DE102022003443B3

DE102022003443B3 - Drehachse für Spulen zum Bojesetzen beim Tauchen

Info

Publication number: DE102022003443B3
Application number: DE102022003443.3A
Authority: DE
Inventors: gleich Patentinhaber Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-09-17
Filing date: 2022-09-17
Publication date: 2024-01-25
Anticipated expiration: 2042-09-18

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehachse (100) für Spulen (200) von Tauchern, die zum Bojesetzen beim Tauchen in Gewässern zur Markierung der Position an der Wasseroberfläche genutzt werden. Die Drehachse (100) besteht aus mindestens zwei Drehachsenteilen (101, 102). Zwei Drehachsenteile (101, 102) weisen jeweils eine Scheibe (103, 104) auf, die im Zusammenbau auf parallelen Ebenen hintereinander positioniert sind, wobei der Abstand der beiden Scheiben (103, 104) unveränderlich ist. Die Drehachse (100) wird im Durchgangsloch einer Spule (200) montiert und kann in vorhandenen Spulen (200) nachträglich eingebaut werden. Die Drehachsenteile haben mindestens eine Verbindungsstelle (107), durch die die zwei Drehachsenteile (101, 102) mit Scheibe (103, 104) miteinander verbunden werden. Zwischen den Innenseiten der Scheiben (103, 104) ist die Spule (200) positioniert. Mindestens ein Drehachsenteil (101) besitzt mindestens eine Lauffläche (105) oder andersartige radiale Positionierung der Spule (200) zur Drehachse (100). Auf den Außenseiten der Scheiben (103, 104) kann der Taucher die Drehachse (100) halten, während die Spule (200) um die Drehachse (100) rotiert und der Faden (201) abgewickelt wird. Mindestens ein Drehachsenteil (101) ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine dicke Scheibe (103) hat, die eine so große Dicke aufweist, dass die Drehachse (100) inkl. Spule (200) auf dem Außendurchmesser (128) der dicken Scheibe (103) mit einer Hand des Tauchers gehalten werden kann. Durch Ziehen an der dicken Scheibe (103) und Abstützen mit der Hand an der Spule (200) kann der Taucher die Rotation der Spule (200) bremsen oder die Spule (200) fixieren.

Description

Beim Tauchen werden gegen Ende des Tauchgangs Bojen von den Tauchern im Wasser gesetzt, damit deren Position vor dem Auftauchen markiert wird und von der Oberfläche für andere sichtbar ist. Durch diese Boje kann die Besatzung des Bootes, von dem die Taucher ins Wasser gegangen sind, die Position erkennen, wo sich die Taucher befinden, und diese einholen. Andere Boote sollten es vermeiden, die mit der Boje markierte Position zu nahe anzufahren, da es beim Überfahren der Position zu tödlichen Unfällen der Taucher kommen kann. Bojen dienen dem Taucher als Hilfe bei Dekompressionspausen. Der Taucher kann sich an der Spule unterhalb der Boje auf definierter Wassertiefe aufhalten und die Dekompression durchführen. Es können auch Signale mit einer oder mehr Bojen an die Besatzung auf dem Boot mitgeteilt werden z.B. Notsignale, so dass die Bootsbesatzung zur Hilfe eilen kann und die Rettungskette bereits aktiviert. Bojen können auch zur Tarierung beim Ausfall anderer Tariersysteme oder zum Heben von kleineren Gegenständen genutzt werden.
Um diese Bojen zu setzen, werden Spulen genutzt, auf denen viele Meter Faden aufgewickelt sind. Der Faden ist an dem einen Ende mit der Spule und mit dem anderen Ende an der Boje befestigt. Um die Boje zu setzen, hält der Taucher die Spule mit einer Hand fest und lässt gleichzeitig Gas zumeist Luft aus einem Automaten (engl. Regulatoren) oder dem Inflatorschlauch in die Boje. Die Boje steigt bis an die Oberfläche und der Faden wickelt sich von der in Rotation versetzten Spule ab. Um das Festhalten der Spule zu erleichtern, werden Drehachsen in die Mitte der Spule eingesetzt, damit nicht die Reibung, die aufgrund der Drehbewegung entsteht auf die Handschuhe übertragen wird und diese verschleißen. Die Spule kann frei um die Drehachse rotieren. Außerdem kann durch die Drehachse kein Finger in die zentrale Durchgangsbohrung der Spule geraten, den Finger tordieren und verletzen.
Weitere Anwendungen finden die Spulen beim Höhlentauchen zur Markierung des Rückweges oder bei der Suche von einem zentralen Punkt aus, wobei der Faden beispielsweise schrittweise abgewickelt wird und spiralförmig um den zentralen Punkt das Gelände unter Wasser abgesucht wird.
Stand der Technik:
Es befinden sich unterschiedlichste Spulen für das Bojesetzen beim Tauchen auf dem Markt. Zu unterscheiden sind hier Fingerspulen, die zwischen dem Daumen und dem Zeige- oder Mittelfinger einer Hand gehalten und abgewickelt werden sowie Reels mit Griff und einer Kurbel zum Auf- bzw. Abwickeln des Fadens. Es sind folgende Systeme bekannt:

1. Fingerspulen der Marke Scubapro mit einer Drehachse bestehend aus zwei Scheiben verbunden über einen metallischen Zylinder. Die Spule kann sich zwischen diesen Scheiben um den metallischen Zylinder drehen. Durch das beidseitige Drücken des Tauchers auf die Scheiben werden die Scheiben auf dem metallischen Zylinder zur Spule geschoben und die Innenseite der Scheiben, berührt die Spule und bremst die Drehung der Spule. Die Scheiben bestehen aus einem und selben Kunststoff.
2. Fingerspulen der Marke Riff bestehen aus einer Spule aus eloxiertem Aluminium und einer Drehachse aus Kunststoff. Die Drehachse ist über eine Schraubverbindung in die Spule montiert und kann sich relativ zur Spule drehen.
3. Bei einem weiteren System wird eine metallische Drehachse (z.B. eloxiertes Aluminium) in die Spule montiert ( CN 2 09 382 231 U ). Die Spule kann um die Drehachse rotieren.
4. Aus EP 3 816 033 A1 geht eine Fingerspule hervor, bei der ein zweiteiliger Griff auf der einen Seite aus dem Spulenkörper herausgeklappt werden kann. Dieser Griff erleichtert das Halten der Spule beim Tauchen auf gleicher Tiefe oder beim Wiederaufwickeln des Fadens. Zum Halten der Spule beim Setzen der Boje, sind Kappen aus Kunststoff auf der Spulenachse fest angebracht, so dass das Durchgangsloch abgedeckt wird. Die Kappen drehen sich mit der Spule, da sie auf diese geklebt werden. Der Taucher kann die Spule beim Abwickeln des Fadens an den Kappen der Drehachse zwischen Daumen und Finger halten. Durch eine hohe Haltekraft entsteht eine hohe Reibung, die das Abwickeln der Spule abbremst und die Handschuhe des Tauchers können verschleißen. Es ist keine eindeutige Fixierung der Spule in der Hand des Tauchers möglich. Zudem wird vorgeschlagen die Kunststoffteile aus Hohlstrukturen durch 3D-Drucken herzustellen. Es wird angestrebt, dass das Gesamtsystem im hydrostatischen Gleichgewicht ist.
5. Des Weiteren sind unterschiedlichste Reel-Systeme bekannt, die zusätzlich zu einer Spule mit Griff eine Kurbel haben und eine Möglichkeit bieten, die Rotation der Spule manuell durchzuführen, um den Faden auf- bzw. abzuwickeln. So wird beispielsweise in US 9 038 936 B1 eine Reel beschrieben, welche eine Kurbel besitzt, um den Faden aufzuwickeln. Hierzu dreht die Spule sich um einen Griff. US 2010 / 0 044 490 A1 beschreibt eine Reel mit Kurbeln auf dem Spulenstirnflächen, die manuell auf- bzw. abgewickelt werden kann. US 2015 / 0 239 536 A1 gibt eine Kombination aus eine Reel, bei der der Faden manuell aufgewickelt wird, und einer Sicherheitsboje wieder, bei der alle Komponenten über Gehäuseelement, das die Oberhälfte und eine Seitenhälfte der Spule umschließt, miteinander verbunden sind. US 5 238 201 A beschreibt eine Reel, die mit einer Hand über einen Griff gehalten werden kann, eine Fadenführung hat und eine Bremse aufweist.

Es befinden sich viele Fingerspulen auf dem Markt, die lediglich aus einem Spulenkörper aus Kunststoff oder Metall, zumeist Aluminium, ohne Drehachse bestehen. Auf dem Spulenkörper ist der Faden gewickelt. In der Mitte der Spule befindet sich ein Durchgangsloch.
US 4 756 486 A beschreibt eine Spule mit einem Drehknauf auf einer Seite. Wird der Drehknauf gedreht, verkürzt sich die Drehachse der Spule über ein Schraubgewinde. Dadurch verringert sich der Abstand der beiden seitlichen Lager der Drehachse, wodurch die Spule von beiden Seiten eingeklemmt und damit gebremst wird.
Offenbarung der Erfindung:
Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehachse für Spulen von Tauchern, die zum Bojesetzen beim Tauchen in Gewässern zur Markierung der Position an der Wasseroberfläche genutzt werden. Die Drehachse besteht aus mindestens zwei Teilen. Zwei Teile der Drehachse weisen jeweils eine Scheibe auf, die im Zusammenbau auf parallelen Ebenen hintereinander positioniert sind. Die Drehachse wird im Durchgangsloch einer Spule montiert und kann in vorhandenen Spulen nachträglich eingebaut werden. Die Drehachsenteile haben mindestens eine Verbindungsstelle, durch die die zwei Drehachsenteile mit Scheibe miteinander verbunden werden. Zwischen den Innenseiten der Scheiben ist die Spule positioniert. Mindestens ein Drehachsenteil besitzt mindestens eine Lauffläche oder andersartige radiale Positionierung der Spule zur Drehachse. Auf den Außenseiten der Scheiben kann der Taucher die Drehachse halten, während die Spule um die Drehachse rotiert, der Faden abgewickelt und die Boje gesetzt wird. Mindestens ein Drehachsenteil ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Scheibe so groß ist, dass die Drehachse inkl. Spule auf dem Außendurchmesser der Scheibe mit einer Hand des Tauchers gehalten werden kann. Die andere Hand hat der Taucher frei, um den Faden auf die Spule zu wickeln oder andere Tätigkeiten auszuführen. Drückt der Taucher mit der die Drehachse haltenden Hand gleichzeitig gegen die Spule oder zieht die Drehachse aus der Spule, so dass die gegenüberliegende Scheibe zur Anlage auf der Spulenstirnseite kommt, wird eine Rotation der Spule durch die aus der Anpresskraft resultierenden Reibung verhindert. Eine fixierte Spule hat den Vorteil, dass der Faden nicht selbständig abrollt bzw. weiter abgewickelt wird. Die Fadenlänge zwischen Boje und Spule bleibt konstant, so dass der Taucher sich an dieser orientieren kann, um auf gleicher Tiefe im Wasser zu bleiben. Des Weiteren kann der Taucher in diesem fixierten Zustand den Faden auf die Spule wieder aufwickeln, ohne dass die Spule in Rotation versetzt wird und sich mitdreht.
Die Drehachse hat mindestens eine dicke Scheibe mit einer Dicke, die es ermöglicht die Drehachse auf der Mantelfläche der dicke Scheibe mit den Fingern zu halten. Die dicke Scheibe sollte dazu eine Dicke zwischen 10 und 35 mm vorzugsweise zwischen 15 und 25 mm aufweisen.
Um das Festhalten der Scheibe mit einer Hand zu vereinfachen, kann die Mantelfläche nach innen geneigt sein. D.h. der Radius nahe der Spule ist geringer, als auf der Außenseite. Die Mantelfläche der dicken Scheibe kann ergonomisch z.B. mit Greifflächen oder Vertiefungen gestaltet sein. Die geneigten Flächen oder die Greifflächen können auf dem gesamten Umfang der Scheiben oder Teilbereichen der Mantelfläche der Scheibe verteilt sein.
Der Taucher kann durch Ziehen an der dicken Scheibe die Drehachse aus der Spule bis zum Anschlag der Scheibe an selbige Spule auf der gegenüberliegenden Seite bewegen, so dass auf der gegenüberliegenden Seite eine Bremswirkung bzw. Fixierung zwischen Scheibe und Spule erzeugt wird. Um eine Drehachse mit höherer Bremswirkung herzustellen, kann eine Schicht aus einem Material mit hohem Reibungskoeffizienten zum Spulenmaterial z.B. ein Elastomer, ein Gummi oder ein thermoplastischer Elastomer auf der Scheibeninnenseiten der Scheibe, die der dicken Scheibe mit Haltefunktion gegenüberliegt, partiell oder umlaufend aufgebracht sein. Alternativ kann eine ringförmige Scheibe aus einem solchen Elastomer zwischen Scheibe und Spule gelegt werden.
Die Scheibenaußenflächen können strukturiert sein, dies erhöht die Haftung beim Halten des Gesamtkörpers durch den Taucher. Durch den 3D-Druck können individuelle, persönliche Kennzeichnungen auf den Außenflächen der Scheiben angebracht werden (z.B. Initialen des Besitzers, Graphiken, Werbung, ...). Die Farbe der Einzelteile kann je gedrucktem Teil neu gewählt werden. Austauschbare Scheiben oder Deckel über den Scheiben sind möglich. Auch bei spritzgegossenen Drehachsenteilen können Variationen bzgl. Farbe und Strukturierung umgesetzt werden.
Es kann ein fluoreszierender Kunststoff verwendet werden. Hierdurch kann der Gesamtkörper im Dunkeln z.B. bei Nachttauchgängen besser erkannt werden.
Mehrfarbige Drehachsenteile sind durch die Verarbeitung unterschiedlich eingefärbter Kunststoffe in einem Teil möglich.
Bedruckungen, Laserbeschriftungen oder Strukturierungen bei der Formgebung sind ebenfalls Möglichkeiten die Scheiben der Drehachse zu personalisieren oder anderweitig zu gestalten.
Zusätzlich kann mindestens eine Führung, z.B. eine Nut auf einer Scheibenaußenfläche vorgesehen sein, die es ermöglicht die Spule inkl. Drehachse an der Boje mit einem Gummiband zu fixieren. Das Gummiband wird durch die Führung sowie um die Spule und die Boje gelegt und schnürt das Gesamtsystem zusammen. Vorteilhafterweise ist die Nut nach oben breiter, damit das Einfädeln des Gummibandes einfach ist. Drückt das Gummiband im verschnürten Zustand zudem noch auf die Spulenstirnfläche und drückt damit die Spule auf die Seite mit der Fixierfunktion werden Rotationsbewegungen der Spule zusätzlich verhindert und es ergibt sich eine besonders stabiles Paket.
Die Verbindung der Bauteile kann durch eine Steck-, Schraub-, Bajonette-, Schweiß- oder Klebverbindung umgesetzt werden.
Die Steckverbindungen können durch eine oder mehrere Verbindungselemente umgesetzt werden. Formen und Querschnitte der Steckverbindungselemente können gezielt vorgegeben sein, damit nur die korrekten Drehachsenteile miteinander montiert werden können. Eine Positionierung der Drehachsenteile zueinander erfolgt über die Lage der Steckverbindungen, damit insbesondere kein Versatz von der axialen Lage entsteht und auch die Winkellage der unterschiedlichen Drehachsenteile zueinander kann durch die Form, die Lage oder die Anzahl der Verbindungselemente definiert werden. Dies ist insbesondere von Bedeutung, da zumindest der letzte Montageschritt als verdeckter Fügevorgang im Durchgangsloch der Spule erfolgt und Fehlmontagen vermieden werden sollen. Durch eine Presspassung zwischen dem einzelnen Zapfen und der zugehörigen Vertiefung wird die Montagekraft vorgegeben. Eine raue Oberfläche kann zusätzlich zu Verkrallungen führen. Um den Montageweg zu begrenzen und damit das Spaltmaß zwischen den Scheiben der Drehachse und der Spule zu definieren, sind Anschlagsflächen vorgegeben. Auf die Steckverbindung wirken im Gebrauch lediglich axiale Druckkräfte, zudem befindet sich die Steckverbindung im Durchgangsloch der Spule in einem abgeschossenen Bereich, so dass sich diese nicht während des Gebrauchs lösen kann. Eine Demontage ist lediglich durch ein gezieltes Einführen eines Werkzeuges in den Spalt zwischen einer der Drehachsenscheiben und der Spulenstirnfläche möglich, da durch die Presspassung und Oberflächenrauigkeiten die Demontagekräfte vorgegeben sind.
Für eine Schraub- oder Bajonettverbindung ist ein Gewinde bzw. eine Verrastkontur in den Drehachsenteilen vorzusehen. Die Schraub- oder Bajonettverbindung erfolgt rotatorisch um die zentrale Achse der Drehachse. Für eine Schraub- oder Bajonettverbindung sind Flächen an den Scheiben der Drehachsenteile vorteilhaft, um ein Drehmoment aufzubringen, damit die Schraubverbindung geschlossen werden kann. Hierzu kann der Außendurchmesser oder gezielte Abflachungen des selben genutzt werden oder es können Vertiefungen oder Erhebungen auf den Scheibenoberflächen vorgesehen sein. Die selben Flächen sind auch für die Demontage nutzbar. Eine Schraubverbindung kann auch durch eine oder mehrere separate Schraube, welche bevorzugt aus Metall sind, um ein hohes Drehmoment auf die Schrauben aufbringen zu können und damit eine hohe Verbundkraft sicherzustellen, erfolgen.
Als Verfahren für eine Schweißverbindung werden das Rotationsreibschweißen und das Ultraschallschweißen vorgeschlagen. Beide Verfahren können in verdeckten Bereichen, hier im Durchgangsloch der Spule durchgeführt werden und erzeugen hohe Verbundkräfte. Gezielte Flächen, an denen die Schmelze erzeugt wird, Rund- oder Ringflächen für das Reibschweißen oder Energierichtungsgeber für das Ultraschallschweißen, sind auf den Schweißkonturen vorzusehen. Bereiche für den Schmelzeaustrieb z.B. Ringnuten können vorgegeben sein. Beim Schweißen werden bei beiden Verfahren die zu fügenden Teile axial aufeinander gedrückt und ein axialer Schweißweg zurückgelegt. Um den Schweißweg zu begrenzen und damit das Spaltmaß zwischen den Scheiben der Drehachse und der Spule definiert einzustellen, können Anschlagsflächen vorgegeben sein.
Für eine Klebeverbindung sind Klebeflächen vorzusehen und Bereiche in denen überschüssiger Kleber beim Fügen fließen kann, damit nicht die Rotationsfunktion der Spule auf der Drehachse durch den Austrieb des Klebers gestört wird.
Durch die Verbindungstechnik können bestehende Standard-Fingerspulen mit beispielsweise einem 23 mm großem Innendurchmesser mit einer Drehachse nachgerüstet werden. Ein einfaches Zusammenstecken, Drehen oder Verschrauben der zwei oder mehr Drehachsenteile innerhalb einer Spule ist ausreichend für die manuelle Nachrüstung.
Bei der Montage der Drehachse wird durch die definierte Anschlagfläche die Distanz der Scheibeninnenflächen zu den Spulenstirnseiten eingestellt, so dass die Rotation der Spule um die Drehachse nicht gestört wird. Außerdem kann durch den geringen Abstand zwischen Spule und Scheiben verhindert werden, dass der Faden zwischen einer der Scheiben der Drehachse und der benachbarten Stirnfläche der Spule gerät und sich dort verklemmt. Der Abstand der Scheiben zu der Stirnfläche der Spule sollte maximal 2 mm betragen.
Die Verbindung kann wieder lösbar sein, dies ist insbesondere bei dem Steck-, Schraub- und Bajonettverbindungen der Fall. Dadurch können alle Drehachsenteile demontiert und ausgetauscht werden.
Es können Verlängerungselemente zwischen die beiden Drehachsenteile mit den Scheiben eingebracht werden, um die Verwendung der Drehachse für breitere Spulen zu ermöglichen.
Weitere Teile und Subkomponenten der Teile sind denkbar. Z.B. Schrauben, Federn oder Distanzteile zum Einstellen des Abstands der Scheiben.
Während der Rotation der Spule um die montierte Drehachse berührt der Taucher nur die Scheiben der Drehachse. Ein Reibung der Spule an der Hand bzw. am Handschuh des Tauchers wird dadurch vermieden und Verletzungen oder Verschleiß an den Handschuhen verhindert.
Durch die montierte Drehachse wird das Durchgangsloch in der Spule geschlossen und der Taucher kann nicht mit einem Finger in das Durchgangsloch geraten. Ein Verdrehen eines Fingers durch die Rotation der Spule und eine mögliche Verletzung der Hand wird durch die montierte Drehachse verhindert.
Damit sich der Faden nicht um Elemente der Drehachse wickelt, sind auf den Scheibenaußenseiten keine Pins (zylindrische Erhebungen) oder ähnliche Strukturelemente anzubringen. Ausbeulungen/Wölbungen der Oberfläche stellen diesbezüglich kein Problem dar, ebenfalls Vertiefungen nicht.
Aktuelle Modelle (ohne oder mit Drehachse aus Metall bzw. mit Metallbestandteilen oder Vollkunststoff) sinken im Wasser ab. Lässt ein Taucher eine Spule los, sinkt diese ab. Dem Taucher ist es aus Gründen der Dekompression und der begrenzten Menge an Atemgas am Ende des Tauchgangs nicht mehr möglich nochmals abzutauchen. Die Spule rollt im schlechtesten Fall komplett ab und muss dann am Faden wieder hochgezogen werden. Bei 10 bis 30 Meter langem Faden auf der Spule bedeutet dies, ein Zeitverlust und eine Menge an ungeordnetem Faden und damit eine Gefahr für die Taucher, sich darin zu verfangen.
Erfindungsgemäß sollen Drehachsen mit Hohlstellen hergestellt werden, so dass der Auftrieb der Drehachse den Abtrieb der Spule inkl. Faden kompensiert. Wird der hydrostatische Gleichgewichtszustand der Spule inkl. Faden und der erfindungsgemäßen Drehachse eingestellt, schwebt das Gesamtsystem im Wasser und sinkt nicht ab. Aufgrund der unterschiedlichen Dichten von Wasser in den Gewässern der Erde, was zum einen durch den Salzgehalt und zum anderen durch die Temperatur beeinflusst wird, ist das hydrostatische Gleichgewicht nur bedingt im Vorhinein einstellbar und kann daher nur nahezu erreicht werden. Die Unterschiede der Dichte des Wassers der unterschiedlichen Gewässer können 3 bis 5% betragen.
Die Kunststoffe können durch 3D-Drucken zu einem geschlossenen Volumen mit Hohlraum im Innern geformt werden. Die Wandungen der Drehachsenteile müssen dicht sein, so dass kein Wasser in den Hohlraum eindringen kann. Zudem müssen die Wandungen der Drehachsenteile ausreichend stabil/steif sein, damit der Wasserdruck in unterschiedlichen Tiefen nicht die Wandung eindrückt oder deformiert und Wasser in den Hohlraum eintritt. Beim 3D-Druck können durch die verfahrensüblichen Stützstrukturen im Innern Versteifungen und Hohlräume gleichzeitig gut miteinander gebildet werden. Da keine Entformungen, wie z.B. beim Spritzgießen notwendig sind, sind die Hohlräume im gleichen Fertigungsschritt geschlossen.
Es haben sich in den letzten Jahren viele 3D-Druckverfahren etabliert. Beispielsweise können folgende 3D-Druck-Verfahren zum Einsatz kommen:

- Fused Filament Fabrication (FFF) bzw. Fused Deposition Modeling (FDM)
- Selective Laser Sintering (SLS)
- Electron Beam Melting (EBM)
- Stereolithografie (STL)
- Digital Light Processing (DLP)
- Material Jetting (MJ)
- Film Transfer Imaging (FTI)

Allen 3D-Druckverfahren gemein ist, dass eine geschlossene Außenschicht gebildet werden kann, die die dichte Wandung der Drehachsenteile bildet. Des Weiteren können unterschiedlichste Strukturen im Innern der Bauteile gezielt hergestellt werden, insbesondere solche bei denen Material und Hohlstellen sich häufig abwechseln. Durch den Füllgrad kann die Dichte und damit der Auftrieb des Bauteils exakt eingestellt werden. Es bieten sich insbesondere das Fused Filament Fabrication und das Material Jetting an. Stützstrukturen im Innern von 3D-gedruckten Bauteilen sind üblich und bieten einen guten Schutz vor der Kompression der Drehachsenbauteile aufgrund des Wasserdrucks in der Tauchtiefe.
Die Drehachse wird im 3D-Druck kostengünstig hergestellt. Material- und Stromkosten sind gering. Es entsteht kaum Kunststoffabfall.
Auch durch Spritzgießen können die Drehachsenteile hergestellt werden. Es können sowohl kompakte Bauteile wie auch Bauteile mit Hohlstellen produziert werden. Werden die Hohlstellen durch Werkzeugelemente gebildet, sind die Hohlstellen noch durch einen weiteren Arbeitsschritt bzw. ein weiteres Bauteil, z.B. durch Pressverbindungen, O-Ring- oder Membran-Abdichtungen, Schweiß- oder Klebestellen abzudichten. Die Versteifung der Hohlkörper gegen den Außendruck kann beim Spritzgießen durch Innenverrippungen umgesetzt werden. Die Größe der Hohlstellen und damit die Dichte der Bauteile wird durch die Werkzeuggeometrie bestimmt.
Eine weitere Methode durch Spritzgießen Drehachsenteile mit niedriger Dichte als 1 g/cm³ und geschlossenzelliger Mikrostruktur herzustellen, ist das Schäumen der Kunststoffe in der Spritzgussform. Dies kann beispielsweise durch chemisches oder physikalisches Schäumen geschehen. Beim ersten Verfahren werden chemische Treibmittel dem Rohstoff beigesetzt, die aktiviert durch den Temperatureinfluss ein Treibgas bilden und die Formmasse im Werkzeug aufschäumen lassen. Beim zweiten Verfahren werden niedrigsiedende Flüssigkeiten der Formmasse zugesetzt, die aufgrund der Temperatur bei der Verarbeitung bzw. mit abnehmenden Drücken in der Kavität des Spritzgießwerkzeuges verdampfen und ein Aufblähen der Formmasse bewirken. Ein drittes Verfahren um Schäume herzustellen ist eine Polymerisation bei der Reaktionsgase entstehen und/oder ein Treibmittel durch die exotherme Reaktion verdampft. Die Dichte und damit der Auftrieb der Bauteile kann über den Aufschäumgrad d.h. durch die Menge der Treibmittel, die Beladung mit niedrigsiedenden Flüssigkeiten bzw. die Zusammensetzung bei der chemischen Reaktion eingestellt werden.
Alternativ zum Schäumen können Füllstoffe mit stark reduzierter Dichte in den Kunststoff für die Drehachsenteile eincompoundiert werden und somit ein Gemisch mit geringer Dichte und geschlossenen Zellen erzeugt werden (z.B. Glashohlfasern oder -kugeln, keramische Mikrohohlkugeln, polymere und mit Treibgas oder Flüssigkeit gefüllte Mikrohohlkugeln, expandierte polymere Mikrohohlkugeln, mikrozellulare expandierte Blähglasgranulate). Diese bleiben bei der Formgebung erhalten und bilden Hohlstellen im Bauteil und verringern die Dichte der Drehachsenteile. Durch die Menge der beigemischten Füllstoffe kann die Dichte und damit der Auftrieb der Bauteile gezielt eingestellt werden, so dass der Abtrieb der Spule und des Fadens kompensiert wird.
Erste Muster konnten durch 3D-Druck (FFF) aus PLA-Kunststoff hergestellt werden. Zur Montage haben diese Muster eine Schraub- oder Steckverbindung.
Die Fixierfunktion ist ohne Haftverbesserung auf Basis von Elastomeren nur bedingt gegeben. Bei größeren Zugkräften auf dem Faden rutscht die Spule durch. Eine elastomere ringförmige Scheibe wurde zwischen Spule und Scheibe gelegt und führt zu einer guten Haftung und damit Fixierung der Spule zur Drehachse.
Im Tauchversuch schwebt die Spule mit 3D-gedruckter Drehachse zunächst im Wasser und sinkt daraufhin langsam ab, während handelsübliche Spulen ohne Drehachse direkt absinken.
Bezugszeichenliste:

100: Drehachsen
101: Drehachsenteil 1 (eventuell hohl)
102: Drehachsenteil 2 (eventuell hohl)
103: Scheibe an Drehachsenteil 1 (Dicke Scheibe mit Haltefunktion)
104: Scheibe an Drehachsenteil 2 (Gegenüberliegende Scheibe mit Fixierfunktion)
105: Lauffläche an Drehachsenteil 1
106: Lauffläche an Drehachsenteil 2
107: Verbindungsstelle
108: Anschlagflächen
109: Klebefläche, Schweißfläche
110: weitere Verbindungsstelle
111: Drehachsenteil 3 (Zwischenstück, eventuell hohl)
112: Schraube als Verbindungselement
113: Schweißverbindung
114: Umlaufende Nut für überschüssigen Kleber oder Schweißaustrieb
117: Schicht aus Elastomer zur Erhöhung der Bremswirkung an Drehachsenteil 2
120: Achse
121: O-Ring Dichtung Außendurchmesser
122: O-Ring Dichtung Innendurchmesser
123: Deckel
124: Zapfen
125: Vertiefung
126: Greiffläche auf einer Scheibe
127: Gegenüberliegende Greiffläche auf selbiger Scheibe
128: Mantelfläche
140: Führung um die Spule mit Drehachse mit einem Gummiband an der Boje zu befestigen
150: Dicke einer Scheibe mit Greifffläche auf dem Außendurchmesser
200: Spule
201: Faden
210: Öffnungsbreite der Spule
211: Außendurchmesser der Spule

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleich Elemente. Die folgenden Figuren zeigen:
- 1 Prinzipskizze der Drehachse (Steckverbindung)
- 2 Montierte Drehachse mit Schraubverbindung
- 3 Drehachse mit Klebung oder Schweißung als Verbindungen
- 4 Drehachse bestehend aus 3 Teilen und 2 Verbindungsstellen
- 5 Drehachse mit einer Schraubenverbindung
- 6 Drehachse mit einer Kleb- oder Schweißverbindung (z.B. Reib- oder Ultraschallschweißen)
- 7 Drehachse aus spritzgegossenen Teilen (Hohlkörper durch entformte Kerne gebildet) Verbindung durch eine Schraube und Dichtungen (Klebe-, Schweißstellen oder wie dargestellt durch O-Ringe)
- 8 Drehachse mit Bremsschicht /-scheibe mit Fixierfunktion
- 9 Drehachse mit Haltefunktion und Greiffläche sowie Führung für ein Gummiband
- 10 Seitenansicht der 9

1. Es ist eine Drehachse (100) dargestellt, die aus zwei Teilen (101, 102) besteht. Jedes der Teile (101, 102) weist eine Scheibe (103, 104) auf und einen zylindrischen Bereich, der die Achse (120) bildet und in die Fingerspule montiert werden kann. Auf dem Außendurchmesser der Achse (120) sind Laufflächen (105, 106). Innerhalb der Achse (120) ist eine Verbindungsstelle (107), in diesem Fall eine zylindrische Steckverbindung, bei der ein Zapfen (124) in eine runde Vertiefung (125) gepresst wird. Damit die Verbindung sich nicht von selbst löst, ist eine Presspassung bzw. eine rauhe Oberfläche vorzusehen. Damit der Abstand der beiden Scheiben (103, 104) exakt eingestellt wird, ist die den Zapfen (124) bzw. die Vertiefung (125) umgebende Ringfläche als Anschlagsfläche (108) vorgesehen. Die eine dicke Scheibe (103) weist eine Dicke (150) auf, so dass der Taucher die Drehachse (100) auf der Mantelfläche (128) der dicken Scheibe (103) mit einer Hand halten kann.
2 zeigt die in 1 beschriebene Drehachse (100), welche in einer Spule (200) montiert ist. Auf der Spule (200) ist der Faden (201) gewickelt. Es ist eine Schraubverbindung (107) der beiden Drehachsenteile (101, 102) dargestellt.
3 zeigt eine andere Verbindungsart. Die Verbindung wird über eine Klebung oder Schweißung erzeugt und die Anschlagsfläche (108) wird als Verbundfläche genutzt. Für die Klebung kann der Kleber auf diese Verbundfläche aufgebracht werden. Damit der Kleber beim Zusammenpressen nicht auf die Laufflächen (105, 106) gerät, kann eine umlaufende Nut (114) für den Überlauf vorgesehen sein.
Für eine Schweißverbindung kann eine definierte Teilfläche der Anschlagsfläche (108) erhabener sein und z.B. durch Rotation des einen Drehachsenteils (101) auf dem anderen Drehachsenteil (102) kann die auftretende Reibung den Kunststoff erwärmt werden und aufschmelzen. Die Schmelze verbindet die Drehachsenteile stoffschlüssig und die Verbindung kann nicht wieder gelöst werden. Für den Schmelzeaustrieb kann eine umlaufende Nut (114) vorgesehen sein, damit der Schmelzeaustrieb nicht auf die Laufflächen (105, 106) gerät. Alternativ zum Reibschweißen kann auch ein Ultraschallschweißverfahren genutzt werden. Hierzu ist anstatt der erhabenen Teilfläche ein z.B. ringförmiger Energierichtungsgeber und ein Schweißsteg vorzusehen.
4 zeigt einen Aufbau einer Drehachse (100) aus drei Drehachsenteilen (101, 102, 111). Das mittlere Drehachsenteil (111) dient der Anpassung der Länge der Achse (120) an unterschiedliche Spulenbreiten (200).
Alternativ dazu kann auch ein ringförmige Abstandsscheibe auf den Zapfen (124) eine Steckverbindung oder das Gewinde einer Schraubverbindung (vgl. 2) aufgeschoben werden, bevor die Drehachsenteile (101, 102) montiert werden.
5 stellt eine erfindungsgemäße Lösung dar, bei der das eine Drehachsenteil (101) keinen Anteil an der Länge der Achse (120) hat. Die Achse (120) wird komplett durch das Drehachsenteil (102) gebildet. In diesem Fall wird eine Schraube (112) für die Verbindung genutzt.
6 Alternativ zu der in 3 dargestellten Kleb- oder Schweißverbindung auf der Anschlagfläche (108) kann die Kleb- oder Schweißverbindung auch auf der Stirnfläche eines Zapfens (124) der in einer zylindrischen Vertiefung eingeführt wird, erfolgen. Die Zentrierung der beiden Drehachsenteile (101, 102) wird durch die Einführung des Zapfens (124) in die Vertiefung sichergestellt. Der überschüssige Kleber bzw. der Schmelzeaustrieb kann in den Spalt zwischen Zapfen (124) und Vertiefung oder in hierfür vorgesehene Kanäle auf dem Zapfen (124) oder in der Vertiefung fließen.
7 stellt auf der einen Seite ein Drehachsenteil (101) in Form eines Deckels (123) und ein spritzgegossenes zweites Drehachsenteil (102), das über einen durch entformte Kerne gebildeten Hohlraum verfügt, dar. Der Hohlraum wird bei der Montage der Drehachse mit dem Deckel (123) verschlossen. Die Dichtung erfolgt über einen innen liegenden O-Ring (122) und einen O-Ring auf dem Außendurchmesser (121) des Deckels (123). Die Verbindung kann beispielsweise durch eine zentrale Schraube (112) hergestellt werden. Die Lauffläche (106) kann beispielsweise durch das Drehachsenteil (102) über die gesamte Länge der Achsen (120) gebildet werden. Alternativ ist es auch möglich einen Deckel (123) auf das spritzgegossene Drehachsenteil (102) dicht zu kleben oder zu schweißen.
8 zeigt ebenfalls eine Drehachse (100) mit Brems- bzw. Fixierfunktion. Die Drehachsenteile (101, 102) sind im montierten Zustand starr miteinander verbunden. Durch die Führung über die Laufflächen (105, 106) kann sich die Drehachse um das Spiel zwischen der Spule (200) und den Scheiben (103, 104) bewegen. Der Taucher kann die Drehachse (100) durch aktives Ziehen an der Mantelfläche (128) der dicken Scheibe (103) bis auf Anschlag der gegenüberliegenden Scheibe (104) an der Spule (200) auslenken. Durch die Anpresskraft und die Reibung wird die Bremsfunktion aktiviert und die Spule (100) zur Drehachse (200) fixiert. Eine Rotationsbewegung der Spule (200) wird verhindert.
Diese Reibung kann durch Schichten (117) aus Elastomer an den Drehachsenteilen (101, 102) erhöht werden, so dass die Bremswirkung verbessert wird. Diese Schichten (117) können ringförmig auf den Innenseiten der Scheiben (103, 104) vorliegen oder nur partiell angebracht sein. Das heißt, dass zum Beispiel nur punktförmige oder linienförmige Bereiche der Rückseiten der Scheiben (103, 104) mit Elastomer beschichtet sind. Es können auch ringförmigen Scheiben aus Elastomer zwischen Spule (100) und Scheibe (103, 104) eingelegt werden. Bei den elastomeren Scheiben führt die beidseitige Reibung zu Fixierung der Spule (200) zur Drehachse (100).
9 zeigt eine Drehachse (100) mit Haltefunktion, bei der hierzu die dicke Scheibe (103) des Drehachsenteils (101) eine so große Dicke aufweist, so dass die dicke Scheibe (103) und damit das Gesamtsystem auf dem Außendurchmesser durch den Taucher mit seinen Fingern gehalten werden kann. Die Mantelfläche (128) der dicken Scheibe (103) kann hierzu ergonomisch z.B. mit Greifflächen (126, 127) oder Vertiefungen gestaltet sein. Die Greifflächen (126, 127) können auf dem gesamten Umfang der Scheiben oder Teilbereichen der Mantelfläche (128) der Scheibe verteilt sein. Drückt bzw. rollt der Taucher hierbei seine Finger gegen die Spulenstitnseite, zieht er gleichzeitig die Drehachse aus der Spule soweit heraus, bis auf der gegenüberliegenden Seite die Scheibe (104) zum Anliegen auf der Spule (200) kommt. Durch die elastomere Schicht (117) wird hierdurch die Reibung zwischen Drehachse (100) und Spule (200) erhöht, so dass die Spule (200) abgebremst wird oder Drehachse (100) und Spule (200) zueinander in Position gehalten werden. Eine Rotation der Spule (200) wird durch dieses Fixieren verhindert und der Taucher kann mit einer Hand die Drehachse (100) und mit ihr die fixierte Spule (200) halten und mit der anderen Hand den Faden (201) aufwickeln. Diese Fixierfunktion ist insbesondere beim weiteren Auftauchen von Bedeutung. Der Taucher kann die Spule (200) fixieren, ohne auf dem Außendurchmesser der Spule (211) zu greifen und die Öffnungsbreite der Spule (210) damit zu verdecken. Der Faden (201) kann störungsfrei auf der ganzen Öffnungsbreite der Spule (210) aufgewickelt werden.
Des Weiteren ist eine Führung (140) dargestellt, eine Nut, in der ein Gummiband gelegt werden kann, um die Spule (200) mit einer Boje zu verschnüren.
10 zeigt die montierte Drehachse (100) wie in 9 in der Seitenansicht.

Claims

Drehachse (100) für Spulen (200) von Tauchern, die zum Bojesetzen beim Tauchen in Gewässern zur Markierung der Position an der Wasseroberfläche genutzt werden, bestehend aus mindestens zwei Drehachsenteilen (101, 102). Zwei Drehachsenteile (101, 102) weisen jeweils eine Scheibe (103, 104) auf, die im Zusammenbau auf parallelen Ebenen hintereinander positioniert sind. Die Drehachse (100) wird im Durchgangsloch einer Spule (200) montiert und kann in vorhandenen Spulen (200) nachträglich eingebaut werden. Die Drehachsenteile (101, 102) haben mindestens eine Verbindungsstelle (107), durch die die zwei Drehachsenteile (101, 102) mit Scheibe (103, 104) miteinander verbunden werden. Zwischen den Innenseiten der Scheiben (103, 104) ist die Spule (200) positioniert. Mindestens ein Drehachsenteil (101, 102) besitzt mindestens eine Lauffläche (105, 106) oder andersartige radiale Positionierung der Spule (200) zur Drehachse (100). Auf den Außenseiten der Scheiben (103, 104) kann der Taucher die Drehachse (100) halten, während die Spule (200) um die Drehachse (100) rotiert und der Faden (201) abgewickelt wird. Mindestens ein Drehachsenteil (101) hat eine dicke Scheibe (103) hat, die eine so große Dicke aufweist, dass die Drehachse (100) inkl. Spule (200) auf dem Außendurchmesser (128) der Scheibe (103) mit einer Hand des Tauchers gehalten werden kann. Um diese Haltefunktion zu ermöglichen, weist die dicke Scheibe (103) eine Dicke zwischen 10 und 35 mm, bevorzugt zwischen 15 und 25 mm auf. Durch Ziehen an der dicken Scheibe (103) und Abstützen mit der Hand an der Spule (200) kann der Taucher die Rotation der Spule (200) bremsen oder die Spule (200) fixieren. Die Drehachse (100) ist dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der beiden Scheiben (103, 104) unveränderlich ist.
Drehachse (100) nach Anspruch 1, wobei die Mantelfläche (128) der dicken Scheibe (103) geneigt ist, so dass der Scheibenradius auf der spulennahen Seite kleiner ist als auf der spulenfernen Seite oder ergonomisch z.B. mit Greifflächen (126,127) oder Vertiefungen gestaltet ist. Die geneigten Flächen oder Greifflächen (126, 127) können auf dem gesamten Umfang der dicken Scheibe (103) oder auf Teilbereichen der Mantelfläche (128) der dicken Scheibe (103) verteilt sein.
Drehachse (100) nach Anspruch 1 oder 2 mit höherer Bremswirkung und damit besseren Fixierfunktion, wobei eine Schicht (117) aus einem Material mit hohem Reibungskoeffizienten zum Spulenmaterial z.B. ein Elastomer, ein Gummi (z.B. Butylkautschuk, HNBR, NBR), Silikon oder ein thermoplastischer Elastomer auf der Scheibeninnenseite der Scheibe (104), die der dicken Scheibe (103) mit Haltefunktion gegenüberliegt, partiell oder umlaufend aufgebracht wird. Alternativ kann auch eine ringförmige Scheibe aus Elastomer zwischen Scheibe (104) und Spule (200) gelegt werden.
Die Drehachse (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 weist innerhalb der dicken Scheibe (103) mit Haltefunktion oder auf selbiger mindestens eine Führung (140) auf, durch die ein Gummiband gelegt werden kann, mit dem die Spule (200) inkl. Drehachse (100) mit der Boje zusammengeschnürt wird. Diese Führung (140) kann insbesondere mindestens eine Nut in der dicken Scheibe (103) mit Haltefunktion sein.
Drehachse (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Drehachsenteile (101, 102) im Durchgangsloch der Spulen (200) montiert werden. Die Drehachsenteile (101, 102) werden durch Steck-, Schraub-, Bajonette-, Schweiß- oder Klebverbindung miteinander verbunden. Eine Nachrüstung der Drehachse (100) in Standardspulen wird durch die Verbindungstechnik ermöglicht. Die Drehachsenteile (101, 102) können im Fall von Steck-, Schraub- oder Bajonettverbindung wieder demontiert und ausgetauscht werden.
Drehachse (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Drehachsenteile (101, 102) aus Kunststoff durch ein 3D-Druckverfahren oder ein Spritzgießverfahren hergestellt sind. Drehachsenteile (101, 102) gleicher Farbe und unterschiedlich eingefärbte Drehachsenteile (101, 102) sind herstellbar und werden im Zusammenbau kombiniert. Mehrfarbige Drehachsenteile (101, 102) werden durch die Verarbeitung unterschiedlich eingefärbter Kunststoffe innerhalb eines Teils hergestellt. Die Drehachsenteile (101, 102) mit Scheibe (103, 104) können aus fluoreszierenden Kunststoffen hergestellt werden. Die Außenflächen und Außendurchmesser der Scheiben (103, 104) der Drehachse (100) sind glatt, strukturiert, beschriftet, gewölbt oder auch mit Führungen (140) bzw. Vertiefungen versehen.
Drehachse (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit Hohlstellen in einzelnen Drehachsenteilen (101, 102), um Auftrieb im Wasser herzustellen. Die Hohlstellen werden beim 3D-Drucken über eine nicht vollständige Füllung des gedruckten Körpers erzeugt. Die äußeren Randschichten sind kompakt und dicht. Es werden innere Stützstrukturen erzeugt, die dem Wasserdruck beim Tauchen standhalten und eine Kompression des Teils verhindern. Der Füllgrad der 3D-gedruckten Drehachsenteile (101, 102) wird so eingestellt, dass die Dichte der 3D-gedruckten Drehachsenteile (101, 102) und damit der Auftrieb im Wasser der Drehachsenteile (101, 102) mit Hohlstellen den Abtrieb der übrigen Drehachsenteile sowie der Spule (200) und des Fadens (201) kompensiert.
Drehachse (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Drehachsenteile (101, 102) durch Spritzgießen hergestellt werden, wobei Hohlstellen innerhalb der Drehachsenteile (101, 102) durch Schäumungsverfahren oder durch eincompoundierte Füllstoffe mit reduzierter Dichte erzeugt werden. Die Drehachsenteile (101, 102) weisen eine geschlossenzellige Struktur auf, so dass kein Wasser in die Zellen eindringen kann und die Struktur des Kunststoffs dem Wasserdruck beim Tauchen standhält. Der Aufschäumgrad bzw. der Füllgrad an Füllstoffen mit reduzierter Dichte der spritzgegossenen Drehachsenteile (101, 102) werden so eingestellt, dass die Dichte und damit der Auftrieb im Wasser der Drehachsenteile (101, 102) mit Hohlstellen den Abtrieb der übrigen Drehachsenteile sowie der Spule (200) und des Fadens (201) kompensiert.
Drehachse (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Drehachsenteile (101, 102) durch Spritzgießen hergestellt werden, wobei Hohlstellen durch zu entformende Werkzeugkeme erzeugt werden. Die Hohlräume werden in einen zweiten Verarbeitungsschritt mit einem Deckel (123) dicht verschlossen, damit kein Wasser in die Hohlstellen eindringen kann. Radiale Rippen können eine Kompression der Hohlstellen des spritzgegossenen Drehachsenteils (101, 102) aufgrund des Wasserdrucks beim Tauchen verhindern. Die sich in den spritzgegossenen Drehachsenteilen (101, 102) befindlichen hohlen Volumen, die über die Werkzeuggeometrie definiert werden, werden so eingestellt, dass die Dichte der spritzgegossenen Drehachsenteile (101, 102) und damit der Auftrieb im Wasser der Drehachsenteile (101, 102) mit Hohlstellen den Abtrieb der übrigen Drehachsenteile sowie der Spule (200) und des Fadens (201) kompensiert.