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Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Wasserfahrzeug, wobei die Antriebseinheit ein Getriebe aufweist, welches die Pedalkraft des Fahrers an den Antrieb umlenkt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebseinheit für ein Wasserfahrzeug mit einem Getriebe bereitzustellen, welches die Pedalkraft des Fahrers an den Antrieb umlenkt, wobei die Antriebseinheit so ausgestaltet ist, dass es eine minimale Komponentenzahl, eine kompakte Bauweise und ein geringes Gewicht aufweist und die Antriebseinheit als fertige Einheit universell in jedes Wasserfahrzeug leicht verbaut werden kann.
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Erfindungsgemäß wird dies durch eine Antriebseinheit für ein Wasserfahrzeug gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und mittels eines Wasserfahrzeugs gemäß den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst.
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Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Wasserfahrzeug, umfassend eine Basiseinheit, ein Pedalkettenrad, mindestens ein Kettenrad, eine Kette, mindestens eine Eingangswelle, ein Getriebe, mindestens eine Ausgangswelle und mindestens ein Antriebselement. Das Pedalkettenrad und das mindestens eine Kettenrad sind drehbar auf der Basiseinheit gestützt, wobei das mindestens eine Kettenrad von dem Pedalkettenrad beabstandet ist. Die Kette steht in Eingriff mit dem Pedalkettenrad und dem mindesten einen Kettenrad, wobei die Kette die Pedalkraft des Fahrers von dem Pedalkettenrad auf das mindestens eine Kettenrad überträgt. Die mindestens eine Eingangswelle ist drehbar auf der Basiseinheit gestützt und mit dem mindestens einen Kettenrad wirkverbunden. Das Getriebe ist wirkgekoppelt mit der mindestens einen Eingangswelle. Die mindestens eine Ausgangswelle ist drehbar auf der Basiseinheit gestützt und mit dem Getriebe wirkgekoppelt. Das mindestens eine Antriebselement ist mit der mindestens einen Ausgangswelle wirkverbunden, wobei das Getriebe die Pedalwirkkraftrichtung des Fahrers auf das mindestens eine Antriebselement umlenkt.
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In einer anderen Ausführungsform kann die Antriebseinheit eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:
- – das Getriebe ist zur Pedalkraftumlenkung als ein dreistufiges Getriebe ausgebildet.
- – das Getriebe zur Pedalkraftumlenkung weist mindestens zwei Schrägzahnräder und mindestens zwei Kegelräder auf.
- – die mindestens zwei Kegelräder sind so ausgebildet, um eine Pedalkraftumlenkung von 90 Grad zu ermöglichen.
- – die mindestens eine Eingangswelle und die mindestens eine Ausgangswelle sind versetzt zueinander angeordnet.
- – die mindestens eine Eingangswelle und die mindestens eine Ausgangswelle zur Pedalkraftumlenkung um 90 Grad sind versetzt zueinander angeordnet.
- – das Pedalkettenrad und das mindestens eine Kettenrad sind parallel zueinander angeordnet.
- – die mindestens eine Ausgangswelle weist ein Stevenrohr auf.
- – das mindestens eine Antriebselement ist als Propellerelement ausgebildet.
- – das Getriebe ist in einem Getriebegehäuse angeordnet.
- – die Basiseinheit weist mindestens eine Basisplatte und mindestens ein Seitenelement auf.
- – die mindestens eine Basisplatte und das mindestens eine Seitenelement sind integral miteinander ausgebildet.
- – die mindestens eine Basisplatte und/oder das mindestens eine Seitenelement weist/weisen Aussparungen auf.
- – die mindestens eine Basisplatte ist L-förmig ausgebildet.
- – die Antriebseinheit umfasst mindestens ein Kettenspannelement.
- – das mindestens eine Kettenspannelement ist an der Basiseinheit angeordnet und steht mit der Kette in Eingriff.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Wasserfahrzeug mit mindestens einem Bootskörper und mindesten einer Antriebseinheit, wobei die mindestens eine Antriebseinheit eines oder mehrere der vorhergehenden Merkmale aufweisen kann.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden, rein beispielhaften und in keiner Weise beschränkenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, darin zeigt:
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1 eine Seitenansicht eines Wasserfahrzeugs einer Ausführungsform gemäß der Erfindung;
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2 eine Seitenansicht einer Antriebseinheit einer Ausführungsform gemäß der Erfindung;
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3 eine schräge Seitenansicht der Antriebseinheit nach 2;
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4 ist eine Seitenansicht eines Z-Antriebs der Antriebseinheit nach 2; und
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5 ist eine schräge Seitenansicht des Z-Antriebs aus 4.
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1 zeigt ein Wasserfahrzeug 1, welches mindestens ein Bootskörper 110, mindestens ein in der Position verstellbares Sitzelement 120, sowie mindestens eine Antriebseinheit 100 umfasst. Die mindestens eine Antriebseinheit 100 ist an dem Bootskörper 110 angeordnet. Die Position des Sitzelementes 120 kann hinsichtlich der mindestens einen Antriebseinheit 100 je nach Beinlänge des Fahrers auf einer Sitzschiene individuell eingestellt werden. Die Antriebseinheit ist über eine Ausgangswelle 80 mit dem Antriebselement 90 am Heck des Wasserfahrzeugs 1 verbunden.
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2 zeigt eine Seitenansicht der Antriebseinheit 100. Als Basis dient eine Basiseinheit 10, die mindestens ein Seitenelement 12 und mindestens eine Basisplatte 11 aufweist. Das mindestens eine Seitenelement 12 kann zur Gewichtsreduzierung mit Aussparungen 13 versehen sein. Das mindestens eine Seitenelement ist mit der Basisplatte 11 verbunden. Die Basisplatte kann eine L-förmige Gestalt aufweisen. Das Pedalkettenrad 30, die Pedalkettenradwelle 20, die Tretkurbelarme 21 und die Pedale 22 bilden die Pedaleinheit aus. Das Pedalkettenrad 30 ist über Lager an der Pedalkettenradwelle 20 drehbar gestützt. Der Fahrer bringt über die Pedale 22 und die Tretkurbelarme 21 ein Drehmoment auf das Pedalkettenrad 30 auf. Das Pedalkettenrad 30 wechselwirkt über eine Kette 50 (nicht im Bild), die über ein Kettenspannelement 51 geführt wird, mit dem Kettenrad 40. Über das Kettenrad 40, welches in der Ausführungsform als ein Außenkettenrad (außerhalb eines Getriebegehäuses) ausgebildet ist, wird die Pedalkraft auf eine Eingangswelle 60 übertragen, die die Kraft in ein Getriebe 70 weiterleitet. In dem Getriebe 70 sind Schrägzahnrädern 71 und Kegelräder 72 als ein dreistufiges Getriebe zur Übersetzung der Pedalkraft auf eine Ausgangswelle 80 verschaltet. An der Ausgangswelle 80, welche in der Ausführungsform ein Stevenrohr 81 beinhaltet, ist das Antriebselement 90 angeordnet.
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Der Antrieb des Wasserfahrzeugs 1 geschieht durch reine Muskelkraft. Der Fahrer setzt sich in einer Liegeposition in den Bootskörper 110 und hat die Antriebseinheit 100 in Fahrtrichtung vor sich. Über Beine und Füße treibt der Fahrer die Fahrradpedalen 22 an. Die Drehbewegung wird über die Kette 50 nach unten geleitet und geht über die Eingangswelle 60 in das Getriebegehäuse 73. In der Ausführungsform ist das Übersetzungsverhältnis des Kettenantriebs ca. 1:3. Die Größe der Kettenräder 40 ist wählbar. Im Getriebegehäuse 73 befindet sich das insgesamt dreistufige Getriebe 70. Die ersten beiden Stufen sind ein Schrägzahngetriebe, die letzte Stufe ein Kegelradgetriebe mit einer Kraftumlenkung von 90 Grad zur ursprünglichen Drehrichtung. Die Drehbewegung wird über die Ausgangswelle nach außen geführt und über eine kugelgelagerte Wellenanlage zum Bootsheck geleitet. Dort wird die Bewegung durch das wasserdichte Stevenrohr 81 nach außen geleitet. Am Ende der Welle sitz das Antriebselement 90 das die Drehbewegung in den Vorwärtstrieb umwandelt. Ein Rückwärtstrieb ist ebenfalls möglich. Das Stevenrohr 81 ist über ein Wellengelenk an der Ausgangswelle 80 verbunden. Die Ausgangswelle 80, das Wellengelenk und das Stevenrohr 81 bilden drei separate Einheiten.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das Getriebegehäuse 73 und die Pedaleinheit losgelöst voneinander ausgebildet sein. Dabei kann die Getriebegehäuse 73 weiter hinten in Richtung des Hecks des Wasserfahrzeugs 1 angeordnet sein, wobei die Pedaleinheit (ohne Getriebegehäuse 73) weiter vorne in Richtung des Bugs des Wasserfahrzeugs 1 angeordnet ist. In einer solchen Ausführungsform ist die Kette 50 entsprechend dem Abstand von Pedaleinheit zu Getriebegehäuse 73 länger ausgebildet. In einer weiteren Ausführungsform kann das Getriebe 70 auch als ein Planetengetriebe ausgebildet sein.
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Die Gesamtübersetzung ist 1:35. Jedoch sind Variationen möglich und können auf die individuellen Bedürfnisse des Fahrers angepasst werden. Ebenso kann durch die Auswahl der Schraube 90 der Kraftaufwand und die Geschwindigkeit angepasst werden.
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Bei dem Einbau der Antriebseinheit 100 in ein Kajak ist das Erreichen von Rumpfgeschwindigkeit nach v ≈ 4,5·√Iwl km/h (wobei v = Rumpfgeschwindigkeit in Kilometer pro Stunde, Iwl = Wasserlinienlänge in Meter) möglich.
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3 zeigt die Antriebseinheit 100 in einer perspektivischen Ansicht. Wie zu sehen ist, beinhaltet die Basiseinheit 10 eine Vielzahl von Stegen 14 welche die Seitenelemente 12 miteinander verbinden.
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Die Antriebseinheit 100 bildet eine eigenständige Kraftumlenkung der Pedalkraft des Fahrers auf den Propeller 90 bzw. die Schiffsschraube aus. Diese Antriebseinheit 100 (auch Power-Unit genannt) kann als eine Stand-Alone-Unit in jedes Wasserfahrzeug 1 bzw. Boot bzw. Kajak mit entsprechender Größe eingebaut werden. Der Fahrer positioniert sich dabei wie auf einem Liegerad und sichert damit einen tiefen Schwerpunkt. Die Antriebseinheit 100 lenkt die Pedalkraft um 90 Grad nach hinten und übersetzt die Drehzahl auf ein Verhältnis von ca. 1:20–1:35, je nach Auswahl der Zahnräder. Die Kraft wird über eine frei liegende Wellenanlage 80 zum Bootsheck übertragen (siehe 1). Der Fahrer erreicht mit dieser Antriebseinheit 100 eine hohe Geschwindigkeit und hat gleichzeitig die Hände frei.
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Durch diese Antriebseinheit 100 entsteht ein massentaugliches Sportgerät. Der Einsatz einer derartigen Kraftumlenkung entspricht dem Wunsch vieler Sportler sich mittels Pedalkraft fort zu bewegen. Dies ist nun auch auf dem Wasser möglich. Durch die hohe Effizienz und die systembedingte Möglichkeit lange Strecken bei hohen Schnittgeschwindigkeiten zu überwinden wird es als Sportgerät umso attraktiver.
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Die Position des Propellers 90 bzw. der Schraube am Heck erlaubt einen geringen Tiefgang und gutes Schubverhalten. Die Lenkung erfolgt über ein Ruderblatt hinter der Schraube 90 und wird von Hand über eine Vorwärts-Rückwärts Hebelbewegung mit Arretierung verstellt. Diese kann rechts- und linkshändisch eingebaut werden (nicht dargestellt).
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Eine weitere Möglichkeit der Lenkung ist eine Art Z-Antrieb, bei dem der Antrieb zweigeteilt ist. Der obere Teil 130 bzw. festverbaute Teil ist fix mit dem Bootskörper 110 oberhalb der Wasserlinie verbaut. Der untere Teil 140 bzw. beweglicher Teil ist auf der Rotationsachse beweglich angeordnet und wirkt so als eigentliche Lenkeinheit. Die Kräfte werden über die Achse sowie über ein Axiallager übertragen, die ein Kräftedreieck bilden (siehe 4 und 5).
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Die Antriebseinheit 100 (Power-Unit) ist eine fertige Einheit, die in jedes Wasserfahrzeug 1 eingebaut werden kann. Die Sitzposition hinsichtlich der Antriebseinheit 100 kann entsprechend variieren. Das Übersetzungsverhältnis kann ebenfalls frei wählbar sein. So lassen sich für verschiedene Anwendungen verschiedene Kraft – Geschwindigkeitsstufen anbieten (z. B. Easy, Sport, Speed).
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Durch verschiedene Kraft-Geschwindigkeitskoppelungen wird verschiedenes Klientel angesprochen.
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In einer weiteren Ausführungsform kann zusätzlich ein elektromotorischer Antrieb vorgesehen sein, der die Pedalkraft entsprechend unterstützt.
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Die kompakte Antriebseinheit hat ein geringes Gewicht.
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Die Antriebseinheit 100 ist in sich ein komplett geschlossenes System.
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Durch die minimale Zahl von Komponenten ist der Einbau sehr leicht und überall möglich. Der einfache Einbau in jede Art von Wasserfahrzeug 1 macht es zu einer echten „Multi-Purpose-Unit”.
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Die Antriebseinheit 100 kann sowohl als Single als auch als Tandem in dem Wasserfahrzeug 1 verbaut und gekoppelt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wasserfahrzeug (Boot);
- 10
- Basiseinheit;
- 11
- Basisplatte;
- 12
- Seitenelement;
- 13
- Aussparungen;
- 14
- Stege;
- 20
- Kettenradwelle;
- 21
- Tretkurbelarm;
- 22
- Pedal (Fahrradpedal);
- 30
- Pedalkettenrad;
- 40
- Kettenrad;
- 50
- Kette;
- 51
- Kettenspannelement;
- 60
- Eingangswelle;
- 70
- Getriebe;
- 71
- Schrägzahnräder;
- 72
- Kegelräder;
- 73
- Getriebegehäuse;
- 80
- Ausgangswelle;
- 81
- Stevenrohr;
- 90
- Antriebselement (Schraube);
- 91
- Propellerelement;
- 100
- Antriebseinheit (Power Unit);
- 110
- Bootskörper;
- 120
- Sitzelement;
- 130
- oberer Teil; und
- 140
- unterer Teil.
