DE4212920C2

DE4212920C2 - Flossenantrieb mit Muskelkraft für Wasserfahrzeuge

Info

Publication number: DE4212920C2
Application number: DE19924212920
Authority: DE
Inventors: Erich Dr Ing Henker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-04-15
Filing date: 1992-04-15
Publication date: 1995-03-23
Anticipated expiration: 2012-04-16
Also published as: DE4212920A1

Description

Anwendung der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf den Antrieb muskelkraftbetriebener Boote und ähnlicher Wasserfahrzeuge durch elastische Flossen. Sie ist anwendbar als zweiter Antrieb bei Motorwasserfahrzeugen, ist verfügbar bei Störungen am Motor oder dient zur Überwindung von Gewässern, in denen der Motorbetrieb verboten ist. Er eignet sich für Surfboards (Brandungs- und Windsurfboards), um ohne Brandung und ohne Wind beweglich zu sein. Die bevorzugte Anwendung bietet sich beim Katamaran an, wo muskelbetriebene oder segelbetriebene Bewegung möglich ist.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es sind mehrere Flossenantriebe vorwiegend aus der Klasse B 63 H bekannt, bei denen mittels muskelkraftbetriebener Flossen eine Vortriebskraft erreicht wird. In DE-GM 84 14 746 ist in Fig. 1 ein Boot dargestellt, an dem eine Flosse vorn von einem Koppelgetriebe direkt und eine weitere hinten mittelbar über die Bootsbewegung angetrieben wird. Die aus dem Antrieb der vorderen Flosse entstehende Nickbewegung des Bootes (aktio = reaktio) führt zum Antrieb der hinteren Flosse. Es sind in den Fig. 1 bis 6 ausschließlich Lösungen beschrieben, bei denen diese Nickbewegungen des Wasserfahrzeuges einbezogen sind. Der Pol, der die Vertikalbewegung der Flosse bestimmt, ist über dem Wasser in Fig. 1, ist unter Wasser in Form eines körperlich vorhandenen Gelenks in Fig. 2 und 4 oder wird durch die Bootskontur bestimmt in Fig. 3 und 6. Ein ruhiges Gleiten des Wasserfahrzeuges wird nicht erreicht. In den Fig. 1, 2 und 4 sind mit einem Schwengel vergleichbare Betätigungen vorhanden. Das US-Patent US 10 06 118 bezieht sich auf einen Mechanismus mit zwei Geradführungen, die je eine Flosse betätigen. Der Mechanismus hat viele mit Reibung und Verschleiß behaftete Lagerstellen und dadurch einen schlechten Kraftübertragungswirkungsgrad. Der Pol der Bewegung der Flossenanlenkpunkte liegt zwar theoretisch im Unendlichen und unter der Wasseroberfläche, das wird aber durch die Geradführungen und nicht durch die Anordnung bestimmter Glieder eines Koppelgetriebes erreicht. Es ist weder ein guter Wirkungsgrad möglich noch der Einsatz der Beinmuskulatur vorgesehen. Für die Muskelkraftbetätigung ist ein Schwengel vorhanden. Ein weiterer Mechanismus in US 23 20 640 weist Federn auf, die der Positionierung des Antriebes dienen. Auf die Kinematik haben sie keinen Einfluß. Die Schlagflügelträgheitssteuerung, Offenlegungsschrift DE 38 15 283 A1, geht davon aus, daß eine zusätzliche Kraft eingeleitet wird, die den Paralleldrehschlag unterstützt. Es wird die Verdrehung elastisch begrenzt. Der Hauptanspruch bezieht sich auf die Federn, die die Schlagflügel in einem labilen Gleichgewicht halten. Das unter US 49 68 273 angegebene Patent baut auf das Europapatent 0 252 733 A1 auf und ist vom gleichen Erfinder. Im US-Patent ist eine Trittfläche zum Antrieb der Flosse vorhanden. In beiden Patenten wird die Kraft von einem elastischen Hebel an die in sich unelastische Flosse übertragen. In Offenlegungsschrift DE 30 33 408 A1 wird ein Schwingflächenantrieb beschrieben, bei dem die Tragflächen zugleich als Antrieb dienen. Diese Schwingflächen bestehen aus scharnierartig verbundenen Teilen, die durch einen Antrieb in wellenförmige Bewegungen versetzt werden. In Offenlegungsschrift DE 31 21 328 A1 ist ein Wassersportgerät mit Flossenantrieb beschrieben. Der Antrieb erfolgt durch direkte Verbindung der Flossen mit den Füßen. Die Füße und Beine sind im Wasser und vergrößern den Vortriebswiderstand. Die Offenlegungsschrift DE 34 04 473 A1 bezieht sich auf ein mit einer Flosse angetriebenes Surfboard. Die Betätigung der Flosse erfolgt von einem Standbrett aus über eine Schubstange. Der Anlenkpunkt der Schubstange liegt in der Nähe der Stirn der Flosse und in Bewegungsrichtung vor dem Anlenkpunkt der Flosse am Surfboard. In der Offenlegungsschrift DE 34 31 660 A1 sind mindestens 2 Flossen quer zur Fahrtrichtung, symmetrisch zur Bootskörperlängsachse an Flossenarmen, zwischen denen ein Anstellwinkel zwischen 15° und 75° vorliegt, angeordnet.

Gegenüber allen genannten Erfindungen und auch gegenüber allen bekannten Ruder- und Tretbooten sind noch Wirkungsgradverbesserungen und das Einsetzen günstigerer Muskelgruppen möglich. Ein Nachteil bei allen Flossenantrieben ist gemeinsam, die Rückwirkung der vertikalen Flossenkräfte auf die Bootsbewegung wird nicht vermieden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein muskelkraftbetriebener Bootsantrieb mit elastischen Flossen, bei dem die Kräfte mit hohem Wirkungsggrad in Bootsvortriebskraft umgesetzt, die Übertragung der vertikalen Kräfte auf das Boot aber weitgehend vermieden werden. Weiterhin sollen Muskelgruppen wirken, die von Natur aus für größere Dauerleistungen geeignet sind.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst,

- daß sich zwischen Boot und Flosse oder Flossen ein einfacher Mechanismus in Form eines Koppelgetriebes befindet, die Flossen an einem Rahmen angelenkt sind und die in den Rahmen eingeleiteten Muskelkräfte an diesem Rahmen angreifen,
- daß zwischen Rahmen und Boot Glieder des Koppelgetriebes (vorzugsweise in Form elastischer Bänder) den Bewegungspol des Rahmens unter der Wasseroberfläche und etwa in der Höhe der Flossen bestimmen und damit die Bewegung des Rahmens von der des Bootes entkoppeln,
- daß sich alle Teile des Koppelgetriebes oberhalb der Wasseroberfläche oder im Boot und im wesentlichen nur die Stege des Rahmens mit den Flossen in der Strömung befinden.

Das Wesen der Erfindung zeigt der Aufbau an einem auf Bild 1 dargestellten Katamaran im Schnitt. Der Mechanismus besteht beispielsweise aus zwei Gestellen 1, an denen über vier elastischen Bändern 2 (es sind auch zwei oder drei bei entsprechender Konzeption ausreichend), die in Bewegungsrichtung biegsam und quer dazu biegesteif ausgebildet sind, ein Rahmen 3 aufgehangen ist. Durch die Darstellung im Schnitt sind auf Bild 1 nur ein Gestell 1 und zwei elastische Bänder 2 sichtbar. Die Gestelle sind mit dem Bootskörper verbunden. Es sind auch Ausführungen möglich, bei denen sich am Boot die Anlenkpunkte für die elastischen Bänder befinden und der oder die Bootskörper das Gestell gleich mit beinhalten. Am Rahmen greifen oberhalb der Wasseroberfläche die Muskelkräfte an und im Wasser werden die Flossen geführt. Zu diesem Zweck reichen Stege 4 ins Wasser, an denen die Flosse 5 angelenkt ist. Die Flosse ist in sich elastisch. Ihre Biegesteifigkeit kann sich von der Stirn vorn nach hinten ändern und abnehmen. Die Flossen können sich um eine in der Nähe der Stirn liegenden Achse gegenüber dem Rahmen mit den Stegen um einen begrenzten Winkel verdrehen. Die Winkelbegrenzung kann sowohl durch einen festen Anschlag als auch über elastische Federn und auch kombiniert erfolgen.

Die Beweglichkeit des Rahmens gegenüber dem Gestell ist durch die im Winkel angeordneten elastischen Bänder, die als Einblattfedern, aber auch als Streben mit zwei Gelenken ausgebildet sein können, gegeben. Der Winkel ist abhängig von der Gestellhöhe so zu wählen, daß sich die Geraden in Verlängerung der Bänder 2 unter der Wasseroberfläche und etwa in Höhe der Flossenanlenkpunkte im Pol A schneiden. Unter dieser Bedingung pendelt auch der Rahmen 3 um den Pol A, womit die annähernd vertikale Bewegung der Flossenanlenkpunkte gewährleistet ist. Da sich die Person oberhalb der Trittfläche 7 befindet, ergeben sich folgende Merkmale:

1. Die Federwirkung der elastischen Bänder 4 hilft, den Rahmen in der Mittelstellung stabil zu halten.
2. Bei Einleitung von vertikalen Kräften über die Füße in die Trittfläche 7 und von horizontalen Handkräften über den Schwengel 8 schlägt der Rahmen 3 um den Pol A aus. Diese Bewegung erfolgt ohne jegliche Reibungsverluste. Die Kraft wird verlustfrei an die Flosse geleitet. Es wird zwar ein geringer Teil der Kräfte von den elastischen Bändern aufgenommen, aber die geben sie nach Bewegungsumkehr wieder ab. Die Hysterese ist gering, wenn es sich um Bänder oder Einblattfedern aus Stahl handelt.
3. Theoretisch genügt von einer Schwerpunktlage über den Pol A ausgehend eine wechselseitige Schwerpunktverlagerung nach vorn und hinten, um den Antrieb in Bewegung zu setzen. Das entspricht dem Antrieb beim Schaukeln auf einer hängenden Schaukel. Diese Antriebsform führt zu einer pendelnden Vorwärtsbewegung. Um höhere Geschwindigkeiten zu erreichen, ist die Krafteinleitung ohne wechselseitige Schwerpunktverlagerung günstiger (Schwerpunkt immer nach vorn).
4. Die Koppelung des Antriebsmechanismus mit dem Bootskörper erfolgt beim Antrieb von der Trittfläche und vom Schwengel aus nur über die den Pol A bestimmenden Glieder. Sie geben aber bei Verdrehung um A nur die Schubkräfte der Flosse weiter. Da auch bei den elastischen Bändern die aus den Rückstellkräften resultierenden Momente klein sind, ergibt sich kaum eine pendelnde Rückwirkung auf die Bootsbewegung, sondern es wirkt nur der vertikale Vortrieb durch die Flossen.
5. Wird der Mechanismus im Boot sitzend betätigt, dann wird auch diese Entkoppelung nicht voll wirksam und die Momente wirken sich auf die Bootsbewegung aus. Da die sitzend eingeleiteten Kräfte deutlich kleiner sind, ist auch diese Antriebsform möglich.

Mit diesen Merkmalen sind die Voraussetzungen sowohl für den guten Wirkungsgrad im Antriebsmechanismus als auch für das ruhige Gleiten des Bootes über das Wasser gegeben.

Der Vortrieb ist nicht nur von der durch die Betätigungskraft bestimmten Arbeit abhängig. Geht man von einem bestimmten Hub aus, so lassen sich für jede Geschwindigkeit der Winkelausschlag der Flossen und deren Steifigkeit optimieren. Beides läßt sich dem Leistungsvermögen der Betätigungsperson anpassen. Die Anpassung ist durch Stellglieder, aber auch durch den Austausch der Flossen möglich.

Ausführungsbeispiele

Bild 1 zeigt den muskelkraftbetriebenen Flossenantrieb an einem Katamaran im Längsschnitt. Alle für den Antrieb wesentlichen Teile wurden schon im Abschnitt "Wesen der Erfindung" beschrieben. Die beiden Bootskörper müssen miteinander verbunden sein, wozu zwei Bänke gewählt wurden. Von den Bänken aus können zwei gegenübersitzende Personen den Antrieb abwechselnd mit den Füßen über die Trittfläche 7 und/oder auch mittels Zugvorrichtung mit den Händen über den Schwengel 8 betätigen.

Bild 2 stellt den Katamaran aus Bild 1 in der Draufsicht dar.

Bild 3 beinhaltet eine Darstellung der Einzelheit der elastischen Bänder 2 im Boot tief unten. In diesem Fall muß der Rahmen nach oben über die Bootskante geführt werden. So lassen sich zwei Bänder in einem Stück ausführen und mittig am Rahmen 3 befestigen. Bei Ausführung als nur ein Bootskörper muß für diesen eine entsprechende Breite gewählt werden, um die Kippsicherheit zu gewährleisten.

Bild 4 stellt die Anordnung des muskelkraftbetriebenen Flossenantriebes beim Surfboard dar. Anbau ist bei Bedarf möglich.

Bild 5 zeigt einen möglichen Anbau als zweiter Antrieb bei Motor- oder Segelbooten. Liegt kein Bedarf vor, so kann er hochgestellt oder auch zusammengeklappt werden.

Auf Bild 6 ist der auf Bild 5 im einsatzbereiten Zustand dargestellte Flossenantrieb um 180° nach oben vorn gekippt dargestellt. Die hintere Flosse wurde gegenüber dem Steg nochmals um 180° gedreht, damit sie vom Boot aus nicht stört.

Bezugszeichenliste

1 Gestell (kann vom Bootskörper gebildet werden)
2 biegeelastische Bänder
3 Rahmen
4 Steg am Rahmen
5 biegeelastische Flosse
6 Stirn der Flosse
7 Trittfläche
8 Schwengel

Claims

1. Flossenantrieb für ein vorzugsweise mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug, bei dem Flossen drehbar an einem Rahmen angelenkt sind, die Muskelkräfte am Rahmen angreifen und sich zwischen Rahmen und Boot ein Koppelgetriebe befindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelgetriebe durch Glieder (2) gebildet wird, die einen Pol A für die Schwenkbewegung des Rahmens (3) unter der Wasseroberfläche annähernd in Höhe der Flossen (5) bestimmen und im wesentlichen vom Rahmen (3) nur Stege (4) mit den Flossen (5) ins Waser hineinragen.

2. Flossenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelgetriebe durch am Rahmen (3) unmittelbar und am Boot mittelbar oder unmittelbar befestigte biegeelastische Bänder (2) gebildet wird.

3. Flossenantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise zwei Flossen (5) an den am Rahmen (3) befindlichen und in das Wasser hineinragenden Stegen (4) um eine horizontale Achse drehbar befestigt sind.

4. Flossenantrieb nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flossenkörper selbst in der Nähe seiner Stirn (6) die Achse bildet und der Drehwinkel dieser Achse durch Anschläge und/oder durch Federn begrenzt wird.

5. Flossenantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Rahmen (3) eine Trittfläche (7) zur Betätigung mit den Füßen und/oder ein Schwengel (8) zur Betätigung mit den Händen vorhanden sind.