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Die Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug mit zumindest einem Rumpf und zwei Rudern, die an dem Rumpf angeordnet und jeweils um eine erste, vertikal orientierte Schwenkachse verschwenkbar daran gelagert sind, wobei die Ruder angetrieben jeweils um eine in Fahrrichtung orientierte, horizontale zweite Schwenkachse verlagerbar gelagert sind.
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Wasserfahrzeuge werden über unterschiedlichste Einrichtungen angetrieben und gesteuert. Neben muskelkraftbetriebenen Wasserfahrzeugen, die beispielsweise über Ruder oder Paddel angetrieben werden können, werden in Tretbooten Schaufelräder über einen Pedalantrieb in Bewegung versetzt. Segelboote werden über die Windkraft angetrieben, darüber hinaus existieren über Motoren angetriebene Wasserfahrzeuge, bei denen der Antrieb über Schaufelräder, Propeller, Strahldüsen oder auch gegenläufig zueinander bewegte Flossen erfolgt. Weiterhin sind Segelyachten mit Motorunterstützung und anderen, zusätzlichen Antrieben bekannt. Um die Lenkung des Wasserfahrzeuges zu bewirken, sind ein oder mehrere Heckruder vorgesehen. Das oder die Heckruder sind in der Regel um eine vertikale Achse verschwenkbar an dem Rumpf gelagert, wobei die tatsächliche Drehachse auch in oder entgegen der Fahrtrichtung geneigt sein kann. Die wesentliche Verschwenkbewegung erfolgt durch die eine Drehung um eine Vertikale oder im Wesentlichen vertikal orientierte erste Schwenkachse. Werden mehrere, parallel zueinander orientierte Heckruder vorgesehen, sind dies sogenannte Doppelruder, die insbesondere dazu vorgesehen sind, um die Lenkbarkeit oder Steuerbarkeit des Wasserfahrzeuges auch bei einer großen Seitenneigung oder Krängung ermöglicht.
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Doppelruder oder Parallelruder sind neben einer Anordnung an einem Einzelrumpf auch an Wasserfahrzeugtypen mit mehreren Teilrümpfen vorgesehen.
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Aus der
DE 10 2009 003 987 B4 ist ein Wasserfahrzeug mit einem Flossenantrieb und einer aktiven Lenkung mit zwei vertikal stehenden Flossen aus einem elastischen Material bekannt. Beide Flossen sind an dem Heck des Fahrzeuges zu beiden Seiten der mittigen Fahrzeugslängsachse mit Abstand zueinander angeordnet und sind unabhängig voneinander angetrieben. Eine Flosse wird über einen ersten, zweiseitigen Hebel um eine vertikale Achse verschwenkt, während die andere Flosse über einen zweiten Hebel ebenfalls um eine vertikale Achse verschwenkt wird. Der erste Hebel wird über die Beine und der zweite Hebel wird über die Arme betätigt. Die Steuerung erfolgt über unterschiedliche Betätigung der jeweiligen Hebel. Zur Erleichterung des Einsetzens und Aussetzens des Wasserfahrzeuges sowie eine Höhenverstellung für die Benutzung in seichten Gewässern sind Knickgelenke hinter dem Drehpunkt der Flossenarme angeordnet.
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Die
US 2 281 915 A betrifft eine Antriebs- und Lenkvorrichtung für ein Boot mit einer Halterung, die vom Heck des Bootes nach hinten vorsteht. An der Halterung ist ein horizontaler Träger schwenkbar angeordnet, sodass er um eine vertikale Achse schwenkbar ist. Eine Tragflossenanordnung wird von einem hinteren Teil der Halterung getragen und umfasst eine herabhängende Tragflosse, die für eine Bewegung von Seite zu Seite und für eine Bewegung um eine vertikale Achse angeordnet ist. Die Tragflosse ist über einen schwenkbaren Hebel von Seite zu Seite verschiebbar. Die Tragflossenanordnung ist an einer horizontal verlaufenden Welle angeordnet, die um eine horizontale Achse drehbar ist.
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Die
EP 3 173 323 A1 offenbart eine Vorrichtung mit einer sich unterhalb der Wasserlinie erstreckenden Antriebseinrichtung mit flexiblen Flossen, die über eine bogenförmige Bahn in einer quer zur mittleren Längsabmessung des Wasserfahrzeugs verlaufenden Richtung schwingen. Die Vorrichtung umfasst ebenfalls eine Einrichtung zum Aufbringen einer Eingangskraft auf die Antriebseinrichtung, wodurch sich die flexiblen Flossen verdrehen können, um einen Anstellwinkel zu bilden, der einen Vorwärtsschub erzeugt.
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Die
JP S57- 126 790 A betrifft eine Flossenantriebseinheit mit einem linken Pedal und einem rechten Pedal. Die beiden Pedale sind über ein Gehäuse mit einer Flossenantriebswelle verbunden, an der eine vordere und eine hintere Flosse angeordnet ist. Die Flossen bewegen sich bei einer Betätigung der Pedale in entgegengesetzte Richtungen. Jede Flosse ist mit einer Neigungsverstellung versehen, die mit einem Seil verbunden ist, das mit einem Hebel für die Neigungsverstellung verbunden ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Schlingern des Wasserfahrzeuges zu verringern bzw. zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Wasserfahrzeug mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Figuren offenbart.
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Das Wasserfahrzeug mit zumindest einem Rumpf und zwei Rudern, die an dem Rumpf angeordnet und jeweils um eine erste, vertikal orientierte Schwenkachse verschwenkbar daran gelagert sind, wobei die Ruder angetrieben jeweils um eine in Fahrtrichtung orientierte, horizontale Schwenkachse verlagerbar gelagert sind, sieht vor, dass die beiden Ruder gegenläufig um die jeweilige zweite Schwenkachse angetrieben sind und die Ruder mit einer Lenkeinrichtung gekoppelt sind, die beide Ruder gleichsinnig um die jeweilige erste Schwenkachse verdreht. An dem Rumpf, der auch aus mehreren Teilrümpfen bestehen kann, beispielsweise in Form eines Katamarans oder Trimarans, sind insbesondere im Heckbereich zwei Ruder im Wesentlichen parallel zueinander orientiert angeordnet. Die beiden Ruder sind um einer erste, vertikal orientierte Schwenkachse verschwenkbar daran gelagert und dienen unter anderem zur Steuerung des Wasserfahrzeuges durch eine entsprechende Ausrichtung der Ruderblätter relativ zu der Längserstreckung des Rumpfes oder der Fahrtrichtung des Rumpfes. Werden die Ruderblätter gleichsinnig verschwenkt, wird der Rumpf in die entsprechende Richtung aufgrund der Relativbewegung des Rumpfes bzw. der Ruderblätter zu dem Wasser verschwenkt. Zum Antrieb des Wasserfahrzeuges ist es vorgesehen, dass die Ruder angetrieben jeweils in eine in Fahrtrichtung orientierte, horizontale zweite Schwenkachse verlagerbar gelagert sind, sodass die Ruderblätter neben einer Bewegung um eine vertikale Achse auch eine Bewegung um eine Horizontalachse in Fahrtrichtung ausführen. Insbesondere in Kombination mit einer synchronisierten Verschwenkung der Ruder um die erste, vertikal orientierte Schwenkachse ergibt sich eine effiziente Kombination aus Vortriebskraft und Veränderung der Fahrtrichtung.
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Die beiden Ruder sind gegenläufig um die jeweilige zweite Schwenkachse angetrieben, um ein Schlingern des Wasserfahrzeuges zu vermeiden bzw. zu verringern. Dazu werden die beiden Ruder ausgehend von einer im Wesentlichen vertikal orientierten Ausgangsstellung gleichmäßig gegenläufig nach außen bzw. nach innen bewegt, sodass die Enden der Rotorblätter aufeinander zu oder voneinander weg bewegt werden.
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Zur Erzeugung einer entsprechenden Verschwenkbewegung um die zweite Schwenkachse ist es in einer Variante der Erfindung vorgesehen, dass jedem Ruder ein separater Antrieb für dessen zweite Schwenkachse zugeordnet ist, die über eine Steuereinrichtung so angesteuert werden, dass die jeweils gewünschte seitliche Verschwenkung um die jeweilige zweite Schwenkachse ausgeführt wird. Durch eine Veränderung der Geschwindigkeit und der Amplitude der Verschwenkung ist es möglich, unterschiedliche Vortriebsgeschwindigkeiten bzw. Abtriebsgeschwindigkeiten oder Bremsverzögerungen durch die individuelle Schwenkbewegung der Ruder auszuführen. Ein separater Antrieb für jedes Ruder lässt eine individuelle Steuerung zu und erhöht die Manövrierfähigkeit, da unabhängige Ruderbewegungen zum Antreiben bzw. Bremsen und Steuern des Wasserfahrzeuges durch eine entsprechende Ansteuerung des Motors erreicht werden kann. Alternativ können beide Ruder über eine Kopplungseinrichtung mit einem gemeinsamen Antrieb zur Verschwenkung um die zweite Schwenkachse verbunden sein. Dadurch wird lediglich ein einzelner Antrieb oder ein einzelner Motor benötigt. Die Kopplungseinrichtung kann beispielsweise als ein Kurbelantrieb ausgebildet oder über eine Pleuel- oder einen ähnlichen Schubkurbelantrieb ausgestattet sein, um die hin- und hergehende Bewegung auszuführen.
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Eine Anordnung beispielsweise einer Schubstange an einer Scheibe hat den Vorteil, dass der Kurbelhub und damit auch der Schwenkhub der Ruder um die zweite Schwenkachse einfach einstellbar sind. Werden die Lagerpunkte auf der Scheibe oder an dem Pleuel nach außen verlagert, wird ein größerer Hub erzielt, umgekehrt wird bei einer Verlagerung in Richtung auf die Drehachse des Kurbelantriebes der Hub verringert, wodurch bei gleicher Drehzahl eine verringerte Geschwindigkeit erreicht wird.
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Die Ruder sind vorteilhafterweise motorisch angetrieben, wobei der motorische Antrieb der Ruder um die zweite Schwenkachse den Großteil des Vortriebes bewirkt. Auch die Verstellung um die erste Schwenkachse kann motorisch erfolgen. Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Ruder elektromotorisch angetrieben werden, wobei der entsprechende Elektromotor in einen Generatorbetrieb geschaltet werden kann, sodass bei einer Bremsung die Möglichkeit besteht, Bewegungsenergie aufzunehmen und in elektrische Energie umzuwandeln, die dann in einem Akkumulator oder einer anderen Speichereinrichtung gespeichert werden kann. Grundsätzlich ist neben einer Umwandlung in elektrische Energie auch die Speicherung der Bewegungsenergie über beispielsweise Schwungräder vorgesehen.
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In einer Weiterbildung ist den Rudern eine Synchronisiereinrichtung zugeordnet, die bei Erreichen einer Verschwenkungsendlage der Ruder um die zweite Schwenkachse eine gegenläufige Verschwenkung der Ruder um die erste Schwenkachse bewirkt. Werden beide Ruderblätter mit ihren Enden nach außen verschwenkt, werden die Ruderblätter beispielsweise beide nach innen um die erste Schwenkachse verschwenkt, sodass ein Vortrieb erzeugt wird. Nach Erreichen der maximalen Verschwenkposition um die zweite Schwenkachse werden die Rotorblätter wieder nach innen zusammengeführt, sodass die Ruderspitzen aufeinander zu bewegt werden. Dabei wird eine Verschwenkung beider Ruderblätter um die erste Schwenkachse in gegenläufige Richtung erfolgt, sodass die beiden Ruderblätter nach außen zeigen, sodass sich auch bei der gegenläufigen Verschwenkbewegung um die zweite Schwenkachse eine Vortriebskraft einstellt. Die Ausgangsstellung der Ruderblätter ist dabei zunächst gleichgerichtet parallel, sodass das Wasserfahrzeug geradeaus fährt. Sofern eine Richtungsänderung stattfinden soll, werden beide Ruderblätter in die eine oder in die andere Richtung parallel verschwenkt, sodass sich automatisch eine veränderte Fahrtrichtung ergibt. Durch die Synchronisiereinrichtung ist es möglich, einen gleichmäßigen Vortrieb zu erreichen und die Ruderblätter um die erste Schwenkachse gegenläufig zu verschwenken. Soll eine Lenkung des Wasserfahrzeuges in die eine oder andere Richtung erfolgen, ist eine Lenkeinrichtung vorgesehen, die beide Ruder gleichsinnig um die jeweilige erste Schwenkachse verdreht.
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Zum Bremsen oder Notbremsen können beide Ruderblätter quer zur Fahrtrichtung gestellt werden. Bei separaten Antrieben der Ruderblätter erfolgt dies durch eine elektronische Steuerung, bei einer mechanischen Koppeleinrichtung beispielsweise über eine Drehscheibe kann dies durch eine Verlagerung der Lagerpunkte einer Schubstange an der Lenkeinrichtung erfolgen, sodass die beiden Ruder unabhängig voneinander um die erste Schwenkachse verdreht werden können. Für ein dosiertes Bremsen werden die Rotorblätter entsprechend gesteuert verstellt, wobei im Generatorbetrieb Bewegungsenergie entnommen und in Akkumulatoren gespeichert werden kann.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 - eine schematische Darstellung eines Wasserfahrzeuges; sowie
- 2 - eine schematische Darstellung einer Kopplungseinrichtung.
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In der 1 ist in einer schematischen perspektivischen Darstellung ein Wasserfahrzeug 1 gezeigt, dass einen einteiligen Rumpf 2 aufweist. An dem Heck des Rumpfes 2 sind zwei Ruder 3, 4 angeordnet, die im Betrieb des Wasserfahrzeuges in das Wasser eintauchen und zunächst als Steuerruder dienen. Die beiden Ruder 3, 4 sind um eine im Wesentlichen vertikal orientierte erste Schwenkachse 5 gelagert. Die Verdrehung um die erste Schwenkachse 5 verstellt die Ruderblätter der Ruder 3, 4, sodass das Wasserfahrzeug in die eine oder andere Richtung gesteuert wird. Dies erfolgt, indem beide Ruder 3, 4 in die gleiche Richtung verdreht werden. Die Verdrehung um die erste Schwenkachse 5 kann rein mechanisch und manuell über ein herkömmliches Steuerrad oder eine Ruderpinne erfolgen. Alternativ erfolgt die Verdrehung motorisch über einen Antrieb 7, der dem jeweiligen Ruder 3, 4 zugeordnet ist. Die Veränderung der Ruderstellung erfolgt in dem Ausführungsbeispiel über eine schematisch dargestellte Lenkeinrichtung 9, die als Steuerknüppel dargestellt ist. Wird der Steuerknüppel 9 nach links bewegt, verdrehen die Ruder 3, 4 in Draufsicht im Uhrzeigersinn, sodass das Wasserfahrzeug 1 nach links oder Backbord fährt. Umgekehrt wird eine Bewegung des Steuerknüppels 9 nach rechts eine Verschwenkung der Rotorblätter entgegen dem Uhrzeigersinn veranlassen, sodass das Wasserfahrzeug 1 nach Steuerbord oder rechts fährt
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Zusätzlich zu der Lagerung der Ruder 3, 4 um die erste, vertikale Schwenkachse 5 sind die Ruder 3, 4 jeweils um eine zweite Schwenkachse 6 schwenkbar gelagert, die in Längserstreckung oder Fahrtrichtung des Wasserfahrzeuges 1 orientiert ist und darüber hinaus im Wesentlichen horizontal verläuft. Durch die verschwenkbare Lagerung um die zweite Schwenkachse 6 ist es möglich, die Ruder 3, 4 nach außen voneinander weg und nach innen aufeinander zu zu verschwenken. Durch diese Verschwenkbewegung wird eine Wasserverdrängung bei einer entsprechenden Anstellung oder Orientierung der Ruder 3, 4 zueinander bewirkt. Ein gerader Vortrieb wird beispielsweise dann bewirkt, wenn ausgehend von einer senkrecht nach unten orientierten, geraden Ausrichtung in Fahrtrichtung beide Ruder 3, 4 nach außen verlagert werden, wobei das linke Ruder 3 entgegen dem Uhrzeigersinn und das rechte Ruder 4 im Uhrzeigersinn um einen gleichen Winkel um die erste Schwenkachse 5 verdreht werden. Sobald eine Bewegungsumkehr der Ruder 3, 4 eingeleitet wird, beispielsweise nachdem die Ruder 3, 4 ihre maximale Endlage der Verschwenkung erreicht haben, werden die beiden Ruder 3, 4 in entgegengesetzte Richtungen die erste Schwenkachse 5 verdreht und auf einander zu bewegt, wodurch sich erneut eine Vortriebskraft einstellt. Aufgrund der gegenläufigen Bewegung der Ruder 3, 4 aufeinander zu und voneinander weg erfolgt eine im Wesentlichen geradlinige Vorwärtsbewegung. Zur Steuerung des Wasserfahrzeuges 1 werden die beiden Ruder 3, 4 gleichsinnig in eine entsprechende Richtung verdreht, unabhängig von der gegenläufigen Verstellung der beiden Ruder 3, 4, die während der auseinandergehenden und zusammengehenden Bewegung zum Antrieb um die Schwenkachse 6 durchgeführt werden.
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In der 1 sind die Antriebe 7 schematisch dargestellte, die die Ruder 3, 4 einzeln antreiben. Die Bereitstellung der Antriebsenergie kann über Elektromotoren oder Verbrennungsmotoren erfolgen, die Umlenkung der entsprechenden Drehbewegung durch die Motoren oder Antriebe 7 in eine Verschwenkbewegung um die Schwenkachse 6 erfolgt über geeignete Getriebe und gegebenenfalls durch eine Drehrichtungsumkehr der Antriebe 7. Alternativ kann die Verschwenkbewegung um die Schwenkachse 6 hydraulisch oder durch lineare Aktuatoren erfolgen. Über entsprechende Umlenkgetriebe kann die Verschwenkung um die erste Schwenkachse 5 ebenfalls motorisch über die Antriebe 7 erfolgen, beispielsweise durch Umschalteinrichtungen, die abhängig von Drehrichtung oder Schwenkrichtung Kraftübertragungselement in Eingriff bringen oder außer Eingriff bringen.
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In einer alternativen Ausgestaltung zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 mit zwei separaten Antrieben 7 ist in der 8 eine alternative Antriebsart dargestellt. Die beiden Ruder 3, 4 sind weiterhin schwenkbar um zumindest zwei Achsen 5, 6 gelagert. Die Verstellung um die erste Schwenkachse 5 ist nicht näher dargestellt, sie kann bei schrittweise über separate Elektromotoren oder über mechanische Umschalteinrichtungen erfolgen. Die auseinander gehende Bewegung und die zusammenführende Bewegung der Ruder 3, 4 kann über die Kopplungseinrichtung 8 in Gestalt einer Drehscheibe 12 erfolgen. An der Drehscheibe 12, die durch einen Antrieb 7 beispielsweise in Gestalt eines Zahnrades angetrieben wird, sind zwei Pleuelstangen 10 angeordnet, die durch eine Drehbewegung der Drehscheibe 12 aufgrund der Antriebsbewegung des Antriebs 7 ausgehend von der dargestellten Mittelstellung gleichsinnig nach innen und dann wieder nach außen verlagert werden. Dazu sind die Pleuelstangen 10 schwenkbar innerhalb von Längsführungen 13 an einer Lagerstelle 11 gelagert. Die Pleuelstangen 10 sind auf gegenüberliegenden Seiten der Drehscheibe 12 angeordnet und kollidieren somit bei der Drehbewegung der Drehscheibe 12 nicht. Der Abstand von der Drehachse der Drehscheibe 12 innerhalb der Längsführungen 13 ist einstellbar, sodass der maximale Hub und maximale Schwenkbewegung der Ruder 3, 4 aufeinander zu und voneinander weg veränderbar ist.
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Alternativ zu der Ausgestaltung des Rumpfes 2 als einteiliger Rumpf ist es möglich, die entsprechende Anordnung des Antriebes 7 mit den beiden Rudern 3, 4 auch an Wasserfahrzeugen mit separaten Teilrümpfen anzuordnen, beispielsweise an einem Katamaran oder Trimaran.
