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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Vorrichtungen zum
Antrieb von Fahrzeugen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung
eine Vorrichtung zum Antreiben eines Fahrzeugs entlang einer Führung.
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Derzeit
gibt es Nachfragen an nützlichen
Beförderungswegen
zwischen Ballungsgebieten. Eine der vorgeschlagenen Lösungen ist
die Benutzung von Schienenfahrzeugen. Allerdings sind diese Lösungen mit
Antriebssystemen verbunden, die eine erhebliche Menge an Gewicht
auf das Fahrzeug bringen, wie beim elektromagnetischen Antrieb.
Die Folge dieses zusätzlichen
Gewichts ist, dass der nötige Bau
zur Unterstützung
des Gleises riesiger ist und somit größere Bauwerke für die Gleise
und umfangreichere Erdarbeiten erfordern. Aktuell werden bei Bahnfahrten
häufig
Dieselmotoren verwendet, die zur Luftverunreinigung beitragen. Dieselzüge sind zudem
auch laut und beschränken
die Gegenden, in denen Gleise verlegt werden können. Darüber hinaus ist der Wenderadius
von den meisten bestehenden und geplanten Schienenfahrzeugen sehr
groß und
schränkt
daher weiter die Gestaltung der Gleise, die genutzt werden können, ein.
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US 5,669,308 offenbart eine
Antriebsvorrichtung für
ein Transportfahrzeugsystem. Ein Gasgenerator ist am Fahrzeug angebracht,
um einen antreibenden Fluidstrom abzulassen. Der Antriebsfluidstrom
wird in mindestens eine sich der Länge nach ersteckende lineare
Turbinenanordnung zum Antreiben des Fahrzeugs gerichtet. Ein Verteilerrohr
fördert den
Antriebsfluidstrom zu der linearen Turbinenanordnung. Ein Verteilerkanal unterhalb
des Fahrzeugs empfängt
den Antriebsfluidstrom von der linearen Turbinenanordnung, um das
Fahrzeug auf einem Gaspolster zu tragen. Jede lineare Turbinenanordnung
enthält
am Fahrzeug angebrachte zusammenarbeitende Düsen- und Turbinenflügel. Jeder
Düsenflügel weist
eine Längsachse
auf, die quer zum Fluidstrom verläuft, die Längsachsen von den Düsenflügeln stehen
alle im Wesentlichen parallel zueinander und zu den Längsachsen
von jeden Turbinenflügel, alle
Turbinenflügel
sind im Wesentlichen äquidistant von
den Düsenflügeln. Eine
Vielzahl von bodennahen Leitflügeln
haben Längsachsen,
die im Wesentlichen parallel zu und äquidistant von den Turbinenflügeln und
von den Düsenflügeln sind,
sind zwischen den Turbinen- und
Düsenflügeln angeordnet.
In einer anderen Ausführungsform
sind zwei lineare Turbinenanordnungen gegenüberliegend festgelegt und eine
Ventilanordnung erhält
und leitet auch wahlweise den Antriebsfluidstrom zu der ersten linearen
Turbinenanordnung, um das Fahrzeug in Vorwärtsrichtung anzutreiben und
zu einer zweiten Richtung, gegenüberliegend
der linearer Turbinenanordnung, um das Fahrzeug in Umkehrrichtung
anzutreiben. In einer anderen Ausführungsform weist das Fahrzeug seitenverkehrt
erweiterte Strömungsdüsen auf,
angebracht am Schienenfuß des
Fahrzeugs, oberhalb des Verteilerkanals für wahlweises erhalten des Antriebsfluidstromes,
um Wechsel- oder
Bremskräfte
zu erzeugen.
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Eine
vorgeschlagene Lösung
zu den oben genannten Problemen ist die Verwendung von Strahlen
aus Fluiden, die auf das Fahrzeug auftreffen, um dem Schienenfahrzeug
Eigendynamik zu verleihen. Das Problem bei dieser Lösung ist,
dass die Fluidstrahlen und die Flügel zum Auffangen der Strahlen auf dem
Fahrzeug in unmittelbarer Nachbarschaft zueinander gehalten werden
müssen.
Aufgrund der normalen Schwankung und Bewegung eines Schienenfahrzeuges
ist dies aber schwierig zu realisieren. So gibt es aber doch einen
Bedarf für
ein Schienenfahrzeug, das die geforderten engen Toleranzen beibehalten
kann, um das Antreiben mit Fluidstrahlen zu erlauben.
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Daher
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Schienenfahrzeug
zu bestimmen, dass von beaufschlagten Fluidstrahlen angetrieben
werden kann.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Lautstärke und
Verschmutzungen zu minimieren.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Gewicht der
Fahrzeuge zu minimieren, um somit auch die erforderlichen Tragbauten
zu minimieren.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Betrieb,
mit bis zu 300 Meilen pro Stunde zu ermöglichen.
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Mit
Hilfe von diesen und weiteren Aufgaben umfasst die vorliegende Erfindung
eine Vorrichtung zum Antreiben und Bremsen eines Fahrzeuges entlang
einer Führung.
Die Vorrichtung enthält
eine Vielzahl von Düsen,
die entlang der Länge
der Führung platziert
sind, die die Fluidstrahlen leiten. Lamellenventile sind durchgehend
entlang der Führung
angeordnet. Jedes der Lamellenventile steuert den Durchfluss aus
einer Gruppe von Düsen.
Eine Antriebseinheit ist zur Fahrt entlang der Führung montiert. Die Antriebseinheit öffnet die
Lamellenventile nacheinander, um die Fluidstrahlen von den Düsen geregelt durch
die Lammelenwerte freizugeben. Schubflügel sind an der Antriebseinheit
angeordnet, um die Impulsenergie von den freigegebenen Fluidstrahlen zum
Antrieb der Antriebseinheit entlang der Führung in Fahrtrichtung aufzunehmen.
Das Fahrzeug ist mit der Antriebseinheit mit längslaufender Spannstange verbunden,
die den Schubstrahl zu dem Fahrzeug leitet. Dies ermöglicht relativ
große
Seitwärtsbewegungen
des Fahrzeuges.
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Die
Art der Funktionsweise der vorliegenden Erfindung wird nun im vollen
Umfang in der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung
zusammen mit den beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 eine
Vorderansicht der Antriebseinheit, des Fahrzeuges und der Führung der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine
Vorderansicht der ersten Ausführungsform
der Antriebseinheit zeigt;
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3 eine
Draufsicht der Führungssteuerräder der
Antriebseinheit zeigt;
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4 eine
Vorderansicht der zweiten Ausführungsform
der Antriebeinheit zeigt;
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5 eine
Vorderansicht der dritten Ausführungsform
der Antriebseinheit zeigt;
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6 eine
Vorderansicht der vierten Ausführungsform
der Antriebseinheit zeigt;
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7 eine
Vorderansicht der fünften
Ausführungsform
der Antriebseinheit zeigt;
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8 eine
Vorderschnittansicht der Schubumkehranordnung zeigt;
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9 eine
Seitenansicht eines Schnitts der Schubumkehranordnung entlang der
Linie A-A aus 8 zeigt;
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10 eine
Seitenansicht eines Schnitts der Schubumkehranordnung entlang der
Linie B-B aus 8 zeigt;
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11 eine
Schnittansicht in Draufsicht der Spiralförderflügel entlang der Linie C-C aus 9 zeigt;
und
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12 eine
schräge
Schnittansicht der Spiralförderflügel entlang
der Linie D-D aus 11 zeigt.
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Es
sollte klar sein, dass in der folgenden detaillierten Beschreibung
der Erfindung, die Bezugszeichen auf verschiedenen Zeichnungen vorgesehen sind,
um die identischen Elemente der Erfindung in der jeweiligen Ansicht
zu identifizieren.
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Eine
Vorderansicht im Schnitt der vorliegenden Erfindung ist in 1 dargestellt
und mit dem Bezugszeichen 10 gezeichnet. Es umfasst ein
Fahrzeug 12, das mit einer Antriebseinheit 14 verbunden ist.
Die Antriebseinheit 14 hat Führungssteuerräder 50,
die eine Radführung 24 aufnehmen.
Die Radführung 24 hält die Antriebseinheit
in der Führung 16. Das
Fahrzeug wird durch Abgabe des Fluides aus dem Fluidverteilerkanal 22 angetrieben.
Die Antriebsvorrichtung 18, welche in ihren verschiedenen Ausführungsformen
in den folgenden Figuren detailliert dargestellt ist, gibt das Fluid
ab, um das Fahrzeug anzutreiben. 1 zeigt
eine Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung mit dem Fahrzeug oberhalb der Führung. Andere
Ausführungsformen
beschreiben hierin die Lage des Fahrzeugs unterhalb der Führung. Beide
Ausgestaltungen fallen unter den Schutzbereich der Ansprüche.
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Eine
Vorderansicht der ersten Ausführungsform
der Antriebvorrichtung ist in 2 dargestellt und
mit dem Bezugszeichen 18 gekennzeichnet. Die obere Struktur 20 ist
mit der Führung
verbunden und führt
der Länge
der Führung
entlang. Antriebseinheit 14 ist mit dem Fahrzeug verbunden
und führt
nur der Länge
des Fahrzeugs entlang. Die obere Struktur 20 besteht aus
dem Fluidverteilerkanal 22, Radführungen 24, einer
Vielzahl von Düsen 30 und 34,
einer Vielzahl von Düsenflügeln 32 und 36,
und Lamellenventilen 40 und 45. Lamellenventile 40 und 45 laufen durchgehend
entlang beider Seiten der oberen Struktur, um den Durchfluss des
Fluides mit einer Vielzahl von Düsen 30 und 34 zu
steuern. Fluidverteilerkanal 22 enthält das unter Druck gesetzte
Fluid. In der bevorzugten Ausführungsform
ist dieses Fluid Luft mit ungefähr
30 psi. Vordere Düsen 30 erhalten
das Fluid vom Verteilerkanal 22, sobald das Lammelenventil geöffnet ist.
Das Fluid läuft
vorwärts
durch die Düsen 30,
Düsenflügel 32,
und durch die Schubflügel 70. Dies
liefert Vorwärtsschub
zu der Antriebseinheit und dem Fahrzeug. Lamellenventil 40 ist
geöffnet,
sobald der Antriebseinheitsmagnet den Lamellenventilanker 42 anzieht.
Wenn der Anker 42 durch den Antriebseinheitsmagneten 64 angezogen
ist, dann bewegt sich der Anker 42 und schließt das Lamellenventil 40.
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Das
Fahrzeug verringert seine Geschwindigkeit, sobald das Fluid den
Verteilerkanal durch die hinteren Düsen 34, Düsenflügel 36,
und durch die hinteren Schubflügel 72 durchläuft. Dies
erfolgt, wenn das Lamellenventil 45 geöffnet ist. Lammellenventil 46 ist
geöffnet,
sobald der Antriebseinheitsmagnet 66 den Lamellenventilanker 47 anzieht.
Lamellenventil 45 ist geschlossen, wenn der Antriebseinheitsmagnet 68 den
Lamellenventilanker 47 anzieht. Die Magnete 62 und 66 sind
an der Halterung 80 und die Magnete 64 und 68 sind
an der Halterung 82 montiert. Aktuator 84 lenkt
Halterung 80 aus. Aktuator 86 lenkt Halterung 82 aus.
Um das Ventil 40 zu öffnen
und das Ventil 45 zu schließen, ist demnach Halterung 80 in
Richtung Ventil 40 auszulenken und Halterung 82 in Richtung
Ventil 45 auszulenken. Um das Ventil 45 zu öffnen und
das Ventil 40 zu schließen, ist Halterung 80 in
Richtung Ventil 45 auszulenken und Halterung 82 in
Richtung Ventil 40 auszulenken. Um beide Ventile zu schließen, sind
beide Halterungen auf den Mittelpunkt auszurichten. Jeder gemäß dem Stand
der Technik bekannte Aktuator kann eingesetzt werden, ist aber nicht
beschränkt
auf Elektromotoren, Hydraulikkolben und Pneumatikkolben.
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2 zeigt
ferner, dass sich die Führungsräder 50 der
Antriebseinheit nicht von der linken Radführung zur rechten erstrecken.
Jedes greift nur bei einer Radführung
ein, jedes andere Rad greift an der gleichen Seite ein. Die Wechselanordnung
der Führungsräder der
Antriebseinheit ist in einer Draufsicht der Führungsräder der Antriebseinheit in 3 dargestellt.
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Eine
Vorderansicht der zweiten Ausführungsform
der Antriebsanordnung ist in 4 dargestellt
und mit dem Bezugszeichen 118 bezeichnet. Die obere Struktur 20 ist
mit der Führung
verbunden und läuft
entlang der Länge
der Führung.
Antriebseinheit 14 ist mit dem Fahrzeug verbunden und läuft der
Länge des
Fahrzeugs entlang. Die obere Struktur 20 besteht aus dem
Fluidverteilerkanal 22, Führungsradgleisen 24,
einer Vielzahl von Düsen 38,
einer Vielzahl von Lamellenventilen 40, Vorwärtsdüsenflügeln 96 und
Rückwärtsdüsenflügeln 98.
Jedes Führungsrad 50 der
Antriebseinheit greift bei einer Radführung 24, wie in 3 gezeigt,
wechselseitig ein. Fluidverteilerkanal 22 enthält das unter
Druck gesetzte Fluid. Quer zugesandte Düsen 38 erhalten das Fluid
vom Verteilerkanal 22, sobald das Lamellenventil 40 geöffnet ist.
Lamellenventil 40 ist geöffnet, sobald der Antriebseinheitsmagnet 62 den
Lamellenventilanker 42 anzieht. Wenn der Anker 42 durch
den Antriebseinheitsmagneten 64 angezogen ist, dann lenkt
der Anker 42 das Lammellenventil 40 aus. Magnet 62 wird
in die Richtung des Ankers 42 und zurück durch den Aktuator 88 ausgelenkt.
Der Magnet 64 wird in die Richtung des Ankers 42 und
zurück durch
den Aktuator 89 ausgelenkt.
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Sobald
das Lamellenventil 40 geöffnet ist, verläuft das
Fluid durch die Düsen 38 senkrecht
zu der Führung.
Danach durchläuft
das Fluid entweder den Vorwärtsdüsendurchgang 92 oder
durch den Rückwärtsdüsendurchgang 94.
Aktuator 90 verfährt in
einer Position des Fluidstromes, so dass entweder der Vorwärtsdurchgang 92 oder
der Rückwärtsdurchgang 94 des
Fluiddurchflusses eingestellt ist. Wenn der Vorwärtsdurchgang 92 im
Weg des Fluiddurchflusses ist, dann durchläuft das Fluid weiter die Vorwärtsdüsenflügel 96 und
Vorwärtsschubflügel 97. Das
wird das Fahrzeug beschleunigen. Andernfalls durchströmt das Fluid
die Rückwärtsdüsenflügel 98 und
Rückwärtsschubflügel 99.
Das wird das Fahrzeug abbremsen. Schubflügel 97 und 99,
Aktuator 90, und Durchgänge 92 und 94 sind
mit der Antriebseinheit 14 verbunden und treiben folglich
das Fahrzeug an. Düsenflügel 96 und 98 sind
mit der oberen Struktur 20 verbunden und sind folglich
ortsfest.
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5 zeigt
eine Vorderansicht der dritten Ausführungsform der Antriebsanordnung,
welche mit dem Bezugszeichen 218 gekennzeichnet ist. Ähnlich wie
die zweite Ausführungsform,
greift jedes Führungsrad 50 der
Antriebseinheit wechselseitig nur bei einer Radführung 24, wie in 3 gezeigt,
ein. Ebenso sind die Düsen 38 an
einer Seite der Antriebseinheit und senkrecht zu der Führung angeordnet.
Die Anordnung der Schubflügel
und Düsenflügel ist
die gleiche wie in 4. Allerdings ist der Lamellenventilanker 42 in
dieser Ausführungsform
geöffnet.
Das Ventil 40 ist hier geöffnet, wenn das Steuerrad 120 vom
Aktuator 122 angetrieben wird, um den Anker 42 zu
drücken.
Um das Ventil 40 zu schließen, treibt der Aktuator 122 das
Steuerrad 120 weg vom Anker 42 an, und der Druck
im Verteilerkanal 22 schließt das Ventil 40.
In 5 sind auch die Spannstangen 130 gezeigt.
Diese Stangen übermitteln
den Schub von der Antriebseinheit 14 zum Fahrzeug 12.
Stangen 130 tragen nur die Normalkraft, unter Berücksichtigung
das sich Fahrzeug 12 in Bezug auf die Antriebseinheit 14 bewegt.
Die Rollen 140 sind gegenüber der Rollenbänder 142 angeordnet,
um es dem Fahrzeug 12 zu erlauben sich um eine Achse zu
drehen, die parallel zur Führung
ist.
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Eine
vierte Ausführungsform
der Antriebsanordnung ist in 6 gezeigt
und mit dem Bezugszeichen 318 bezeichnet. In dieser Ausführungsform durchläuft der
Verteilerkanal 22 ein 2-Wege-Lamellenventil 320.
Das Ventil 320 beinhaltet einen Ventilschaft 322,
Ventilfaltenbalg 324, Ventilabstützung 326, Ventilsitze 328 und
einen Ventilkopf 330. Räder 350 werden
in Abhängigkeit
vom Aktuator 352 zu einer Seite des Ventilschafts 322 oder
zur anderen gerückt,
um das Ventil zu öffnen.
Wenn die Räder 350 nach
rechts gerückt
werden, so berührt
das linke Rad die linke Seite des Ventilschafts 322, dann
ermöglicht der
Ventilfaltenbalg 324 dem Schaft sich um die rechte Abstützung 326 zu
drehen, um dann den Ventilkopf 330 nach links zu rücken. Der
Ventilkopf 330 rückt vom
rechten Ventilsitz 328 aus. Das Fluid aus dem Verteilerkanal 22 wird
dann durch die Vorwärtsdüsenflügel 340 und
Vorwärtsantriebsflügel 342 verlaufen.
Dies wird das Fahrzeug beschleunigen. Wenn die Räder 350 nach links
gerückt
werden, so berührt das
rechte Rad die rechte Seite des Ventilschafts 322, dann ermöglicht der
Ventilfaltenbalg 324 dem Schaft sich um die linke Abstützung 326 zu
drehen, um dann den Ventilkopf 330 nach rechts zu rücken. Ventilkopf 330 rückt vom
linken Ventilsitz 328 aus. Das Fluid aus dem Verteilerkanal 22 wird
dann durch die Rückwärtsdüsenflügel 344 und
Rückwärtsantriebsflügel 346 verlaufen.
Dies wird das Fahrzeug abbremsen.
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Eine
fünfte
Ausführungsform
der Antriebsanordnung ist in 7 gezeigt
und mit dem Bezugszeichen 418 gekennzeichnet. Jedes Führungsrad 50 der
Antriebseinheit greift nur bei einer Radführung 24 ein, wechselseitig
wie in 3 gezeigt. In dieser Ausführungsform ist eine Einzelreihe
von Vorwärtsaußendüsen 30 vorgesehen,
die von einer Reihe von Lamellenventilen 40 versorgt werden.
Das Lamellenventil 40 ist geöffnet, wenn Aktuator 422 das
Steuerrad 420 in Kontakt mit den Anker 42 bringt
und den Anker 42 zwingt sich zu bewegen. Das Fluid durchläuft dann
vom Verteilerkanal 22 aus das Ventil 40 und die
Düse 30.
Wenn der Aktuator 432 die Schubumkehranordnung 430 derartig
verschiebt, dass die Vorwärtsantriebsflügel 434 mit
den Düsen 30 ausgerichtet
sind, dann beschleunigt das Fahrzeug. Wenn Aktuator 432 die
Schubumkehranordnung 430 derartig auslenkt, dass die Spiralförderflügel 436 mit
den Düsen 30 ausgerichtet
sind, dann läuft
das Fluid von den Spiralförderflügel 436 zu
den Schubumkehrflügeln 438.
Dies bremst das Fahrzeug ab. Die kompliziertere Schubumkehranordnung
ist hier und nicht in den 4 und 5 erforderlich,
weil die Düsen
in dieser Ausführungsform
weiter vorne gegenüberliegen,
wobei die Düsen
in den 4 und 5 lotrecht zu der Führung stehen.
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8 bis 10 zeigen
Seitenansichten der Schubumkehranordnung 430. Die Vorderansicht
der Schubumkehranordnung 430 ist im Schnitt in 8 gezeigt.
Aktuator 32 hat die Anordnung 430 verschoben,
um das Fahrzeug abzubremsen. Das Fluid durchläuft die Vorwärtsaußendüsen 30,
Spiralförderflügel 436,
Strahlumkehrflügel 440 und
Schubumkehrflügel 438.
Um das Fahrzeug zu beschleunigen, lenkt der Aktuator 342 die
Anordnung 430 aus, bis die Vorwärtsantriebsflügel 434 mit
den Düsen 30 ausgerichtet
sind. Dann durchläuft
das Fluid die Düsen 30 und
die Vorwärtsantriebsflügel 434,
um dem Fahrzeug einen Vorwärtsschub
zu verschaffen.
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9 zeigt
eine Seitenansicht im Schnitt entlang der Linie A-A aus 8.
Der Aufbau der Anordnung 430 ist mit den Vorwärtsantriebsflügeln 434, Spiralförderflügeln 436,
und Schubumkehrflügeln 438,
die in Reihen unterhalb der Länge
der Anordnung 430 nach angeordnet sind, erkennbar.
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10 zeigt
eine Seitenansicht im Schnitt entlang der Linie B-B aus 8.
Düsen 30 und
Stahlumkehrflügel 440 sind
in Reihen unterhalb der Länge der
Wand des Verteilerkanals nach angeordnet.
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11 zeigt
Spiralförderflügel 436 in
einer Draufsicht im Schnitt entlang Linie C-C aus 9. Die
Flügel
sind in Vorwärtsrichtung
ausgerichtet, wie es diese Figur zeigt.
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12 zeigt
Spiralförderflügel 436 in
einer seitlichen Seitenansicht im Schnitt, entlang Linie D-D aus 11.
Die Ausrichtung der Ansicht ist entsprechend der Ausrichtung der
Flügel
und der Vorwärtsrichtung.
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Demnach
hat sich gezeigt, dass sich der Gegenstand der Erfindung als nützlich erwiesen
hat, obwohl Änderungen
und Umrüstungen
der Erfindung nicht leicht für
jene ersichtlich sind, die durchschnittliches Fachwissen haben.
Zum Beispiel können
die Lamellenventilanker 40, 42, 45 und 322 durch
einen Kontakt mit einem Rad oder durch Anziehungskräfte eines
Permanent- oder Elektromagneten in jeglichen Ausführungsformen
verschoben werden.