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Luftschiff
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Priorität: 31. Dezember 1975 in Frankreich Anmelde-Nr. 75-40237 und
4. Februar 1976 in Frankreich Anmelde-Nr. 76-03086 Die Erfindung betrifft Luftschiffe
und zwar insbesondere solche Luftschiffe, die einen starren inneren Rahmenaufbau
haben.
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Luftschiffe oder Zeppeline sind vor vielen Jahren in einer großen
Vielzahl unterschiedlicher Formen entwickelt worden.
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Als Luftschiffe ursprünglich entwickelt wurden, bestand wegen
ihrer
großen Kapazität zum Anheben und Transportieren schwerer Gewichte ein großes Interesse
für sie. Schwierigkeiten im Aufbau und Fehlschläge gewisser berühmter ursprünglicher
Luftschiffe führten zu einem gewissen Verlust an Interesse an dieser Art Flugzeug.
Das Problem bei diesen früher vorgeschlagenen l.uftzeugen, wie z, B. Kleinluftschiffe
ohne bauliche Unterstützung besteht darin, daß im Palle eines Fehlers in der Gashülle
der ganze Aufbau seine Form verliert und zusammenfällt. Deshalb führt ein Brechen
oder Reißen der äußeren Haut oder der Traggashülle zu einem katastrophalen Fehlschlag
des Luftfahrzeugs. Außerdem ist es bei den früher vorgeschlagenen Arten von Kleinluftschiffennicht
möglich, die Maschinen oder Motoren an der Seite des Kleinluftschiffes zu befestigen.
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Stattdessen müssen die Motoren an der Kabine befestigt werden, die
unter dem Kleinluftschiff hängt, und dies führt zu wenig zufriedenstellenden und
unerwünschten Luftströmungen gegen die Seiten des Kleinluftschiffes, insbesondere
beim vertikalen Steigen, wodurch das Gewebe, aus welchem das Kleinluftschiff hergestellt
ist, delaminiert oder schichtgespaltet werden kann.
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Einige dieser Preme hat man in der Vergangenheit durch starre Luftschiffaufbauten
überwunden. Die bei diesen Luftschiffen verwendeten starren Konstruktionen sind
jedoch allgemein relativ komplex gewesen und erforderten große Durchzüge oder Träger
und Haltedrähte, so daß ihre Herstellung und Produktion relativ teuer sind. Insbesondere
sind solche Anordnungen oder Konstruktionen in der Herstellung arbeitsintensiv,
und es war
bislang daher nicht praktisch, solche Luftschiffe auf
wirtschaftliche Weise herzustellen. Starre Luftschiffgefüge haben jedoch den Vorteil,
daß überzählige Gastragkammern vorgesehen werden können, so daß nach Ausfall einer
Kammer nicht die gesamte Konstruktion zusammenfällt.
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Fine andere Schwierigkeit, die sich bei hislang entwickelten Luftschiffkonstruktionen
ergeben hat, besteht in der Tatsache, daß wegen der sehr großen Maße, in welchen
diese Luftschiffe gebaut werden, es sehr schwierig ist, das Luftschiffverstärkungsgefüge
mit einer Hülle abzudecken, ohne örtliche Eindrückungen oder Vertiefungen Schlaff«tzerden
oder übermäßige Zugbeanspruchungen in der Membran zu erhalten. Folglich gibt es
eine Vielzahl von Möglichkeiten, daß die äußere Hülle des Luftschiffes wegen dieser
starken Beanspruchungen reißt. Ausserdem wird bei Luftschiffen, welche Traggas,
wie z. B. Helium, verwenden, das in der Hülle enthalten ist, das Gas in der Hülle
gewöhnlich unter einem größeren Druck als die umgebende Atmosphäre gehalten, mit
dem Ergebnis, daß eine gewisse Menge Traggas durch die Durchlässigkeit der Häute
verlorengeht, unbeachtlich davon, wie "gasdicht" die Außenhaut gemacht ist.
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Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Luftschiff mit starrem Innengefüge
zu schaffen, welches ein verbessertes System für die Anbringung der äußeren Hülle
des Luftschiffes am Rahmen aufweist.
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Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird es durch diesen starren Luftrahmenaufbau
möglich, daß Beanspruchungen in der Konstruktion oder dem Gefüge im wesentlichen
über den ganzen Rahmen gleichmäßig verteilt sind.
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Vorteilhaft ist es gemäß der Erfindung ferner, wenn das Luftschiff
in der äußeren IIiille eine konstante Meinbranbeanspruchung hat. Günstig ist es
erfindungsgemäß ferner, ein Luftschiff vorzusehen, dessen Festigkeit und Starrheit
automatisch bei grösseren Windbelastungzuständen dadurch verbessert werden, daß
man den Luftdruck in der äußeren Hülle erhöht. Günstig ist es gemäß der Erfindung
ferner, eine fehler sichere und leichte Luftschiffkonstruktion vorzusehen. Bei dem
Luftschiff gemäß der Erfindung wird Trägergasverlust als Folge von Druckunterschienen,
welchen die das Trägergas enthaltende Hülle unterwerfen Ist, vermindert und/oder
vermieden. Vorteilhaft ist es gemäß der Erfindung auch, wenn das Luftschiff ein
größeres Verhältnis von Widerstand bzw. Stärke zu Gewichtals früher vorgeschlagene
Konstruktionen hat. Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Erfindung besteht darin,
daß das Luftshhiff überzählige Gasträgerzellen und Formerhaltungssysteme aufweist,
um den sicheren Betrieb des Luftschiffes zu verbessern. Zweckmäßig ist es ferner,
wenn bei dem Luftschiff ein Membrangefüge bzw.
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eine Membrankonstruktion verwendet wird, um hebende Kräfte innerhalb
des Luftschiffs zu verteilen und auf einen steifen Rahmen im Schiff zu übertragen.
Zweckmäßig ist es gemäß der Erfindung ferner, wenn der Luftschiffsaufbau geeignet
ausgestaltet
ist, so daß er nach dem Baukastenprinzip zusammengebaut
wird, wobei die Gestaltung der Konstruktion gut verändert werden kann. Die Erfindung
ist ferner auch dadurchweiter ausgestaltet daß ein Anordnungs- oder Montageverfahren
der Luftschiffkonstruktion geschaffen wird, welches relativ einfach und wirtschaftlich
ist.
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Zweckmäßig ist es gemäß der Erfindung ferner, wenn das Luftschiff
einen am Umfang im allgemeinen kreisförmigen Rahmen aufweist, der aus einer Vielzahl
von winkelrecht zueinander angeordneten oder senkrecht oder orthogonal verlaufenden
Rahmenteilen gebildet ist, die in hestimmter Lage zueinander derart aufgereiht sind,
daß sie eine längliche Luftschiffrahmenkonstruktion bilden. Eine erste gasdichte
Hülle umgibt den Rahmen bzw. das Gestell und weist eine Vielzahl von sich längs
erstreckenden Verbindungsbändern mit inneren und äußeren Kanten auf, wobei ihre
äußere Kante kontinuierlich an der Hülle im wesentlichen längs ihrer gesamten Erstreckung
angebracht ist.
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Diese Verbindungsbänder sind um das Gestell oder Gerippe herum im
allgemeinen parallel zueinander angeordnet und erstrecken sich radial nach innen
zum Rahmen oder Gestell hin, wobei ihre inneren Kanten bei im Abstand angeordneten
Stellen am Rahmen sind an bestimmten Schnittstellen zwischen den Rahmenteilen angebracht.
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Eine zweite gasdichte Hülle ist im Rahmen bzw. Gestell angeordnet
und weist eine Mehrzahl von am Umfang angeordneten Verbindungshänder auf, deren
innere und äußere Kanten an der Hülle
entlang ihren inneren Kanten
angebracht und im Abstand voneinander parallel längs der zweiten Hülle angeordnet
sind.
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Diese Verbindungshänder erstrecken sich radial nach außen zum Rahmen
hin und ihre äußeren Kanten sind an im Abstand befindlichen Stellen an bestimmten
Schnittstellen zwischen den Rahmenteilen angebracht. Die erste und die zweite Hülle
bilden zwischen sich einen Umfangsluftraum, in welchem der periphere oder Umfangsrahmen
angeordnet ist. Die zweite Hülle ist geeignet ausgestaltet, um ein Trägergas zu
enthalten, und der Umfangs luftraum zwischen den zwei Hüllen ist so ausgebildet,
daß er ein unter Druck befindliches Gas enthält.
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Wenn dem Raum zwischen der inneren und äußeren Hiille unter Druck
stehende Luft zugeführt wird, wird die äußere Hülle zu einer Gestalt aufgeblasen,
welche durch den inneren Umfangsrahmenaufbau bestimmt wird, an welchem die Hülle
befestigt ist. Hierdurch werden radial nach außen gehende Kräfte auf den Rahmen
aufgebracht, die auf die innere Hülle übertragen werden, damit ihne Verbindungsbänder
unter Zug gebracht werden und die Kreisgestalt der Trägergashüllen gehalten wird.
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Somit wirken die Hüllen in einem synergistisahen Effekt zusammen und
bilden einen Membranluftbänderaufbau, wobei die äußere Hülle ein integrales Konstruktionselement
im Band bildet. Hierin ist ein Unterschied zu herkömmlichen steifen Luftschiffkonstruktionen
zu sehen, bei welchen die äußere Membranen oder Hüllen nicht einer strukturellen
oder Konstruktionsfunktion
dienen.
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Der winkelrechte Rahmenaufbau ist sehr leicht und wird zwischen den
inneren und äußeren Hüllen angeordnet. Letztere bildet einen elastischen Widerstand
gegen äußere Kompressionskräfte, welchen das Luftschiff ausgesetzt ist, und die
zwischen der inneren und äußeren Hülle befindliche, unter Druck stehende Luft wirkt
tatsächlich im Sinne eines Schockabsorbers, der diese Kompressionsbeanspruchungen
absorbiert und die auf die Konstruktion und die innere Hülle aufgebrachten Beanspruchungen
vermindert. Außerdem ist das Luftschiff flexibel genug, um sich in starken Winden
zu biegen oder zu wölben und Belastungen auf dem Luftschiff anders als früher vorgeschlagene
Luftschiffe zu entlasten, die für Vollast ausgestaltet werden mußten.
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Außerdem dient die in diesem Raum enthaltene, unter Druck stehende
Luft dazu, den Auftrieb oder die Schwimmfähigkeit des Schiffes einzustellen, wenn
es erwärmt wird oder sein Druck sich ändert. Wenn beispielsweise die Luft erwärmt
wird, erwärmt sie das Trägergas in der inneren Hülle, wodurch die Tragkraft des
Gases erhöht wird. Was noch wichtiger ist, das Luftschiff kann statisch dadurch
getrimmt werden, daß man die Luftmenge in der vorderen und hinteren Luftkammer der
äußeren Hülle verändert, wodurch die Luftschwerpunkte verschoben werden.
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Außerdem begrenzt die Schaffung eines umgebenden Luftraumes
zwischen
der äußeren Hülle und der inneren zweiten EIülle, welche das Trägergas enthält,
den Verlust an Trägergas über die Durchlässigkeit der Häute. Insbesondere ist die
das Trägergas enthaltende innere Hülle geeignet ausgebildet, um nach Unterdrucksetzung
mit einem Trägergas'wie z. B. Helium, zu expandieren. Der Raum zwischen den Hüllen
wird wie erwähnt der unter Druck stehenden Luft unter einem Druck ausgesetzt, der
höher als die umgebende Luftatmosphäre ist, in welcher sich das Schiff bewegt. Der
Druck in der Luft ist der gleiche wie der des Trägergases, und folglich befinden
sich die Gase auf den gegenüberliegenden Seiten der inneren Hülle im Gleichgewicht.
Deshalb gibt es keinen Differentialdruck aber die Membran; und deshalb gibt es eine
erhebliche Trägergasverlustverminderung auS der zweiten Hülle infolge der Durchlässigkeit
der Hülle.
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Wegen der Verbindung der zweiten Trägergashülle mit der Halterungskonstruktion
durch die Verbindungsbänder, ebenso wie die äußere Hülle mit dem Rahmenaufbau verbunden
ist, sind ferner die auf die Membrane aufgebrachten Beanspruchungen gleichmäßig
verteilt. Außerdem gestattet diese Anordnung, daß die zweite Hülle in verschiedene
Kammern durch die Schaffung von Membranen in der Hülle geteilt wird. Diese Membrananordnung
gestattet, daß die zweite Hülle und der Rahmen des Luftschiffes baukastenartig als
Segmente unabhängig geformt wird. Die Konstruktion des Rahmens, welche gemäß
der
Beschreibung hier baukastenartige Segmente verwendet, gestattet die Veränderung
der Anzahl der Bausteine, so daß die letztliche Konfiguration und Gestalt des Luftschiffes
gut eingestellt werden kann.
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Weitere Vorteile Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Luftschiffes, welches gemäß
einer Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist, Fig. 2 eine vergrößerte, teilweise
weggebrochene Ansicht unter Darstellung des inneren Aufbaues des steifen Rahmens
des Luftschiffes gemäß der Figur 1, Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Bausteinabschnittes
des Luftschiffes gemäß der Figur 1, Fig. 4 eine Endansicht des in Figur 3 gezeigten
Bausteines, Fig. 5 eine auseinandergeogene perspektivische Ansicht des in Figur
3 gezeigten Bausteines, Fig. 6 eine vergrößerte Teilendansicht eines Teils des in
Figur 3 gezeigten Bausteines,
Figur 7 die Seitenansicht einer Verbindungsanordnung,
wie sie in der Rahmenkonstruktion des Luftschiffes gemaß der Erfindung verwendet-wird,
Figur 7a ist eine Endansicht entlang der Linie 7a-7a der Figur 7, Figur 8 eine teilweise
geschnittene Seitenansicht unter Darstellung der Verbindung zwischen benachbarten
Rahmenbausteinen, Figur 9 eine Schnittansicht entlang den Linien 9-9 der Figur 2,
wobei die Figur 9a-9a eine Teilendansicht entlang der Linie 9a-9a der Figur 9 mit
vermindertem Maßstab ist, und Figur 10 eine schematische Draufsicht auf das Herstellungsverfahren
des Luftgestellbausteins, wie es erfindungsgemäß benutzt wird.
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Gemäß Figur 1 hat ein gemäß der Erfindung aufgebautes Luftschiff 10
eine im allgemeinen herkömmliche Tragflügelgestalt für Luftschiffe, enthält aber
einen inneren steifen Rahmen, der von einer äußeren Hülle 12 abgedeckt ist. Die
Luftschiffhülle weist eine aufblasbare Höhenflosse auf, die aus drei Druckluftseitenflossen
14 gebildet ist. Die aerodynamisch ausqestalteten Seitenflossen sind in Gestalt
eines umgekehrten
Y ausgerichtet, und der zugeführte Luftdruck
kann verändert werden, um eine Veränderung des Widerstandes bzw.
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der Stärke und der Festigkeit mit äußeren aerodynamischen und Schubbelastungen
zu ermöglichen. Zwischen den Seitenflossen und dem inneren Rahmenaufbau angebrachte
Verankerungsdrähte 16 hegünstigen ferner die Biegesteifigkeit jeder Seitenflosse.
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Ein Heckmotor 18 für den Antrieb des Luftschiffes in Vorwärtsrichtung
ist am inneren Rahmen des Luftschiffes in bekannter Weise angebracht. Außerdem sind
Motoren 20 entlang dem Mittelteil des Luftschiffes befestigt, um für das vertikale
Heben zu sorgen. Erwünschtenfalls können diese Motorenvon der Art sein, daß die
Stellungen der Propeller 22 aus der dargestellten horizontalen Position in eine
vertikale Position geändert werden können, um den Vorwärtsantrieb des Luftschiffes
zu unterstützen.
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Schließlich hängt eine Gondel oder Kabine 24 auf der Unterseite des
Luftschiffes am Rahmenaufbau ab.
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Der Innenrahmen 26 des Luftschiffes ist in Figur 2 gezeigt.
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Dieser Rahmen ist aus einer Vielzahl von Bausteinen 28 geformt, die
im Durchmesser längs des Luftschiffes variieren können. Die mittlersten Bausteine,
wie z. B. der Baustein 28e (und die folgenden Bausteine), können einen im wesentlichen
konstanten
Durchmesser haben, den gewünschten Maximaldurchmesser für die Mitte des Luftschiffes.
Bei dieser Anordnung kann die Länge des Luftschiffes einfach dadurch verändert werden,
daß man die Anzahl der genormten mittleren Bausteine vermindert oder erhöht. Die
übrigen Bausteine verJüngen sich, wie man in den Zeichnungen sieht, um die Umfangsgestaltung
des Luftschiffes zu der gewünschten Flugzeuggestalt verjüngt auszubilden.
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Obwohl bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hier Bausteine
verwendet werden, die eine im allgemeinen kreisförmige Querschnittsgestalt haben,
versteht es sich, daß es beabsichtigt ist, das Luftschiff im Querschnitt auch mit
ovaler Gestalt vorzusehen, damit das vollständige Schiff eine im allgemeinen tragflügelartiqe
Gestalt hat.
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Die Bausteine 28 des Rahmens 26 sind aus einer Mehrzahl von Rahmenelementen
geformt,die - wie nachfolgend beschrieben wird - in einem Doppelschraubenformmuster
angeordnet sind, um kontinuierliche kreuzende Schraubenpfade der Rahmenteile um
den Umfang des Schiffes herum zu formen. Diese Rahmenteilgruppierung ist ähnlich
derjenigen Rahmenteilgruppierung, die bei geodätischen liallenaufbauten verwendet
wird, und sie dient der-Verteilung der Blastungen auf dem Rahmenaufbau über den
Rahmen hin in synergistiZschem Effekt mit dem Ergebnis, daß der Rahmen eine große
Stärke bzw. einen großen Widerstand haben kann und noch relativ leicht ist.
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Wegen der Hüllenanordnung gemäß der Erfindung werden schwimmende oder
hebende Kräfte in den Membranen oder Häuten der Hülle absorbiert, und eine relativ
kleine Belastung wird von den Hüllen zum Rahmen selbst übertragen.
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Tatsächlich kann bei gewissen Ausffihrungsformen der Rahmen entfallen,
und die innere und die äußere Hiille können in einfacher Weise direkt miteinander
verbunden werden, statt daß sie über den Rahmen verbunden sind.
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Die äußersten vorderen und hinteren Enden 31 und 32 des Rahmens 26
können als gerade Rahmenteile gebildet sein, die sich zu den Rahmenenden hin verjüngen
wie man in Figur 2 sieht.
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Obwohl der hier beschriebene Rahmen 26 vorzugsweise als eine Doppelschraube
gebildet ist, können auch winkelrechte bzw.
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orthogonale Rahmananordnungen einschließlich Abstandsrahmen verwendet
werden.
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Die zur Bildung des Rahmenaufbaues 26 verwendeten Rahmenelemente 36
sind aus rohrförmigen Elementen oder Streben geformt, von denen alle in einen gegebenen
Baustein etwa die gleiche Länge haben.Diese Streben, Verstrebungen oder Rohre können
auch aus leichten Legierungen, wie z. B. Aluminium, gebildet sein, wobei die Zusammenseteungsmaterialien
Fasern, wie z. B.
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Glasfasern, Kohlenstoff- oder Borfasern aufweisen. Erwünshtenfalls
oder wenn es notwendig ist, kann dem Rahmen eine zusätzliche Festigkeit und weiterer
Widerstand gegen Biegen dadurch
gegeben werden, daß Verstärkungszugkabel
35 angebracht werden, die sich zwischen den Rahmenelementen in flüngsrichtung bezüglich
der Schiffsachse erstrecken.
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Die äußere Haut oder Hülle 12 des Luftschiffes ist aus im wesentlichen
gasdichten Material gehildet, z. B. einer zusammengesetzten Membran, die aus Platerialien
gebildet sind, welche unter den Warennamen TEDLAR, MYLAR, DACRON und/oder KELVAR
verkauft werden. Diese Membran wird an dem steifen Rahmenaufbau befestigt, wie noch
beschrieben wird, um eine recht gleichmäßige Erscheinung und Belastungsverteilung
in der Membran und zwischen der Membran und dem Rahmenaufbau vorzusehen. Außerdem
enthält der Rahmen 26 in seinem Inneren eine gasdichte Hülle 34, die das Trägergas
für das Luftschiff enthält. Diese Hülle ist vorzugsweise in Kammern unterteilt und
am Inneren des Rahmens in einer ähnlichen Weise wie das Befestigungssystem für die
äußere Hülle befestigt, um Beanspruchungen entlang der Membran oder Haut, welche
die Hülle bildet, zu verteilen. Diese innere Hülle ist auch aus einem gasdichten
Material gebildet und kann z. B. ein geschichtetes Material oder Laminat sein, welches
aus Materialien gebildet ist, die unter den Handelsnamen MYLAR, HYTREL und DACRON
verkauft werden.
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Figur 3 veranschaulicht einen Baustein (z. B. den Baustein 28e) des
Luftschiffes,wie es in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist. Der Rahmen 26 ist schematisch
in dieser Figur dargestellt,
wobei die äußere Haut 12 weggebrochen
ist, um den Rahmen und die Hülle 34 für das Trägergas freizulegen. Die Hülle 34
ist auch weggebrochen, um in durchgezogenen und gestrichelten Linien die expandierte
und zusammengezogene Stellung dieser Hülle zu zeigen.
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Nach Figur 3 sind die einzelnen Rahmenelemente 36 an sich schneidenden
Stellen 38 über den Umfang des Rahmens verbunden, wobei die Endrahmenteile mit Ringen
40 verbunden sind, die zur Verbindung benachbarter Bausteine miteinander verwendet
werden. Die äußere Membran oder Hülle 12 ist an ausgewählten Schnittpunkten zwischen
den Rahmenteilen 36 mit Längsverbindungsbändern 42 am Rahmen 26 angebracht. Diese
Bänder sind relativ flache Bögen oder Bahnen aus flexiblem Material, ähnlich demjenigen
Material, aus welchem die Membrane selbst geformt ist, und sie haben äußere Kanten
44 und innere Kanten 46. Die äußeren Kanten dieser Bänder (die Bänder werden auch
als Kettenlinie oder parabolische Schalen bezeichnet)sind in herkömmlicher Weise
etwa in ihrer ganzen Länge an der Membrane angebracht. Z. B. werden herkömmliche
"T"- oder "X"-Bänder zur Befestigung dieses Streifens oder Bandes auf der inneren
und äußeren Hülle an den Hüllenmembranen verwendet.
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Die inneren Kanten 46 der Bänder sind am Rahmen 26 nur an bestimmten
Steilen 48 längs.der Verbindungsbänder angebracht.
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Vorzugsweise ist die innere Kante 46 des Verbindungsbandes
mit
einer parabolischen Krümmung 50 zwischen den Verbindungsstellen wie eine Kurve gekrümmt.
Wie in den Figuren 2 und 4 dargesteElt ist, erstrecken sich diese Verbindungsbänder
42 längs des Luftschiffes parallel zur Mittelachse der Bausteine, und sie ragen
auch radial nach innen in kreisförmiger Gruppierung um den Umfang des Luftschiffes
herum.
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Die innere Hülle 34 ist innen am Rahmen 26 durch Verbindungsbänder
52 befestigt ähnlich den Verbindungsbändern 42, die oben beschrieben wurden. Wier;
man in Figur 5 sieht, sind diese Verbindungsbänder im allgemeinen Umfangsringe,
die längs des Luftschiffes im Abstand voneinander angeordnet sind. Die Bänder weisen
innere Kanten 24 auf, die kontinuierlich über ihre Län gewieder durch "T"- oder"X"-Bänder
an der Hülle 34 befestigt sind. Diese Bänder oder Streifen erstrecken sich von der
Hülle 34 radial nach außen zu.den äußeren Kanten 56, die an Stellen 58 mit ausgewählten
Kreuzstellen zwischen benachbarten Rahmenteilen 36 verbunden sind. Wie die Verbindungsbänder
für die äußere Hülle 32 sind die Verbindungsbänder 52 vorzugsweise parabolisch gekrümmt
und öffnen sich zwischen den Verbindungsstellen 58 zum Rahmen hin. Außerdem sind
die Bänder 52 mit einem Zugring oder Kahel 55 entlang ihren inneren Kanten versehen,
um den radialen Auswärtskräften zu widerstehen, welche von der äußeren HAlle auf
die innere Hülle aufgebracht werden-Das Zugkabeläst in herkömmlicher Weise am Band
bzw. Streifen angebracht. Bei einigen Fällen, z. B. bei kleinen Luftschiffen,
wirken
die Ränder selbst als Zuqringe.
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Die Verbindungsstreifen 42 und 52 können relativ gerade sein, statt
daß sie eine schalenförmige Gestalt haben wie in den Zeichnungen gezeigt ist. Die
Parabolform der Kante des Verbindungsstreifens ist jedoch hevorzugt,,weil diese
2 Form (entsprechend der Gleichung Y = A.X²) diejenige Form ist, welche am besten
zur ttbertragung von Kräften zwischen dem Rahmen und der Membrane paßt, so daß die
Kräfte gleichmäßiq entlang der Membran oder Hülle verteilt werden. Ausserdem können
die Verbindungsstreifen 42 entweder längs angeordnet werden,wie es in den Zeichnungen
dargestellt ist, oder spiralförmig um den Umfang des Rahmens herum. In einigen Fällen
kann die Anordnung der Verbindungsstreifen in einer Doppelschraube entsprechend
der Doppelschraubenanordnung des Winkelrechten oder orthogonalen Rahmens 26 vorgesehen
sein.
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Bei der Baukastenkonstruktion gemäß der Erfindung sind die Enden 60
der Hülle 34 in Ebenen geschlossen, die allgemein den Endringen 40 jedes Bausteins
28 entsprechen, und zwar durch Endmembranen 62, die aus einem gasdichten Material
gebildet sind, welches dem Material ähnlich ist, auf dem die Hülle 34 gebildet ist.
Diese Membrane ist an der Hülle 34 entlang ihrem ganzen Umfang angebracht, um eine
gasdichte Kammer in der jedem Baustein 28 zugeordneten Hülle zu bilden.
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Vorzugsweise sind die Membranen 62 in denselben Ebenen wie
die
Verbindungsstreifen 52 an den Enden der Hüllen mit der Hülle 34 verbunden und aus
dreiachsig gewohenem Material hergestellt. In dieser Stellung wirken die Membranen
62 auch als Konstruktionsteil im Luftschiff wie diese als Zugring oder Spannring
wirken, um auf die innere Membran über Streifen 52 aufgebrachten Radialkräften zu
widerstehen.
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Die Endmembranen 62 der Trägergashülle 34 dienen verschiedenen Funktionen.
Wie erwähnt wirken sie als Verschlußmem~branen, um die Verbindung der Trägergase
zwischen benachbarten Kammern zu verhindern. Hierdurch wird das Trägergas daran
gehindert, in dem Falle zu entweichen, wenn eine der Kammern beschädigt wird. Wenn
also eine Kammer durch schlagen oder durchbohrt ist, bleibt das Luftschiff in der
Luft, weil die anderen Kammern ihre Unversehrtheit behalten und noch mit Trägergas
gefüllt sind.
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Außerdem halten die Membranen sowie die ringförmigen Verbindungsstreifen
52 und die Spannringe 50, sofern sie zugegen sind, die im allgemeinen zylindrische
Gestalt der Hülle selbst nach Druckverlust in der HÜlle aufrecht. Wenn die Hülle
aufgeblasen ist, widerstehen die Membranen äußeren Biegemomenten, denen die Hülle
34 ausgesetzt sein kann und die bei der Abwesenheit der Hülle versuchen würden,
die Hülle zu einem elliptischen Querschnitt zu deformieren. Außerdem ist die Innenhülle
34 von aerodynamischen Kräften, die auf das Luftschiff durch die äußere Hülle 12
und die Luft in der Kammer 64 isoliert, und die auf die Innenhülle aufgebrachten
Kräfte infolge des Druckes in den Lufträumen zwischen den Hüllen werden wie erwähnt
eingespannt oder gedämmt und von der Membrane absorbiert, die als Spannring dient
und den Spannring 55, wenn ein
solcher verwendet wird, ergänzt.
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Ein (in Figur 4 gezeigter) Luftraum 64 ist zwischen der äußeren Hülle
12 und der inneren Hülle 34 gebildet. Dieser Luftraum wird mit unter Druck stehender
Luft in herkömmlicher Weise versorgt. In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung
wird Luft von einer der Motoren 20 erwärmt und über ein Leitungssystem 66 (welches
in Figur 3 gezeigt ist) herkömmlichen Aufbaues zum Luftraum 64 geführt. Ein Kompressor
für Druckluft kann ebenfalls vorgesehen sein, um einen iiberatmosphärischen Druck
im Luftraum 64 zu halten.
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Aerodynamische innere und äußere Belastungen werden alle auf die äußere
Hülle 12 aufgebracht, die wie eine Membrane wirkt und die Beanspruchungen über einen
großen Beach des Luftschiffes zur Druckluft im Raum 64 verteilt, welcher Kompressionskräfte
absorbiert. Die Zugkräfte in der äußeren Hülle 12 infolge der Tatsache, daß sie
von der Luft im Raum 64 unter Druck gesetzt wird, sowie alle äußeren Zugkräfte,
welche auf die Hülle aufgebracht werden, werden durch die ausgebogten bzw. ausgebogenen
Verbindungsstreifen 42 direkt und indirekt zu den Steilen 48 geführt, wo diese Streifen
mit dem Rahmen verbunden sind, und von dort zur inneren Hülle durch die Bänder 52,
wo sie durch die Spannringe 55 sowie auch die Streifen 52 und Membranen 62, die
als Spannringe wirken, absorbiert werden und wo ihnen von diesen Widerstand entgegengebracht
wird. Somit wirken die Verbindungsstreifen 52 auch als Versteifungring
für
das Luftschiff, und sie dienen ferner der Verteilung dieser übermittelten Beanspruchungen
zur Membranhülle 34. Dementsprechend wird den meisten Kräften, welchen das Luftschiff
unterwoffen ist, durch die Membranhülle statt durah den Rahmen Widerstand entgegengebracht.
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Zwecks Ermöglichung der Anpassung der Hülle an Höhenveränderungen
und sich ergebende Druckänderungen im Trägergas ist die Hülle 34 so aufgebaut, daß
sie flach oder lose zwi-52 schen den Verbindungsstreifen derart ist, daß die Membran
sich im unaufgeblasenen Zustand im allgemeinen parabolisch in Falten legt, wie durch
die gestrichelten Linien 68 in Figur 3 zwischen den Streifen 52 gezeigt ist. Wenn
das Trägergas andererseits der Membran unter Druck zugeführt wird, expandiert sie
oder bläst sie sich in die mit ausgezogenen Linien 72 gezeigte Stellung auf. (In
Figur 3 ist die Hülle an den Stellen der Linien68, 72 abgeschnitten, um die zwei
Positionen der Membrane zu vcranschaulichen.) Die Luft im Raum 64 hat einen Druck,
der im wesentlichen gleich dem Druck des Trägergases ist, welches sich in der Hülle
34 befindet. Bei dieser Konfiguration erhält die Hülle 34 eine Gleichgewichtsstellung
zwischen den extremen Stellungen, die durch die Linien 68, 72 in Figur 3 gezeigt
sind.
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Wenn folglich das Luftschiff Höhe gewinnt und der Atmosphärendruck
abnimmt, kann die Hülle 34 gegen den verminderten Druck expandieren, während der
Druck in der Hülle 34 und im Luftraum 64 im Gleichgewicht bleibt.
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Es ist vorgesehen, daß der Luftraum 64 sich längs des ganzen Luftschiffes
erstreckt. Vorzugsweise sind jedoch die Lufträume 64 durch einzelne Membranen an
den Enden jedes Bausteines 28 separat abgeschlossen, so daß die Lufträume an jedem
Baustein voneinander isoliert sind. Dies hat man vorgesehen, wie z. B. in Figur
9a gezeigt ist, in dem man die Streifen 52 auf der Hülle 34 an den Enden des Bausteines
28 als gerade Teile formt, und zwar ohne die Schalenform an ihrer äußeren Kante,
so daß die ganze äußere Kante 56 der Streifen am Endring 40 des Bausteins befestigt
werden.
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Ebenso ist die äußere Hülle 12 mit einem ringförmigen Verschlußstreifen
65 versehen, der an derselben Stelle entlang seiner Außenkante 67 am Ring 40 und
seiner Innenkante 69 an der Hülle 12 befestigt ist. Auf diese Weise sind die Räume
64 voneinander getrennt. Somit läßt zwar ein Durchstoßen der äußeren Hülle in einfacher
Weise den Luftraum 64 des zugeordneten benachbarten Bausteins Luft ausblasen, beeinträchtigt
aber Echt die Lufträume 64 der anderen Bausteine.
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Wenn die Hülle 12 bei dieser Anordnung unter Druck gesetzt wird, nimmt
sie um den Rahmenaufbau 26 herum eine ausgeglichene Position ein und erstreckt sich
gleichmäßig um den Rahmen herum, ohne daß sie örtlich gefaltet ist oder an einer
beliebigen Stellung überdehnt ist. Somit ist die Hülle nicht beliebigen örtlichen
Zugspannungen unterworfen, welche Risse hervorrufen würden, und Beanspruchungen
in der Membran werden ziemlich gleichmäßig über die ganze Oberfläche verteilt. Wenn
die
Membran außerdem äußeren Beanspruchungen ausgesetzt ist, werden diese schnell entlang
der Membran zu den Leitungsverbindungen mit den Verbindungsstreifen 42 und von dort
über den Rahmen an Verbindungsstellen 48 zur inneren Membranhülle 34 verteilt.
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Die Druckluft im Raum 64 bildet auch einen elastischen Widerstand
oder ein Kissen gegen äußere Kompressionskräfte, denen das Luftschiff ausgesetzt
sein kann, und es widersteht Schlagbewegungen oder Flattern der Art,wie es Luftschiffabdeckmaterialien
bei früher vorgeschlagenen Anordnungen verschlechtert oder beschädigt. Die Hülle
kann auch in wirksamer Weise Biegebewegungen absorbieren, welchen das Luftschiff
unterworfen ist, und dies erlaubt die Verwendung eines leichten Innenaufbaues ohne
eine erhebliche Beeinträchtigung der Steifigkeit des Luftschiffes.
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Schließlich kann durch Steuerung der Lufttemperatur in den Räumen
64 die TEmperatur des Trägergases (gewöhnlich Helium) in der Hülle 34 stabilisiert
werden. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß bei Ansteigen der Temperatur des
Helims in der Hülle 34 um 5 OF der Auftrieb des Luftschiffes um 1 % zunimmt.Falglich
erhöht die Erwärmung der Luft im Raum 64 den Auftrieb des Luftschifes ohne Erhöhung
des Volumens oder Druckes des Heliums. Außerdem verhindert die Erwärmung des Luftraumes
64 eine Anhäufung oder Ansammlung von Schnee oder Eis auf der Oberfläche des Luftschiffes.
Die Luft im Raum 64
kann von den Motoren 20 in herkömmlicher Weise
erwärmt werden.
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Da der Druck der Luft im Raum 64 unter demselben Druck wie das Gas
in der Trägergashülle 34 steht, ist das Innere der Hülle nicht einem erheblichen
Druckunterschied unterworfen, und folglich gibt es erheblich weniger Trägergasverlust
durch die Membran, die unbeachtlich vom Material eine gewisse Durchlässigkeit hat.
Wegen des lockeren Durchhängens der Hülle 34 zwischen den Verbindungsstreifen 52
kann die Hülle frei zusammengezogen oder expandiert werden, um sich jedem Trägergasvolumenunterschied,
welches in der Hülle enthalten ist, anzupassen, welcher sich selbstverständlich
mit der Höhe des Flugzeuges und der Temperatur des umgebenden Raumes ändert Die
Gesamtunversehrtheit des Luftschiffaufbaues gemäß der Erfindung wird durch die Innengasdrücke
verstärkt, welchen die Hüllen unterworfen sind. Der Innendruck in der Hülle 12 dient
dazu, die Aufbauteile, die Hülle 12 und die Membran 34 Zugbeanspruchungen auszusetzen,
wodurch das Luftschiff eine Vorbeanspruchung behält; und die Luft in den Räumen
64 absorbiert auf den Streifen aufgebrachte Kompressionskräfte. Somit kann der Rahmen
leichter als die bei den früher vorgeschlagenen Luftschiffen vörgesehenen Rahmen
sein.
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Im Falle eines Druckausfalles, z. B. ein Fehler der Außenhülle, verhindert
der Innenrahmen 26 ein Zusammenfallen des Luftschiffes,
wie es
bei einem Kleinluftschiff ohne Konstruktion auftreten würde, so daß ein sicherer
Flug bei verminderten Geschwindigkeiten möglich ist. Die Innenhülle behält ihre
Unversehrtheit; wenn aber der Außendruck hinreichend niedrig ist, expandiert die
Innenhülle einfach zum Eingriff mit dem Rahmen selbst, welcher eine weitere Expansion
hemmt.
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Um wo der Luftraum 64 in separate Kammern unterteilt ist, wie oben
beschrieben, läßt ein Durchstoßen der Außenhülle nur einen Abschnitt der Hülle zusammenfallen.
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Es ist vorgesehen, daß die Trägergaszellen gemäß der Erfindung modifiziert
werden können, um die Trägergashülle 34 mit dem veränderlichen Durchmesser durch
eine feste Schaumwand auf dem Rahmenaufbau zu ersetzen, der eine innen verbundene
Membran hat, um Dampf einzuschließen, der eine attraktive Alternativart eines Trägergases
ist.
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Das Luftschiff gemäß der Erfindung gestattet den Aufbau des Rahmens
und der Bestandteile des Schiffes nach dem Baukastenprinzip. Bei dieser Form von
Konstruktion kann ein Segment, Abschnitt oder Baustein des Luftschiffrahmens, wie
er in Figur 3 gezeigt ist, unabhängig hergestellt werden, so daß jede Kombination
von Bausteinen zusammen befestigt werden kann, um eine große Flexibilität in den
Größenmaßen von Luftschiffen, die man herstellen kann, vorzusehen. Die vorderen
und hinteren Teile aller Schiffe haben vorzugsweise im wesentlichen einen ähnlichen
Aufbau und ähnliche Größe, so daß
durch einfaches Zufügen oder
Reduzieren der Anzahl von inneren Abschnitten mit relativ konstantem Durchmesser
das Größenmaß des Schiffes bequem verändert werden kann.
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Hierdurch werden selbstverständlich die Werkzeug- und Elerstellungskosten
für Luftschiffe dieser Gestaltung erheblich vermindert.
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Das Verfahren zur Herstellung von Bausteinen für ein Luftschiff gemäß
der Erfindung, wie es hier gedacht ist, ist in Figur 10 gezeigt. Wie man dort sieht,
werden einzelne Rahmenelemente 36 in winkeliger Lage (gewöhnlich einem Winkel von
60 0) zueinander durch Verbindungsplatten 38, wie nachfolgend beschrieben, verbunden.
Die Bänder werden zickzackförmig angeordnet, und die Scheitel der verbundenen Streifen
werden mit entsprechenden Zickzackstreifen verbunden, die durch andere Rahmenelemente
36 geformt sind, um mindestens eine einzige Ebene bzw. Feld 80 zu vervollständigen.
Diese Felder werden dann zu einem Aufstellort transportiert, wo sie mit anderen
Feldern, Tafeln oder Ebenen zur Bildung eines im allgemeinen zylindrischen Bausteins
befestigt werden. Die Rahmenteile 36 am äußersten Ende werden an Platten 82 angebracht,
die zur Befestigung der Felder an Endringen 40 verwendet werden. Wenn alle Rahmenbausteine
fertiggestellt sind, werden sie zu dem in Figur 2 gezeigten vollständigen Luftrahmen
zusammenmontiert, und die ganze vormontierte Innenhülle wird durch das Ende der
Rahmen gestoßen und an den Rahmen an den Verbindungspunkten 18 befestigt. Dann wird
die vormontierte Außenhülle 12
in der Form einer länglichen Bahn
übergelegt und um den Rahmen gewickelt und an diesem befestigt. Die Längskanten
der Hülle werden dann in herkömmlicher Weise dichtend zusammen verbunden, um die
vollständige luftdichte Hülle zu bilden.
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Das Winkelverhältnis oder die Winkellage zwischen den Rahmenteilen
36 in den einzelnen Bausteinen ist im wesentlichen dieselbe, d. h. 60 0 und 120
, während die Längen der Rahmenteile sich verändern, um die Bausteine mit unterschiedlichen
Durchmessern an ihren entgegengesetzten Enden zu formen und die gewünschte Gesamtgestalt
des Schiffes vorzusehen. Für die zentralen oder Nittelabschnittbausteine werden
jedoch identische Winkellagen und Teilgrößen verwendet, wodurch es möglich wird,
das Luftschiff mit einer Vielzahl von Vervielfältigungsteilen oder auch Mehrfachteilen
zu errichten. Außerdem bleibt der Rohrdurchmesser über den Aufbau vorzugsweise der
gleiche, aber die Wanddicke kann sich verändern, wenn es notwendig ist, um den Widerstand
oder die Festigkeit zu erhöhen oder zu vermindern. Die Rohrlängen können sich in
Richtung von vorn nach hinten verändern, um bei dem Formen der gewünschten Reihen
von verjüngten, kegelstumpfförmigen Bausteinen eine Hilfe zu sein.
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Ausführliche Zeichnungen der Verbindungsplatten 38, wie sie verwendet
werden, um die Scheitel der im Winkel zueinanderliegenden Rahmenteile 36 zu verbinden,
sind in den Figuren 7
und 7a veranschaulicht. Die Platten 38 sind
relativ flache Teile, die winkelig zueinanderstehende Rohre 84 aufweisen, welche
sich so von dieser Stelle erstrecken, daß sie in den Enden der hohlen Rohre 36 aufgenommen
werden können. Diese Rohre werden durch Nieten 86 an den Rahmenteilen 36 vernietet
und/oder mit einem Epoxy verbunden. Nachbarplatten 38 werden im Feld 80 aneinander
oder an einem benachbarten Feld angebracht, wenn der zylindrische Baustein gebildet
wird, und zwar durch Schrauben 88, welche durch Flansche 90 auf den Verbindungsfeldern
ragen. In den Platten sind komplementäre Schlitze 91 an Schnittstellen oder Kreuzpunkten
eingearheitet, an welchen die Verbndungsstreifen entsprechender Hüllen befestigt
werden sollen. Montageplatten 92, die an den entsprechenden Verbindungsstreifen
42, 52 an der Anlage während der Herstellung der Membran befestigt werden, werden
in Schlitzen 91 zwischen den Flanschen der Verbindungsplatten in Stellung verklemmt,
wie in Figur 7a gezeigt ist.
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Die Klemmplatten 92 können in herkömmlicher Weise an Platten 28 befestigt
sein, und es können längliche Schlitze 94 in den Platten gebildet sein.
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Die Verbindungsstellen der Verbindungsstreifen sind gemäß der Darstellung
in Figur 7 so geformt, daß sie durch- Schlitze 94 und zurück auf die Streifen gefaltet
werden können. Das übergefaltete Kantenteil 96 wird an den übrigen Teil des Streifans
durch Schrauben 98 oder dergleichen angebracht. Hierdurch
wird
ein wesentlicher Berührungspunkt zwischen den Platten 28 und den Verbindungsstreifen
gebildet, um Beanspruchungen gleichmäßig auf die Hüllenmembran zu verteilen. Vorzugsweise
ist der Schlitz 94 breiter als die Breite der Endteile der Verbindungsstreifen,
so daß nach Aufblasen der Membranen eine gewisse Einstellung und Bewegung der Membranen
bezüglich der Verbindungsplatten erfolgen kann, wodurch eine Gleichmäßigkeit bei
der letztlich aufgeblasenen Gestaltung des Luftschffes sichergestellt wird.
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Weil bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung die Verbindungsstreifen
42, 52 nahezu unter rechten Winkeln zueinander stehen, sind auch die auf der Fläche
38 gebildeten Flansche 90 unter rechten Winkeln zueinander eingestellt, um in zweckmäßiger
Weise zu den entsprechenden Verbindungsstreifen 52, 42 zu passen.
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Die Verbindungsplatten 82, die verwendet werden, um Felder 80 an Endringen
40 zu befestigen, haben einen ähnlichen Aufbau wie die Platten 38. Wie man in Figur
8 sieht, weisen diese Platten auch Stummelhülsen 84 zur Aufnahme der rohrförmigen
Rahmenteile 36 auf. An diesen Stellen, wo eine Krümmung in der Schiffsoberfläche
gefordert wird, sind die Vetindungsplatten unter einem Winkel zueinander angeordnet,
und zwar durch Verwendung eines Abstandsstückes 100, eine Ausgleichsbeilage, eines
Zwischenstückes oder dergleichen, um die Platten 82 mit einem Zwischenring 102 zu
verhinden, der ein Teil der
Ringanordnung 40 bildet. Hierdurch
entsteht eine Winkellage zwischen den Rahmenkörpern 36 auf gegenüberliegenden Seiten
des Ringes 40. Bei großen Luftschiffen ist die Winkellage oder das winkelige Verhältnis
jedoch recht klein, und die Rahmenteile liegen im wesentlichen in derselben Ebene
bzw. demselben Feld.
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Die Ringanordnung 40 besteht aus zwei Ringelementen 104 und 106 von
im wesentlichen identischem Aufbau sowie dem Ring 102, an welchem die Platten 82
mittels Schrauben 108 oder dergleichen angebracht sind. In den Ringelementen 104,
106 sind mindestens an der Stelle der Verbindungsplatten 82 gegenüberliegende Ausnehmungen
110 für die Aufnahme der Enden der Ringe 102 gebildet. Die gegenüberliegenden Oberflächen
112 dieser Ausnehmungen bilden Klemmflächen zum Festklemmen der Verbindungsstellen
oder -punkte der Verbindungsstreifen 42, 52. An diesen Stellen sind Verlängerungen
114 an den Verbndungsstreifen 42 angenäht oder in herkömmlicher Weise angebracht,
welche senkrecht zur Achse des Luftschiffes verlaufen, so daß sie zwischen die Klemmoberfläche
112 in derjenigen Weise passen, in welcher die Verbindungsenden der sich am Umfang
erstreckenden Streifen 52 dazwischenpassen. Bei dieser Anordnung werden die Verbindungsstreifen
fest am Rahmen aufbau zwischen benachbarten Bausteinen angebracht.
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Die Schnittansicht der Figur 9 veranschaulicht einen Schnitt durch
einen Ringaufbau 40 bei der Ausführungsform der Erfindung,
bei
welcher die Lufträume 64 an den Enden des Bausteines geschlossen sind. In diesem
Falle sind die Außenkante 67 der Bänder 65 und die Außenkante 56 des Streifens 52
an der Ringanordnung 40 zwischen den Oberflächen 112 um den gesamten Umfang des
Luftschiffes angebracht, wodurch getrennte Luftzellen 64 um jeden Baustein des Luftschiffes
hervorgerufen werden.
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Die Unversehrtheit des Gesamtaufbaus des Luftschiffes gemäß der Erfindung
wird durch den Innendruck begünstigt, wie gesagt. Die Drücke der Innenluft und des
Heliums in den entsprechenden Hüllen kann durch Luftventile und Gebläse im Verhältnis
zum Umgebungsdruck außen reguliert werden, um die Widerstands- und Steifigkeitseigenschaften
vorzusehen, die von dem Schiffskörper gefordert werden. Die Konstruktion und der
Aufbau dieser Ventile und Gebläse bildet nicht Teil der Erfindung, und deshalb sind
sie nicht im einzelnen gezeigt.
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Es wird angenommen, daß der Durchschnittsfachmann die erforderlichen
Luftversorgungssysteme vorsehen kann.
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Jede Trägergaszelle und die Luftzellen können unabhängig voneinander
bezüglich des darin befindlichen Gasdruckes gesteuert werden. Diese Steuerung ist
durch elektromechanische Ventile, Gebläse, Drucksensoren und Schaltkreise vorgesehen,
wie sie dem Fachmann bekannt sind. Durch Veränderung oder Steuerung des Luftdruckes
in den Luftzellen oder den getrennten Lufträumen kann die ganze Stärke oder der
ganze Widerstand des
Aufbaues eingestellt werden, da hierdurch
die auf die Membranen des Luftschiffes aufgebrachten Beanspruchungen verändert werden.
Diese Mehrfachredundanz begünstigt erheblich die betriebliche Wirksamkeit und die
Sicherheit des Luftschiffes.
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