DE102015000259A1

DE102015000259A1 - Schwimm- und Tauchhilfe

Info

Publication number: DE102015000259A1
Application number: DE102015000259.7A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Walpurgis
Original assignee: Cayago GmbH Austria
Current assignee: Cayago Tec GmbH
Priority date: 2015-01-16
Filing date: 2015-01-16
Publication date: 2016-07-21
Anticipated expiration: 2035-01-17
Also published as: DE102015000259B4; RU2017128219A; EP3245126A1; US20180134358A1; HK1244761A1; BR112017015226B1; ES2747859T3; JP6678677B2; JP2018502012A; RU2691537C2; CA2973631A1; IL253484A0; MY186629A; AU2016208152B2; EP3245126B1; CN107406134A; IL253484B; WO2016113237A1; US10227122B2; RU2017128219A3

Abstract

Die Erfindung betrifft Schwimm- und Tauchhilfe mit einem Fahrzeugrumpf, auf dem sich ein Benutzer auflegt oder aufstellt, mit einem in dem Fahrzeugrumpf angeordneten Strömungskanal, in dem ein von einem Elektromotor angetriebener Propeller mit radial nach außen gerichteten an einem Basisteil des Propellers angebrachten Propellerflügeln, wobei der Elektromotor einen fest angeordneten Motorstator und einen sich drehenden Rotor, der dem Motorstator räumlich zugeordnet ist, aufweist. Dabei ist es vorgesehen, dass der Rotor des Elektromotors mittelbar oder unmittelbar an zumindest ein äußeres Ende zumindest eines Propellerflügels angekoppelt ist und dass der Motorstator zumindest bereichsweise umlaufend um dem Rotor angeordnet ist. Die Motoranordnung ermöglicht einen dynamischen Antrieb der Schwimm- und Tauchhilfe.

Description

Die Erfindung betrifft Schwimm- und Tauchhilfe mit einem Fahrzeugrumpf, auf dem sich ein Benutzer auflegt oder aufstellt, mit einem in dem Fahrzeugrumpf angeordneten Strömungskanal, in dem ein von einem Elektromotor angetriebener Propeller mit radial nach außen gerichteten an einem Basisteil des Propellers angebrachten Propellerflügeln, wobei der Elektromotor einen fest angeordneten Motorstator und einen sich drehenden Rotor, der dem Motorstator räumlich zugeordnet ist, aufweist.
Derartige Schwimm- und Tauchhilfe sind aus der DE 10 2004 049 615 B4 bekannt. Sie weisen eine Griffanordnung auf, an der sich ein Benutzer festhalten kann, während er mit einem Teilbereich seines Oberkörpers oberseitig auf dem Fahrzeugrumpf des Wasserfahrzeuges aufliegt. Innerhalb des Fahrzeugrumpfes ist ein Strömungskanal angeordnet, in dem ein Propeller untergebracht ist. Der Propeller wird von einem Elektromotor angetrieben, der über Akkumulatoren mit Strom versorgt wird. Dazu ist der Propeller über eine Antriebswelle mit dem Elektromotor verbunden. Der Elektromotor ist in einem Aufnahmegehäuse, welches bis zum Propeller geführt ist, gehalten. Die Antriebswelle ist über eine Dichtkassette aus dem Aufnahmegehäuse zu dem Propeller geführt. Das somit wasserdicht ausgeführte Aufnahmegehäuse mit dem Elektromotor kann in einem von Wasser umfluteten Raum im Fahrzeugrumpf der Schwimm- und Tauchhilfe angeordnet sein und so seine Verlustwärme an das vorbeiströmende Wasser abgeben. Dazu ist es vorgesehen, dass der Propeller, der Elektromotor und ein zugehöriges Steuergerät als Unterwasser-Antriebs-Einheit ausgebildet und in dem Strömungskanal angeordnet sind.
Bei einer solchen Anordnung stehen den Vorteilen der kompakten Bauweise und dem durch die Kühlung erreichten guten Wirkungsgrad der Nachteil entgegen, dass der Elektromotor in dem Strömungskanal angeordnet ist und damit die Strömung des Wassers nicht unerheblich beeinflusst. Dies gilt insbesondere für leistungsstarke Elektromotoren, die für eine schnelle Beschleunigung der Schwimm- und Tauchhilfe ein hohes Drehmoment aufbringen und über die Antriebswelle, welche einen vergleichsweise kleinen Durchmesser und damit einen kurzen Hebelarm im Bereich der Kraftübertragung aufweist, auf den Propeller übertragen müssen. Der Strömungskanal muss daher ausreichend groß dimensioniert werden, um die Abschattung, die durch den Elektromotor bewirkt wird, zu kompensieren. Hierdurch wird die Baugröße der Schwimm- und Tauchhilfe beeinflusst.
In der DE 10 2013 100 544 A1 ist daher ein Wasserfahrzeug vorgeschlagen, bei dem ein Propeller in einem Strömungskanal angeordnet ist. In einem Fahrzeugrumpf des Wasserfahrzeugs ist ein Flutungsraum vorgesehen, der im Schwimm- und Tauchbetrieb über Wasserdurchtrittsöffnungen mit Wasser gefüllt wird. Der Elektromotor und zugehörige Akkumulatoren sind in dem Flutungsraum angeordnet und werden so effizient gekühlt, ohne die Strömung in dem Strömungskanal zu beeinträchtigen. Die Energieübertragung von dem Elektromotor zu dem Propeller erfolgt über eine in einem Hüllrohr geführte Antriebswelle, welche aus dem Flutungsraum in den Strömungskanal geführt ist. Der Elektromotor ist somit aus dem Strömungsbereich des Strömungskanals herausgenommen, wird aber dennoch durch den wärmeleitenden Kontakt zu dem Wasser in dem Flutungsraum gekühlt.
Nachteilig bei dieser Anordnung ist die Gewichtszunahme des Wasserfahrzeugs durch die erforderliche, verlängerte Antriebswelle, was insbesondere den Transport des Sportgeräts außerhalb des Wassers stark beeinträchtig. Die erhöhte Massenträgheit der Antriebswelle beeinflusst die Dynamik des Antriebs, was durch einen entsprechend leistungsstärkeren Elektromotor unter dem Nachteil eines erhöhten Energieverbrauchs ausgeglichen werden muss. Ein weiterer Nachteil entsteht durch die leistungsmindernde Störung der Strömung in dem Strömungskanal durch die hindurchgeführte Antriebswelle sowie durch die Unterbrechung in der ansonsten glatt ausgeführten Wandung des Strömungskanals in dem Bereich, wo die Antriebswelle in den Strömungskanal geführt ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schwimm- und Tauchhilfe bereitzustellen, welche bei einer hohen Fahrdynamik ein geringes Eigengewicht aufweist.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass der Rotor des Elektromotors mittelbar oder unmittelbar an zumindest ein äußeres Ende zumindest eines Propellerflügels angekoppelt ist und dass der Motorstator zumindest bereichsweise umlaufend um dem Rotor angeordnet ist. Der Rotor bewegt sich so auf einer großen Kreisbahn mit einem vergleichsweise großen Abstand gegenüber seiner Drehachse. Damit wird ein hohes Drehmoment erzeugt, dass auf den Propeller übertragen wird. Durch das hohe Drehmoment können schnelle Änderungen der Rotationsgeschwindigkeit des Propellers bewirkt werden, was eine hohe Fahrdynamik der Schwimm- und Tauchhilfe ermöglicht.
Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die äußeren Enden zumindest eines Teils der Propellerflügel mit einem Propellerring verbunden sind und dass der Rotor auf dem Propellerring angeordnet ist und/oder dass die äußeren Enden zumindest eines Teils der Propellerflügel mit einem ringförmigen Rotorgehäuse verbunden sind und dass der Rotor in dem Rotorgehäuse angeordnet ist. Die Antriebskraft wird so über mehrere Propellerflügel übertragen, wodurch die mechanische Belastung der einzelnen Propellerflügel deutlich reduziert wird. Dadurch wird es möglich, sehr hohe Antriebskräfte auf den Propeller zu übertragen. Die Fliehkräfte des Rotors werden auf den Propellerring oder das Rotorgehäuse übertragen. Auf gegenüberliegenden Bereichen des Propellerrings oder des Rotorgehäuses einwirkende Zugkräfte heben sich gegenseitig auf, so dass die Propellerflügel nicht auf Zug belastet werden. Dadurch steigt die Lebenserwartung der Propellerflügel. Der Propellerring kann den inneren Boden des Rotorgehäuses darstellen. Bei der Verwendung eines Rotorgehäuses ist der Rotor vor Wasser geschützt.
Eine einfache und kostengünstige Herstellung kann dadurch erreicht werden, dass der Propellerring und/oder das Rotorgehäuse einstückig an dem Propeller angeformt sind. Der Propeller kann so zusammen mit dem Propellerring oder dem Rotorgehäuse in einem Arbeitsgang gefertigt werden.
Ein einfacher und sicherer Aufbau des Elektromotors kann dadurch erreicht werden, dass der Rotor eine Vielzahl von in Drehrichtung des Rotors angeordneten Permanentmagneten aufweist und/oder dass der Motorstator eine Vielzahl von umlaufend der Kreisbahn, auf der sich der Rotor bewegt, angeordneten Elektromagneten aufweist. Durch den Aufbau des Rotors mit Permanentmagneten muss kein Strom auf den Rotor übertragen werden. Dadurch entfällt eine wassergeschützte Stromzuführung auf rotierenden Bauteile. Durch die Verwendung einer Vielzahl an Permanentmagneten und Elektromagneten wird eine hohe Polpaarzahl erreicht. Dadurch wird ein Elektromotor mit einem hohen Drehmoment erhalten.
Vorteilhaft kann es vorgesehen sein, dass in Strömungsrichtung des Wassers nach dem Propeller ein Strömungsstator mit Statorflügeln angeordnet ist, dass der Strömungsstator über die Statorflügel mittelbar oder unmittelbar an der Wandung des Strömungskanals festgelegt ist und/oder dass mittelbar oder unmittelbar mit den äußeren Enden zumindest eines Teils der Statorflügel ein Statorgehäuse zur Aufnahme des Motorstators verbunden ist. Die Statorflügel sind derart ausgerichtet, dass eine Umwandlung der Rotationsbewegung des Wassers in eine lineare Bewegung erfolgt. Dadurch kann die in der Rotation des Wassers gespeicherte Energie für den Antrieb der Schwimm- und Tauchhilfe gewonnen werden. Durch die Festlegung des Strömungsstators an dem Strömungskanal ist dieser ortsfest in dem Strömungskanal positioniert. Dabei verändert er seine Position auch nicht bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten des Wassers in dem Strömungskanal. Der Stator ist vorzugsweise umlaufend zu einer Kreisbahn, auf der sich der Rotor bewegt, angeordnet. Dabei ist der Stator ortsfest anzuordnen. Beide Forderungen können einfach durch ein mit dem Strömungsstator verbundenes Statorgehäuse erfüllt werden.
Eine einfache und kostengünstige Herstellung kann dadurch erreicht werden, dass das Statorgehäuse des Elektromotors einstückig an dem Strömungsstator angeformt ist. Der Strömungsstator und das Statorgehäuse des Elektromotors können so in einem Arbeitsschritt hergestellt werden.
Um einen gewünschten Antrieb der Schwimm- und Tauchhilfe zu erreichen muss ein entsprechendes Volumen Wasser auf eine ausreichende Geschwindigkeit beschleunigt werden. Dafür ist ein ausreichend großer Strömungsquerschnitt erforderlich. Um einen ausreichend großen Strömungsquerschnitt zu erreichen kann es vorgesehen sein, dass der Rotor und/oder der Motorstator in einer seitlichen Ausnehmung des Strömungskanals angeordnet sind. Der Elektromotor ist somit außerhalb der Hauptströmung des in dem Strömungskanal geführten Wassers angeordnet. Damit kann gegenüber einem Aufbau, bei dem der Elektromotor innerhalb des Strömungskanals angeordnet ist, der Querschnitt des Strömungskanals verringert werden. Da der Strömungskanal einen wesentlichen Anteil des Fahrzeugrumpfes einnimmt, kann so die gesamte Schwimm- und Tauchhilfe bei unverminderter Antriebsleistung kompakter aufgebaut werden.
Eine einfache und belastbare Lagerung des Propellers kann dadurch erreicht werden, dass der Propeller axial an einer innerhalb des Strömungskanals angeordneten, drehbar gelagerten Welle befestigt ist.
Entsprechen einer bevorzugten Ausführung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Welle als Hohlwelle ausgeführt ist und/oder dass die Welle aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff gefertigt ist. Durch die Ausführung der Welle als Hohlwelle kann eine Gewichtsreduzierung ohne wesentliche Stabilitätsverluste und Steifigkeitsverluste der Welle erreicht werden. Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) weisen gegenüber Wellen aus Metall eine deutlich geringere Dichte bei einer gleichzeitig sehr hohen Steifigkeit auf. Daher kann zur drehbaren Lagerung des Propellers und zur Übertragung einer Schubkraft von dem Propeller auf den Fahrzeugrumpf der Schwimm- und Tauchhilfe eine leichtere Welle aus CFK verwendet werden. Die Schwimm- und Tauchhilfe kann so außerhalb des Wassers leichter getragen werden. Die durch die geringere Masse bewirkte geringere Trägheit der Motorwelle führt zu einer erhöhten Dynamik der Schwimm- und Tauchhilfe bei gleicher, von dem Elektromotor bereitgestellter Leistung, was für den Einsatz der Schwimm- und Tauchhilfe als Wassersportgerät einen wesentlichen Vorteil darstellt. Dies gilt besonders, da die installierbare Leistung des verwendeten Elektromotors und die Speicherfähigkeit des zugehörigen Energiespeichers bei einem tragbaren Wassersportgerät eng begrenzt sind.
Bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass in Strömungsrichtung des in dem Strömungskanal fließenden Wassers vor dem Propeller eine Zentriervorrichtung mit einer Basis und daran angebrachten Zentrierstreben angeordnet ist und dass die Zentriervorrichtung über die Zentrierstreben mittelbar oder unmittelbar an der Wandung des Strömungskanals festgelegt ist. Der Propeller kann an der ortsfest gehaltenen Zentriervorrichtung drehbar festgelegt werden. Die Zentrierstreben sind dabei derart stromlinienförmig geformt, dass sie dem vorbeiströmenden Wasser einen geringen Strömungswiderstand entgegenstellen.
Auf den Propeller wirken hohe Kräfte ein, die durch das turbulent in dem Strömungskanal strömende Wasser auch quer zur Drehachse auf den Propeller einwirken. Um diese Kräfte sicher abfangen zu können und dennoch eine leichtgängige Drehung des Propellers zu ermöglichen kann es vorgesehen sein, dass an der Zentriervorrichtung und an dem Strömungsstator jeweils ein Lager angeordnet ist, in denen die Welle gelagert ist. Durch die beidseitige Lagerung kann ein Schwingen und Verbiegen der Welle vermieden werden. Dadurch ist die radiale Position des Propellers sicher festgelegt. Dies ermöglicht es, nur einen kleinen Spalt zwischen dem Rotor und dem radial außerhalb des Rotors angebrachten Stator vorzusehen. Durch diese Maßnahme wird ein Elektromotor mit einem hohen Wirkungsgrad erhalten. Kollisionen zwischen dem Rotor und dem Stator bzw. zwischen dem Rotorgehäuse und dem Statorgehäuse können sicher vermieden werden.
Um die Welle dauerhaft leichtgängig zu lagern kann es vorgesehen sein, dass innerhalb der Basis der Zentriervorrichtung ein erstes Lagergehäuse ausgebildet ist, dass in dem ersten Lagergehäuse das vordere Lager gehalten ist und dass das erste Lagergehäuse mit einer abnehmbaren Anströmkappe wasserdicht gegenüber dem Strömungskanal verschlossen ist. Das vordere Lager ist somit vor Feuchtigkeit geschützt. Im Falle einer erforderlichen Wartung kann das vordere Lager leicht durch Abnehmen der Anströmkappe erreicht werden.
Eine dauerhaft leichtgängige Lagerung der Welle kann weiterhin dadurch erreicht werden, dass innerhalb der Statorbasis des Strömungsstators ein weiteres Lagergehäuse ausgebildet ist, dass in dem weiteren Lagergehäuse das hintere Lager gehalten ist und dass das weitere Lagergehäuse mit einem abnehmbaren Lagerhaltering wasserdicht verschlossen ist. Das hintere Lager ist so vor Feuchtigkeit geschützt. Im Falle einer erforderlichen Wartung kann das hintere Lager leicht durch Abnehmen des Lagerhalterings erreicht werden.
Die Schwimm- und Tauchhilfe dient als Wassersportgerät. Dazu muss es so konstruiert sein, dass sich ein Benutzer nicht an dem Gerät verletzten kann. Um zu vermeiden, dass ein Benutzer in den laufenden Propeller greift kann es vorgesehen sein, dass auf der dem Propeller abgewandten Seite des Strömungsstators ein Eingreifschutz mit daran angeformten Eingreifschutz-Streben angeordnet ist, dass die Eingreifschutz-Streben mittelbar oder unmittelbar an der Wandung des Strömungskanals festgelegt sind und dass vorzugsweise ein Basiskörper des Eingreifschutzes mit dem Strömungsstator verbunden ist. Die Eingreifschutz-Streben sind dabei so ausgeführt, dass sie die Strömung des Wassers möglichst wenig beeinflussen, aber das Eingreifen in den Strömungskanal verhindern. Ist der Basiskörper des Eingreifschutzes mit dem Strömungsstator verbunden, kann dieser zusätzlich gegenüber dem Strömungskanal abgestützt werden. Dies führt zu einer weiteren Stabilisierung der Position des hinteren Lagers der Welle und damit der radialen Positin des Propellers.
Entsprechend einer besonders bevorzugen Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass zumindest aus dem Elektromotor mit dem Rotorgehäuse und dem Statorgehäuse, der Zentriervorrichtung, der Anströmkappe, dem Strömungsstator und dem Propeller mit der Welle und den Lagern eine Unterwasser-Antriebs-Einheit gebildet ist. Die Unterwasser-Antriebs-Einheit kann als Baugruppe vormontiert in den Strömungskanal eingebaut werden. Dadurch wird die Montage der Schwimm- und Tauchhilfe deutlich vereinfacht, wodurch die Herstellkosten sinken.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 in perspektivischer Seitenansicht von hinten eine Schwimm- und Tauchhilfe,
2 die in 1 gezeigte Schwimm- und Tauchhilfe in perspektivischer Ansicht von unten,
3 in einer seitlichen Schnittdarstellung die Schwimm- und Tauchhilfe im Bereich eines geöffnet dargestellten Strömungskanals,
4 in einer seitlichen Schnittdarstellung die Schwimm- und Tauchhilfe mit einer ebenfalls im Schnitt dargestellten Unterwasser-Antriebs-Einheit,
5 einen Ausschnitt der in 4 gezeigten Schnittdarstellung im Bereich eines Propellers,
6 einen Ausschnitt der in 4 gezeigten Schnittdarstellung in einem vorderen Lagerbereich und
7 einen Ausschnitt der in 4 gezeigten Schnittdarstellung in einem hinteren Lagerbereich.
1 zeigt in perspektivischer Seitenansicht von hinten eine Schwimm- und Tauchhilfe 10. Die Schwimm- und Tauchhilfe 10 weist einen Fahrzeugrumpf 11 auf. Der Fahrzeugrumpf 11 ist aus einem Oberteil 11.6 und einem Unterteil 11.4 zusammengesetzt. Das Oberteil 11.6 ist mit zwei Haltegriffen 16 ausgerüstet, die beidseitig des Fahrzeugrumpfes 11 angeordnet sind. An diesen Haltegriffen 16 kann sich ein Benutzer festhalten und die Schwimm- und Tauchhilfe 10 mit an den Haltegriffen 16 angebrachten Bedienelementen 16.1 steuern. Insbesondere kann hier die Motorleistung der Schwimm- und Tauchhilfe 10 variiert werden. Der Benutzer, der sich an den Haltegriffen 16 festhält, liegt mit seinem Oberkörper auf einer Auflagefläche 11.3 im Bereich hinter einem Display 13 auf dem Oberteil 11.6 auf. An der Auflagefläche 11.3 ist eine Halterung 11.7 zur Befestigung eines Gurtsystems angebracht, mit dem sich der Benutzer an der Schwimm- und Tauchhilfe 10 angurten kann. Vor der Auflagefläche 11.3 ist ein Verschluss 12 für eine dahinter liegende gezeigte Ladebuchse angeordnet. Über die Ladebuchse können in dem Fahrzeugrumpf 11 enthaltene Akkumulatoren aufgeladen werden.
Seitlich am Fahrzeugrumpf 11 sind Tragegriffe 11.2 angeordnet, an denen die Schwimm- und Tauchhilfe 10 außerhalb des Wassers getragen werden kann.
In Fahrtrichtung vor dem Display 13 und zwischen den beiden Haltegriffen 16 ist eine abnehmbare Abdeckhaube 14 an dem Fahrzeugrumpf 11 befestigt. Die Abdeckhaube 14 überdeckt einen nicht gezeigten Montagebereich der Schwimm- und Tauchhilfe 10. Seitlich sind Entlüftungsöffnungen 15.1 in der Abdeckhaube 15 vorgesehen, welche mit einem in dem Fahrzeugrumpf 11 vorgesehenen, in 3 gezeigten Flutungsraum 17 verbunden sind.
Im Bereich des Bugs 11.1 sind Wassereintrittsöffnungen 15.2 vorgesehen, durch welche Wasser in den Flutungsraum 17 einströmen kann. Der Flutungsraum 17 kann dazu über die Entlüftungsöffnungen 15.1 der Abdeckhaube 14 entlüftet werden. Durch den mit Wasser gefüllten Flutungsraum 17 wird der Auftrieb der Schwimm- und Tauchhilfe 10 so eingestellt, dass eine vorgegebene Auftriebskraft erhalten bleibt, so dass sowohl ein Schwimm- wie auch ein Tauchbetrieb möglich ist. An dem Heck 11.5 der Schwimm- und Tauchhilfe 10 sind durch Lamellen abgedeckte Wasseraustrittsöffnungen 15.3 angebracht, die ebenfalls mit dem Flutungsraum 17 in Verbindung stehen. Der Flutungsraum 17 wird, sobald die Schwimm- und Tauchhilfe 10 in das Wasser gesetzt wird, mit Wasser geflutet, das durch die Wassereintrittsöffnungen 15.2 und Wasseraustrittsöffnungen 15.3 eindringt. Sobald die Schwimm- und Tauchhilfe 10 in den Fahrbetrieb übergeht, wird in dem Flutungsraum 17 eine Strömung erzeugt. Dabei tritt das Wasser durch die Wassereintrittsöffnungen 15.2 in den Flutungsraum 17 ein. Es durchströmt den Flutungsraum 17 und umspült dabei in dem Flutungsraum 17 gehaltene elektrische Baueinheiten, wie beispielsweise zum Antrieb der Schwimm- und Tauchhilfe 10 benötigte Akkumulatoren. Dabei nimmt das Wasser die Verlustleistung der elektrischen Baueinheiten auf und kühlt diese. Nach Durchströmen des Flutungsraums 17 verlässt das Wasser diesen durch die Wasseraustrittsöffnungen 15.3, die symmetrisch beidseitig eines Strahlaustritts 26 eines Strömungskanals 20 angeordnet sind. In dem Strömungskanal 20 ist endseitig ein Eingreifschutz 70 angeordnet, welcher verhindert, dass der Benutzer in den Strömungskanal 20 eingreift.
2 zeigt die in 1 gezeigte Schwimm- und Tauchhilfe (10) in perspektivischer Ansicht von unten.
Am Bug 11.1 des Fahrzeugrumpfes 11 sind die in 1 gezeigten Wassereintrittsöffnungen zu erkennen. Seitlich am Unterteil 11.4 des Fahrzeugrumpfes 11 sind seitliche Flutungsöffnungen 17.1 vorgesehen. Im vorderen Bereich des Unterteils 11.4 sind von unten weitere untere Flutungsöffnungen 17.2 eingebracht, welche von an dem Fahrzeugrumpf 11 angeformten Rippen überdeckt sind. In der Mitte des Unterteils 11.4 sind eine linke und eine rechte Einströmöffnung 21.1, 21.2 des Strömungskanals 20 angeordnet. Die Einströmöffnungen 21.1, 21.2 sind durch ein Leitelement 22.1 voneinander getrennt. Im Bereich der Einströmöffnungen 21.1, 21.2 sind Schutzstreben 22.2, 22.3 angeordnet.
Die Flutungsöffnungen 17.1, 17.2 sind wie die Wassereintrittsöffnungen 15.2 mit dem in 3 gezeigten Flutungsraum 17 verbunden. Wird die Schwimm- und Tauchhilfe 10 zu Wasser gelassen, strömt dieses durch die Flutungsöffnungen 17.1, 17.2 und die Wassereintrittsöffnungen 15.2 in den Flutungsraum 17 ein und stellt so den gewünschten Auftrieb der Schwimm- und Tauchhilfe 10 ein. Wird die Schwimm- und Tauchhilfe 10 aus dem Wasser genommen, kann das Wasser aus dem Flutungsraum 17 durch die Flutungsöffnungen 17.1, 17.2 und die Wassereintrittsöffnungen 15.2 aus dem Flutungsraum 17 herauslaufen, wodurch die Schwimm- und Tauchhilfe 10 deutlich an Gewicht verliert und dadurch leicht tragbar wird.
Durch einen in dem Strömungskanal 20 angeordneten, in 3 gezeigten Propeller 50 wird Wasser durch die Einströmöffnungen 21.1, 21.2 angesaugt und durch den Strömungskanal 20 zu dem in 1 gezeigten Strahlaustritt 26 beschleunigt. Dadurch ergibt sich der Vortrieb der Schwimm- und Tauchhilfe. Das Leitelement 22.1 und die Schutzstreben 22.2, 22.3 verhindern, dass größere Fremdstoffe angesaugt werden oder dass der Benutzer in den laufenden Propeller 50 greift. Weiterhin wirken das Leitelement 22.1 sowie die davor angeordneten Rippen im Fahrbetrieb stabilisierend auf die Schwimm- und Tauchhilfe 10.
3 zeigt in einer seitlichen Schnittdarstellung die Schwimm- und Tauchhilfe 10 im Bereich eines geöffnet dargestellten Strömungskanals 20. Die Schnittfläche verläuft dabei in Fahrtrichtung rechts und parallel zu einer Mittellängsfläche der Schwimm- und Tauchhilfe 10.
Der Strömungskanal 20 ist innerhalb des Fahrzeugrumpfes 11 geschwungen von der Unterseite zum Heck der Schwimm- und Tauchhilfe 10 geführt. Zu den Einströmöffnungen 21.1, 21.2 hin ist der Strömungskanal 20 durch eine in Fahrtrichtung linke vordere Strömungskanalhalbschale 23 und eine rechte vordere Strömungskanalhalbschale 24 gebildet. Die Strömungskanalhalbschalen 23, 24 sind passgenau aufeinander gefügt und mittels Verbindungselemente verbunden. Somit ist ein vordere Strömungskanalabschnitt mit einer glatten Oberfläche gebildet wird. In Fahrtrichtung vor dem Strömungskanal 20 ist ein Teil des Flutungsraums 17 gezeigt, der auch den Raum um den Strömungskanal 20 im hinteren Bereich der Schwimm- und Tauchhilfe 10 teilweise umfasst.
In dem Strömungskanal 20 ist eine Unterwasser-Antriebs-Einheit mit einem Propeller 50 mit einem zugeordneten Elektromototor 110, einer in Strömungsrichtung vor dem Propeller 50 angeordneten Zentriervorrichtung 40 mit einer steckbar an der Zentriervorrichtung 40 montierten Anströmkappe 30, einem in Strömungsrichtung nach dem Propeller 50 angeordneten Strömungsstator 60 und dem nachfolgenden Eingreifschutz 70 mit einer aufgesetzten Endkappe 80 angeordnet.
Der Eingreifschutz 70 ist im Bereich eines Strahlaustrittrohrs 25 angeordnet. Das Strahlaustrittrohr 25 ist in Strömungsrichtung nach dem Strömungsstator 60 angeordnet. Es bildet den Strömungskanal 20 zwischen dem Strömungsstator 60 und dem Strahlaustritt 26.
Umlaufend zu dem Strahlaustritt 26 bilden ein Abschlussring 19 und ein Verbindungsring 18 den Anschluss von dem Strahlaustrittrohr 25 zu dem Fahrzeugrumpf 11.
Der Propeller 50 weist ein Basisteil 52 auf, an dem radial nach außen abstehende Propellerflügel 54 angeformt sind. Die Propellerflügel 54 sind schräg zum Basisteil 52 ausgerichtet, so dass sie bei einer im vorliegenden Ausführungsbeispiel Rechtsdrehung des Propellers 50 Wasser von den Einströmöffnungen 21.1, 21.2 ansaugen und aus dem Strahlaustritt 26 ausstoßen.
Zum Antrieb des Propellers 50 ist dieser mit einem Rotor 112 des Elektromotors 110 verbunden. Der Rotor 112 ist dazu mittelbar an den äußeren Enden der Propellerflügel 54 des Propellers 50 angekoppelt. Bei einer Drehung des Propellers 50 bewegt sich der Rotor 112 auf einer Kreisbahn um den Propeller 50. Umlaufend zu dieser Kreisbahn ist ein Motorstator 111 des Elektromotors 110 angeordnet.
Die Antriebskraft wird zwischen dem Motorstator 111 und dem Rotor 112 erzeugt. Die Übertragung der Antriebskraft auf den Propeller 50 erfolgt von dem Rotor 112 auf die Enden der Propellerflügel 54. Damit erfolgt der Krafteintrag auf einem sehr großen Radius, wodurch sich ein hohes Drehmoment ergibt. Dadurch bedingt lassen sich bei gegebener Leistung des Elektromotors 110 sehr schnelle Drehzahländerungen des Propellers 50 und damit Geschwindigkeitsänderungen der Schwimm- und Tauchhilfe 10 realisieren.
Der Motorstator 111 und der Rotor 112 sind seitlich des durch die Strömungskanalhalbschalen 23, 24, dem äußeren Durchmesser der Kreisbahn der Propellerflügel und dem Strahlaustrittrohr 25 vorgegebenen Strömungsquerschnitts des Strömungskanals 20 angeordnet. Damit liegt der Elektromotor 110 nicht im Bereich der Hauptströmung des in dem Strömungskanal 20 beschleunigten Wassers und beeinträchtigt somit nicht den verfügbaren Strömungsquerschnitt und damit die Strömung des Wassers. Der Strömungskanal 20 kann damit im Vergleich zu einer Anordnung, bei der ein konventionell auf eine Antriebswelle einwirkender Elektromotor 110 in dem Strömungskanal 20 vorgesehen ist, bei gleichem Volumenstrom durch den Strömungskanal 20 mit einem geringeren Durchmesser ausgeführt werden. Dadurch kann die gesamte Bauform der Schwimm- und Tauchhilfe 10 kompakter gestaltet werden.
Die Zentriervorrichtung 40 weist eine stromlinienförmige Basis 41 auf, mit der ebenfalls stromlinienförmig ausgestaltete, radial nach außen ausgerichtete Zentrierstreben 42 verbunden sind. Die Zentriervorrichtung 40 ist mit den Zentrierstreben 42 an den Strömungskanalhalbschalen 23, 24 festgelegt. Entgegen der Strömungsrichtung ist die Anströmkappe 30 auf die Basis 41 der Zentriervorrichtung 40 aufgesteckt. Die Anströmkappe 30 weist ebenfalls eine stromlinienförmig ausgeführte Anströmfläche 31 auf, die stufenlos in die Oberfläche der Basis 41 übergeht. Zum Propeller 50 hin ist der Durchmesser der Basis 41 an den Durchmesser des Basisteils 52 des Propellers 50 angepasst. Durch diese Formgebung der Anströmkappe 30, der Basis 41 der Zentriervorrichtung 40 und des Basisteils 52 des Propellers 50 wird ein geringer Strömungswiderstand für das durch den Strömungskanal 20 fließende Wasser erreicht.
Der Strömungsstator 60 weist eine Statorbasis 61, an der radial nach außen gerichtete Statorflügel 65 angeordnet sind. Die Statorflügel 65 sind endseitig mittelbar mit dem Strömungskanal 20 verbunden. Der Strömungsstator 60 ist somit ortsfest in dem Strömungskanal 20 angeordnet.
Die Statorflügel 65 sind entlang der Strömungsrichtung des Wassers gebogen ausgeführt. Die dem Propeller 50 zugewandten Enden der Statorflügel 65 sind um einen vorgegebenen Winkel entgegen der Drehrichtung des Propellers 50 gebogen. Die von dem Propeller 50 abgewandten Enden der Statorflügel 65 verlaufen hingegen in etwa parallel zur Drehachse des Propellers 50. Das Wasser verlässt den Propeller 50 auf einer spiralförmigen Bahn. Durch die Form der Statorflügel 65 wirkt der Strömungsstator 60 der Rotation des durch den Strömungskanal 18 strömenden Wassers entgegen, so dass das Wasser nach dem Strömungsstator 60 möglichst rotationsfrei zum Strahlaustritt 26 strömt. Die Rotationsenergie des Wassers wird dabei in eine lineare Bewegungsenergie umgewandelt und dient damit dem Antrieb der Schwimm- und Tauchhilfe 10.
Vorzugsweise entspricht der Durchmesser der Statorbasis 61 zumindest annähernd dem Durchmesser des Basisteils 52 des Propellers 50. Damit wird ein geringer Strömungswiderstand beim Übergang des Wassers von dem Propeller 50 zu dem Strömungsstator 60 erreicht.
Der Eingreifschutz 70 ist über radial angeordnete Eingreifschutz-Streben 72 mit dem Strahlaustrittrohr 25 des Strömungskanals 20 verbunden. Damit ist der Eingreifschutz 70 ortsfest in dem Strömungskanal 20 positioniert. Die Eingreifschutz-Streben 72 sind stromlinienförmig ausgeführt. An ihren inneren Enden sind sie mit einem Basiskörper 71 des Eingreifschutzes 70 verbunden. Der Basiskörper 71 weist eine stromlinienförmige Kontur auf. Zum Strömungsstator 60 hin entspricht der Durchmesser des Basiskörpers 71 zumindest annähernd dem Durchmesser der Statorbasis 61 des Strömungsstators 60. Damit wird ein geringer Strömungswiderstand beim Übergang des Wassers von dem Strömungsstator 60 zu dem Eingreifschutz 70 erreicht. Zum Strahlaustritt 26 hin verjüngt sich der Durchmesser des Basiskörpers 71. Dabei folgt seine äußere Oberfläche vorzugsweise beabstandet dem Verlauf der Oberfläche des Strahlaustrittrohres 25. Der Abstand zwischen den Oberflächen des Basiskörpers 71 und des Strahlaustrittrohrs 25 begrenzt den Strömungsquerschnitt des vorbeiströmenden Wassers. Der Strömungsquerschnitt ist durch die Form des Basiskörpers 71 und des Strahlaustrittrohrs 25 so gewählt, dass durch einen ausreichend großen Querschnitt ein hoher Volumenstrom ermöglicht wird, aber gleichzeitig durch einen möglichst kleinen Querschnitt eine hohe Fließgeschwindigkeit des Wassers zum Strahlaustritt 26 hin erzwungen wird.
Endseitig ist der Basiskörper 71 des Eingreifschutzes 70 durch die Endkappe 80 abgeschlossen. In die Endkappe 80 ist eine Kappenöffnung 81 eingebracht. Durch die Kappenöffnung 81 kann Wasser aus dem als Hohlkörper ausgeführten Basiskörper 71 abfließen.
4 zeigt in einer seitlichen Schnittdarstellung die Schwimm- und Tauchhilfe 10 mit einer ebenfalls im Schnitt dargestellten Unterwasser-Antriebs-Einheit.
Im Unterschied zu der in 3 gezeigten Darstellung verläuft in 4 die Schnittfläche entlang einer Mittellängsfläche der Schwimm- und Tauchhilfe, so dass auch die Komponenten der Unterwasser-Antriebs-Einheit im Schnitt gezeigt sind.
Der Propeller 50 ist auf einer Welle 90 befestigt, wie dies näher zu 5 beschrieben ist. An die Zentriervorrichtung 40 ist ein erstes Lagergehäuse 45 angebracht. Die Welle 90 ist in dem ersten Lagergehäuse 45 drehbar gelagert. Dies ist detailliert in 6 gezeigt. An dem Strömungsstator 60 ist ein zweites Lagergehäuse 63 angebracht. Die Welle 90 ist in dem zweiten Lagergehäuse 63 drehbar gelagert. Das zweite Lagergehäuse ist vergrößert in 7 gezeigt.
Der Basiskörper 71 des Eingreifschutzes 70 ist als Hohlkörper ausgeführt. Durch die Kappenöffnung 81 der ebenfalls als Hohlkörper ausgeführten Endkappe 80 kann Wasser in den Basiskörper 71 ein- und ausströmen.
Die dargestellte linke vordere Strömungskanalhalbschale 23 weist entlang der Mittellängsfläche des Strömungskanals 20 eine linke Fügeschiene 23.1 sowie Montageösen 23.2 auf. Montiert ist die in 3 gezeigte rechte vordere Strömungskanalhalbschale 24 mit ihrem Rand in der linken Führungsschiene 23.1 festgelegt und die beiden Strömungskanalhalbschale 24 sind durch geeignete Befestigungsmittel, vorzugsweise mit durch die Montageösen 23.2 geführten Schrauben, fest verbunden. In der linken Fügeschiene 23.1 kann ein Dichtmaterial eingeführt sein.
5 zeigt einen Ausschnitt der in 4 gezeigten Schnittdarstellung im Bereich des Propellers 50.
Die Welle 90 ist als Hohlwelle ausgeführt. Vorteilhaft ist die Welle 90 aus einem kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) gefertigt. Die Welle ist in einen Mittenbereich 91, einen entgegen der Strömungsrichtung des Wassers ausgerichteten vorderen Wellenlagerabschnitt 93 und einen dem vorderen Wellenlagerabschnitt 93 gegenüberliegenden hinteren Wellenlagerabschnitt 94 aufgeteilt.
Im vorderen Wellenlagerabschnitt 93 ist die Welle 90 mit einem vorderen Lager 101 gelagert. Das vordere Lager 101 ist als Schrägkugellager ausgeführt. Das vordere Lager 101 ist durch eine Sicherungsmutter 100 innerhalb des ersten Lagergehäuses 45 der Zentriervorrichtung 40 gehalten, wie dies näher zu 6 beschrieben ist.
Im hinteren Wellenlagerabschnitt 94 ist die Welle 90 mit einem hinteren Lager 104 gelagert. Das hintere Lager 104 ist als Rillenkugellager ausgeführt.
Im Mittenbereich 91 der Welle 90 ist der Propeller mit einem Innenzylinder 51 an der Welle 90 festgelegt. Vorzugsweise ist der Innenzylinder 51 mit der Welle 90 verklebt. An den Innenzylinder 51 sind Propeller-Verstrebungen 53 angeformt. Die Propeller-Verstrebungen 53 sind zum Teil quer und zum Teil parallel zur Mittellängsachse der Welle 90 ausgerichtet. An ihren äußeren Enden sind die Propeller-Verstrebungen 53 mit dem Basisteil 52 des Propellers 50 verbunden. Vorteilhaft sind die Propeller-Verstrebungen einstückig an das Basisteil 52 angeformt. Die Propeller-Verstrebungen 53 bilden somit eine starre Verbindung zwischen dem Innenzylinder 51 und dem Basisteil 52 des Propellers 50. Zwischen dem Innenzylinder 51 und dem Basisteil 52 ist ein Nabenbereich als Hohlraum ausgebildet. Der Nabenbereich ist durch die quer zur Mittellängsachse der Welle 90 ausgerichteten Propeller-Verstrebungen 53 in eine vordere, der Zentriervorrichtung 40 zugewandte und eine hintere, dem Strömungsstator 60 zugewandte Kammer aufgeteilt. In diesen quer verlaufenden Propeller-Verstrebungen 53 sind nicht dargestellt Durchbrüche eingebracht. Bei drehendem Propeller 50 wird durch die Durchbrüche Wasser von der vorderen Kammer zu der hinteren Kammer befördert.
An dem Basisteil 52 ist an seiner der Zentriervorrichtung 40 zugewandten Kante eine vordere Anschluss-Innenstufe 52.1 und an der gegenüberliegenden Kante eine hintere Anschluss-Innenstufe 52.2 eingeformt. An dem Außenumfang des Basisteils 52 sind die Propellerflügel 54 befestigt. Vorzugsweise sind die Propellerflügel 54 einstückig an das Basisteil 52 angeformt. An ihren äußeren Enden sind die Propellerflügel 54 über einen Verbindungsbereich 54.1 mit einem das Basisteil 52 beabstandet umlaufenden Propellerring 55 verbunden. Der Propellerring 55 ist somit rotationssymmetrisch um die Drehachse der Welle 90 angeordnet. An dem Propellerring 55 ist radial nach außen gerichtet eine Rotorgehäuse-Vorderwand 56 angeformt. Vorzugsweise sind der Innenzylinder 51, die Propeller-Verstrebungen 53, das Basisteil 52, die Propellerflügel 54, der Propellerring 55 und die Rotorgehäuse-Vorderwand 56 einstückig gefertigt.
Die Statorbasis 61 des Strömungsstators 60 ist über ein Verbindungselement 62 mit dem zweiten Lagergehäuse 63 verbunden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Verbindungselement 62 trichterförmig ausgeführt. Nicht dargestellt weist das Verbindungselement 62 Durchlassöffnungen auf, durch welche Wasser aus der hinteren Kammer des Nabenbereichs in den Innenraum des Basiskörpers 71 des Eingreifschutzes 70 entweichen kann. Zu dem Propeller 50 hin ausgerichtet ist an der Statorbasis 61 eine vordere Anschluss-Außenstufe 61.1 angeformt. Die vordere Anschluss-Außenstufe 61.1 überdeckt geringfügig beabstandet die hintere Anschluss-Innenstufe des Basisteils 52 des Propellers 50. Dazu weist die Statorbasis 61 zumindest annähernd den gleichen äußeren Durchmesser wie das Basisteil 52 des Propellers 50 auf. Gegenüberliegend zur vorderen Anschluss-Außenstufe 61.1 ist an der Statorbasis 61 eine hintere Anschluss-Außenstufe 61.2 angeformt. An der Statorbasis 61 sind die Statorflügel 65 befestigt. Die Statorflügel 65 sind dabei vorzugsweise einstückig an die Statorbasis 61 angeformt. Die Statorflügel 65 sind radial zur Statorbasis 61 ausgerichtet, wie dies bereits zu 3 dargestellt wurde. An ihren äußeren Enden sind die Statorflügel 65 mit einem Statoraußenring 66 verbunden. Der Statoraußenring 66 ist umlaufend zu der Drehachse des Propellers 50 angeordnet. Mit seiner dem Propeller 50 zugewandten Kante schließt der Statoraußenring 66 gering beabstandet vor der Kante des Propellerrings 55 ab. An der Außenfläche des Statoraußenrings 66 ist eine hintere Gehäusewand 67 angeformt. Der Schnitt in der gezeigten Darstellung verläuft durch einen verstärkten Bereich der Gehäusewand 67, in dem eine Gewindebohrung 67.1 zur Aufnahme einer Schraube 116 eingebracht ist. Solche verstärkten Bereiche mit Gewindebohrungen 67.1 sind beabstandet entlang der Gehäusewand 67 vorgesehen. Dazwischen ist die Gehäusewand 67 dünnwandig ausgeführt. An die Gehäusewand 67 ist ein Gehäusedeckel 68 angeformt, welcher radial beabstandet den Propellerring 55 überdeckt. In der Stirnseite des Gehäusedeckels 68 sind Gewindeaufnahmen 68.1 zur Aufnahme von Schrauben 116 eingebracht.
Vorzugsweise sind das zweite Lagergehäuse 63, das Verbindungselement 62, die Statorbasis 61, die Statorflügel 65, der Statoraußenring 66, die hintere Gehäusewand 67 und der Gehäusedeckel 68 einstückig ausgeführt.
Das Strahlaustrittsrohr 25 ist mittels der Schrauben 116 an der Gehäusewand 67 befestigt. Dazu ist an dem Strahlaustrittsrohr 25 ein radial ausgerichteter Flansch 25.1 angeformt, in dem passgenau zu den Gewindebohrungen 67.1 der Gehäusewand 67 Bohrungen zur Durchführung der Schrauben 116 eingebracht sind.
Der Basiskörper 71 des Eingreifschutzes 70 weist an seinem dem Strömungsstator 60 zugewandten Ende einen stufenförmig eingearbeiteten Stator-Anschlussbereich 71.1 auf. Der Stator-Anschlussbereich 71.1 ist in die hintere Anschluss-Außenstufe 61.2 der Statorbasis 61 eingeschoben, so dass eine umlaufende Steckverbindung entsteht. Zwischen dem Stator-Anschlussbereich 71.1 und der hinteren Anschluss-Außenstufe 61.2 ist ein vierter Dichtring 123 vorgesehen. Der vierte Dichtring 123 dichtet das Innere des Basiskörpers 71 gegenüber dem Strömungskanal 20 ab.
Die Zentriervorrichtung 40 ist in Strömungsrichtung vor dem Propeller 50 angeordnet. Die rotationssymmetrische Basis 41 der Zentriervorrichtung 40 weist in ihrem Übergangsbereich zum Basisteil 52 des Propellers 50 den gleichen Außendurchmesser wie das Basisteil 52 auf. Dies führt zu einem geringen Strömungswiderstand für das vorbeiströmende Wasser. Zur Anströmkappe 30 hin verjüngt sich der Außendurchmesser der Basis 41 entlang einer konkaven Kurve. Zum Propeller 50 hin weist die Basis 41 eine Anschlussstufe 41.1 auf. Die Anschlussstufe 41.1 überdeckt mit einem geringen radialen Abstand die hintere Anschluss-Innenstufe 52.2 des Basisteils 52 des Propellers 50. An der Basis 41 sind die Zentrierstreben 42 radial ausgerichtet befestigt. Die Zentrierstreben 42 sind dabei vorzugsweise einstückig an die Basis 41 angeformt. Die Zentrierstreben 42 sind in ihrer tangential zur Basis 41 verlaufenden Ausdehnung schmal ausgeführt. Damit setzen sie dem vorbeiströmenden Wasser einen geringen Strömungswiderstand entgegen. In ihrer axialen Ausrichtung überdecken die Zentrierstreben 42 über die Hälfte der Länge der Basis 41. Ihrer dem anströmenden Wasser entgegenstehende vordere Kante fällt mit steigendem radialen Abstand zur Basis in Strömungsrichtung des Wassers ab. Auch diese Maßnahme reduziert den Strömungswiderstand für das vorbeiströmende Wasser. Am äußeren Ende der Zentrierstreben 42 ist ein Zentrieraußenring 43 befestigt. Der Zentrieraußenring 43 ist vorzugsweise einstückig mit den Zentrierstreben 42 verbunden. An dem Zentrieraußenring 43 ist eine radial nach außen ausgerichtete vordere Gehäusewand 44 befestigt, insbesondere einstückig angeformt. Die vordere Gehäusewand 44 reicht in ihrem äußeren Durchmesser bis zu dem Gehäusedeckel 68, an dessen Stirnfläche sie anliegt. In der Gehäusewand 44 sind Montagebohrungen 44.1 vorgesehen. Die Montagebohrungen 44.1 sind deckungsgleich zu den Gewindeaufnahmen 68.1 des Gehäusedeckels 68 angeordnet. Die Gehäusewand 44 und der Gehäusedeckel 68 sind mit durch die Montagebohrungen 44.1 geführten und in die Gewindeaufnahmen 68.1 eingeschraubten Schrauben 116 fest verbunden.
An der Außenfläche des Zentrieraußenrings 43 ist eine Rastnase 43.1 angeformt. Die Rastnase 43.1 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als umlaufend zu dem Zentrieraußenring 43 angeformter Wulst ausgeführt. Es können jedoch auch um den Zentrieraußenring 43 beabstandet angeordnete, halbkugelförmige Rastnasen 43.1 vorgesehen sein. Die Zentriervorrichtung 40 ist mit ihrem Zentrieraußenring 43 in den durch die Strömungskanalhalbschalen 23, 24 gebildeten Strömungskanal 20 eingeschoben. Dabei ist der Zentrieraußenring 43 so weit in den Strömungskanal 20 eingeführt, bis die Strömungskanalhalbschalen 23, 24 endseitig an die vordere Gehäusewand 44 anstoßen oder unmittelbar davor angeordnet sind. In dieser Position rastet die Rastnase 43.1 in eine umlaufend in die Strömungskanalhalbschalen 23, 24 eingebrachte Rastaufnahme ein. Die Zentriervorrichtung 40 ist so fest in dem Strömungskanal 20 verankert.
Nach innen gerichtet ist an der Basis 41 der Zentriervorrichtung 40 das erste Lagergehäuse 45 angeformt. Das erste Lagergehäuse 45 ist über einen ersten Abdichtbereich 45.1 am der Strömung des Wassers entgegen gerichteten Ende der Basis 41 angebracht. Das erste Lagergehäuse 45 weist eine topfförmige Kontur auf, wobei die Verbindung zur Basis 41 am Topfrand erfolgt. Das erste Lagergehäuse 45 ist in Strömungsrichtung des Wassers ausgerichtet in dem durch die Basis 41 gebildeten Hohlraum angeordnet. Der Zwischenraum zwischen dem ersten Lagergehäuse 45 und der Basis 41 ist durch eine Vergussmasse 47 ausgefüllt. Somit kann sich in diesem Bereich kein Wasser ansammeln. Die Anströmkappe 30 ist im ersten Abdichtbereich 45.1 auf die Basis 41 aufgesteckt.
Durch den Gehäusedeckel 68, die hintere Gehäusewand 67 und die vordere Gehäusewand 44 ist ein Motorgehäuse 117 des Elektromotors 110 gebildet. Zum Strömungskanal 20 hin ist das Motorgehäuse 117 durch den Statoraußenring 66, den Propellerring 55 sowie den Zentrieraußenring 43 abgegrenzt. Das Motorgehäuse 117 ist somit radial außerhalb des durch den Durchmesser des Strömungskanals 20 vorgegebenen Strömungsquerschnitts des in dem Strömungskanal 20 fließenden Wassers angeordnet. Der radial außen liegende Bereich des Motorgehäuses 117 ist durch einen Statorgehäusedeckel 113.1 abgetrennt. Der abgetrennte Bereich bildet ein Statorgehäuse 113. In dem Statorgehäuse 113 ist der Motorstator 111 des Elektromotors 110 angeordnet. Der Motorstator 111 ist aus einer vorgegebenen Anzahl an Elektromagneten gebildet. Diese sind in vorgegebenen regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen 113 entlang des ringförmigen Statorgehäuses 113 angeordnet. Jedem Elektromagnet ist zumindest eine Spule 111.1 zugeordnet. Vorteilhaft sind die Hohlräume des Statorgehäuses 113 mit einer Vergussmasse vergossen. Der Motorstator 111 ist somit in der Vergussmasse eingegossen.
Innerhalb des Motorgehäuses 117 ist durch den Propellerring 55, die Rotorgehäuse-Vorderwand 56 und einen Rotorgehäusedeckel 114.1 ein Rotorgehäuse 114 gebildet. Der Rotorgehäusedeckel 114.1 ist radial nach außen beabstandet zu dem Propellerring 55 angeordnet. An einer Seite stößt der Rotorgehäusedeckel 114.1 an die Rotorgehäuse-Vorderwand 56 an. Innerhalb des Rotorgehäuses 114 ist der Rotor 112 des Elektromotors 110 befestigt. Der Rotor 114 ist durch eine vorgegebene Anzahl an Permanentmagneten 112.1 gebildet. Diese sind in vorgegebenen regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen 113 entlang des ringförmigen Rotorgehäuses 114 angeordnet. Der Rotor 114 beziehungsweise die Permanentmagnete 112.1 sind in eine in das Rotorgehäuse 114 eingebrachte Vergussmasse eingegossen. Dadurch sind der Rotor 114 beziehungsweise die Permanentmagnete 112.1 mit dem Rotorgehäuse 114 verbunden. Der Rotorgehäusedeckel 114.1 ist ebenfalls mit der Vergussmasse fixiert. Zwischen dem Statorgehäusedeckel 113.1 und dem Rotorgehäusedeckel 114.1 ist ein Luftspalt 115 ausgebildet.
Der Elektromotor 110 entspricht in seiner Bauform einem Ring- oder Torquemotor. Der Elektromotor 110 ist dabei als Innenläufe ausgeführt. Da der Rotor 112 radial weit beabstandet zu der Drehachse des Elektromotors 110 angeordnet ist, kann durch diese Bauform ein hohes Drehmoment erzeugt und auf den Propeller 50 übertragen werden. Weiterhin kann das Drehmoment durch eine hohe Polpaarzahl mit entsprechend vielen Elektromagneten und Permanentmagneten 112.1 erhöht werden. Somit können schnelle Änderungen der Drehzahl des Propellers 50 und damit schnelle und dynamische Änderungen der Geschwindigkeit der Schwimm- und Tauchhilfe 10 erreicht werden.
Das Motorgehäuse 117 liegt vorteilhaft außerhalb des durch den Strömungskanal 20 und den Durchmesser der Propellerflügel 54 festgelegten Strömungsquerschnitts des Wassers. Dadurch wird der verfügbare Strömungsquerschnitt durch den Elektromotor 110 mit den bereits beschriebenen Vorteilen nicht verringert.
Das Motorgehäuse 117 ist nicht gegenüber dem Strömungskanal 20 abgedichtet. Zwischen dem Propellerring 55 und dem Statoraußenring 66 bzw. dem Zentrieraußenring 43 ist jeweils ein Spalt ausgebildet, durch den Wasser in das Motorgehäuse 117 einströmen kann. Der Motorstator 111 und der Rotor 112 sind innerhalb des Statorgehäuses 113 bzw. des Rotorgehäuses 114 gegenüber dem einströmenden Wasser abgedichtet. Durch das vorbeiströmende Wasser wird die Verlustwärme des Elektromotors 110 effizient abgeführt. Dies führt zu einem hohen Wirkungsgrad des Elektromotors 110. Der Motorstator 111 bzw. der Rotor 112 sind insbesondere durch die jeweils vorgesehene Vergussmasse vor dem eindringenden Wasser geschützt. Die Vergussmasse bildet ebenfalls eine thermische Brücke mit guten Wärmeleiteigenschaften, so dass die Verlustenergie des Elektromotors 110 über die Vergussmasse effizient an das umgebende Wasser abgegeben werden kann.
Die Welle 90 ist vorteilhaft beidseitig des Propellers 50 gelagert. Dadurch können hohe auf den Propeller 50 durch das vorbeiströmende Wasser übertragene Querkräfte sicher abgefangen werden. Ein Verbiegen der Welle 90 oder Schwingungen der Welle 90 und des Propellers 50 können vermieden werden. Dadurch kann der zwischen dem Motorstator 111 und dem Rotor 112 ausgebildete Luftspalt 115 konstant gehalten werden. Dies führt zu einer hohen Laufruhe. Weiterhin wird die Antriebskraft nicht durch schwankende Breiten des Luftspalts 115 beeinflusst. Eine Kollision des Rotorgehäuses 114 mit dem Statorgehäuse 113 wird sicher vermieden.
Dadurch, dass die Welle 90 als Hohlwelle ausgeführt ist, kann Gewicht eingespart werden, ohne dass die Steifigkeit der Welle 90 wesentlich beeinflusst wird. Ein geringes Gewicht ist für ein tragbares Wassersportgerät wie die vorliegende Schwimm- und Tauchhilfe ein wesentlicher Vorteil. Das Gewicht wird weiterhin dadurch reduziert, dass die Welle aus einem kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) besteht.
CFK bietet gegenüber herkömmlich zur Herstellung von Wellen 90 verwendeten Materialien, wie beispielsweise Stahl, den Vorteil eines deutlich reduzierten Gewichts bei gleichzeitig sehr hoher Steifigkeit. Im Vergleich zu Stahl neigt eine aus CFK hergestellte Welle 90 deutlich weniger zur Schwingungen, was zu einem verbesserten Rundlauf und zu einer geringeren Geräuschentwicklung führt. Weiterhin führen das geringere Gewicht und die reduzierte Schwingung zu einer Reduzierung der Belastung der Lager 101, 104, mit welchen die Welle 90 um ihre Mittellängsachse drehbar gelagert ist, wodurch der Verschleiß der Lager 101, 104 reduziert und damit deren Standzeit erhöht wird. Die träge Masse der Welle 90 aus CFK ist gegenüber einer Welle 90 aus Stahl deutlich reduziert, wodurch sich eine höhere Dynamik bei gewünschten Änderungen der Drehzahl der Welle 90 und damit des Propellers 50 ergibt. Gleichzeitig sinkt der Energieverbrauch zum Beschleunigen der Welle 90 mit dem Propeller 50, was zu einer Verlängerung der Betriebsdauer der durch Akkumulatoren mit Energie versorgten Schwimm- und Tauchhilfe 10 führt.
Um die Steifigkeit der Welle 90 zu erhöhen ist kann sie mehrschichtig aufgebaut sein. Einer inneren Schicht, in der Kohlenstofffasermatten mit unterschiedlicher Orientierung der Kohlenstofffasern innerhalb der Kunststoffmatrix angeordnet sind, folgt eine Schicht mit ausgerichteten Kohlenstofffasern. Diese sind vorzugsweise als hochmodulige Kohlenstofffasern, welche in Faserrichtung einen sehr hohen E-Modul von beispielsweise > 400.000 N/mm² aufweisen, ausgeführt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die hochmoduligen Kohlenstofffasern im Wesentlichen in Richtung der Längserstreckung der Welle 90 ausgerichtet, um so die Zugfestigkeit und Biegesteifigkeit der Welle 90 zu erhöhen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch eine CFK-Schicht mit quer zur Längserstreckung der Welle 90 angeordneten hochmoduligen Kohlenstofffasern vorgesehen sein. In dieser Anordnung erhöhen die zusätzlichen Kohlenstofffasern die Torsionssteifigkeit der Welle 90.
Die Oberfläche der Welle 90 ist bereichsweise überdreht, geschliffen oder poliert. Durch diese Nachbehandlungsschritte wird eine exakte rotationssymmetrische Kontur der Welle 90 erhalten, was zu einem guten Rundlauf führt. Risse in der Oberfläche werden entfernt und damit Kerbspannungen, welche sich bei mechanischer Belastung an den Rissenden ausbilden, vermieden oder zumindest reduziert. Dadurch sinkt die Bruchwahrscheinlichkeit der Welle 90 und ihre Belastbarkeit steigt. Um zu vermeiden, dass die Kohlenstofffasern bei der Nachbearbeitung verletzt werden, weist die Welle außen eine abschließende Kunststoffschicht auf, welche keine Kohlenstofffasern enthält.
Durch die zum Teil quer und zum Teil parallel zur Mittellängsachse der Welle 90 ausgerichteten Propeller-Verstrebungen 53 wird eine steife und hoch belastbare Verbindung zwischen dem Innenzylinder 51 und dem Basisteil 52 des Propellers 50 erreicht.
Der Innenzylinder 51, die Propeller-Verstrebungen 53, das Basisteil 52, die Propellerflügel 54, der Propellerring 55 und die Rotorgehäuse-Vorderwand 56 stellen vorzugsweise ein einstückiges Bauteil dar. Dieses kann beispielsweise aus Kunststoff gefertigt sein. Der Propeller 50 mit den zugehörigen Baugruppen kann so kostengünstig in einem Fertigungsschritt hergestellt werden.
Alternativ kann der Propeller 50 mit den zugehörigen Baugruppen Innenzylinder 51, Propeller-Verstrebungen 53, Basisteil 52, Propellerflügel 54, Propellerring 55 und Rotorgehäuse-Vorderwand 56 vollständig oder teilweise aus Metall gefertigt sein.
Die Zentriervorrichtung 40 und der Strömungsstator 60 sind fest mit dem Strömungskanal 20 verbunden. Dadurch ist auch die Lage des vorderen und des zweiten Lagergehäuses 45, 63 und damit die Position der Lager 101, 104 der Welle 90 fest vorgegeben und fixiert. Dadurch ist eine korrekte Positionierung des Propellers 50 innerhalb des Strömungskanals 20 sichergestellt. Durch den festen Verbund zwischen der Zentriervorrichtung 40, dem Propeller 50 und dem Strömungsstator 60 sowie dem darin ausgebildeten Motorgehäuse 117 mit dem Statorgehäuse 113 und dem Rotorgehäuse 114 sind die beweglichen Teile der Unterwasser-Antriebs-Einheit fest gegeneinander ausgerichtet. Einwirkende Erschütterungen und Stöße, wie sie im regulären Betrieb der Schwimm- und Tauchhilfe 10 häufig vorkommen, können so kompensiert werden. Insbesondere können geringe Abstände zwischen beweglichen und festen Bauteilen vorgesehen werden. So kann insbesondere der Luftspalt 115 zwischen dem Rotor 112 und dem Motorstator 111 schmal ausgeführt werden, was zu einer hohen Kraftübertragung und zu einem hohen Wirkungsgrad des Elektromotors 110 führt.
6 zeigt einen Ausschnitt der in 4 gezeigten Schnittdarstellung in einem vorderen Lagerbereich.
Das vordere Lagerbereich ist von dem ersten Lagergehäuse 45 umfasst. Das erste Lagergehäuse 45 ist einstückig an die Basis 41 der Zentriervorrichtung 40 angeformt. Ausgehend von dem zur Anströmkappe 30 hin ausgerichteten ersten Abdichtbereich 45.1 folgt ein zylindrischer, in den Innenraum der Basis 41 führender Abschnitt 45.3. An den zylindrischen Abschnitt 45.3 schließt sich ein vorderer Lagerhalter 46 mit gegenüber dem zylindrischen Abschnitt 45.3 leicht reduziertem Durchmesser an. Durch eine anschließende weitere Verringerung des Durchmessers des ersten Lagergehäuses 45 ist ein zweiter Abdichtbereich 45.2 ausgebildet. An den zweiten Abdichtbereich 45.2 ist eine radial nach innen ausgerichtete erste Anlage 48 angeformt.
Die Welle 90 ist mit ihrem vorderen Wellenlagerabschnitt 93 von der Seite des zweiten Abdichtbereichs 45.2 in das erste Lagergehäuse 45 eingeführt. An der Welle 90 ist umlaufend ein Propelleranschlag 92 angeformt, an der der Innenzylinder 51 des Propellers 50 anliegt. Endseitig ist der Durchmesser des vorderen Wellenlagerabschnitts 93 der Welle 90 reduziert. Auf diesen in seinem Durchmesser reduzierten Bereich ist ein Lagersitz 95 befestigt. Der Lagersitz 95 ist aus Metall gefertigt und insbesondere durch Kleben mit der Welle 90 verbunden. Zur Welle 90 hin weist der Lagersitz 95 einen radial nach außen vorstehenden Lageranschlag 95.1 auf.
Auf den Lagersitz 95 ist ein vorderes Lager 101 aufgeschoben. Das vordere Lager 101 ist als Schrägkugellager ausgeführt. Es liegt mit seinem Innenring an dem Lageranschlag 95.1 des Lagersitzes 95 an. Der Außenring des vorderen Lagers 101 liegt mit seiner Außenfläche an dem vorderen Lagerhalter 46 des ersten Lagergehäuses 45 an. Der Außenring des vorderen Lagers 101 ist durch die Sicherungsmutter 100 gehalten, welche innen in dem zylindrischen Abschnitt des ersten Lagergehäuses 45 festgelegt ist. Dazu liegt der Außenring an einem an die Sicherungsmutter 100 angeformten ersten Außenring-Gegenlager 101.1 an.
Im dem zweiten Abdichtbereich 45.2 des ersten Lagergehäuses 45 ist ein vorderer Radialdichtbereich 102 ausgebildet. Dazu ist zwischen dem zweiten Abdichtbereich 45.2 und dem vorderen Wellenlagerabschnitt 93 der Welle 90 ist ein vorderer Radialwellendichtring 102.1 angeordnet. Zum Propeller 50 hin ist der vordere Radialwellendichtring 102.1 von der nach innen stehenden ersten Anlage 48 des Lagergehäuses 45 gehalten. Gegenüberliegend ist der vordere Radialwellendichtring 102.1 durch einen ersten Sicherungsring 102.2 gehalten. Der erste Sicherungsring 102.2 ist in eine Nut im ersten Lagergehäuse 45 eingeklemmt ist.
Die Anströmkappe 30 weist zum ersten Lagergehäuse 45 hin einen Anschlussstutzen 32 auf. In dem Anschlussstutzen 32 sind Dichtringaufnahmen 33 eingebracht. In den Dichtringaufnahmen 33 sind Dichtringe 120, 121 eingelegt. Die Anströmkappe 30 ist mit dem Anschlussstutzen 32 in den ersten Abdichtbereich 45.1 der Zentriervorrichtung 40 eingesteckt. Dabei verhindern die Dichtringe 120, 121, dass Wasser aus dem Strömungskanal 20 in den Innenraum der Anströmkappe 30 und das erste Lagergehäuse 45 gelangt.
Durch das vordere Lager 101 ist die Welle 90 an ihrem vorderen Wellenlagerabschnitt 93 leicht drehbar gelagert. Durch den Lagersitz 95 mit dem Lageranschlag 95.1, die Sicherungsmutter 100 mit dem ersten Außenring-Gegenlager 100.1 und den vorderen Lagerhalter 46 ist das vordere Lager 101 sicher gehalten. Die Sicherungsmutter 100 erlaubt dabei ein Einstellen des Spiels, mit dem das vordere Lager 101 axial gehalten ist. Zur Welle 90 hin ist der Bereich des vorderen Lagers 101 durch den vorderen Radialwellendichtring abgedichtet. Auf der Seite der Anströmkappe 30 erfolgt die Abdichtung zwischen dem ersten Abdichtbereich 45.1 der Zentriervorrichtung 40 und dem Anschlussstutzen 32 der Anströmkappe 30 durch die dort angeordneten Dichtringe 120, 121. Das vordere Lager 101 ist somit vor eindringender Feuchtigkeit geschützt. Zusätzlich sind die Hohlräume in der Welle 90 und dem vorderen Lager 101 mit Fett gefüllt und somit zusätzlich vor Feuchtigkeit geschützt.
Die Rückstoßkraft des Wassers wird über den Propeller 50 von dem Innenzylinder 51 des Propellers 50 auf die Welle 90 übertragen. Die Welle 90 überträgt diese Kraft über den Lagersitz 95 auf den Innenring des vorderen Lagers 101. Innerhalb dieses als Schrägkugellager ausgeführten vorderen Lagers 101 wird die Kraft über die Lagerkugeln auf den Außenring des vorderen Lagers 101 übertragen. Von dort erfolgt der Krafteintrag über die Sicherungsmutter 100 auf die Zentriervorrichtung 40 und von dort auf den Strömungskanal 20 und den Fahrzeugrumpf 11 der Schwimm- und Tauchhilfe 10.
Der aus Metall gefertigte Lagersitz 95 verhindert, dass die Oberfläche der aus CFK gefertigten Welle 90 bei den hohen zu übertragenden Kräften beschädigt wird.
7 zeigt einen Ausschnitt der in 4 gezeigten Schnittdarstellung in einem hinteren Lagerbereich.
Das zweite Lagergehäuse 63 ist an das Verbindungselement 62 des Strömungsstators 60 angeformt. Ausgehend von seinem dem Heck 11.5 der Schwimm- und Tauchhilfe 10 zugewandten Ende ist das zweite Lagergehäuse 63 durch einen vierten Abdichtbereich 63.2, einen hinteren Lagerhalter 64, einen dritten Abdichtbereich 63.2 und eine zweite Anlage 63.3 gebildet.
Der vierte Abdichtbereich 63.2 und der hintere Lagerhalter 64 bilden einen die Drehachse der Welle 90 radial umlaufenden Bereich des zweiten Lagergehäuses 63. Der dritte Abdichtbereich 63.1 ist dazu in seinem Durchmesser reduziert. Die zweite Anlage 63.3 ist radial nach innen ausgerichtet an das Ende des dritten Abdichtbereichs 63.1 angeformt.
Die Welle 90 ist mit ihrem hinteren Wellenlagerabschnitt 94 durch den dritten Abdichtbereich 63.1 in das zweite Lagergehäuse 63 eingeführt. Zwischen dem dritten Abdichtbereich 63.1 und der Welle 90 ist ein hinterer Radialwellendichtring 103.1 angeordnet. Der hintere Radialwellendichtring 103.1 ist zum Propeller 50 hin von der radial vorstehenden zweiten Anlage 63.3 des Lagergehäuses 63 und gegenüberliegend durch einen zweiten Sicherungsring 106 in seiner axialen Position gehalten. Durch den Radialwellendichtring 103.1, die Welle 90 und den dritten Abdichtbereich 63.1 ist ein hinterer Radialdichtbereich 103 gebildet.
Das hintere Lager 104 ist zwischen dem hinteren Wellenlagerabschnitt 94 und dem hinteren Lagerhalter 64 des zweiten Lagergehäuses 63 angeordnet. Dabei liegt das hintere Lager 104 mit seinem Innenring an dem hinteren Wellenlagerabschnitt 94 und mit seinem Außenring an dem hinteren Lagerhalter 64 an. Das hintere Lager 104 ist als einreihiges Rillenkugellager ausgeführt. Zum Heck 11.5 der Schwimm- und Tauchhilfe 10 hin ist das hintere Lager 104 durch einen hinteren Lagerhaltering 105 axial gehalten. Dazu ist an dem hinteren Lagerhaltering 105 ein zum hinteren Lager 104 hin ausgerichtetes zweites Außenring-Gegenlager 105.1 angeformt. Der Außenring des hinteren Lagers 104 liegt an diesem Außenring-Gegenlager 105.1 an.
Der äußere Umfang des hinteren Lagerhalterings 105 ist durch einen ringförmigen Positionierabschnitt 105.2 gebildet, der an der Innenfläche des vierten Abdichtbereichs 63.2 des zweiten Lagergehäuses 63 anliegt. Zwischen dem ringförmigen Positionierabschnitt 105.2 und dem vierten Abdichtbereich 63.2 sind zwei Dichtringe 124, 125 angeordnet. Die Dichtringe 124, 125 sind dazu in Nuten, welche in den vierten Abdichtbereich 63.2 eingebracht sind, eingelegt. Der hintere Lagerhaltering 105 ist in den vierten Abdichtbereich 63.2 eingesteckt. Im Anschluss an den hinteren Lagerhaltering 105 ist ein dritter Sicherungsring 107 vorgesehen. Der hintere Lagerhaltering 105 ist damit in seiner Position gehalten.
Durch den hinteren Radialwellendichtring 103.1 wird verhindert, dass Wasser entlang der Welle 90 in das zweite Lagergehäuse 63 eindringt. Durch den hinteren Lagerhaltering 105 und die umlaufenden Dichtringe 124, 125 ist das zweite Lagergehäuse 63 ebenfalls abgedichtet. Das hintere Lager 104 ist somit vor Feuchtigkeit geschützt. Zusätzlich sind die Hohlräume in der Welle und im Bereich des hinteren Lagers 104 mit Fett gefüllt und somit zusätzlich vor Feuchtigkeit geschützt.
Zur Montage wird die Welle 90 in das zweite Lagergehäuse 63 eingeführt, der hintere Radialwellendichtring 103.1 aufgesteckt und mit dem zweiten Sicherungsring 106 gesichert. Anschließend wird das hintere Lager 104 aufgesteckt und der hintere Lagerhaltering eingeschoben. Zuletzt wird der dritte Sicherungsring 107 in die vorgesehen Nut eingeklemmt. Der Lagerbereich ist somit leicht zu montieren. Durch den eingesteckten hinteren Lagerhaltering 105 kann das hintere Lager 104 und der hintere Radialwellendichtring 103.1 zu Wartungszwecken leicht erreicht werden.
Bezugszeichenliste

10: Schwimm- und Tauchhilfe
11: Fahrzeugrumpf Rumpf
11.1: Bug
11.2: Tragegriff
11.3: Auflagefläche
11.4: Unterteil
11.5: Heck
11.6: Oberteil
11.7: Halterung (für Gurtsystem)
12: Verschluss (Ladebuchse) Ladebuchse
13: Display
14: Abdeckhaube
15.1: Entlüftungsöffnung
15.2: Wassereintrittsöffnung
15.3: Wasseraustrittsöffnung
16: Haltegriff
16.1: Bedienelement
17: Flutungsraum
17.1: seitlichen Flutungsöffnungen
17.2: unteren Flutungsöffnungen
18: Verbindungsring
19: Abschlussring
20: Strömungskanal
21.1: linke Einströmöffnung 18
21.2: rechte Einströmöffnung 18.4
22.1: Leitelement 18.4
22.2: linke Schutzstreben 18.1
22.3: rechte Schutzstreben
23: linke vordere Strömungskanalhalbschale
23.1: linke Fügeschiene
23.2: linke Montageösen
24: rechte vordere Strömungskanalhalbschale
25: Strahlaustrittrohr 17
25.1: Flansch
26: Strahlaustritt
30: Anströmkappe
31: Anströmfläche
32: Anschlussstutzen
33: Dichtringaufnahmen
40: Zentriervorrichtung
41: Basis
41.1: Anschlussstufe
42: Zentrierstrebe
43: Zentrieraußenring
43.1: Rastnase
44: vordere Gehäusewand
44.1: Montagebohrung
45: vorderes Lagergehäuse
45.1: erster Abdichtbereich
45.2: zweiter Abdichtbereich
45.3: zylindrischer Abschnitt
46: vorderer Lagerhalter
47: Vergussmasse
48: erste Anlage für Radialwellen-Dichtring
50: Propeller
51: Innenzylinder Innen- u. Außenzylinder bilden Propellerbasis
52: Basisteil
52.1: vordere Anschluss-Innenstufe
52.2: hintere Anschluss-Innenstufe
53: Propeller-Verstrebungen verbinden Innen und Außenzylinder
54: Propellerflügel
54.1: Verbindungsbereich
55: Propellerring
56: Rotorgehäuse-Vorderwand
60: Strömungsstator
61: Statorbasis
61.1: vordere Anschluss-Außenstufe
61.2: hintere Anschluss-Außenstufe
62: Verbindungselement
63: hinteres Lagergehäuse
63.1: dritter Abdichtbereich
63.2: vierter Abdichtbereich
63.3: zweite Anlage für Radialwellen-Dichtring
64: hinterer Lagerhalter
65: Statorflügel
66: Statoraußenring
67: hintere Gehäusewand
67.1: Gewindebohrung
68: Gehäusedeckel
68.1: Gewindeaufnahme
70: Eingreifschutz
71: Basiskörper
71.1: Stator-Anschlussbereich
72: Eingreifschutz-Strebe
80: Endkappe
81: Kappenöffnung
90: Welle (CFK; Hohlwelle)
91: Mittenbereich
92: Propelleranschlag
93: vorderer Wellenlagerabschnitt
94: hinterer Wellenlagerabschnitt
95: Lagersitz
95.1: Lageranschlag
100: Sicherungsmutter
100.1: erstes Außenring-Gegenlager
101: vorderes Lager Schrägkugellager
102: vorderer Radialdichtbereich
102.1: vorderer Radialwellendichtring
102.2: erster Sicherungsring
103: hinterer Radialdichtbereich
103.1: hinterer Radialwellendichtring
104: hinteres Lager Rillenkugellager
105: hinterer Lagerhaltering
105.1: zweites Außenring-Gegenlager
105.2: Positionierabschnitt
106: zweiter Sicherungsring
107: dritter Sicherungsring
110: Elektromotor
111: Motorstator
111.1: Spule
112: Rotor
112.1: Permanentmagnet
113: Statorgehäuse
1,13.1: Statorgehäusedeckel
114: Rotorgehäuse
114.1: Rotorgehäusedeckel
115: Luftspalt
116: Schraube
117: Motorgehäuse
120: erster Dichtring
121: zweiter Dichtring
122: dritter Dichtring
123: vierter Dichtring
124: fünfter Dichtring
125: sechster Dichtring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102004049615 B4 [0002]
DE 102013100544 A1 [0004]

Claims

Schwimm- und Tauchhilfe (10) mit einem Fahrzeugrumpf (11), auf dem sich ein Benutzer auflegt oder aufstellt, mit einem in dem Fahrzeugrumpf (11) angeordneten Strömungskanal (20), in dem ein von einem Elektromotor (10) angetriebener Propeller (50) mit radial nach außen gerichteten an einem Basisteil (52) des Propellers (50) angebrachten Propellerflügeln (54), wobei der Elektromotor (10) einen fest angeordneten Motorstator (111) und einen sich drehenden Rotor (112), der dem Motorstator (111) räumlich zugeordnet ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (112) des Elektromotors (10) mittelbar oder unmittelbar an zumindest ein äußeres Ende zumindest eines Propellerflügels (54) angekoppelt ist und dass der Motorstator (111) zumindest bereichsweise umlaufend um dem Rotor angeordnet ist.
Schwimm- und Tauchhilfe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Enden zumindest eines Teils der Propellerflügel (54) mit einem Propellerring (56) verbunden sind und dass der Rotor (112) auf dem Propellerring (56) angeordnet ist und/oder dass die äußeren Enden zumindest eines Teils der Propellerflügel (54) mit einem ringförmigen Rotorgehäuse (114) verbunden sind und dass der Rotor (112) in dem Rotorgehäuse (114) angeordnet ist.
Schwimm- und Tauchhilfe (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Propellerring (56) und/oder das Rotorgehäuse (114) einstückig an dem Propeller (50) angeformt sind.
Schwimm- und Tauchhilfe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (112) eine Vielzahl von in Drehrichtung des Rotors (112) angeordneten Permanentmagneten (112.1) aufweist und/oder dass der Motorstator (111) eine Vielzahl von umlaufend der Kreisbahn, auf der sich der Rotor (112) bewegt, angeordneten Elektromagneten (111.1) aufweist.
Schwimm- und Tauchhilfe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Wassers nach dem Propeller (50) ein Strömungsstator (60) mit Statorflügeln (65) angeordnet ist, dass der Strömungsstator (60) über die Statorflügel (65) mittelbar oder unmittelbar an der Wandung des Strömungskanals (20) festgelegt ist und/oder dass mittelbar oder unmittelbar mit den äußeren Enden zumindest eines Teils der Statorflügel (65) ein Statorgehäuse (113) zur Aufnahme des Motorstators (111) verbunden ist.
Schwimm- und Tauchhilfe (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorgehäuse (113) des Elektromotors (110) einstückig an dem Strömungsstator (60) angeformt ist.
Schwimm- und Tauchhilfe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (112) und/oder der Motorstator (111) in einer seitlichen Ausnehmung des Strömungskanals (20) angeordnet sind.
Schwimm- und Tauchhilfe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Propeller (50) axial an einer innerhalb des Strömungskanals (20) angeordneten, drehbar gelagerten Welle (90) befestigt ist.
Schwimm- und Tauchhilfe (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (90) als Hohlwelle ausgeführt ist und/oder dass die Welle (90) aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff gefertigt ist.
Schwimm- und Tauchhilfe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des in dem Strömungskanal (20) fließenden Wassers vor dem Propeller (50) eine Zentriervorrichtung (40) mit einer Basis (41) und daran angebrachten Zentrierstreben (42) angeordnet ist und dass die Zentriervorrichtung (40) über die Zentrierstreben (42) mittelbar oder unmittelbar an der Wandung des Strömungskanals (20) festgelegt ist.
Schwimm- und Tauchhilfe (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an der Zentriervorrichtung (40) und an dem Strömungsstator (60) jeweils ein Lager (101, 104) angeordnet ist, in denen die Welle (90) gelagert ist.
Schwimm- und Tauchhilfe (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Basis (41) der Zentriervorrichtung (40) ein erstes Lagergehäuse (45) ausgebildet ist, dass in dem ersten Lagergehäuse (45) das vordere Lager (101) gehalten ist und dass das erste Lagergehäuse (45) mit einer abnehmbaren Anströmkappe (30) wasserdicht gegenüber dem Strömungskanal (20) verschlossen ist.
Schwimm- und Tauchhilfe (10) Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Statorbasis (61) des Strömungsstators (60) ein weiteres Lagergehäuse (63) ausgebildet ist, dass in dem weiteren Lagergehäuse (63) das hintere Lager (101) gehalten ist und dass das weitere Lagergehäuse (63) mit einem abnehmbaren Lagerhaltering (105) wasserdicht verschlossen ist.
Schwimm- und Tauchhilfe (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Propeller (50) abgewandten Seite des Strömungsstators (60) ein Eingreifschutz (70) mit daran angeformten Eingreifschutz-Streben (72) angeordnet ist, dass die Eingreifschutz-Streben (72) mittelbar oder unmittelbar an der Wandung des Strömungskanals (20) festgelegt sind und dass vorzugsweise ein Basiskörper (71) des Eingreifschutzes (70) mit dem Strömungsstator (60) verbunden ist.
Schwimm- und Tauchhilfe (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest aus dem Elektromotor (110) mit +dem Rotorgehäuse (114) und dem Statorgehäuse (113), der Zentriervorrichtung (40), der Anströmkappe (30), dem Strömungsstator (60) und dem Propeller (50) mit der Welle (90) und den Lagern (101, 104) eine Unterwasser-Antriebs-Einheit gebildet ist.