EP0699456A1

EP0699456A1 - Schwimmflossen für das kräftesparende und schnellere Schwimmen/Tauchen

Info

Publication number: EP0699456A1
Application number: EP94113611A
Authority: EP
Inventors: Albert Schuhmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-08-31
Filing date: 1994-08-31
Publication date: 1996-03-06

Abstract

Mit den bekannten Schwimmflossen können und werden für die Vorwärtsbewegung des Schwimmers/Tauchers im Wasser nur die Pendelbewegungen der Beine genutzt. Aber der Mensch ist anatomisch so aufgebaut, daß dabei nur ein relativ geringer Anteil seiner Muskelkraft genutzt werden kann.
Die menschliche Muskelkraft kann am besten durch Nutzung der starken und schnellen Drauftretbewegungen der Beine eingesetzt werden (ähnlich dem Pedalieren beim Radfahren). Da mit den erfindungsgemäßen Schwimmflossen die schnelle und kräftige Drauftrittbewegungen der Beine voll genutzt werden, erzeugen sie einen wesentlich stärkeren Schub, als die bisher bekannten Schwimmflossen. Und dies ermöglicht ein kräftesparendes Schwimmen mit erheblich höheren Geschwindigkeiten.
Die Schwimmflosse besteht aus:

einem Flossenblatt (1) - der eigentlicher FlosseIn;
einem Hebel- und Federungsmechanismen;
einer Fersenschale (4) und weiteren Vorrichtungen zur Befestigung der Schwimmflosse am Bein.

Das Flossenblatt (1) ist nicht am Fuß befestigt, sondern mittels des Hebel- und Federungsmechanismus mit dem Unterbein und der Ferse verbunden. Dabei ist das Flossenblatt (1) senkrecht nach unten gerichtet unter der Fußsohle aufgehängt.
Durch die Drauftrittbewegung des Beines nach vorne/nach unten und den Wasserwiderstand geht das Flossenblatt (1) nach hinten, hinter die Ferse bis in die Position, wo es mit der Fußsohle etwa eine Fläche bildet. Dabei speichert der Hebel- und Federungsmechanismus einen wesentlichen Teil der Drauftrittbewegungenergie des Beines während dieser Bewegung und wandelt die gespeicherte Energie durch Rückfederung anschließend in einen zusätzlichen Beschleunigungsschub des Schwimmers um.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Schwimmflossen und Schwimmhilfevorrichtungen allgemein, die ein kräftesparendes und schnelleres Schwimmen ermöglichen.
Auf dem Gebiet der Hilfsmittel und Geräte für das bessere Schwimmen/Tauchen sind vor allem die Schwimmflossen in verschiedenen Variationen und Ausführungen bekannt und weit verbreitet. Es sind auch Schwimmflossen in der Variante Monoflosse bekannt, diese werden hauptsächlich für das Wettkampfschwimmen/Tauchen genutzt. Außerdem sind viele andere Geräte und Hilfsmittel auf diesem Gebiet bekannt: Gerät zum schwimmen (DE 24 51 316), Wassersportgerät (DE 25 52 063), Schwimmgerät mit Klappen für Vortrieb (DE 34 15 135 A1), Einflossiges Schwimmgerät mit doppelter Wirkung (DE 27 44 414), Schwimmflosse (DE 23 63 446 C2), Klappbare Schwimmflosse (DE 40 20 235), Schwimmschuh (DE 26 58 584 A1), Schwimm- und Tauchflosse, sowie Schuh zur Verbindung mit derselben (DE 33 36 238 A1), Schwimmflosse (DE 40 17 461 A1, US 48 69 696, US 47 67 368, US 42 09 866).
Die Flossen sind zweifellos ein beinahe ideales Antriebsmittel für die Vorwärtsbewegung im Wasser, das beweisen die Fische und Delphine höchst eindrucksvoll, und die wissenschaftlichen Untersuchungen haben ermittelt, daß der Wirkungsgrad der Flossen nahe 100% liegen darf. Ein weiteres Antriebsmittel für die Vorwärtsbewegung im Wasser mit einem hohen Wirkungsgrad sind die modernen Schrauben, die anderen Antriebsmittel, wie Klappen, Schaufel, Ruder haben einen wesentlich geringeren Wirkungsgrad.
Obwohl die Flosse ein besonders hochwirksames Antriebsmittel ist, haben die bisher bekannten Ausführungen der Schwimmflossen für die Vorwärtsbewegung des Menschen im Wasser nur relativ bescheidene Ergebnisse gebracht.
Besonders beim Langstreckenschwimmen unterscheiden sich die Geschwindigkeiten der Schwimmer mit und ohne Schwimmflossen nur unwesentlich. Außerdem ist das Schwimmen mit den bisher bekannten Flossen auf längeren Strecken sehr anstrengend. Solche eher bescheidenen Ergebnisse beim Schwimmen mit den Schwimmflossen sind damit zu erklären, daß für den direkten (ohne Übertragungsmechanismus) Einsatz der Flossen nur die Pendelbewegungen der Beine zu nutzen sind. Durch diese Pendelbewegungen der Beine, besonders auf längeren Strecken, kann aber nur ein relativ geringer Anteil der menschlichen Muskelkraft genutzt werden, die stärksten Bein- und Rückenmuskeln bleiben dabei fast ungenutzt. Die menschliche Muskelkraft wird, wie bekannt, am besten durch die starken und schnellen Drauftretbewegungen der Beine genutzt (wie etwa das Pedalieren beim Fahrradfahren), da wird die volle Muskelkraft des Menschen optimal eingesetzt.
Das zu lösende Problem bestand also darin, einen richtigen Übertragungsmechanismus für die Schwimmflossen zu finden, der die kräftige und schnelle Drauftretbewegungen der Beine und damit die volle Muskelkraft des Menschen für den Flossenantrieb nutzen könnte. Diese Aufgabe, bißher ungelöst, war besonders schwierig wegen den zusätzlichen Bedingungen und Anforderungen. Der Übertragungsmechanismus sollte:

am besten gar keinen oder nur einen minimalen zusätzlichen Widerstand der Vorwärtsbewegung des Schwimmers im Wasser verursachen;
die Bewegungsfreiheit des Schwimmers sollte sowohl im Wasser als auch beim laufen, beim Eingang ins Wasser möglichst uneingeschränkt bleiben.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind die Schwimmflossen, bei denen die oben definierten Aufgaben vollkommen gelöst sind.
Im Gegensatz zu den bisher bekannten zweiteilig aufgebauten Schwimmflossen (das Flossenblatt - die eigentliche Flosse und der Flossenschuh zur Befestigung der Flosse am Fuß) besteht die Konstruktion der erfindungsgemäßen Schwimmflossen aus drei funktionellen Baugruppen:

das Flossenblatt (1) - die eigentliche Flosse;
ein Hebel- und Federungsmechanismus;
die Fersenschale und weitere Vorrichtungen zur Befestigung der Schwimmflosse am Unterbein.

Bei den erfindungsgemäßen Schwimmflossen wird das Flossenblatt (1) nicht am Fuß befestigt, sondern mittels eines speziellen Hebel- und Federungsmechanismus beidseits des Fußes/Beines, im Knöchelbereich mit dem Unterbein und der Fußferse verbunden. In der Neutral- oder Ausgangsposition befindet sich das Flossenblatt unter der Fußsohle, etwa unter der Ferse/Fußmitte und ist senkrecht nach unten (in der horizontalen Schwimmerlage horizontal nach hinten) gerichtet. Durch die Drauftretbewegung des Beines nach vorne und nach unten (wie beim Laufen, Fahrradfahren u.s.w.) und den Wasserwiderstand geht das Flossenblatt nach hinten, hinter die Ferse bis in die Position, in der das Flossenblatt mit der Fußsohle eine Fläche bildet (Figuren 5,6). Das bogenformige Profil des Flossenblattes (Figur 4) erhöht den Wirkungsgrad dieser Schwimmflossen.
Die Übertragung der Drauftretbewegungskraft des Beines an das Flossenblatt (1) erfolgt durch den Hebel- und Federungsmechanismus. Dabei speichert dieser Mechanismus durch die Aufspannung der Stabfeder (7) einen wesentlichen Teil der Energie der Drauftretbewegung des Beines während dieser Bewegung und wandelt die gespeicherte Energie durch Rückfederung unmittelbar nach Beendigung dieser Drauftretbewegung in einen zusätzlichen Beschleunigungsschub des Schwimmers/Tauchers um.
Durch die Fersenschale (4) werden die Drauftretbewegungen des Beines aufgenommen und über die im Knöchelbereich beidseits des Fußes/Beines befestigten zwei Achsen (6) an den Hebel- und Federungsmechanismus weitergegeben. Die zwei Manschetten (9, 10+12) dienen zur Fixierung des Hebel- und Federungsmechanismus am Bein.
Die Funktionsweise und die Vorteile der erfindungsgemäßen Schwimmflossen sind am besten durch die Betrachtung des Beinbewegungszyklus bei dem Schwimmen/Tauchen mit diesen Schwimmflossen zu erklären. Dieser Zyklus kann in drei Phasen aufgeteilt werden:

I. Die Beine/das Bein werden an den Körper herangezogen (Figur 3), es ist die Vorbereitungsphase vor dem Drauftreten/Abstoß. Das Flossenblatt (1) schwenkt dabei unter der Strömungseinwirkung in die Richtung Fußspitze.
II. Durch eine kräftige und schnelle Drauftretbewegung der Beine/des Beines Richtung nach vorne und nach unten geht das Flossenblatt (1) hinter die Ferse, dadurch wird die gesamte Fläche des Fußes + des Flossenblattes (1) für den kräftigen Abstoß genutzt und ein entsprechend kräftiger Beschleunigungsschub erzielt (Figuren 5,6).
Es ist zu betonen, daß durch die erfindungsgemäße Aufhängung des Flossenblattes unter der Ferse, als Verlängerung des Unterbeines, und mit dem Hebel- und Federungsmechanismus die beiden Komponenten der Drauftretbewegung des Beines (sowohl die fortschreitende- als auch die Drehbewegung des Beines) praktisch zu 100% für den Vorwärtsschub des Schwimmers/Tauchers genutzt werden.
Ein Teil der Drauftretbewegungsarbeit wird dabei durch die Stabfeder (7) gespeichert. Unmittelbar nachdem die Drauftretbewegung des Beines beendet-, und das Bein voll gestreckt ist, wird das Flossenblatt durch die Rückfederung in die Ausgangsposition zurückgeführt. Dadurch bekommt der Schwimmer zusätzlich einen kräftigen Beschleunigungsschub nach vorne. Der Schwimmer wird durch diese Rückfederung quasi zum Pfeil, welcher aus den voll gespannten Bogen (Figur 5) durch das Wasser nach vorne rausgeschossen wurde.
III.Die Phase des freien Gleitens des Schwimmers im Wasser mit maximal gestrecktem Körper - die Arme maximal nach vorne, vor den Kopf, die Beine nach hinten gestreckt (Figuren 1,2). In dieser Lage ist der Widerstand der Vorwärtsbewegung im Wasser minimal und der kräftige Beschleunigungsschub aus der vorausgegangenen Phase sichert ein schnelles und weites Gleiten nach vorne.
Da mit den erfindungsgemäßen Schwimmflossen die schnelle und kräftige Drauftretbewegungen der Beine voll genutzt werden, erzeugen sie bei einem vergleichbaren, sogar geringeren Widerstand der Vorwärtsbewegung einen wesentlich stärkeren Schub, als die bisher bekannten Schwimmflossen. Und dies ermöglicht ein kräftesparendes Schwimmen mit erheblich höheren Geschwindigkeiten (Reisegeschwindigkeiten beim Schwimmen ohne große Anstrengung 6-7 Km/St. und Spitzengeschwindigkeiten bis 5 m/sek auf kürzeren Strecken).
Weitere Vorteile dieser Schwimmflossenkonstruktion ergeben sich aus der Aufeinanderbewegung des Fußes/der Fußsohle und des Flossenblattes (1) am Ende der Abstoßphase. Dadurch wird der abgestoßene Wasserstrom besser nach hinten ausgerichtet, es entsteht auch ein Kumulationseffekt. Eine Maximierung dieser Effekte durch bogenformiges Profil des Flossenblattes, wie auf der Zeichnung (Figur 4) dargestellt ist, erhöht nochmals den Vorwärtsschub.
Die erfindungsgemäßen Schwimmflossen erlauben auch besseres Laufen und bequemeren Eingang ins Wasser als mit den bisher bekannten Schwimmflossen. Durch einfaches Lösen der Seile (5) können die Flossenblätter (1) frei nach hinten, hinter die Fersen geschwenkt- und dort fixiert werden (den Sporen ähnlich). In dieser Position, hinter den Fersen, behindern die Flossenblätter das Gehen/Laufen wesentlich geringer, als die herkommlichen Schwimmflossen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, wobei auf dem Blatt 1 die erfindungsgemäße Schwimmflosse in der Ausgangs- oder Neutralposition dargestellt ist, aus der Sicht von der Seite (Figur 1) und in Draufsicht (Figur 2). Auf dem Blatt 2 (Figur 3) ist die Schwimmflosse während des Heranziehens des Beines dargestellt. Das Flossenblatt kann dabei nach vorne, fast an die Fußsohle frei schwenken. Dadurch bleibt der Widerstand auch in dieser Phase minimal. Das bogenformige Profil (Figur 4) hat das Flossenblatt in den Phasen des freien Gleitens; während der Drauftretbewegung des Beines verliert das Flossenblattprofil durch den Wasserwiderstand weitgehend die Bogenförmigkeit.
Auf dem Blatt 3 (Figur 5) wird das System Bein/Schwimmflosse aus der Sicht von der Seite, in der Phase der Drauftretbewegung des Beines, wo das Flossenblatt sich schon hinter der Ferse befindet und die Feder stark gespannt sind, dargestellt. Die volle Abstoßfläche (volle Fläche des Flossenblattes + Fläche der Fußsohle) während der Drauftretbewegung des Beines zeigt die Figur 6.
Die Konstruktion der Schwimmflosse insgesamt und die Lage und Funktionsweise einzelner Teile in verschiedenen Phasen des Beinbewegungszyklus sind auf den Abbildungen (Figuren 1,2,3,5) dargestellt.
Das Flossenblatt (1) ist an den Armen der zwei einarmigen Hebel (2) befestigt.
Diese Hebel (2) sind drehbar an den Achsen (6) beidseits des Fußes befestigt.
Die zwei Achsen (6) sind Bestandteile der Fersenschale (4), welche die Ferse von unten, von hinten und von den Seiten umhüllt. Die Fersenschale ist mittels mindestens einer Schnalle (8) an dem Fuß befestigt.
Durch die Manschette (9) werden die Achsen der Fersenschale etwa im Knöchelbereich an dem Unterbein fixiert.
An den Hebel (2) sind dreieckformige nach hinten gerichtete Stützen (3) vorgesehen. An diesen Stützen sind die unteren Enden der Federstäbe (7) drehbar befestigt.
Die oberen Enden der Federstäbe (7) sind mittels Seile (5) mit den Achsen (6) verbunden.
Wenn das Flossenblatt (1) nach hinten geht, dann werden die unteren Enden der Federstäbe (7) nach oben gedrückt und da die oberen Enden der Federstäbe (7) durch die Seile (5) fixiert sind, werden die Federstäbe (7) aufgespannt. Die oberen Enden der Federstäbe (7) sind außerdem mittels Manschette (12) mit Polsterung (10) und Kunststoffunterlagen (11) am Unterschenkel befestigt.
Jedes Element des Hebel- und Federungsmechanismus ist optimal an die Formen des Unterschenkels und des Fußes angepaßt und der Hebel- und Federungsmechanismus insgesamt verursacht praktisch keinen Widerstand der Vorwärtsbewegung des Schwimmers/Tauchers.
Diese Hebel- und Federungskonstruktion erlaubt eine Schwenkung des Flossenblattes (1) sowohl nach hinten um 80-90° mit steigender Aufspannung der Feder (7), bis in die Position, wo das Flossenblatt mit der Fussohle eine Fläche bildet, als auch frei (ohne Aufspannung der Feder (7)) nach vorne um 45-60°, bis an die Fußsohle.
Sehr wichtig ist auch, daß durch diese Konstruktion nur ein minimales Drehmoment und ein entsprechend geringer Druck der oberen Enden der Federstäbe (7) auf die Waden entsteht, der problemlos durch Polsterung (10) und Kunststoffunterlagen (11) aufgefangen wird.
Im Vergleich mit anderen Varianten des Hebel- und Federungsmechanismus, die auch realisierbar sind, zum Beispiel mit Spiralfedern beidseits des Beines im Knöchelbereich oder mit zweiarmigen Hebeln und Stabfedern vorne, unter dem Knie, liegt die oben beschriebene dem Optimum am nächsten.
Die erfindungsgemäßen Schwimmflossen sind bestens für Freizeit und Sport geeignet. Mit diesen Schwimmflossen öffnen sich durch das kräftesparende und schnellere Schwimmen auch völlig neue faszinierende Möglichkeiten für das Seewandern, z.B. kann man von Insel zur Insel im Ägäischen Meer, in der Karibik u.s.w. wandern, fast gleich den Robben und Delphinen. Man kann die wunderbare Meereswelt ohne Motoren, ohne die Umwelt zu belasten kennenlernen und genießen. Andererseits birgt das schnellere Schwimmen/Tauchen auch größere Verletzungsgefahren in sich. Deswegen sollte mindestens der Kopf des Schwimmers/Tauchers durch einen speziellen strömungsoptimierten Helm geschützt werden.

Claims

Schwimmflosse für das kräftesparende und schnellere Schwimmen/Tauchen, dadurch gekennzeichnet, daß die eigentliche Flosse - das Flossenblatt (1), nicht an dem Fuß befestigt, sondern mittels eines speziellen Hebel- und Federungsmechanismus beidseits des Fußes/Beines im Knöchelbereich mit dem Unterbein und der Fußferse verbunden ist. Dabei hängt das Flossenblatt (1) in der Neutralposition unter der Fußsohle, etwa unter der Ferse und ist senkrecht nach unten (in der horizontalen Schwimmerlage horizontal nach hinten) gerichtet.
Durch die Drauftretbewegung des Beines nach vorne / nach unten (die natürliche Bewegung des Beines, wie beim Laufen, Fahrradfahren u.s.w.) und den Wasserwiderstand geht das Flossenblatt (1) nach hinten, hinter die Ferse bis in die Position, wo es mit der Fußsohle eine Fläche bildet (Figuren 5,6). Das Flossenblatt wird aus einem zähelastischem Kunststoff oder Verbundwerkstoffen hergestellt und hat ein bogenformiges Profil (Figur 4)
Schwimmflosse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel- und Federungsmechanismus außer Verbindung der Flosse mit dem Bein zusätzlich einen wesentlichen Teil der Energie der Drauftrittbewegung des Beines während dieser Bewegung mittels Federstäbe (7) speichert und unmittelbar nach dem Ende der Drauftretbewegung des Beines die gespeicherte Energie durch Rückfederung in einen zusätzlichen Beschleunigungsschub des Schwimmers verwandelt.
Schwimmflosse nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Drauftretbewegung des Beines mittels einer Fersenschale (4) aus stabilem und leichtem Werkstoff aufgenommen und über den Hebel- und Federungsmechanismus an das Flossenblatt (1) übertragen wird. Die Fersenschale (4) umhüllt die Ferse von unten, von hinten und von den Seiten. An der Fersenschale (4) sind beidseits des Fußes/Beines, etwa unter den Knöchel zwei Achsen (6) befestigt. Die Fersenschale (4) wird mittels mindestens einer Schnalle (8) an dem Fuß fixiert.
Schwimmflosse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, das Bestandteile des Hebel- und Federungsmechanismus sind:
- zwei einarmigen Hebel (2), die drehbar an den Achsen (6) der Fersenschale (4) befestigt sind. An den Hebel (2) sind dreieckformigen nach hinten gerichtete Stützen (3) vorgesehen. An den Hebelarmen ist das Flossenblatt (1) befestigt.

- an den Stützen (3) sind drehbar die unteren Enden der Federstäbe (7) befestegt, die oberen Ende der Federstäbe (7) sins mittels Seile (5) mit den Achsen (6) der Fersenschale (4) verbunden.
Durch die Schwenkung des Flossenblattes (1) nach hinten werden die unteren Enden der Federstäbe (7) nach oben gedrückt und da die oberen Enden der Federstäbe (7) durch die Seile (5) fixiert sind, werden die Federstäbe (7) aufgespannt. Sobald die Drauftretbewegung beendet ist, geht das Flossenblatt (1) durch die Rückfederung in die Neutralposition zurück.