 eine andere Ausführungsform eines Steuersystems für eine Gaskissenpalette mit mehreren Gaskissen, und

Fig. 4, 5 und 6 weitere Ausführungsbeispiele von Gaskissentragvorrichtungen, insbesondere Luftkissenfahrzeugen, bei denen das Steuersystem gemäß der Erfindung angewendet wird.

Nach Fig. 1 weist eine Plattform 1 einer Gaskissenpalette eine Membran 2 aus flexiblem Material auf, die an der Unterseite durch luftdichte Verbindungen an den Stellen 3 und 4 befestigt ist. In der Darstellung nach Fig. 1 ist nur die Hälfte einer Luftkissenanordnung gezeigt, und die Membran 2 ist symmetrisch um eine Mittellinie 5 angeordnet, so dass der Befestigungspunkt 3 im Mittelpunkt der Membran und der Befestigungspunkt 4 am Umfang der Membran liegt.

Die Membran besteht aus einem beliebigen, flexiblen, undurchlässigen Material, z.B. Gummi, Neopren oder Polyurethan, und ist in eine gewundene Gestalt mit Windungen konzentrisch zum mittleren Befestigungspunkt 3 geformt. Die Windungen teilen den Gasraum oberhalb der Membran in eine Anzahl von konzentrischen, ringförmigen Räumen, wenn die Membran eingezogen ist.

Gas bzw. Luft mit Überatmosphärendruck wird in den Raum zwischen der Membran 2 und der Plattform über eine Speiseleitung 11 und die Mündung 6 eingespeist. Eine Mündung 7 in der Membran 2 ergibt einen Durchtritt für das Gas in den Kissenraum 8.

Wenn die Gaszufuhr abgeschaltet wird, ruht die Plattform 1 auf Stützen 9 oberhalb der Grundlinie 10. In diesem Zustand ist das Gas auf jeder Seite der Membran 2 auf Atmosphärendruck und die Membran nimmt ihre gewundene Gestalt an, wobei die Windungen etwa in gleichem Abstand oberhalb und unterhalb einer geraden Linie verlaufen, die den mittleren Befestigungspunkt und den Umfangspunkt 4 miteinander verbindet, und ist somit vom Boden abgehoben.

Das Strömungsmittelsteuersystem, das in Verbindung mit einer derartigen Gaskissenanordnung verwendet wird, weist einen einzigen proportional wirkenden Verstärker 13 auf. Dieser Verstärker kann natürlich von herkömmlicher Bauweise sein, da zahlreiche geeignete Ausführungsformen zur Verfügung stehen, z.B. vollbelüftete, Strahlzwischenwirkungs-Trägerauslenkverstärker, belüftete Druckzwischenwirkungs-Trägerauslenkverstärker, Wandbefestigungsvorrichtungen und Vortex-Verstärker usw.

Es ist in der Zeichnung nur ein Element dargestellt, es können jedoch auch mehrere Elemente verwendet werden, um eine weitere Verstärkung von Ausgangssignalen zu erzielen, wobei eine erforderlich werdende Rückkopplungsstabilisierung vorgesehen wird.

Das grundlegende Problem, das gelöst werden soll, liegt in dem durch die Plattform, die Membran und den Boden festgelegten Druckbereich. Wenn der Kissendruck zunimmt, wird das Strömungsmittel bei einem bestimmten Druckwert aktiv, d.h. es wird eine schädliche Oszillation innerhalb des Strömungsmitteltragkissens erzeugt. Der Druck, bei dem dies der Fall ist, kann von vielen Veränderlichen abhängen, z.B. von dem Gewicht, das von der Plattform aufgenommen wird, dem Abstand über dem Boden, der Lage des Massenmittelpunktes usw. Wenn im Betrieb diese Schwingung oder dieser Stoß auftritt, wird eine Druckschwankung innerhalb der Kammer 14 durch eine Druckabfühleinrichtung, die von herkömmlicher Bauweise sein kann, abgefühlt; in dem dargestellten

Ausführungsbeispiel wird eine Pitotabfühleinrichtung 15 verwendet.

Die Strömungsmittel werden mit Betriebsgas aus einer Anzapfung 16 in die Hauptspeiseleitung 11 eingespeist, der Gasstrom wird zuerst bei 17 gefiltert, bevor er durch die Speiseleitungen 18, 19 und 20 in den Strömungsmittelverstärker
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gelangt. Die Druckleitung 18 führt auch einen Druckstrom in die Pitotabfühleinrichtung 15 bei Speisedruck ein. Dies gewährleistet, dass keine Staub- oder Schmutzpartikel von dem Kissenbereich durch die Leitung 18 zurück in das Strömungsmittelsystem gelangen können. Jede schädliche Pulsation innerhalb des tragenden Kissens überträgt Druckwellen über die Abfühleinrichtung 15, die Leitung 18 und die Steuerleitungen 21 und 22 zur Steuerung von Düsen 23 und 24 des Elementes 13.

Aufgrund der Verzögerung, die durch die Kapazität 25 in die Steuerleitung 21 eingeführt wird, beeinflusst die Druckwelle die Steuerdüse 23 vor der Steuerdüse 24. Bei dieser Ausführungsform wird ein einstellbarer Vorspanndruck dauernd über die Leitung 20 und die veränderliche Drosselstelle 26 eingeführt und speist die Steuerdüse 27. Diese Vorspannung lenkt zu Beginn den Leistungsfluß aus der Leistungsdüse 28 über den Auslaß 29 aus, der die Kammer 30 in einem doppelt wirkenden Steuerventil 31 speist, damit dieses Ventil in einem offenen Zustand gehalten wird. Das Ventil wird so voreingestellt, dass unter normalen Betriebsbedingungen ein Schalten des Elementes nicht stattfinden kann, dass aber unmittelbar nach Auftreten eines Stoßes die Druckwelle durch die Steuerdüse 23 diese Vorspannung überwindet und den Leistungsstrom so schaltet, dass er durch den Auslaß 32 fließt. Der Strom gelangt dann durch die Leitung 33 und speist die Kammer 34 des Ventiles 31, welches sich zu schließen versucht und den Fluß von druckaufgeladenem Gas durch die Leitung 11 vermindert.

Dieser Teilabfall im
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reicht aus, um diese "Stoß"-Eigenschaft zu eliminieren, und trägt im Anschluß daran zur Steuerung des Tragkissens
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Wie der Fig. 1 entnommen werden kann, wird das System
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über die Drosselstellen 37 und 38 belüftet. Dies verhindert, dass Rückdrücke den Wirkungsgrad des Elementes
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herabsetzen. Die Drosselstellen 39 und 40 sind in den Steuerleitungen 21 und 22 angeordnet, damit sie den Steuerfluß
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sie können aber auch weggelassen werden oder es können andere Elemente in die Schaltung eingeführt werden.

Bei einer mehrere Kissen umfassenden Anordnung kann ein solches System, das mit einem der Tragkissen zusammenfällt, ausreichend sein, um einen entsprechenden Stoß zu überwinden, eine weiterentwickelte Anordnung lässt sich jedoch der Fig.

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entnehmen. Es ist eine vier Kissen umfassende Schwebepalette dargestellt, das erste Element 45 eines dreistufigen proportional wirkenden Verstärkers kann Druckschwankungen von dem Kissen 41 und 42 ähnlich wie in Verbindung mit dem Element 13 nach Fig. 1 abfühlen. Die Druckschwankungen, die in dem Kissen 43 oder 44 auftreten, werden von Elementen 46 und 47 abgefühlt. Der gewählte Vorspanndruck wirkt zweckmäßigerweise auf das Element 47, so dass das Ventil 31 in der geöffneten Stellung gehalten wird.

Bei diesem System übernimmt eines der drei Elemente die Steuerung, unabhängig davon, in welchem Kissen ein Stoß auftritt.

Ein drittes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 gezeigt; dort wird ein einziges Strömungsmittelelement 48 verwendet. Der Unterschied dieses Systems gegenüber den vorbeschriebenen ist darin zu sehen, dass das Element nicht die Druckänderung innerhalb des Gaskissens ab fühlt, sondern die Bewegung einer abgefederten Masse 49 in bezug auf vertikale Schwingungen der

Plattform 1 abfühlt, die durch Druckänderungen innerhalb des Tragkissens verursacht werden.

Wenn die Lastpalette einen Stoß erfährt, schwingt die Masse 49 auf ihrer Federbefestigung 50 mit der gleichen Frequenz. Dadurch wird der Spalt 51 zwischen einem Ventil 52 und seinem Sitz 53 verändert. Der Anfangsspalt wird durch eine kleine Feder 54 aufrechterhalten. Das Element 48 erhält, wie bei den vorausgehenden Ausführungsbeispielen, seine Energie aus einer Anzapfung der Hauptspeiseleitung über die Speiseleitung 55 zur Leistungsdüse 56. Steuerleitungen 57 und 58 sind von der Haupteinspeisung über zwei Drosselstellen 59 und 60 angezapft. Die Drosselstelle 60 ist einstellbar ausgebildet, so dass sie einen Vorspannsteuerfluß zur Steuerdüse 61 ergibt, wobei der Leistungsfluß durch den Auslaß 62 unverzüglich geschaltet wird, um die Betätigungsvorrichtung bzw. das Ventil 31 offen zu halten. Wenn die Masse 49 mit einer kritischen Frequenz schwingt, werden Impulse, die am Ventil 52 erzeugt werden, zur Steuerdüse 63 übertragen, die die Vorspannung durch die Steuerdüse 61 hindurch überwindet und den Leistungsfluß durch den Auslaß 64 hindurchschaltet. Dieses Signal versucht dann die Betätigungsvorrichtung 31 zu schließen und den Hauptspeisefluß zu den Tragkissen zu vermindern.

Erforderlichenfalls können zusätzliche Verstärkungsstufen, die Rückkopplungsschaltungen, Widerstände und weitere Akkumulatoren aufweisen, vorgesehen werden.

Das Ventil 31 ist getrennt von dem Steuerventil der Hauptspeiseleitung dargestellt, das durch den die Palette Bedienenden betätigt wird. Dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, weil die Signale aus dem Verstärker auch direkt in das Steuerventil der Hauptspeiseleitung eingespeist werden können, wobei die erforderliche Steuerung ohne ein zusätzliches Ventil durchgeführt wird.

Das Hauptventil kann eine Sicherheitsanordnung sein, die sich für ein einfaches Strömungsmittelsystem, wie das dargestellte, gut eignet. Anstelle des beschriebenen Strömungsmittelelementes kann auch jede andere Art von Strömungsmittelelement verwendet werden.

Die Figuren 4, 5 und 6 veranschaulichen, dass das Steuersystem nach vorliegender Erfindung auch bei anderen Gaskisseneinrichtungen als bei einfachen Lastpaletten angewendet werden kann.

In Fig. 4 ist ein Luftkissenfahrzeug gezeigt, bei dem das Tragkissen durch eine flexible Schürze 70 begrenzt und in eine Anzahl getrennter Kammern 71 über in Längsrichtung und seitlich verlaufende Wandteile 72 und 73 geteilt ist. Das Steuersystem würde vorzugsweise eine in jeder Kammer angeordnete Druckabfühleinrichtung aufweisen, und die Strömungsmittelanordnung würde ähnlich der nach Fig. 2 sein.

In Fig. 5 ist ein Schwebefahrzeug mit mehreren Tragkissen dargestellt. Dabei wird Druckluft in jedes Luftkissen 74 eingespeist, das durch ein Schürzenbauteil begrenzt ist. Abfühleinrichtungen können innerhalb eines jeden Kissenbereiches vorgesehen werden, wie vorstehend erwähnt ist.

In Fig. 6 ist ein Luftkissenfahrzeug gezeigt, das nach dem Schwebepalettenprinzip arbeitet und das längs einer Bahn geführt wird. Bei der gezeigten Anordnung wird die Abstützung durch membranartige Paletten 75 vorgenommen; diese können sich über die gesamte Länge des Fahrzeuges auf jeder Seite erstrecken, oder aber das Tragsystem kann eine große Anzahl solcher Tragmembrane aufweisen. Das Steuersystem gemäß der Erfindung stabilisiert das Fahrzeug und hält eine gleichmäßige Verteilung des Strömungsmediums für jedes Tragkissen aufrecht.

Die drei vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele sind in Verbindung mit Schwebepaletten erläutert worden, das erfindungsgemäße System kann jedoch auch für große Luftkissenfahrzeuge, Bodeneffektmaschinen oder geführte Luftkissenfahrzeuge, insbesondere solche mit einer Vielzahl von unabhängigen Luftkissen, oder in einzelne Kammern aufgeteilte Luftkissen angewendet werden.

Claims

1. Lasttragende Vorrichtung, die während des Betriebes von wenigstens einem mindestens teilweise von einem Kissenabschlussbauteil begrenzten Strömungsmittel- bzw. Druckgaskissen frei über der Oberfläche, über die die Vorrichtung bewegt wird, schwebend gehalten wird und die ein Drucksteuersystem für das bzw. die Kissen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersystem folgende miteinander zusammenwirkende Teile besitzt: Eine Abfühlvorrichtung (15; 52), die Druckschwankungen innerhalb des tragenden Kissens bzw. der Kissen abfühlt, wenigstens ein Strömungsmittelelement (13), in welchem ein Hauptstrom (28) zu einer oder mehreren Auslassöffnungen (29, 32) durch Zusammenwirken mit dem Steuergebläse geführt wird, wenigstens eine Strömungsmittelsteuerdüse (24) und eine Ventilanordnung (31) zur Steuerung des Strömungsmittelstromes in das oder die Tragkissen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfühlvorrichtung (15) innerhalb des Raumes angeordnet ist, der durch die Plattform und den Kissenabschlussbauteil (2) begrenzt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfühlvorrichtung (52) auf vertikale Schwingungen der Plattform (1) anspricht, die durch Druckänderungen innerhalb des Tragsystems verursacht werden, und Signale, die die Druckschwankungen anzeigen, in das Steuersystem überträgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfühlvorrichtung (52) über eine erste Feder (50) frei auf der Plattform (1) angeordnet ist und eine federbelastete Ventilvorrichtung (51, 52, 53, 54) sowie eine Strömungsmittelzuführvorrichtung (55, 58), die die Abfühlvorrichtung mit dem Strömungsmittelelement (48) und einer Druckströmungsmittelquelle verbinden, aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Luftkissenfahrzeug mit in Kammern unterteiltem Luftkissen ist, und dass die Abfühlvorrichtung zum Abfühlen von Druckänderungen wenigstens in einer Kammer des Tragkissens angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer Vielzahl von getrennten Luftkissen (74) zwischen dem Boden und der Unterfläche des Fahrzeuges besteht, wobei jedes Luftkissen in an sich bekannter Weise wenigstens teilweise durch eine Schürze aus flexiblem Material begrenzt ist, die von der Unterseite des Fahrzeuges nach abwärts hängt, und wobei jedes Luftkissen ferner unabhängig mit Druckluft aus einer auf dem Fahrzeug angebrachten Speisequelle versorgt wird, und dass die Abfühlvorrichtung des Drucksteuersystems wenigstens einem der Luftkissen zugeordnet ist.