WO2007087664A1

WO2007087664A1 - Wasserfahrzeug mit einem auftriebskörper

Info

Publication number: WO2007087664A1
Application number: PCT/AT2007/000049
Authority: WO
Inventors: Rudolf Lackner
Original assignee: Rudolf Lackner
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2007-02-01
Publication date: 2007-08-09
Also published as: AT503039A4; AT503039B1; EP1979228A1; US20090004933A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug mit einem vorzugsweise geschlossenen Auftriebskörper (1), einem im Inneren des Auftriebskörper angeordneten Antriebsmotor (2) und mit einer vom Antriebsmotor angetriebenen Antriebsflosse (14), die dazu ausgebildet ist, durch eine hin- und hergehende Bewegung Vortrieb zu erzeugen. Eine effiziente und naturnahe Bewegung des Wasserfahrzeuges wird dadurch ermöglicht, dass die Antriebsflosse (14) einen elastischen Haltekörper (6) aufweist, der am Auftriebskörper (1) an einem Anlenkpunkt befestigt ist, und dass am Haltekörper in einer vorbestimmten Entfernung vom Anlenkpunkt (16) ein Angriffspunkt vorgesehen ist, an dem ein Betätigungsmechanismus angreift, um ein Drehmoment auf den Haltekörper (6) auszuüben.

Description

Wasserfahrzeug mit einem Auftriebskörper

Die Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug mit einem Auftriebskörper, einem im Inneren des Auftriebskörper angeordneten Antriebsmotor und mit einer vom Antriebsnnotor angetriebenen Antriebsflosse, die dazu ausgebildet ist, durch eine hin- und hergehende Bewegung Vortrieb zu erzeugen, wobei die Antriebsflosse einen elastischen Haltekörper aufweist, der am Auftriebskörper an einem Anlenk- punkt befestigt ist, und wobei am Haltekörper in einer vorbestimmten Entfernung vom Anlenkpunkt ein Angriffspunkt vorgesehen ist.

Der Antrieb von Wasserfahrzeugen kann auf verschiedene Weise erfolgen. Üblich sind beispielsweise Antriebe über Schiffsschrauben, die einfach zu realisieren und effizient sind. Nachteilig bei dieser Antriebsform ist jedoch die Verletzungsgefahr, die von der sich drehenden Schiffsschraube ausgeht, wenn Personen in den Einflussbereich gelangen. Aus diesem Grunde haben sich Hilfsantriebe für Surfbretter oder ähnliche Wasserfahrzeuge, die Schiffsschrauben verwenden, nicht durchgesetzt.

Aus der DE 297 20 003 U und der US 4,172,427 A, sowie der US 4,345,903 A sind Wasserfahrzeuge bekannt, die eine Antriebsvorrichtung aufweisen, die über eine bewegliche Flosse Vortrieb erzeugt. Solche Antriebsflossen besitzen jedoch aufgrund ihrer einfachen Kinematik und ihres Strömungswiderstandes einen relativ geringen Wirkungsgrad und machen das Wasserfahrzeug sperrig und anfällig gegenüber Beschädigungen.

Aus der SU 529 104 A ist ein flossenartiger Schiffsantrieb bekannt, der eine elastische Flosse aufweist. Die Flossenspitze ist dabei gelenkig gegenüber einer Flossenwurzel gelagert, wobei jedoch die Bewegung an diesem Gelenkspunkt passiv erfolgt. Die Antriebsleistung eines solchen Antriebs ist daher beschränkt.

Die US 3,874,320 A zeigt ebenfalls einen flossenartigen Schiffsantrieb, dessen Flosse über einen Exzentermechanismus zum Schwingen gebracht werden kann. Der Wirkungsgrad auch dieser Antriebsvorrichtung ist unzureichend.

Weitere flossenartige Schiffsantriebe sind aus der DE 196 23 038 A, der US 5,163,857 A und der GB 1 583 292 A bekannt. Auch für diese bekannten Vorrichtungen gelten die oben dargestellten Nachteile. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Wasserfahrzeug zu schaffen, das diese Nachteile vermeidet und das es insbesondere ermöglicht, ohne Nachteile sowohl antriebslos, beispielsweise als Surfbrett, als auch angetrieben verwendet zu werden. Es soll dabei ein einfacher Aufbau und eine robuste Lösung erreicht werden, die überdies formschön und funktionell ist.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben dadurch gelöst, dass am Angriffspunkt ein Betätigungsmechanismus angreift, um ein Drehmoment auf den Haltekörper auszuüben.

Wesentlich an der vorliegenden Erfindung ist, dass nicht nur der Antriebsmotor, sondern die gesamte Antriebsvorrichtung in einem strömungstechnisch optimierten Auftriebskörper integriert ist und dass es die Art der Betätigung ermöglicht, nicht nur eine einfache Schwenkbewegung einer ansonsten starren Flosse zu realisieren, sondern eine komplexe fischartig schwingende Bewegung zu erzeugen. Auf diese Weise wird erreicht, dass das Wasserfahrzeug in nicht angetriebenem Zustand die volle Funktionalität der eigentlichen Bestimmung, beispielsweise als Surfbrett, aufweist, ohne einschränkende Anbauten oder Zubauten aufzuweisen. Im angetriebenen Zustand wird ein hoher Wirkungsgrad erreicht und die Verletzungsgefahr ist minimiert, auch dann, wenn beispielsweise ein Schwimmer in unmittelbaren Kontakt mit dem sich bewegenden Wasserfahrzeug kommt.

Bevorzugt ist der Auftriebskörper geschlossen, wie etwa bei einem Surfbrett. Es ist aber alternativ auch möglich, kanuartige Wasserfahrzeuge mit teilweise oder vollständig offenen Auftriebskörpern zu realisieren. Auch eine Aggregation von mehreren erfindungsgemäßen Elementen ist möglich, indem beispielsweise ein Wasserfahrzeug in der Art eines Katamarans mit zwei Auftriebskörpern oder ein Floß mit mehreren Auftriebskörpern realisiert wird.

Es hat sich herausgestellt, dass es von besonderem Vorteil ist, wenn einer hin- und hergehenden Schwenkbewegung der Antriebsflosse eine wellenförmige Verformung überlagert wird. Diese wellenförmige Verformung wird erreicht, indem an mindestens einer Stelle der Antriebsflosse lokal ein Drehmoment aufgebracht wird.

Eine mechanisch besonders einfache und günstige Lösung zum Aufbringen des Drehmomentes kann durch einen Zahnriemen realisiert werden. Alternativ dazu kann eine Antriebskette vorgesehen sein. Insbesondere ist es günstig, wenn dieser Zahnriemen bzw. die Antriebskette mit einem ersten Zahnrad in Eingriff steht, das fest mit dem Auftriebskörper verbunden ist. Ein weiteres Zahnrad ist in diesem Fall am Anlenkpunkt des elastischen Haltekörpers befestigt und dient dort zum Einleiten des oben beschriebenen Drehmomentes. Hier und in weiterer Folge wird auch eine Zahnriemenscheibe als Zahnrad bezeichnet, um die Darstellung übersichtlich zu halten.

Es ist im Sinn der Erfindung auch möglich, dass der Betätigungsmechanismus eine Kardanwelle umfasst. Auf diese Weise lassen sich besonders große Kräfte und Momente übertragen.

Eine besonders einfache, robuste und hoch wirksame Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wasserfahrzeuges sieht vor, dass der eigentliche Antriebsmechanismus mechanisch unabhängig von dem Betätigungsmechanismus ist, der das Drehmoment in die Antriebsflosse einleitet.

Besonders günstig ist es, wenn der Auftriebskörper eine aus starren Abschnitten bestehende Tragstruktur aufweist, die von einer zumindest teilweise flexiblen Hülle überdeckt ist. Auf diese Weise kann ein besonders einfacher Aufbau und eine kostengünstige Herstellung gewährleistet werden. Insbesondere ist es dabei von besonderem Vorteil, wenn die Abschnitte der Tragstruktur im Bereich der Flosse über Gelenke mit den übrigen Abschnitten der Tragstruktur verbunden sind. Dadurch kann die Kinematik der Flossenbewegung im Hinblick auf einen möglichst hohen Wirkungsgrad optimiert werden.

Der Antriebsmotor kann im Sinn der Erfindung sowohl als Elektromotor als auch als Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung ausgebildet sein. Im ersten Fall kommen als Energiequelle Akkumulatoren, Brennstoffzellen und/oder Solarpaneele in Frage. Der Elektromotor selbst kann als Schrittmotor, Servomotor, Synchronmotor, Asynchronmotor oder dgl. ausgebildet sein. Im zweiten Fall kann als Energiequelle Ottokraftstoff, Dieselkraftstoff oder Wasserstoff vorgesehen sein.

Eine besonders elegante und vielseitige Lösung kann dadurch erreicht werden, dass ein Hauptabschnitt des Auftriebskörpers flach ausgebildet ist, so dass in Gebrauchslage die Breite größer ist als die Höhe und dass die Flosse im Wesentlichen senkrecht dazu ausgebildet ist, so dass in Gebrauchslage die Höhe größer ist als die Breite. Der Hauptkörper entspricht dabei im Wesentlichen einem herkömmlichen Surfbrett, während die Flosse in der Art eine Fischflosse ausgebildet ist.

Eine besonders harmonische Flossenbewegung kann dadurch erreicht werden, dass mehrere hintereinander angeordnete Gelenke zur beweglichen Lagerung der Flosse vorgesehen sind. Vorzugsweise sind dabei die einzelnen, durch Gelenke verbundenen Bauteile jeweils über Riementriebe steuerbar, um so die Gelenksbewegung beeinflussen zu können.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung sieht eine speicherprogrammierbare Steuerung vor, in der verschiedene Bewegungsmuster eingespeichert sind. Dabei handelt es sich beispielsweise um eine Wegfahrbewegung, die durch eine kontinuierlich und sanft ansteigende Geschwindigkeit gekennzeichnet ist, sowie weiters um eine schnelle Beschleunigung, eine Gleitphase und dergleichen. Darüber hinaus kann der Kurvenradius zwischen einer scharfen Wende und einer sanften Richtungsänderung variabel vorprogrammiert sein.

In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 schematisch ein erfindungsgemäßes Wasserfahrzeug in einer Ansicht von oben;

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung in einer Ansicht von oben;

Fig. 4 eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung in einer Ansicht entsprechend Fig. 3 in einer alternativen Stellung;

Fig. 5 ein Detail einer Ausführungsvariante, die der von Fig. 1 ähnlich ist;

Fig. 6 einen Schnitt nach Linie VI - VI in Fig. 5;

Fig. 7 ein Detail von Fig. 4; und

Fig. 8 einen Schnitt nach Linie VIII - VIII in Fig. 7.

Das Wasserfahrzeug von Fig. 1 besteht aus einem Auftriebskörper 1, in dessen Innerem ein Antriebsmotor 2 vorgesehen ist, der als elektrischer Schrittmotor ausgebildet ist. Über einen ersten Keilriemen 3 treibt der Antriebsmotor 2 eine erste Riemenscheibe 4 an, die ihrerseits einen zweiten Keilriemen 5 antreibt. Alternativ kann hier auch ein nicht dargestelltes Untersetzungsgetriebe vorgesehen sein. Eine weitere Riemenscheibe 7 ist an einem elastischen Haltekörper 6 befestigt, so dass durch eine hin- und hergehende Drehung des Antriebsmotors 2 eine Schwenkbewegung des Haltekörpers 6 in Richtung der Pfeile 15a, 15b eingeleitet werden kann. Der Haltekörper 6 ist dabei an einem Anlenkpunkt 17 mit dem Auftriebskörper 1 verbunden, der etwa im Bereich der Riemenscheibe 4 liegt. An dieser Stelle ist weiters ein erstes Zahnrad 8 fest mit dem Auftriebskörper 1 verbunden, um das ein Zahnriemen 9 geschlungen ist, der sich weiters zu einem zweiten Zahnrad 10 erstreckt, das im Bereich des Angriffspunktes 16 fest mit dem Haltekörper 6 verbunden ist. Wenn durch den Antriebsmotor 2 eine Schwenkbewegung des Haltekörpers 6 in Richtung der Pfeile 15a, 15b hervorgerufen wird, wird über den Zahnriemen 9 gleichzeitig ein Drehmoment in den Haltekörper 6 eingeleitet. Der Punkt der Einleitung ist der der Befestigung des zweiten Zahnrades 10, also der Anlenkpunkt 16. Die Richtung des Drehmomentes ist mit den Pfeilen 18a, 18b gekennzeichnet, wobei klar ersichtlich ist, dass bei einer Schwenkbewegung in der Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn (Pfeil 15a) ein Drehmoment in Richtung des Uhrzeigersinns (Pfeil 18b) hervorgerufen wird. Auf diese Weise wird erreicht, dass der Haltekörper 6 eine strömungsmäßig günstige wellenförmige Bewegung ausführt.

Der Auftriebskörper 1 und der Haltekörper 6 sind durch eine gemeinsame Hülle 11 überdeckt. Die Stromversorgung des Antriebsmotors 2 erfolgt über aufladbare Batterien 12. Ein Anzeige- und Steuerfeld 13 dient zur Überwachung und Beeinflussung des Wasserfahrzeuges.

Durch eine gezielte Steuerung der Antriebsflosse 14 kann insbesondere auch die Fahrtrichtung beeinflusst werden. So kann beispielsweise ein Steuerbordkurs eingeschlagen werden, indem die Antriebsflosse 14 nur zwischen der Symmetrieebene und der steuerbordseitigen Extremstellung hin und her bewegt wird.

In Fig. 2 ist die Ausbildung des Auftriebskörpers 1 samt Antriebsflosse 14 in einem senkrechten Schnitt ersichtlich.

Die Fig. 3 und Fig. 4 zeigen eine Ausführungsvariante, bei der ein feststehendes Zahnrad 8 konzentrisch zu einem Anlenkpunkt 17 eines ersten Hebels 20 ist. An einem weiteren 16 ist ein weiteres Zahnrad 10 angebracht und ein weiterer Hebel 21 angelenkt. An einem weiteren Anlenkpunkt 23 ist ein Endhebel 22 angebracht, der gemeinsam mit dem ersten Hebel 20 und dem weiteren Hebel 21 den Haltekörper 6 bildet.

Aus der Fig. 4 ist ersichtlich, dass es bei dieser Ausführungsvariante möglich ist, eine noch flüssigere Wellenbewegung der Antriebsflosse 14 zu erzeugen.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der der Antriebsmotor 2 an einem ersten Hebel 20 angebracht ist und mit diesem mitschwenkt. Das Ritzel 24 des Antriebsmotors 2 treibt ein Stirnrad 25 an, das über ein weiteres Stirnradgetriebe 26, 27 das weitere Zahnrad 10 antreibt, das letztlich über den Zahnriemen 9 das erforderliche Drehmoment auf den ersten Hebel 20 ausübt. Der weitere Hebel 21 ist fest mit dem weiteren Zahnrad 10 verbunden und schwenkt dementsprechend mit.

Die Ausführungsvariante der Fig. 7 und Fig. 8 entspricht in einem ersten Abschnitt weitgehend der oben beschriebenen Lösung, wobei ein erster Antriebsmotors 2a über diverse Stirnräder 24, 25, 26 und 27 einen ersten Zahnriemen 9a antreibt. Unterschiedlich ist, dass mit dem weiteren Zahnrad 10 nicht der weitere Hebel 21 sondern ein drittes Zahnrad 28verbunden ist, das einen zweiten Zahnriemen 9b antreibt. Dieser ist an seinem stromabwärtigen Ende um ein viertes Zahnrad 29 geführt, das durch zweiten Antriebsmotor 2b und ein analoges Getriebe bestehend aus den Stirnrädern 30, 31, 32 und 33 angetrieben ist. Der Antriebsmotor 2b ist am zweiten Hebel 21 angebracht

Auf diese Weise kann eine fließende Bewegung realisiert werden, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, eine effiziente und natürliche Fortbewegungsweise für ein Wasserfahrzeug anzugeben.

Claims

PATENTANSPRUCHE

1. Wasserfahrzeug mit einem Auftriebskörper (1), einem im Inneren des Auftriebskörper angeordneten Antriebsmotor (2) und mit einer vom Antriebsmotor (2) angetriebenen Antriebsflosse (14), die dazu ausgebildet ist, durch eine hin- und hergehende Bewegung Vortrieb zu erzeugen, wobei die Antriebsflosse (14) einen vorzugsweise elastischen Haltekörper (6) aufweist, der am Auftriebskörper (1) an einem Anlenkpunkt (17) befestigt ist, und wobei am Haltekörper (6) in einer vorbestimmten Entfernung vom Anlenkpunkt (17) ein Angriffspunkt (16) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass am Angriffspunkt (16) ein Betätigungsmechanismus angreift, um ein Drehmoment auf den Haltekörper (6) auszuüben.

2. Wasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsmechanismus einen Zahnriemen (9) umfasst.

3. Wasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsmechanismus eine Antriebskette umfasst.

4. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnriemen (9) bzw. die Antriebskette mit einem ersten Zahnrad (10) in Eingriff steht, das fest mit dem Auftriebskörper (1) verbunden ist.

5. Wasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsmechanismus eine Kardanwelle umfasst.

6. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antriebsmechanismus für den Haltekörper (6) vorgesehen ist, der im Bereich des Angriffspunkts eine Kraft in den Haltekörper (6) einleitet, um eine Schwenkbewegung hervorzurufen.

7. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsmechanismus mechanisch unabhängig vom Antriebsmechanismus für den Haltekörper (6) ist.

8. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsflosse (14) einen integralen Bestandteil des Auftriebskörpers (1) darstellt.

9. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Antriebsmechanismus für den Haltekörper (6) einen Seilzug umfasst.

10. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftriebskörper (1) eine aus starren Abschnitten bestehende Tragstruktur aufweist und gemeinsam mit der Antriebsflosse (14) von einer zumindest teilweise flexiblen Hülle (11) überdeckt ist.

11. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hauptabschnitt des Auftriebskörpers (1) flach ausgebildet ist, so dass in Gebrauchslage die Breite größer ist als die Höhe und dass die Flosse im Wesentlichen senkrecht dazu ausgebildet ist, so dass in Gebrauchslage die Höhe größer ist als die Breite.

12. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserfahrzeug als Surfbrett ausgebildet ist und eine Halterung für ein Segel aufweist.

13. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (2) ein Elektromotor ist.

14. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (2) eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung ist.

15. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere hintereinander angeordnete Gelenke zur beweglichen Lagerung der Flosse vorgesehen sind, die vorzugsweise durch mehrere Antriebsmotoren (2) betätigt sind.

16. Wasserfahrzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der durch die mehreren Gelenke verbundenen Bauteile jeweils über Riemenantriebe steuerbar ist.

17. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine speicherprogrammierbare Steuerung vorgesehen ist, über die unterschiedliche Bewegungsmuster einstellbar sind.

18. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsflosse (14) eine Bremsstellung aufweist. _ Q _

19. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftriebskörper (1) geschlossen ausgeführt ist.

20. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein vertikales Kippgelenk vorgesehen ist.

21. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftriebskörpers eine fischähnliche Form aufweist und dadurch auch dessen strömungstechnischen Vorraussetzungen für die Erzeugung des Vortriebes und der Richtungsänderung sehr nahe kommt.

22. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Auftriebskörper (1) mit jeweils einer Antriebsflosse (14) vorgesehen sind.

23. Wasserfahrzeug nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsflossen (14) mehrerer Auftriebskörper (1) einen gemeinsamen Antriebsmotor (2) aufweisen.