NL2021731B1 - Aan het menselijk lichaam bevestigbare onderwateraandrijving - Google Patents

Abstract

De uitvinding heeft betrekking op een aan het menselijk lichaam bevestigbare onderwateraandrijving, omvattende een gestel voorzien van bevestigingsmiddelen voor bevestiging van de aandrijving direct aan het menselijk lichaam, een met het gestel verbonden elektromotor, en een via een tandriemoverbrenging met een uitgangsas van de elektromotor gekoppelde impeller die aan een omtrekzijde is voorzien van een uitwendige vertanding voor aangrijping door de tandriem. De uitvinding heeft tevens betrekking op een systeem van twee van dergelijke onderwateraandrijvingen.

Description

Aan het menselijk lichaam bevestigbare onderwateraandrijving

De uitvinding heeft betrekking op een aan het menselijk lichaam bevestigbare onderwateraandrijving omvattende een gestel voorzien van bevestigingsmiddelen voor bevestiging van de aandrijving direct aan het menselijk lichaam, een met het gestel verbonden elektromotor, en een via een aandrijfriemoverbrenging, in het bijzonder een tandriemoverbrenging, met een uitgangsas van de elektromotor gekoppelde impeller. De uitvinding heeft tevens betrekking op een systeem van ten minste twee van dergelijke onderwateraandrijvingen.

Het concept van een aan het lichaam bevestigbare voortstuwingsysteem voor gebruik onder water is uit de stand van de techniek reeds bekend. Dergelijke systemen zijn gericht op toepassing in de duikwereld als onderwateraandrijving voor individuele duikers. Een voordeel van voortstuwingsystemen die aan het lichaam bevestigbaar zijn, is gelegen in het feit dat ze de gebruiker ervan een grote bewegingsvrijheid geven omdat de gebruiker zich nergens aan vast hoeft te houden, noch ergens plaats op hoeft te nemen of op hoeven af te steunen.

Echter kennen voornoemde voortstuwingsystemen ook meerdere technische uitdagingen waardoor de praktische toepasbaarheid ervan tot op heden uitblijft. Zo moet de aandrijving de gebruiker ervan van voldoende stuwkracht kunnen voorzien zodat de gebruiker zich in verschillende omstandigheden met een voldoende hoge snelheid kan voortbewegen. Het kunnen leveren van voldoende stuwkracht moet echter niet ten koste gaan van de afmetingen van het systeem. Het is voor een aan het lichaam bevestigbaar systeem namelijk van groot belang dat de totale afmetingen van het systeem zo beperkt mogelijk zijn om het systeem hanteerbaar te houden. Immers moet de gebruiker ervan het systeem zowel in, als in beperkte mate uit het water kunnen dragen en zich met het systeem kunnen voortbewegen Om eenzelfde reden geldt dat de hoeveelheid leverbare stuwkracht niet ten koste moet gaan van de totale massa van het systeem, die mede vanwege de hanteerbaarheid laag moet zijn. Echter speelt bij onderwatertoepassingen ook het drijfvermogen van de gebruiker een rol. Zo zal een persluchtduiker zich in een gebruikelijk geval zo uitbalanceren dat hij een neutraal drijfvermogen heeft aan het wateroppervlak. Een lage totale massa van het systeem maakt het hierbij mogelijk om veranderingen in drijfvermogen veroorzaakt door het systeem gemakkelijk kunnen compenseren. Tot slot zal de gewenste hoeveelheid beschikbare stuwkracht hand in hand moeten gaan met een bruikbare actieradius en/of bedrijfstijd, waarbij de duur van een gemiddelde persluchtduik als uitgangspunt genomen mag worden. Hierbij zal de stroomlijning van het systeem ook een bepalend rol spelen.

Het is derhalve een doel van deze uitvinding om te voorzien in een praktisch toepasbare onderwateraandrijving voor bevestiging aan het menselijk lichaam die voldoende efficiënt is in termen van geleverde stuwkracht en/of stroomlijning uitgezet tegen het verbruikte vermogen, massa en volume van het systeem.

De uitvinding verschaft hiertoe een aan het menselijk lichaam bevestigbare onderwateraandrijving omvattende een gestel voorzien van bevestigingsmiddelen voor bevestiging van de aandrijving direct aan het menselijk lichaam, een met het gestel verbonden elektromotor, en een via een aandrijfriemoverbrenging, in het bijzonder een tandriemoverbrenging, met een uitgangsas van de elektromotor gekoppelde impeller, met het kenmerk dat een omtrekszijde van de impeller is ingericht voor samenwerking met de aandrijfriem. Ingeval de aandrijfriem wordt gevormd door een tandriem, dan is de impeller aan een omtrekzijde bij voorkeur voorzien van een uitwendige vertanding voor aangrijping door de tandriem. De omtrekszijde van de impeller is bij voorkeur ingericht voor opname van een deel van de aandrijfriem. Hierbij is het denkbaar dat de omtrekszijde van de impeller is voorzien van ten minste één, doorgaans groefvormige, opneemruimte voor opname van een deel van van de aandrijfriem. Het geniet bij een dergelijke uitvoeringsvorm de voorkeur dat (de dwarsdoorsnede van) ten minste ene opneemruimte die is gevormd aan de omtrekszijde van de impeller in hoofdzaak complementair is vormgegeven ten opzichte van (de dwarsdoorsnede van) de aandrijfriem. Een dergelijke complementaire vormgeving verbetert doorgaans de onderlinge samenwerking tussen de aandrijfriem, in het bijzonder de tandriem, en de impeller, in het bijzonder de van een vertanding voorziene impeller. In plaats van een tandriem kunnen tevens andersoortige aandrijfriemen worden toegepast, zoals een V-snaar, een zeskantsnaar en/of een poelie. Voornoemde aandrijfriemen kunnen optioneel zijn voorzien van een vertanding, waardoor deze zich in dat geval tevens kwalificeren als tandriem. Aandrijfriemen functioneren relatief stil en zijn relatief duurzaam. Bovendien hoeven aandrijfriemen niet gesmeerd te worden, en blijven ze, zelfs bij relatief hoge toerentallen, betrouwbaar en soepel functioneren, zelfs in aanraking met water en/of onderwater. Aanvullend voordeel van een tandriem is dat de tandriem is voorzien van een inwendig tandprofiel, eventueel voorzien van een, bij voorkeur - doorgaans uit nylon vervaardigde - slijtvaste, tandbekleding, waardoor slip tussen de tandriem enerzijds en de elektromotor en/of de impeller anderzijds kan worden tegengegaan. In het navolgende zullen diverse uitvoeringsvarianten worden besproken waarbij de tandriem veelal als voorkeursuitvoering expliciet wordt besproken. Echter, in de genoemde uitvoeringsvarianten is het denkbaar dat de tandriem wordt vervangen door een andersoortige aandrijf riem. Ingeval een (onvertande of tandloze) aandrijf riem wordt toegepast hoeft de impeller niet te zijn voorzien van een vertanding aan de omtrekszijde. Onder de mogelijke bevestigingsmiddelen vallen hierbij allerhande riemen en banden die het gestel direct aan het lichaam kunnen bevestigen. Ook met het gestel verbonden klemmen of kledingstukken kunnen dienen als geschikte bevestigingsmiddelen. Veelal zal het gestel in contact staan met een deel van het lichaam, waarbij de vorm van het gestel ter plaatse van het contact met het lichaam in een voordelig geval aansluit bij de vorm van het lichaamsdeel. Deze aansluiting komt de stroomlijning van de onderwateraandrijving doorgaans significant ten goede, waardoor minder motorvermogen benodigd is om een persoon voort te kunnen stuwen, en waardoor de onderwateraandrijving relatief compact kan worden uitgevoerd, hetgeen de stroomlijning verdergaand ten goede komt. De impeller is verantwoordelijk voor de waterverplaatsing, waarbij de energie die de elektromotor aan de impeller overbrengt, vervolgens naar het water wordt overgebracht. In de context van deze uitvinding moet de benaming “impeller” breed worden uitgelegd, waarbij elk onderdeel dat in staat is middels een draaiende beweging een snelheidsverhoging of drukverhoging stroomafwaarts van voornoemd onderdeel teweeg te brengen, onder de definitie van “impeller” moet worden geschaard. Zodoende dienen benamingen als “fan”, “ducted fan”, “schoepenwiel”, “propeller”, of “schroef” binnen de context van deze uitvinding uitwisselbaar te worden gezien met de benaming “impeller”. De impeller wordt via een tandriemoverbrenging door de elektromotor aangedreven. De tandriemoverbrenging maakt gebruik van een tandriem voorzien van een binnenvertanding die slippen van de riem voorkomt. De tandriem is in een gebruikelijk geval vervaardigd van een vezelversterkt kunststof waaraan de tandriem zowel de benodigde treksterkte als flexibiliteit ontleent. De toepassing van een tandriemoverbrenging heeft als voordeel dat deze geen smering nodig heeft om goed te functioneren, waardoor een smeersysteem achterwege gelaten kan worden. Bovendien is een tandriemoverbrenging slijtvast en geschikt voor hoge omwentelingssnelheden. De tandriem grijpt met de vertanding enerzijds aan op een uitgangsas van de elektromotor die in een gebruikelijk geval direct verbonden is met de rotor van de elektromotor. Op de uitgangsas kan hiervoor een tandwiel of poelie met een buitenvertanding zijn aangebracht waar de tandriem overheen ligt. Anderzijds grijpt de tandriem aan op de impeller, die daarvoor aan een omtrekzijde van een uitwendige vertanding is voorzien. De schoepen van de impeller die zich vanaf een rotatieas in radiale richting uitstrekken zijn hiertoe aan een van het rotatieas afgekeerd einde verbonden met een omtrekswand. In een voorkomend geval omvat de impeller ten minste één schoep, bij voorkeur 1,2, 3, 4, of 5 schoepen. Hierdoor kan een stevige verbinding tussen de omtrekswand en de rotatieas worden gevormd. De buitenzijde (omtrekzijde) van de omtrekswand is hierbij bij voorkeur voorzien van de voornoemde vertanding waar de tandriem overheen ligt. Bij voorkeur overlappen aangrenzende schoepen van de impeller elkaar in lengterichting van de impeller. Op deze wijze kan de waterverplaatsing worden verbeterd. Het geniet de voorkeur dat de schoepen van de impeller regelmatig georiënteerd zijn ten opzichte van de as van de impeller, waardoor een gebalanceerde voortstuwing kan worden gerealiseerd, hetgeen een evenwichtige belasting van de impeller, de aandrijfriem, en de elektromotor ten goede komt. De één of meerdere schoepen van de impeller hebben bij voorkeur een gekromde geometrie om water zo efficiënt mogelijk door de impeller heen te kunnen leiden. De omtrekszijde van een schoep strekt hierbij bij voorkeur uit van een aanvoerzijde van de impeller naar een afvoerzijde van de impeller. Hierdoor kan de schoep een gewenste diepgang worden verschaft. Bij voorkeur bedraagt de afstand tussen voornoemde aanvoerzijde en afvoerzijde van de impeller ten minste 25 mm.

De onderwateraandrijving is ingericht om water te verplaatsen, waardoor een voortstuwende kracht wordt gegenereerd. Derhalve zal de onderwateraandrijving, of althans de impeller, tijdens normaal gebruik ten minste gedeeltelijk onderwater zijn gesitueerd om de beoogde waterverplaatsing te kunnen realiseren. Tijdens dit normale gebruik zal de persoon die met de onderwateraandrijving is verbonden zich doorgaans ten minste gedeeltelijk, of zelfs volledig, onderwater bevinden. Het is echter tevens denkbaar dat deze persoon zich in hoofdzaak, of zelfs volledig bovenwater bevindt tijdens normaal gebruik, waarbij slechts de onderwateraandrijving ten minste gedeeltelijk onderwater is gepositioneerd, en waarbij de persoon bijvoorbeeld kan liggen op een surfboard (bodyboard) of enig ander drijf lichaam.

Het specifieke ontwerp van de impeller waarin de vertanding aan de omtrekzijde in is geïntegreerd is cruciaal in het mogelijk maken van een compacte en laaggewicht uitvoering van de onderwateraandrijving. Middels de impeller met vertanding wordt de waterverplaatsingsfunctie en de overbrengingsfunctie in een enkel onderdeel ondergebracht, wat zowel het gewicht als de afmetingen van de aandrijving ten goede komt. Bovendien vormt de van de tanden voorziene omtrekswand voor extra versteviging van de impeller, waardoor de impeller lichter kan worden uitgevoerd en tevens bestand is tegen grotere krachten als gevolg van hoge toerentallen. Middels de combinatie van deze impeller met een tandriemoverbrenging en een elektromotor wordt een efficiënte, compacte en laaggewicht onderwater aandrijving verkregen die bij uitstek geschikt is voor directe bevestiging aan het lichaam in het licht van de eisen die een aan het lichaam bevestigbare voortstuwingsysteem met zich meebrengt.

In een voordelige uitvoeringsvariant van aandrijving volgens de uitvinding is de overbrengingsverhouding tussen de uitgangsas van de elektromotor en de impeller groter dan 1, waarbij de uitgangsas van de elektromotor voor elke volledige omwenteling van de impeller meer dan een volledige omwenteling maakt. Om de impeller van een voldoende groot koppel te voorzien bij een zo groot mogelijke efficiëntie van de elektromotor, waarbij wordt gestreefd naar een elektromotor met een relatief goede stroomlijning, een relatief lage massa, en een relatief beperkt volume, is gebleken dat de uitgangsas van de elektromotor op een hoger toerental moet draaien dan de impeller. Hierbij is uit praktijktests gebleken dat een overbrengingsverhouding van de elektromotor op de impeller tussen de 2:1 en 20:1, en van 3:1 in het bijzonder wenselijk is. Doordat - indien toegepast - de vertanding waarop de tandriem de impeller moet aangrijpen aan de omtrekzijde impeller is voorzien, grijpt de tandriem de impeller aan op een zo ver mogelijk van de rotatieas van de impeller verwijderde locatie. Een soortgelijke situatie geldt ingeval andersoortige aandrijfriemen worden toegepast. Hierdoor worden grote overbrengingsverhoudingen mogelijk zonder gebruikmaking van verdere onderdelen.

In nog een mogelijke uitvoering van de aandrijving volgens de uitvinding wordt de impeller in hoofdzaak volledig omgeven door een straalbuis. De straalbuis, die in een voorkomend geval als een hoofdzakelijk gesloten cilindervormige wand is uitgevoerd, vervult in de onderwateraandrijving enkele voordelige functies. Als eerste schermt de straalbuis de impeller ten minste gedeeltelijk af waardoor de roterende impeller niet of minder gemakkelijk in aanraking kan komen met externe voorwerpen of lichaamsdelen. Om de koppeling met de tandriem alsnog mogelijk te maken kan de straalbuis hierbij zijn voorzien van een tweetal doorlopende gaten voor de doorvoer van de tandriem. De straalbuis kan tevens dienen als bevestigingsoppervlak voor andere onderdelen van de aandrijving, waarmee het onderdeel kan vormen van het gestel dan wel direct verbonden kan worden met het gestel. In een voorkomend geval kan de elektromotor middels een bevestigingssteun op een buitenzijde van de straalbuis zijn bevestigd. De afstand tussen de elektromotor en de impeller, en daarmee de door de tandriem te overbruggen afstand wordt hierbij effectief geminimaliseerd, hetgeen de compactheid van de aandrijving ten goede komt.

Om de uitstroom van water uit de impeller te controleren kan de straalbuis een achterste deel omvatten dat zich stroomafwaarts van de impeller in een van de impeller afgekeerde richting uitstrekt. Met de verkregen controle op de uitstroom richting van het door de impeller gestuwde water kan worden voorkomen dat stuwkracht verloren gaat doordat het water niet in een uniforme richting wordt gestuwd. In een gebruikelijk geval zal de straalbuis zijn ingericht om het door de impeller gestuwde water in axiale richting van de impeller te geleiden, waarvoor de straalbuis doorgaans axiaal met de impeller is uitgelijnd. Het is tevens denkbaar dat het achterste deel van de straalbuis beweegbaar is ten opzichte van de impeller, zodanig dat de richting van de uitgaande waterstroom kan worden beïnvloed. Hiermee kan de voortstuwingsrichting van de onderwateraandrijving worden gecontroleerd, hetgeen als sturingsmechanisme kan dienen. Ook is het denkbaar dat de straalbuis is voorzien van een separaat stuurdeel of een straalomkeringsmechanisme zoals een omkeerplaat waarmee de stuwstraal in een gewenste richting kan worden gebogen of zelfs kan worden omgekeerd. Het achter de impeller uitstrekkende achterste deel van de straalbuis zorgt er voorts voor dat de impeller vanaf een achterzijde van de aandrijving wordt afgeschermd.

Het achterste deel van de straalbuis kan in een van de impeller afgekeerde richting in diameter afnemen, en in het bijzonder taps aflopen. Een afname in de diameter van de straalbuis in stroomafwaartse richting heeft een versnelling van de uitgaande stuwstroom tot gevolg, hetgeen leidt tot een toename in stuwkracht. Hiermee kan de efficiëntie van de aandrijving in verdergaande mate worden vergroot. Het is tevens denkbaar dat het achterste deel van de straalbuis een in hoofdzaak constante diameter heeft.

Als een andere mogelijke maatregel om de stuwkracht van de aandrijving te vergroten kan het achterste deel van de straalbuis één of meerdere statorbladen omvatten. De statorbladen zorgen ervoor dat de rotatie die door de roterende impeller aan de stuwstroom wordt meegegeven wordt verminderd waardoor de radiale snelheidscomponent van de stuwstroom afneemt en de axiale stromingscomponent van de stuwstroom toeneemt. De statorbladen zijn ten behoeve van een uniform stromingsprofiel bij voorkeur rotatiesymmetrisch in de straalbuis gepositioneerd. In een voorkomend geval strekken de statorbladen zich vanaf een middenas van de straalbuis in radiale richting tot aan een binnenzijde van de straalbuis uit, waardoor de uitgaande stuwstroom volledig langs de statorbladen zal stromen. Tevens leveren de statorbladen hierbij een positieve invloed op de sterkte van de straalbuisconstructie. Voorts kunnen de statorbladen zich in axiale richting tot aan een van de impeller afgekeerd einde van het achterste deel van de straalbuis uitstrekken. De stuwstroom wordt hierbij over de volledige lengte van het achterste deel van de straalbuis langs de statorbladen geleid waardoor een maximale invloed kan worden uitgeoefend op de uitstroomrichting van de stuwstroom.

Om de impeller aan de voorzijde af te schermen kan de straalbuis een voorste deel omvatten dat zich stroomopwaarts van de impeller in een van de impeller afgekeerde richting uitstrekt. Dit voorste deel van de straalbuis kan tevens een bijdrage leveren aan de efficiëntie van de impeller doordat het voorste deel van de straalbuis de aanstroom van water naar de impeller verbetert. In een gebruikelijk geval zal het voorste deel van de straalbuis in naar de impeller toegekeerde (stroomopwaartse) richting in diameter afnemen, en in het bijzonder taps afnemen. Het is tevens denkbaar dat de diameter van het voorste deel van de straalbuis in hoofdzaak constant is.

Teneinde de afschermende functie van het voorste deel van de straalbuis te vergroten kan het voorste deel van de straalbuis meerdere afstandshouders omvatten, waarbij de afstandshouders zich vanaf een middenas van de straalbuis in radiale richting tot aan een binnenzijde van de straalbuis uitstrekken. Voornoemde afstandshouders compartimenteren de instroomopening van de straalbuis waarmee de omvang van objecten die langs de afstandshouders de impeller kunnen bereiken effectief wordt beperkt. Bovendien ondersteunen de afstandshouders de straalbuiswand, hetgeen de stevigheid van de straalbuis ten goede komt. De afstandshouders zijn in een gebruikelijk geval vast verbonden met de binnenzijde van de straalbuis. Tevens zijn de afstandshouders bij voorkeur rotatiesymmetrisch opgesteld.

In een voorkomend geval kan de straalbuis een metaal omvatten, en in het bijzonder zijn vervaardigd van een metaal of metaallegering. Een metaal of metaallegering kan de straalbuis van de juiste sterkte-eigenschappen voorzien. Daarbij hebben metalen een relatief hoge warmtegeleidingscoëfficiënt waardoor de straalbuis tevens dienst kan doen als koellichaam voor warmtegenererende componenten van de aandrijving zoals de elektromotor en de (elektronische) aansturing daarvan.

In een mogelijk uitvoering van de aandrijving volgens de uitvinding is de elektromotor een borstelloze gelijkstroommotor. Een groot voordeel van de borstelloze gelijkstroommotor is de afwezigheid van een mechanische commutator en bijbehorende koolborstels, welk samenstel niet alleen zeer slijtagegevoelig is, maar tevens ook drukt op de efficiëntie van de elektromotor. Daarbij is een borstelloze gelijkstroommotor in staat om hoge omwentelingssnelheden te bereiken en een groot maximaal vermogen te kunnen leveren in verhouding tot het gewicht en de afmetingen van de elektromotor. Gebleken is dat voor de toepassing in een onderwateraandrijving volgens de uitvinding voordelig is indien de elektromotor ten minste 10.000 toeren per minuut maakt. Het is tevens denkbaar dat de elektromotor hogere toerentallen maakt dan 10.000, zoals bijvoorbeeld 15.000,

16.000, 20.000 en 25.000. Middels de tandriemoverbrenging kan de omwentelingssnelheid van de impeller vervolgens worden verlaagd, waarbij het koppel van de impeller toeneemt.

Om de commutatie van de elektromotor te verzorgen alsmede het motorvermogen te kunnen reguleren is de elektromotor in een gebruikelijk geval aangesloten op een elektronische snelheidsregeling. In een voorkomend geval wordt de elektronische snelheidsregeling gevormd door een elektronisch circuit dat in staat is de snelheid van de elektromotor te kunnen regelen. Ten behoeve van de koeling van de elektronische snelheidsregeling kan de elektronische snelheidsregeling in direct en/of indirect warmtewisselend contact staan met de straalbuis, waarbij de straalbuis als koellichaam fungeert. Doordat de straalbuis een relatief groot oppervlak heeft en in direct, warmtewisselend contact staat met het langsstromende water, is de straalbuis bijzonder geschikt om als koellichaam te worden ingezet. De straalbuis kan tevens dienen als koellichaam voor de elektromotor, waarbij de statorwindingen of magneten veelal in direct en/of indirect warmtegeleidend contact met de straalbuis staan. Zoals in het voorgaande reeds vermeid is het ingeval de straalbuis als koellichaam fungeert voordelig als ten minste een deel van de straalbuis uit een materiaal is vervaardigd met een hoge warmtegeleidingscoëfficiënt. Metalen of metaallegeringen zijn hiervoor bij uitstek geschikt, maar ook warmtegeleidende folies, zoals grafietfolies of grafeenfolies kunnen hiervoor worden toegepast.

De elektromotor kan gevoed worden door een eveneens direct aan het menselijk lichaam bevestigbaar accupakket. Dit accupakket bestaat in de regel uit meerdere in serie en/of parallel geschakelde accu’s om de elektromotor van voldoende vermogen te kunnen voorzien. Vanwege de hoge energiedichtheid zijn lithium accu’s zeer geschikt voor toepassing in een dergelijk accupakket. Het is mogelijk dat het accupakket aan het gestel van de aandrijving is bevestigd, waarmee een enkele compacte aandrijvingsmodule wordt verkregen. Vanwege een mogelijk gebrek aan ruimte op het lichaam ter plaatse van de bevestigde aandrijving en ten behoeve van een meer verspreide gewichtsverdeling en/of een betere stroomlijning, is het echter ook mogelijk dat het accupakket, optioneel tezamen met de elektronische snelheidsregeling, is ingericht voor bevestiging aan een deel van het lichaam anders dan het deel van het lichaam waaraan het samenstel van elektromotor, de overbrenging, de impeller, en/of eventueel de elektronische snelheidsregeling, is bevestigd. In het laatste geval kan het accupakket middels een kabel op de elektromotor en/of de elektronische snelheidsregeling zijn aangesloten.

In nog een verdere uitvoeringsvorm van de onderwateraandrijving volgens de uitvinding is de aandrijving ingericht voor bevestiging aan het onderbeen, en in het bijzonder de enkel. Omdat het onderbeen zich in de regel te allen tijde onder het wateroppervlak bevindt, ook bij voortbewegen aan het wateroppervlak, zal de onderwateraandrijving bij bevestiging aan het onderbeen zich eveneens te allen tijde onder water bevinden. Daarnaast vormt het onderbeen veelal geen bevestigingslocatie voor een reguliere duikuitrusting waardoor een aan het onderbeen bevestigbare onderwateraandrijving zonder problemen in combinatie met een reguliere duikuitrusting kan worden gebruikt.

De aandrijving kan voorts een bedieningsorgaan omvatten voor aansturing van de aandrijving, waarbij het bedieningsorgaan is ingericht voor bediening middels de voet. Het bedieningsorgaan kan hiertoe een voetretentie-element omvatten voor bevestiging aan de voet. Doordat een dergelijk bedieningsorgaan bediening met de voet mogelijk maakt houdt de bestuurder zijn handen vrij voor andere taken. In een specifieke uitvoeringsvorm kan het bedieningsorgaan zijn ingericht voor het middels een plantairflexie van de voet verhogen van de door de elektromotor geleverde stuwkracht en het middels een dorsaalflexie van de voet verlagen van de door de elektromotor geleverde stuwkracht. Deze manier van reguleren van het motorvermogen wordt vanwege parallellen met een regulier gaspedaal door de bestuurder van de aandrijving als bijzonder intuïtief ervaren. Tevens biedt deze manier van reguleren minimale stromingsweerstand in het water bij maximale stuwkracht en maximale stromingsweerstand bij minimale stuwkracht.

De uitvinding heeft daarnaast betrekking op een systeem van ten minste twee onderwateraandrijvingen volgens de uitvinding waarbij ten minste twee onderwateraandrijvingen bij voorkeur zijn aangesloten op eenzelfde accu en/of hetzelfde accupakket. Hierbij is het tevens denkbaar dat ten minste twee onderwateraandrijvingen zijn aangesloten op verschillende accu’s of verschillende accupakketten. Een systeem van ten minste twee onderwateraandrijvingen die elk op een andere plek op het lichaam zijn bevestigd, kan de besturing alsmede de stabiliteit van de aandrijving tijdens gebruik ten goede komen. Door de stuwkracht van de aandrijvingen afzonderlijk van elkaar te regelen is het namelijk mogelijk de gebruiker een roterende beweging te laten maken waardoor de voortbewegingsrichting van de gebruiker kan worden gekozen en gecorrigeerd. In een mogelijke opstelling zijn de onderwateraandrijvingen ieder aan een ander onderbeen van de gebruiker bevestigd en is het accupakket op een andere locatie op het lichaam van de gebruiker bevestigd, zoals een bovenbeen, de buik of de rug. In het systeem overeenkomstig de uitvinding is het denkbaar dat ten minste twee onderwateraandrijvingen onderling fysiek zijn gekoppeld, waarbij deze onderwateraandrijvingen bij voorkeur een gemeenschappelijk gestel omvatten.

De uitvinding zal worden verduidelijkt aan de hand van in navolgende figuren weergegeven niet-limitatieve uitvoeringsvoorbeelden. Corresponderende elementen zijn in de figuren met corresponderende referentiecijfers aangeduid. In de figuren toont:

- figuur 1 een opengewerkt perspectivisch aanzicht op een onderwateraandrijving volgens de onderhavige uitvinding,

- figuur 2 een dwarsdoorsnede in langsrichting van de onderwateraandrijving zoals getoond in figuur 1,

- figuur 3 een dwarsdoorsnede in langsrichting van een alternatieve uitvoering van een onderwateraandrijving volgens de onderhavige uitvinding,

- figuur 4 een zijaanzicht op een systeem van onderwateraandrijvingen volgens de uitvinding in een aan een gebruiker bevestigde toestand,

- figuur 5 een bovenaanzicht op een systeem onderwateraandrijvingen zoals getoond in figuur 4, wederom in een aan een gebruiker bevestigde toestand, en

- figuur 6 een detailaanzicht op de beenbevestiging van het systeem van onderwateraandrijvingen zoals getoond in figuren 4 en 5.

Figuren 1 en 2 tonen een opengewerkt perspectivisch aanzicht respectievelijk een dwarsdoorsnede in langsrichting van een onderwateraandrijving 1 volgens de onderhavige uitvinding. De onderwateraandrijving 1 omvat een elektromotor 2 waarvan de uitgangsas 3 middels een tandriem 4 met een impeller 5 in contact staat. De tandriem 4 grijpt hiertoe enerzijds aan op een tandwiel 6 dat op de uitgangsas 3 van de elektromotor 2 is geplaatst. Anderzijds grijpt de tandriem 4 aan op een omtrekzijde van de impeller 5 die hiertoe is voorzien van een uitwendige vertanding 7. Door de keuze voor een tandwiel 6 op de uitgangsas 3 met een kleinere omtrek dat de omtrek van de impeller 5 is de overbrengingsverhouding tussen de uitgangsas 3 van de elektromotor 2 en de impeller 5 groter dan 1. De impeller 5 wordt nagenoeg volledig omgeven door een straalbuis 8, welke straalbuis 8 voor de doorvoer van de tandriem 4 is voorzien van een tweetal doorlopende gaten 9 (waarvan er in figuur 1 slechts één zichtbaar is). De straalbuis 8 en de elektromotor 2 zijn middels een gestel aan elkaar gekoppeld, waartoe het gestel in de getoonde uitvoering een tweetal bevestigingssteunen 10a, 10b omvat. De bevestigingssteunen 10a, 10b dienen tevens voor het op geborgde wijze ophangen van de roteerbare impeller 5 in de straalbuis 8. De straalbuis 8 omvat een achterste deel 11 dat zich stroomafwaarts van de impeller 5 in een van de impeller 5 afgekeerde richting uitstrekt en daarbij taps afloopt zodat de diameter van het achterste deel 11 van de straalbuis 8 in stroomafwaartse richting afneemt. Het achterste deel 11 van de straalbuis 8 omvat daarnaast meerdere rotatiesymmetrisch in de straalbuis 8 gepositioneerde statorbladen 12 die zich in radiale richting tot de binnenzijde van de straalbuis 8 uitstrekken waardoor de facto meerdere kanalen ontstaan voor de uitgaande waterstroom. In de getoonde uitvoeringsvariant strekken de statorbladen 12 zich tevens in axiale richting uit tot aan een van de impeller 5 afgekeerd einde van het achterste deel 11 van de straalbuis 8. De straalbuis 8 omvat tevens een voorste deel 13 dat zich stroomopwaarts van de impeller 5 in een van de impeller 5 afgekeerde richting uitstrekt. In dit voorste deel 13 van de straalbuis 8 zijn meerdere afstandshouders 14 voorzien die zich vanaf een middenas van de straalbuis 8 in radiale richting tot aan een binnenzijde van de straalbuis 8 uitstrekken en daarbij dienst doen als afscherming van de impeller 5.

Figuur 3 toont een dwarsdoorsnede in langsrichting van een alternatieve uitvoering van een onderwateraandrijving 30 volgens de onderhavige uitvinding, waarbij de onderwateraandrijving 30 deels perspectivisch is weergegeven. In de getoonde uitvoering wordt de onderwateraandrijving 30 omgeven door een behuizing 31 die het mechaniek van de onderwateraandrijving 30 - omvattende de elektromotor 2 met uitgangsas 3, de impeller 5 die middels de tandriem 4 in contact staat met het op de uitgangsas 3 geplaatste tandwiel 6 en het achterste deel 11 van de straalbuis 8 - afschermt van de gebruiker. De behuizing 31 maakt hierbij onderdeel uit van het gestel en vormt tevens het aangrijppunt voor bevestigingsmiddelen 32 waarmee de onderwateraandrijving 30 aan de gebruiker 33 kan worden bevestigd. De behuizing 31 vervult daarnaast de functie van een voorste deel 34 van de straalbuis 8, zijnde het geleiden van de aanstroom van water richting de impeller 5.

Figuren 4 en 5 tonen een zijaanzicht respectievelijk een bovenaanzicht op een systeem 40 van onderwateraandrijvingen 41 volgens de uitvinding in een aan een gebruiker 42 bevestigde toestand. Het getoonde systeem 40 omvat een tweetal onderwateraandrijvingen 41 die ten behoeve van de bevestiging aan het lichaam zijn voorzien van bevestigingsmiddelen. De bevestigingsmiddelen worden gevormd door een aantal aan de behuizingen 43 van de onderwateraandrijvingen 41 bevestigde riemen 44 waarmee ieder van de onderwateraandrijvingen 41 ter hoogte van het onderbeen 45 en de enkel 46 aan een been 47 van de gebruiker 42 is bevestigd. Het is tevens denkbaar dat andere bevestigingsmiddelen dan riemen 44 worden gebruikt. Daarnaast kan de bevestigingslocatie aan het lichaam van de hier getoonde posities afwijken. De onderwateraandrijvingen 41 zijn door middel van kabels 48 elektrisch gekoppeld met een accupakket 49 waarmee de elektromotoren 2 van de onderwateraandrijvingen 41 worden gevoed. Het accupakket 49 is eveneens aan het lichaam van de gebruiker 42 bevestigd, ditmaal middels een heupgordel 50 die kan zijn verbonden met een door de gebruiker 42 gedragen (duik)vest 51. Ook hier is het echter mogelijk dat het accupakket 49 op een alternatieve plaats met het lichaam wordt verbonden. Daarnaast is het denkbaar dat elk van de onderwateraandrijvingen 41 door een eigen in plaats van een centraal accupakket 49 wordt gevoed, waarbij de verschillende accupakketten op andere delen van het lichaam worden gedragen. Voorts is ieder van de onderwateraandrijvingen 41 in de getoonde uitvoering voorzien van een bedieningsorgaan 52 dat is ingericht voor bediening middels de voet 53. Dit bedieningsorgaan 52 wordt aan de hand van figuur 6 in nader detail besproken.

Figuur 6 toont een detailaanzicht op de beenbevestiging van het systeem 40 van onderwateraandrijvingen 41 zoals getoond in figuren 4 en 5. Middels riemen 44 die zijn verbonden met de behuizingen 43 waarin de elektromotor 2, de impeller 5 met tandriemoverbrenging 4 en het achterste deel 11 van de straalbuis 8 van de onderwateraandrijvingen 41 zijn opgenomen, zijn de onderwateraandrijvingen 41 ter hoogte van de enkels 46 en de onderbenen 45 op het lichaam van de gebruiker 42 te bevestigen. Als aanvulling hierop is ieder van de onderwateraandrijvingen 41 voorzien van een voetretentie-element 60 dat om de voet 53 aangrijpt en in verbinding staat met een bedieningsorgaan 52 van de betreffende onderwateraandrijving 41. Dit bedieningsorgaan 52 is ingericht voor aansturing van de elektromotor 2 van de onderwateraandrijving 41 en is middels het gebruik van voornoemd voetretentie-element 60 tevens ingericht voor bediening middels de voet 53. In de getoonde uitvoering van het systeem 40 van onderwateraandrijvingen 41 vindt de aansturing van de elektromotor 2 plaats middels een rotatie van het bedieningsorgaan 52. Deze rotatie wordt mogelijk gemaakt door een rotatie van het met het bedieningsorgaan 52 gekoppelde voetretentie-element 60. In het bijzonder heeft het de voorkeur indien de aan de draairichting van het bedieningsorgaan 52 gekoppelde aansturing van de elektromotor 2 zo is gekozen dat een door een plantairflexie 61 van de voet 53 veroorzaakte rotatie leidt tot een verhoging van de door de elektromotor 2 geleverde stuwkracht en een door een dorsaalflexie 62 van de voet 53 veroorzaakte rotatie leidt tot een verlaging of zelfs een omkering van de door de elektromotor 2 geleverde stuwkracht.

Het moge duidelijk zijn dat de uitvinding niet beperkt is tot de hier weergegeven en beschreven uitvoeringsvoorbeelden, maar dat binnen het kader van de bijgaande conclusies legio varianten mogelijk zijn, die voor de vakman op dit gebied voor de hand zullen liggen. Hierbij is het denkbaar dat verschillende inventieve concepten en/of technische maatregelen van de hierboven beschreven uitvoeringsvarianten volledig of gedeeltelijk gecombineerd kunnen worden zonder daarbij afstand te doen van de in bijgesloten conclusies beschreven uitvindingsgedachte.

Claims (22)

1. Aan het menselijk lichaam bevestigbare onderwateraandrijving omvattende:

- een gestel voorzien van bevestigingsmiddelen voor bevestiging van de aandrijving direct aan het menselijk lichaam,

- een met het gestel verbonden elektromotor, en

- een via een tandriemoverbrenging met een uitgangsas van de elektromotor gekoppelde impeller, met het kenmerk dat de impeller aan een omtrekzijde is voorzien van een uitwendige vertanding voor aangrijping door de tandriem.

2. Onderwateraandrijving volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de overbrengingsverhouding tussen de uitgangsas van de elektromotor en de impeller groter is dan 1, waarbij de uitgangsas van de elektromotor voor elke volledige omwenteling van de impeller meer dan een volledige omwenteling maakt.

3. Onderwateraandrijving volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat de impeller in hoofdzaak volledig wordt omgeven door een straalbuis.

4. Onderwateraandrijving volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de straalbuis is voorzien van een tweetal doorlopende gaten voor de doorvoer van de tandriem.

5. Onderwateraandrijving volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk dat de elektromotor middels een bevestigingssteun op een buitenzijde van de straalbuis is bevestigd.

6. Onderwateraandrijving volgens één van de conclusies 3 - 5, met het kenmerk dat de straalbuis een achterste deel omvat dat zich stroomafwaarts van de impeller in een van de impeller afgekeerde richting uitstrekt.

7. Onderwateraandrijving volgens conclusie 6, met het kenmerk dat het achterste deel van de straalbuis in een van de impeller afgekeerde richting in diameter afneemt, en in het bijzonder taps afloopt.

8. Onderwateraandrijving volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk dat het achterste deel van de straalbuis meerdere statorbladen omvat, waarbij de statorbladen bij voorkeur rotatiesymmetrisch in de straalbuis zijn gepositioneerd.

9. Onderwateraandrijving volgens conclusie 8, met het kenmerk dat de statorbladen zich vanaf een middenas van de straalbuis in radiale richting tot aan een binnenzijde van de straalbuis uitstrekken.

10. Onderwateraandrijving volgens conclusie 8 of 9, met het kenmerk dat de statorbladen zich in axiale richting tot aan een van de impeller afgekeerd einde van het achterste deel van de straalbuis uitstrekken.

11. Onderwateraandrijving volgens één van de conclusies 3-10, met het kenmerk dat de straalbuis een voorste deel omvat dat zich stroomopwaarts van de impeller in een van de impeller afgekeerde richting uitstrekt.

12. Onderwateraandrijving volgens conclusie 11, met het kenmerk dat het voorste deel van de straalbuis meerdere afstandshouders omvat, waarbij de afstandshouders zich vanaf een middenas van de straalbuis in radiale richting tot aan een binnenzijde van de straalbuis uitstrekken.

13. Onderwateraandrijving volgens één van de conclusies 3-12, met het kenmerk dat de straalbuis een metaal omvat, en in het bijzonder is vervaardigd van een metaal of metaallegering.

14. Onderwateraandrijving volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de elektromotor een borstelloze gelijkstroommotor is.

15. Onderwateraandrijving volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de elektromotor is aangesloten op een elektronische snelheidsregeling.

16. Onderwateraandrijving volgens conclusie 15 en één van de conclusies 3 13, met het kenmerk dat de elektronische snelheidsregeling en/of de elektromotor in direct en/of indirect warmtewisselend contact staat met de straalbuis.

17. Onderwateraandrijving volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de elektromotor wordt gevoed door een eveneens direct aan het menselijk lichaam bevestigbaar accupakket.

18. Onderwateraandrijving volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de aandrijving is ingericht voor bevestiging aan het onderbeen, en in het bijzonder de enkel.

19. Onderwateraandrijving volgens conclusie 18, met het kenmerk dat de aandrijving een bedieningsorgaan omvat voor aansturing van de aandrijving, waarbij het bedieningsorgaan is ingericht voor bediening middels de voet.

20. Onderwateraandrijving volgens conclusie 19, met het kenmerk dat het bedieningsorgaan een voetretentie-element omvat voor bevestiging aan de voet.

21. Onderwateraandrijving volgens conclusie 19 of 20, met het kenmerk dat het bedieningsorgaan is ingericht voor het middels een plantairflexie van de voet verhogen van de door de elektromotor geleverde stuwkracht en het middels een dorsaalflexie van de voet verlagen van de door de elektromotor geleverde stuwkracht.

22. Systeem van ten minste twee onderwateraandrijvingen volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat ten minste twee onderwateraandrijvingen zijn aangesloten op eenzelfde accu en/of op hetzelfde accupakket.