WO2016113237A1 - Schwimm- und tauchhilfe - Google Patents

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WO2016113237A1
WO2016113237A1 PCT/EP2016/050432 EP2016050432W WO2016113237A1 WO 2016113237 A1 WO2016113237 A1 WO 2016113237A1 EP 2016050432 W EP2016050432 W EP 2016050432W WO 2016113237 A1 WO2016113237 A1 WO 2016113237A1
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WO
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propeller
stator
swimming
flow
rotor
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Application number
PCT/EP2016/050432
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Peter Walpurgis
Original Assignee
Cayago Gmbh
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Priority to MYPI2017702520A priority patent/MY186629A/en
Priority to ES16700552T priority patent/ES2747859T3/es
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Priority to AU2016208152A priority patent/AU2016208152B2/en
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    • B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H2023/005—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements using a drive acting on the periphery of a rotating propulsive element, e.g. on a dented circumferential ring on a propeller, or a propeller acting as rotor of an electric motor

Definitions

  • the invention relates to swimming and diving aid with a vehicle body on which a user hangs up or sets up, with a arranged in the vehicle body flow channel in which a driven by an electric motor propeller with radially outward attached to a base portion of the propeller propeller blades, wherein the electric motor has a fixed motor stator and a rotating rotor spatially associated with the motor stator.
  • Such swimming and diving aid are known from DE 10 2004 049 615 B4. They have a handle assembly to which a user can hold while he rests with a portion of his upper body on the top of the vehicle body of the vessel.
  • a flow channel is arranged, in which a propeller is housed.
  • the propeller is powered by an electric motor powered by batteries.
  • the propeller is connected via a drive shaft to the electric motor.
  • the electric motor is held in a receiving housing, which is guided to the propeller.
  • the drive shaft is guided via a sealing cassette from the receiving housing to the propeller.
  • the thus waterproof running Recording housing with the electric motor can be arranged in a flooded area of water in the vehicle body of the swimming and diving aid and so give its heat loss to the passing water.
  • the propeller, the electric motor and an associated control unit are designed as underwater drive unit and arranged in the flow channel.
  • the advantages of the compact construction and the good efficiency achieved by the cooling are counteracted by the disadvantage that the electric motor is arranged in the flow channel and thus not insignificantly influences the flow of the water.
  • the electric motor is arranged in the flow channel and thus not insignificantly influences the flow of the water. This is especially true for high-performance electric motors, which apply a high torque for rapid acceleration of the swimming and diving aid and must be transmitted to the propeller via the drive shaft, which has a comparatively small diameter and thus a short lever arm in the transmission area.
  • the flow channel must therefore be dimensioned sufficiently large to compensate for the shading caused by the electric motor. This affects the size of the swimming and diving aid.
  • a watercraft in which a propeller is arranged in a flow channel.
  • a flooding space is provided, which is filled in the swimming and diving operation via water passage openings with water.
  • the electric motor and associated accumulators are disposed in the flooding space and are thus cooled efficiently without affecting the flow in the flow channel.
  • the energy transfer from the electric motor to the propeller takes place via a drive shaft guided in an enveloping tube, which is guided out of the flooding space into the flow channel.
  • the electric motor is thus taken out of the flow region of the flow channel, but is still cooled by the heat-conducting contact with the water in the flooding chamber.
  • a disadvantage of this arrangement is the weight increase of the watercraft by the required, extended drive shaft, which in particular the transport of the sports equipment outside the water severely impaired.
  • the increased mass inertia of the drive shaft influences the dynamics of the drive, which must be compensated by a correspondingly more powerful electric motor under the disadvantage of increased energy consumption.
  • Another disadvantage arises from the performance-reducing disturbance of the flow in the flow channel through the drive shaft passed through and by the interruption in the otherwise smooth running wall of the flow channel in the area where the drive shaft is guided in the flow channel.
  • the object of the invention is achieved in that the rotor of the electric motor is indirectly or directly coupled to at least one outer end of at least one propeller blade and that the motor stator is at least partially circumferentially arranged around the rotor.
  • the rotor thus moves on a large circular path with a comparatively large distance with respect to its axis of rotation. This creates a high torque that is transmitted to the propeller. Due to the high torque rapid changes in the rotational speed of the propeller can be effected, which allows a high driving dynamics of the swimming and diving aid.
  • the outer ends of at least part of the propeller blades are connected to a propeller ring and that the rotor is arranged on the propeller ring and / or that the outer ends of at least a portion of the propeller blades with an annular Rotor housing are connected and that the rotor is arranged in the rotor housing.
  • the driving force is thus transmitted over several propeller blades, whereby the mechanical load of the individual propeller blades is significantly reduced. This makes it possible to transfer very high driving forces to the propeller.
  • the centrifugal forces of the rotor are transmitted to the propeller ring or the rotor housing.
  • the propeller ring can represent the inner bottom of the rotor housing. When using a rotor housing, the rotor is protected from water.
  • a simple and cost-effective production can be achieved in that the propeller ring and / or the rotor housing are integrally formed on the propeller.
  • the propeller can be manufactured together with the propeller ring or the rotor housing in one operation.
  • a simple and safe construction of the electric motor can be achieved in that the rotor has a plurality of arranged in the direction of rotation of the rotor permanent magnet and / or that the motor stator has a plurality of circumferentially the circular path on which the rotor moves, arranged electromagnet. Due to the structure of the rotor with permanent magnets, no current has to be transferred to the rotor. This eliminates a water-protected power supply on rotating components. By using a large number of permanent magnets and electromagnets, a high number of pole pairs is achieved. Thereby, an electric motor with a high torque is obtained.
  • a flow stator in the flow direction of the water after the propeller, is arranged with Stator selfishln that the flow stator is fixed via the stator directly or indirectly on the wall of the flow channel and / or that indirectly or directly with the outer ends of at least one Part of the stator a stator housing for receiving the motor stator is connected.
  • the stator vanes are oriented so that the rotation of the water is converted into a linear motion.
  • the stored energy in the rotation of the water for driving the swimming and diving aid can be obtained.
  • the stator is preferably circumferentially to a circular path on which the rotor moves, arranged. In this case, the stator is to be arranged stationary. Both requirements can be met easily by a stator connected to the stator stator.
  • stator housing of the electric motor is integrally formed on the flow stator.
  • the flow stator and the stator housing of the electric motor can be produced in one step.
  • the rotor and / or the motor stator are arranged in a lateral recess of the flow channel.
  • the electric motor is thus arranged outside the main flow of the guided in the flow channel water.
  • the cross section of the flow channel can be reduced. Since the flow channel occupies a substantial proportion of the vehicle body, so the entire swimming and diving aid can be built compactly with undiminished drive power.
  • a simple and resilient bearing of the propeller can be achieved in that the propeller is axially fixed to a rotatably mounted shaft disposed within the flow channel.
  • the shaft is designed as a hollow shaft and / or that the shaft is made of a carbon fiber reinforced plastic.
  • CFRP Carbon fiber reinforced plastics
  • a lighter shaft made of CFRP can be used for the rotatable mounting of the propeller and for transmitting a thrust force from the propeller to the vehicle body of the swimming and diving aid. The swimming and diving aid can be worn more easily outside the water.
  • the lower inertia of the motor shaft caused by the lower mass leads to increased dynamics of the swimming and diving aid at the same, provided by the electric motor power, which is a significant advantage for the use of swimming and diving aid as a water sports equipment. This is especially true because the installable power of the electric motor used and the storage capacity of the associated energy storage are limited in a portable water sports equipment.
  • a centering device is arranged with a base and attached centering and that the centering device via the centering is determined directly or indirectly on the wall of the flow channel.
  • the propeller can be rotatably fixed to the stationary held centering.
  • the Zentrierstreben are so streamlined shaped that they oppose the passing water low flow resistance.
  • a first bearing housing is formed, that in the first bearing housing, the front bearing is held and that the first bearing housing with a removable Anströmkappe waterproof against the
  • a permanently smooth running bearing of the shaft can furthermore be achieved by forming a further bearing housing within the stator base of the flow stator such that the rear bearing is held in the further bearing housing and that the further bearing housing is sealed watertight with a removable bearing retaining ring.
  • the rear bearing is protected from moisture. In case of required maintenance, the rear bearing can be easily achieved by removing the bearing retainer.
  • the swimming and diving aid serves as a water sports device. For this purpose, it must be designed so that a user can not be injured on the device.
  • a Eingreifschutz is arranged thereon with Eingreifschutz struts that the Eingreifschutz struts directly or indirectly on the wall of the flow channel are fixed and that preferably a base body of the Eingreiftikes is connected to the flow stator.
  • the Eingreiftik struts are designed so that they affect the flow of water as little as possible, but prevent the intervention in the flow channel. If the base body of the engagement protection connected to the flow stator, this can also be supported against the flow channel. This leads to a further stabilization of the position of the rear bearing of the shaft and thus the radial Positin of the propeller.
  • an underwater drive unit is formed at least from the electric motor with the rotor housing and the stator housing, the centering device, the Anströmkappe, the flow stator and the propeller with the shaft and the bearings.
  • the underwater drive unit can be installed as a module pre-assembled in the flow channel.
  • Fig. 1 in a perspective side view from behind a swimming and
  • FIG. 2 the swimming and diving aid shown in Figure 1 in perspective
  • Fig. 3 in a side sectional view of the swimming and diving aid in
  • FIG. 4 is a side sectional view of the swimming and diving aid with an underwater drive unit also shown in section,
  • Fig. 5 shows a detail of the sectional view shown in Figure 4 in
  • Fig. 6 shows a detail of the sectional view shown in Figure 4 in a front storage area
  • Fig. 7 shows a detail of the sectional view shown in Figure 4 in a rear storage area.
  • FIG. 1 shows a perspective side view from behind a swimming and diving aid 10.
  • the swimming and diving aid 10 has a vehicle body 11.
  • the vehicle body 11 is composed of an upper part 11.6 and a lower part 11.4.
  • the upper part 11.6 is equipped with two handles 16, which are arranged on both sides of the vehicle body 11.
  • a user can hold on and control the swimming and diving aid 10 with attached to the handles 16 16.1 controls.
  • the engine power of the swimming and diving aid 10 can be varied here.
  • the user, who holds on to the handles 16 lies with his upper body on a support surface 11.3 in the area behind a display 13 on the upper part 11.6.
  • a bracket 11.7 is attached to attach a belt system with which the user can garter on the swimming and diving aid 10.
  • a shutter 12 is arranged for a charging socket shown behind it. About the charging socket 11 accumulators can be charged in the vehicle body.
  • a removable cover 14 is attached to the vehicle body 11.
  • the cover 14 covers a mounting region, not shown, of the swimming and diving aid 10. Ventilation openings 15.1 are provided laterally in the cover 15, which are connected to a provided in the vehicle body 11, shown in Figure 3 flooding room 17.
  • water inlet openings 15.2 are provided, through which water can flow into the flooding chamber 17.
  • the flooding chamber 17 can be vented via the vents 15.1 of the cover 14. Due to the flooding space 17 filled with water, the buoyancy of the floating and diving aid 10 adjusted so that a given buoyancy force is maintained, so that both a swimming and a dive operation is possible.
  • At the rear 11.5 of the swimming and diving aid 10 covered by fins water outlet openings 15.3 are mounted, which are also in communication with the flooding chamber 17.
  • the flooding chamber 17 is, as soon as the swimming and diving aid 10 is placed in the water, flooded with water, which penetrates through the water inlet openings 15.2 and 15.3 water outlet openings.
  • a flow is generated in the flooding chamber 17.
  • the water enters through the water inlet openings 15.2 in the flooding chamber 17 a. It flows through the flooding chamber 17 and flows around it in the flooding space 17 held electrical components, such as required for driving the swimming and diving aid 10 required accumulators. The water absorbs the power loss of the electrical components and cools them.
  • the water leaves through the water outlet openings 15.3, which are arranged symmetrically on both sides of a jet outlet 26 of a flow channel 20.
  • an engagement protection 70 is arranged at the end, which prevents the user from engaging in the flow channel 20.
  • Figure 2 shows the swimming and diving aid (10) shown in Figure 1 in a perspective view from below.
  • the water inlet openings shown in Figure 1 can be seen. Laterally on the lower part 11.4 of the vehicle body 11 lateral flooding openings 17.1 are provided. In the front region of the lower part 11.4 further lower flooding openings 17.2 are introduced from below, which are covered by integrally formed on the vehicle body 11 ribs. In the middle of the lower part 11.4, a left and a right inlet opening 21.1, 21.2 of the flow channel 20 are arranged. The inflow openings 21.1, 21.2 are separated by a guide element 22.1. In the area of the inlet openings 21.1, 21.2 protection struts 22.2, 22.3 are arranged.
  • the flooding openings 17.1, 17.2, like the water inlet openings 15.2, are connected to the flooding space 17 shown in FIG. If the swimming and diving aid 10 is left to water, this flows through the flooding openings 17.1, 17.2 and the water inlet openings 15.2 in the flooding chamber 17 and thus provides the desired buoyancy of the swimming and diving aid 10 a. If the swimming and diving aid 10 is removed from the water, the water from the flooding chamber 17 through the flooding openings 17.1, 17.2 and the water inlet openings 15.2 run out of the flooding chamber 17, whereby the swimming and diving aid 10 loses significant weight and thus easily portable becomes.
  • FIG. 3 shows, in a lateral sectional view, the swimming and diving aid 10 in the region of an open flow channel 20.
  • the cut surface runs in the direction of travel on the right and parallel to a central longitudinal surface of the swimming and diving aid 10.
  • the flow channel 20 is guided within the vehicle body 11 swinging from the bottom to the stern of the swimming and diving aid 10.
  • the flow channel 20 is formed by a left front flow channel half shell 23 in the direction of travel and a right front flow channel half shell 24.
  • the flow channel half-shells 23, 24 are fitted to each other and connected by means of connecting elements.
  • a front flow channel portion is formed with a smooth surface.
  • the flooding chamber 17th shown, which also includes the space around the flow channel 20 at the rear of the swimming and diving aid 10 partially.
  • an underwater drive unit with a propeller 50 with an associated electric motor 110, arranged in the flow direction in front of the propeller 50 centering device 40 with a plug-mounted on the centering device 40 on-flow cap 30, one arranged in the flow direction downstream of the propeller 50 Flow stator 60 and the subsequent Eingreifology 70 arranged with an attached end cap 80.
  • the engagement protection 70 is arranged in the region of a jet outlet pipe 25.
  • the jet outlet pipe 25 is arranged downstream of the flow stator 60 in the flow direction. It forms the flow channel 20 between the flow stator 60 and the jet outlet 26.
  • a closing ring 19 and a connecting ring 18 form the connection from the jet outlet pipe 25 to the vehicle body 11.
  • the propeller 50 has a base part 52 on which radially projecting outward propeller blades 54 are integrally formed.
  • the propeller blades 54 are aligned obliquely to the base part 52, so that they suck in a water in the present embodiment, clockwise rotation of the propeller 50 from the inlet openings 21.1, 21.2 and eject from the jet outlet 26.
  • a rotor 112 of the electric motor 110 To drive the propeller 50, this is connected to a rotor 112 of the electric motor 110.
  • the rotor 112 is indirectly coupled to the outer ends of the propeller blades 54 of the propeller 50. Upon rotation of the propeller 50, the rotor 112 moves in a circular orbit about the propeller 50.
  • a motor stator 111 of the electric motor 110 is arranged around this circular path.
  • the driving force is generated between the motor stator 111 and the rotor 112.
  • the transmission of the driving force to the propeller 50 occurs from the rotor 112 the ends of the propeller blades 54.
  • the force is applied to a very large radius, resulting in a high torque.
  • the motor stator 111 and the rotor 112 are arranged laterally of the flow cross section of the flow channel 20 predetermined by the flow channel half shells 23, 24, the outer diameter of the circular path of the propeller blades and the jet outlet tube 25.
  • the electric motor 110 is not in the range of the main flow of the accelerated in the flow channel 20 and thus does not affect the available flow cross section and thus the flow of water.
  • the flow channel 20 can thus be performed at the same volume flow through the flow channel 20 with a smaller diameter compared to an arrangement in which a conventionally acting on a drive shaft electric motor 110 is provided in the flow channel 20. As a result, the entire design of the swimming and diving aid 10 can be made more compact.
  • the centering device 40 has a streamlined base 41, with the likewise streamlined configured, radially outwardly aligned centering struts 42 are connected.
  • the centering device 40 is fixed to the centering struts 42 on the flow channel half-shells 23, 24.
  • the flow cap 30 is attached to the base 41 of the centering device 40.
  • the inflow cap 30 also has a streamlined running inflow surface 31 which merges steplessly into the surface of the base 41.
  • the diameter of the base 41 is adapted to the diameter of the base part 52 of the propeller 50.
  • the flow stator 60 has a stator base 61 on which radially outwardly directed stator vanes 65 are arranged.
  • the stator vanes 65 are indirectly connected to the flow channel 20 at the end. The flow stator 60 is thus arranged stationarily in the flow channel 20.
  • the stator vanes 65 are made bent along the flow direction of the water.
  • the propeller 50 facing ends of the stator vanes 65 are bent by a predetermined angle against the direction of rotation of the propeller 50.
  • the ends of the stator vanes 65 facing away from the propeller 50 run approximately parallel to the axis of rotation of the propeller 50.
  • the water leaves the propeller 50 on a helical path. Due to the shape of the stator vanes 65, the flow stator 60 counteracts the rotation of the water flowing through the flow channel 18, so that the water after the flow stator 60 flows as free of rotation as possible to the jet outlet 26.
  • the rotational energy of the water is thereby converted into a linear kinetic energy and thus serves to drive the swimming and diving aid 10th
  • the diameter of the stator base 61 corresponds at least approximately to the diameter of the base part 52 of the propeller 50.
  • a low flow resistance in the transition of the water from the propeller 50 to the flow stator 60 is achieved.
  • the Eingreifschutz 70 is connected via radially arranged Eingreifschutz struts 72 with the jet outlet pipe 25 of the flow channel 20.
  • the Eingreifschutz struts 72 are designed streamlined. At their inner ends they are connected to a base body 71 of the Eingreiftikes 70.
  • the base body 71 has a streamlined contour.
  • the diameter of the base body 71 corresponds at least approximately to the diameter of the stator base 61 of the flow stator 60.
  • a low flow resistance is achieved when the water flows from the flow stator 60 to the engagement protection 70.
  • the diameter of the base body 71 tapers.
  • its outer surface follows preferably spaced apart the course of the surface of the jet outlet tube 25.
  • the distance between the surfaces of the base body 71 and the jet outlet tube 25 limits the flow cross-section of the passing water.
  • the flow cross-section is selected by the shape of the base body 71 and the jet outlet pipe 25 that a high volume flow is made possible by a sufficiently large cross-section, but at the same time by a small cross-section a high flow velocity of the water to the jet outlet 26 is enforced.
  • the base body 71 of the engagement guard 70 is closed by the end cap 80.
  • a cap opening 81 is inserted into the end cap 80. Through the cap opening 81, water can flow out of the base body 71 designed as a hollow body.
  • Figure 4 shows a side sectional view of the swimming and diving aid 10 with a likewise shown in section underwater drive unit.
  • FIG. 4 In contrast to the representation shown in FIG. 3, in FIG. 4 the cut surface runs along a central longitudinal surface of the swimming and diving aid, so that the components of the underwater drive unit are also shown in section.
  • the propeller 50 is mounted on a shaft 90 as described in more detail in FIG.
  • a first bearing housing 45 is attached at the centering device 40.
  • the shaft 90 is rotatably supported in the first bearing housing 45.
  • a second bearing housing 63 is attached on the flow stator 60.
  • the shaft 90 is rotatably supported in the second bearing housing 63.
  • the second bearing housing is shown enlarged in FIG.
  • the base body 71 of the engagement protection 70 is designed as a hollow body. Through the cap opening 81 of the end cap 80, which is likewise designed as a hollow body, water can flow in and out of the base body 71.
  • the illustrated left front flow channel half-shell 23 has along the central longitudinal surface of the flow channel 20, a left joint rail 23.1 and mounting lugs 23.2. Assembled, the right front flow channel half-shell 24 shown in Figure 3 is fixed with its edge in the left guide rail 23.1 and the two flow channel half-shell 24 are fixedly connected by suitable fastening means, preferably guided by the mounting eyelets 23.2 screws. In the left joint rail 23.1, a sealing material may be introduced.
  • FIG. 5 shows a section of the sectional illustration in the area of the propeller 50 shown in FIG.
  • the shaft 90 is designed as a hollow shaft.
  • the shaft 90 is made of a carbon fiber reinforced plastic (CFRP).
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • the shaft is divided into a center region 91, a front shaft bearing section 93 oriented counter to the flow direction of the water, and a rear shaft bearing section 94 opposite the front shaft bearing section 93.
  • the shaft 90 is mounted with a front bearing 101.
  • the front bearing 101 is designed as angular contact ball bearings.
  • the front bearing 101 is held by a lock nut 100 within the first bearing housing 45 of the centering device 40, as described in more detail to Figure 6.
  • the shaft 90 is mounted with a rear bearing 104.
  • the rear bearing 104 is designed as a deep groove ball bearing.
  • the inner cylinder 51 is fixed with an inner cylinder 51 on the shaft 90.
  • the inner cylinder 51 is glued to the shaft 90.
  • propeller struts 53 are formed to the inner cylinder 51.
  • the propeller struts 53 are partially aligned transversely and partially parallel to the central longitudinal axis of the shaft 90.
  • the propeller struts 53 are connected to the base part 52 of the propeller 50.
  • the propeller Struts integrally formed on the base part 52.
  • the propeller struts 53 thus form a rigid connection between the inner cylinder
  • a hub portion is formed as a cavity.
  • the hub region is divided by the transverse to the central longitudinal axis of the shaft 90 oriented propeller struts 53 in a front, the centering device 40 facing and a rear, the flow stator 60 facing chamber. In these transverse propeller struts 53 not shown breakthroughs are introduced. With rotating propeller 50, water is transported from the front chamber to the rear chamber through the openings.
  • a front connecting internal step 52.1 is formed on its edge facing the centrator device 40 and a rear connecting internal step 52.2 is formed on the opposite edge.
  • the propeller blades 54 are attached.
  • the propeller blades 54 are integrally formed on the base part 52.
  • the propeller blades 54 are connected via a connecting region 54. 1 to a propeller ring 55 which extends at a distance from the base part 52.
  • the propeller ring 55 is thus arranged rotationally symmetrical about the axis of rotation of the shaft 90.
  • On the propeller ring 55 is directed radially outwardly a rotor housing front wall 56 is formed.
  • the inner cylinder 51, the propeller braces 53, the base part 52, the propeller blades 54, the propeller ring 55 and the rotor housing front wall 56 are made in one piece.
  • the stator base 61 of the flow stator 60 is connected to the second bearing housing 63 via a connecting member 62.
  • the connecting element 62 is funnel-shaped.
  • the connecting element 62 through openings, through which water from the rear chamber of the hub portion in the interior of the base body 71 of the Eingreiftikes 70 can escape.
  • a front terminal outer 61.1 is integrally formed on the stator base 61.
  • the front terminal outer stage 61.1 slightly overlaps the rear terminal inner stage of the base part 52 of the propeller 50.
  • the stator base 61 at least approximately the same outer diameter as the base part 52 of the propeller 50.
  • a rear attachment outer stage 61.2 is integrally formed on the stator base 61.
  • the stator vanes 65 are fixed.
  • the stator vanes 65 are preferably integrally formed on the stator base 61.
  • the stator vanes 65 are aligned radially with respect to the stator base 61, as already shown in FIG.
  • the stator vanes 65 are connected to a stator outer ring 66.
  • the stator outer ring 66 is arranged circumferentially to the axis of rotation of the propeller 50. With its edge facing the propeller 50, the stator outer ring 66 terminates at a small distance in front of the edge of the propeller ring 55.
  • a rear housing wall 67 is integrally formed on the outer surface of the stator outer ring 66.
  • the section in the illustration shown extends through a reinforced region of the housing wall 67, in which a threaded bore 67.1 is introduced for receiving a screw 116.
  • Such reinforced areas with threaded holes 67.1 are provided spaced along the housing wall 67.
  • the housing wall 67 is made thin-walled.
  • a housing cover 68 is integrally formed, which radially overlaps the propeller ring 55.
  • threaded receptacles 68.1 for receiving screws 116 are introduced.
  • the second bearing housing 63, the connecting element 62, the stator base 61, the stator vanes 65, the stator outer ring 66, the rear housing wall 67 and the housing cover 68 are made in one piece.
  • the jet outlet pipe 25 is fastened to the housing wall 67 by means of the screws 116.
  • a radially aligned flange 25.1 is formed on the jet outlet pipe 25, in which holes 67 for carrying out the screws 116 are precisely made to the threaded holes 67.1 of the housing wall.
  • the base body 71 of the engagement protection 70 has, at its end facing the flow stator 60, a step-shaped stator connection region
  • stator terminal portion 71.1 is in the rear attachment outer stage
  • a fourth sealing ring 123 is provided between the stator Anschiuss Scheme 71.1 and the rear terminal outer stage 61.2 .
  • the fourth sealing ring 123 seals the interior of the base body 71 with respect to the flow channel 20.
  • the centering device 40 is arranged in the flow direction in front of the propeller 50.
  • the rotationally symmetrical base 41 of the centering device 40 has the same outer diameter as the base part 52 in its transition region to the base part 52 of the propeller 50. This leads to a low flow resistance for the passing water.
  • the outer diameter of the base 41 tapers along a concave curve.
  • the base 41 has a connecting step 41.
  • the connecting step 41.1 covers the rear connecting internal step 52.2 of the base part 52 of the propeller 50 at a small radial distance.
  • the centering struts 42 are fastened radially aligned on the base 41.
  • the centering struts 42 are preferably integrally formed on the base 41.
  • the centering struts 42 are narrow in their tangential to the base 41 extending extension. In this way, they counteract the flow of water through a low flow resistance. In their axial orientation, the centering struts 42 cover over half the length of the base 41. Their front edge, which opposes the inflowing water, drops with increasing radial distance from the base in the flow direction of the water. This measure also reduces the flow resistance for the passing water.
  • a Zentriunter 22 is attached at the outer end of the Zentrierstreben 42 .
  • the centering outer ring 43 is preferably integrally connected to the centering struts 42.
  • a radially outwardly oriented front housing wall 44 is fixed, in particular integrally formed.
  • the front housing wall 44 extends in its outer diameter up to the housing cover 68, on whose end face it rests.
  • mounting holes 44.1 are provided in the housing wall 44.
  • the mounting holes 44.1 are arranged congruent to the threaded receptacles 68.1 of the housing cover 68.
  • the housing wall 44 and the housing cover 68 are fixedly connected to screws 116 guided through the mounting bores 44.1 and screwed into the threaded receptacles 68.1.
  • a detent 43.1 is formed on the outer surface of the Zentrierau touchrings 43 .
  • the detent 43.1 is executed in the present embodiment as circumferentially formed to the centering outer ring 43 bead.
  • the centering device 40 is inserted with its centering outer ring 43 into the flow channel 20 formed by the flow channel half shells 23, 24.
  • the centering outer ring 43 is inserted so far into the flow channel 20 until the flow channel half shells 23, 24 abut the front housing wall 44 at the end or are arranged directly in front of it.
  • the detent 43.1 engages in a circumferentially introduced into the flow channel half shells 23, 24 locking receptacle.
  • the centering device 40 is anchored so firmly in the flow channel 20.
  • the first bearing housing 45 is integrally formed on the base 41 of the centering device 40.
  • the first bearing housing 45 is attached to the flow of the water opposite end of the base 41 via a first sealing portion 45.1.
  • the first bearing housing 45 has a cup-shaped contour, wherein the connection to the base 41 takes place at the pot edge.
  • the first bearing housing 45 is arranged aligned in the flow direction of the water in the cavity formed by the base 41.
  • the space between the first bearing housing 45 and the base 41 is filled by a potting compound 47. Thus, no water can accumulate in this area.
  • the inflow cap 30 is attached to the base 41 in the first sealing region 45.1.
  • a motor housing 117 of the electric motor 110 is formed.
  • the motor housing 117 is delimited by the stator outer ring 66, the propeller ring 55 and the centering outer ring 43.
  • the motor housing 117 is thus arranged radially outside of the predetermined by the diameter of the flow channel 20 flow cross section of the flowing in the flow channel 20 water.
  • the radially outer region of the motor housing 117 is separated by a Statorgephaseusedeckel 113.1.
  • the separated area forms a stator housing 113.
  • the motor stator 111 of the Electric motor 110 arranged.
  • the motor stator 111 is formed of a predetermined number of electromagnets.
  • each solenoid is associated with at least one coil 111.1.
  • the cavities of the stator housing 113 are encapsulated with a potting compound. The motor stator 111 is thus cast in the potting compound.
  • a rotor housing 114 is formed by the propeller ring 55, the rotor housing front wall 56 and a rotor housing cover 114.1.
  • the rotor housing cover 114.1 is arranged radially outwardly spaced from the propeller ring 55. On one side of the rotor housing cover 114.1 abuts the rotor housing front wall 56 at.
  • the rotor 112 of the electric motor 110 is fixed.
  • the rotor 114 is formed by a predetermined number of permanent magnets 112.1. These are arranged at predetermined regular or irregular intervals 113 along the annular rotor housing 114.
  • the rotor 114 or the permanent magnets 112.1 are cast in a casting compound introduced into the rotor housing 114. As a result, the rotor 114 or the permanent magnets 112.1 are connected to the rotor housing 114.
  • the rotor housing cover 114.1 is also fixed with the potting compound. Between the Statorgeparusedeckel 113.1 and the rotor housing cover 114.1 an air gap 115 is formed.
  • the electric motor 110 corresponds in its design to a ring or torque motor.
  • the electric motor 110 is designed as internal runs. Since the rotor 112 is arranged radially far apart from the axis of rotation of the electric motor 10, a high torque can be generated by this design and transmitted to the propeller 50. Furthermore, the torque can be increased by a high number of pole pairs with a corresponding number of electromagnets and permanent magnets 112.1. Thus, rapid changes in the speed of the propeller 50 and thus rapid and dynamic changes in the speed of the swimming and diving aid 10 can be achieved.
  • the motor housing 117 is advantageously located outside the flow cross section of the water defined by the flow channel 20 and the diameter of the propeller blades 54. As a result, the available flow cross-section is not reduced by the electric motor 110 with the advantages already described.
  • the motor housing 117 is not sealed from the flow channel 20. Between the propeller ring 55 and the stator outer ring 66 and the centering outer ring 43, a gap is formed in each case through which water can flow into the motor housing 117.
  • the motor stator 111 and the rotor 112 are sealed within the stator housing 113 and the rotor housing 114 from the incoming water. By passing water, the heat loss of the electric motor 110 is efficiently dissipated. This leads to a high efficiency of the electric motor 110.
  • the motor stator 111 and the rotor 112 are protected in particular by the respectively provided potting compound from the penetrating water.
  • the potting compound also forms a thermal bridge with good thermal conduction properties, so that the energy loss of the electric motor 110 can be discharged efficiently via the potting compound to the surrounding water.
  • the shaft 90 is advantageously mounted on both sides of the propeller 50. As a result, high lateral forces transmitted to the propeller 50 due to the passing water can be safely absorbed. A bending of the shaft 90 or vibrations of the shaft 90 and the propeller 50 can be avoided. As a result, the air gap 115 formed between the motor stator 111 and the rotor 112 can be kept constant. This leads to a high level of smoothness. Furthermore, the driving force is not affected by fluctuating widths of the air gap 115. A collision of the rotor housing 114 with the stator housing 113 is reliably avoided.
  • the shaft 90 is designed as a hollow shaft, weight can be saved without the rigidity of the shaft 90 is significantly affected.
  • a light weight is for a portable water sports equipment as the present swimming and diving aid a significant advantage.
  • the weight will continue reduced by the fact that the shaft consists of a carbon fiber reinforced plastic (CFRP).
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • CFRP has the advantage of significantly reduced weight and very high rigidity compared to materials traditionally used to produce shafts 90, such as steel. Compared to steel, a shaft 90 made of CFRP has a significantly lower tendency to oscillate, resulting in improved concentricity and lower noise. Furthermore, the lower weight and the reduced vibration lead to a reduction of the load of the bearings 101, 104, with which the shaft 90 is rotatably mounted about its central longitudinal axis, whereby the wear of the bearings 101, 104 is reduced and thus their life is increased.
  • the inertial mass of the shaft 90 made of CFK is significantly reduced compared to a shaft 90 made of steel, resulting in a higher dynamics at desired changes in the rotational speed of the shaft 90 and thus the propeller 50 results. At the same time, the energy consumption for accelerating the shaft 90 decreases with the propeller 50, which leads to an extension of the operating life of the powered by batteries swimming and diving aid 10.
  • the shaft 90 In order to increase the rigidity of the shaft 90, it can be constructed in multiple layers.
  • An inner layer in which carbon fiber mats with different orientation of the carbon fibers within the plastic matrix are arranged, is followed by a layer of aligned carbon fibers.
  • These are preferably designed as high-modulus carbon fibers which have a very high modulus of elasticity of, for example,> 400,000N / mm 2 in the fiber direction.
  • the high modulus carbon fibers are oriented substantially in the direction of the longitudinal extent of the shaft 90 so as to increase the tensile strength and flexural rigidity of the shaft 90.
  • a CFRP layer with high-modulus carbon fibers arranged transversely to the longitudinal extent of the shaft 90 can also be provided. In this arrangement, the additional carbon fibers increase the torsional rigidity of the shaft 90.
  • the surface of the shaft 90 is partially over-turned, ground or polished. Through these post-treatment steps becomes an exact rotationally symmetric Contour of the shaft 90 obtained, which leads to a good concentricity. Cracks in the surface are removed, thus avoiding or at least reducing notch stresses that form at the crack ends under mechanical stress. This reduces the probability of breakage of the shaft 90 and its load capacity increases. In order to avoid that the carbon fibers are injured in the post-processing, the shaft has on the outside a final plastic layer which contains no carbon fibers.
  • the inner cylinder 51, the propeller struts 53, the base part 52, the propeller blades 54, the propeller ring 55 and the rotor housing front wall 56 are preferably a one-piece component. This may be made of plastic, for example.
  • the propeller 50 with the associated assemblies can be manufactured so inexpensively in one production step.
  • propeller 50 with the associated assemblies inner cylinder 51, propeller struts 53, base member 52, propeller blade 54, propeller ring 55 and rotor housing front wall 56 may be made entirely or partially of metal.
  • the centering device 40 and the flow stator 60 are fixedly connected to the flow channel 20. Thereby, the position of the front and the second bearing housing 45, 63 and thus the position of the bearings 101, 104 of the shaft 90 is fixed and fixed. This ensures correct positioning of the propeller 50 within the flow channel 20.
  • the fixed connection between the centering device 40, the propeller 50 and the flow stator 60 and the motor housing 117 formed therein with the stator housing 113 and the rotor housing 114, the moving parts of the underwater drive unit are firmly aligned with each other. Exposing vibrations and shocks, such as those in regular operation of the swimming pool and Diving aid 10 often occur, can be compensated. In particular, small distances between movable and fixed components can be provided. Thus, in particular, the air gap 115 between the rotor 112 and the motor stator 111 can be made narrow, resulting in a high power transmission and high efficiency of the electric motor 110.
  • FIG. 6 shows a detail of the sectional view shown in FIG. 4 in a front storage area.
  • the front bearing area is encompassed by the first bearing housing 45.
  • the first bearing housing 45 is integrally formed on the base 41 of the centering device 40. Starting from the first sealing area 45.1 directed towards the inflow cap 30, a cylindrical section 45.3 leading into the interior of the base 41 follows. At the cylindrical portion 45.3, a front bearing holder 46 connects with respect to the cylindrical portion 45.3 slightly reduced diameter. By a subsequent further reduction of the diameter of the first bearing housing 45, a second sealing region 45.2 is formed. At the second sealing portion 45.2 a radially inwardly oriented first system 48 is formed.
  • the shaft 90 is inserted with its front shaft bearing portion 93 from the side of the second sealing portion 45.2 in the first bearing housing 45.
  • a propeller stop 92 is integrally formed, against which the inner cylinder 51 of the propeller 50 is applied.
  • the diameter of the front Welienlagerabitess 93 of the shaft 90 is reduced.
  • a bearing seat 95 is attached.
  • the bearing seat 95 is made of metal and in particular connected by gluing with the shaft 90.
  • the bearing seat 95 Toward the shaft 90, the bearing seat 95 has a bearing stop 95.1 projecting radially outward.
  • the front bearing 101 On the bearing seat 95, a front bearing 101 is pushed.
  • the front bearing 101 is designed as angular contact ball bearings. It rests with its inner ring on the bearing stop 95.1 of the bearing seat 95.
  • the outer ring of the front bearing 101 lies with its outer surface on the front bearing holder 46 of the first bearing housing 45.
  • the outer ring of the front bearing 101 is held by the lock nut 100, which is fixed inside in the cylindrical portion of the first bearing housing 45. For this purpose, the outer ring rests against a first outer ring abutment 101.1 formed on the locking nut 100.
  • a front radial sealing region 102 is formed in the second sealing region 45.2 of the first bearing housing 45.
  • a front radial shaft sealing ring 102.1 is arranged between the second sealing region 45.2 and the front shaft bearing section 93 of the shaft 90.
  • the front radial shaft sealing ring 102. 1 is held by the inward-facing first abutment 48 of the bearing housing 45.
  • Opposite is the front radial shaft seal
  • the inflow cap 30 has the first bearing housing 45 toward a connection piece 32.
  • sealing ring receivers 33 are introduced.
  • sealing rings 120, 121 are sealing rings 120, 121 inserted.
  • the inflow cap 30 is inserted with the connecting piece 32 in the first sealing region 45.1 of the centering device 40.
  • the sealing rings 120, 121 prevent water from entering the interior of the inflow cap 30 and the first bearing housing 45 from the flow channel 20.
  • the shaft 90 is easily rotatably supported at its front shaft bearing portion 93.
  • the bearing seat 95 with the bearing stop 95.1 the lock nut 100 with the first outer ring abutment 100.1 and the front bearing holder 46, the front bearing 101 is held securely.
  • the lock nut 100 allows adjusting the game, with which the front bearing 101 is held axially.
  • the area of the front bearing 101 is sealed by the front radial shaft seal.
  • the seal between the first sealing region 45.1 of the centering device 40 and the connecting piece 32 of the inflow cap 30 takes place through the sealing rings 120, 121 arranged there Bearing 101 is thus protected from moisture penetration.
  • the cavities in the shaft 90 and the front bearing 101 are filled with grease and thus additionally protected from moisture.
  • the repulsive force of the water is transmitted via the propeller 50 from the inner cylinder 51 of the propeller 50 to the shaft 90.
  • the shaft 90 transmits this force via the bearing seat 95 on the inner ring of the front bearing 101.
  • the force is transmitted via the bearing balls on the outer ring of the front bearing 101. From there, the force enters via the lock nut 100 on the centering device 40 and from there to the flow channel 20 and the vehicle body 11 of the swimming and diving aid 10th
  • the metal bearing seat 95 prevents the surface of the CFK made shaft 90 from being damaged at the high forces to be transmitted.
  • FIG. 7 shows a section of the sectional view shown in FIG. 4 in a rear storage area.
  • the second bearing housing 63 is integrally formed on the connecting element 62 of the flow stator 60. Starting from its tail 11.5 of the swimming and diving aid 10 facing the end of the second bearing housing 63 is formed by a fourth Abdicht Scheme 63.2, a rear bearing holder 64, a third Abdicht Scheme 63.2 and a second system 63.3.
  • the fourth sealing region 63.2 and the rear bearing holder 64 form a region of the second bearing housing 63 that radially surrounds the axis of rotation of the shaft 90.
  • the third sealing region 63.1 is reduced in its diameter.
  • the second system 63.3 is aligned radially inwardly formed on the end of the third Abdicht Schemes 63.1.
  • the shaft 90 is inserted with its rear shaft bearing portion 94 through the third sealing portion 63.1 in the second bearing housing 63. Between the third Sealing region 63.1 and the shaft 90, a rear radial shaft seal 103.1 is arranged. The rear radial shaft seal 103.1 is held toward the propeller 50 by the radially projecting second abutment 63.3 of the bearing housing 63 and opposite by a second locking ring 106 in its axial position. Through the radial shaft sealing ring 103.1, the shaft 90 and the third sealing region 63.1, a rear radial sealing region 103 is formed.
  • the rear bearing 104 is disposed between the rear shaft bearing portion 94 and the rear bearing holder 64 of the second bearing housing 63. In this case, the rear bearing 104 rests with its inner ring on the rear shaft bearing portion 94 and with its outer ring on the rear bearing holder 64.
  • the rear bearing 104 is designed as a single-row deep groove ball bearings. Towards the rear 11.5 of the swimming and diving aid 10 toward the rear bearing 104 is held axially by a rear bearing retainer 105.
  • a second outer ring thrust bearing 105.1 aligned with the rear bearing 104 is formed on the rear bearing retainer 105. The outer ring of the rear bearing 104 abuts against this outer ring abutment 105.1.
  • the outer periphery of the rear bearing retainer 105 is formed by an annular positioning portion 105.2 which abuts against the inner surface of the fourth sealing portion 63.2 of the second bearing housing 63. Between the annular positioning portion 105.2 and the fourth sealing portion 63.2, two sealing rings 124, 125 are arranged. The sealing rings 124, 125 are for this purpose in grooves, which are introduced into the fourth sealing 63.2 inserted. The rear bearing retainer 105 is inserted in the fourth sealing portion 63.2. Following the rear bearing retainer 105, a third retaining ring 107 is provided. The rear bearing retainer 105 is thus held in position.
  • the rear radial shaft seal 103. 1 prevents water from penetrating along the shaft 90 into the second bearing housing 63.
  • the rear bearing retainer 105 and the peripheral sealing rings 124, 125 the second bearing housing 63 is also sealed.
  • the rear bearing 104 is thus protected from moisture.
  • the shaft 90 is inserted into the second bearing housing 63, the rear radial shaft seal 103.1 plugged and secured with the second locking ring 106. Subsequently, the rear bearing 104 is attached and the rear bearing retainer inserted. Finally, the third retaining ring 107 is clamped in the groove provided. The storage area is thus easy to assemble. By the inserted rear bearing retainer 105, the rear bearing 104 and the rear radial shaft seal 103.1 can be easily reached for maintenance purposes.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Schwimm- und Tauchhilfe mit einem Fahrzeugrumpf, auf dem sich ein Benutzer auflegt oder aufstellt, mit einem in dem Fahrzeugrumpf angeordneten Strömungskanal, in dem ein von einem Elektromotor angetriebener Propeller mit radial nach außen gerichteten an einem Basisteil des Propellers angebrachten Propellerflügeln, wobei der Elektromotor einen fest angeordneten Motorstator und einen sich drehenden Rotor, der dem Motorstator räumlich zugeordnet ist, aufweist. Dabei ist es vorgesehen, dass der Rotor des Elektromotors mittelbar oder unmittelbar an zumindest ein äußeres Ende zumindest eines Propellerflügels angekoppelt ist und dass der Motorstator zumindest bereichsweise umlaufend um dem Rotor angeordnet ist. Die Motoranordnung ermöglicht einen dynamischen Antrieb der Schwimm- und Tauchhilfe.

Description

Schwimm- und Tauchhilfe
Die Erfindung betrifft Schwimm- und Tauchhilfe mit einem Fahrzeugrumpf, auf dem sich ein Benutzer auflegt oder aufstellt, mit einem in dem Fahrzeugrumpf angeordneten Strömungskanal, in dem ein von einem Elektromotor angetriebener Propeller mit radial nach außen gerichteten an einem Basisteil des Propellers angebrachten Propellerflügeln, wobei der Elektromotor einen fest angeordneten Motorstator und einen sich drehenden Rotor, der dem Motorstator räumlich zugeordnet ist, aufweist.
Derartige Schwimm- und Tauchhilfe sind aus der DE 10 2004 049 615 B4 bekannt. Sie weisen eine Griffanordnung auf, an der sich ein Benutzer festhalten kann, während er mit einem Teilbereich seines Oberkörpers oberseitig auf dem Fahrzeugrumpf des Wasserfahrzeuges aufliegt. Innerhalb des Fahrzeugrumpfes ist ein Strömungskanal angeordnet, in dem ein Propeller untergebracht ist. Der Propeller wird von einem Elektromotor angetrieben, der über Akkumulatoren mit Strom versorgt wird. Dazu ist der Propeller über eine Antriebswelle mit dem Elektromotor verbunden. Der Elektromotor ist in einem Aufnahmegehäuse, welches bis zum Propeller geführt ist, gehalten. Die Antriebswelle ist über eine Dichtkassette aus dem Aufnahmegehäuse zu dem Propeller geführt. Das somit wasserdicht ausgeführte Aufnahmegehäuse mit dem Elektromotor kann in einem von Wasser umfluteten Raum im Fahrzeugrumpf der Schwimm- und Tauchhilfe angeordnet sein und so seine Verlustwärme an das vorbeiströmende Wasser abgeben. Dazu ist es vorgesehen, dass der Propeller, der Elektromotor und ein zugehöriges Steuergerät als Unterwasser-Antriebs-Einheit ausgebildet und in dem Strömungskanal angeordnet sind.
Bei einer solchen Anordnung stehen den Vorteilen der kompakten Bauweise und dem durch die Kühlung erreichten guten Wirkungsgrad der Nachteil entgegen, dass der Elektromotor in dem Strömungskanal angeordnet ist und damit die Strömung des Wassers nicht unerheblich beeinflusst. Dies gilt insbesondere für leistungsstarke Elektromotoren, die für eine schnelle Beschleunigung der Schwimm- und Tauchhilfe ein hohes Drehmoment aufbringen und über die Antriebswelle, welche einen vergleichsweise kleinen Durchmesser und damit einen kurzen Hebelarm im Bereich der Kraftübertragung aufweist, auf den Propeller übertragen müssen. Der Strömungskanal muss daher ausreichend groß dimensioniert werden, um die Abschattung, die durch den Elektromotor bewirkt wird, zu kompensieren. Hierdurch wird die Baugröße der Schwimm- und Tauchhilfe beeinflusst.
In der DE 10 2013 100 544 A1 ist daher ein Wasserfahrzeug vorgeschlagen, bei dem ein Propeller in einem Strömungskanal angeordnet ist. In einem Fahrzeugrumpf des Wasserfahrzeugs ist ein Flutungsraum vorgesehen, der im Schwimm- und Tauchbetrieb über Wasserdurchtrittsöffnungen mit Wasser gefüllt wird. Der Elektromotor und zugehörige Akkumulatoren sind in dem Flutungsraum angeordnet und werden so effizient gekühlt, ohne die Strömung in dem Strömungskanal zu beeinträchtigen. Die Energieübertragung von dem Elektromotor zu dem Propeller erfolgt über eine in einem Hüllrohr geführte Antriebswelle, welche aus dem Flutungsraum in den Strömungskanal geführt ist. Der Elektromotor ist somit aus dem Strömungsbereich des Strömungskanals herausgenommen, wird aber dennoch durch den wärmeleitenden Kontakt zu dem Wasser in dem Flutungsraum gekühlt.
Nachteilig bei dieser Anordnung ist die Gewichtszunahme des Wasserfahrzeugs durch die erforderliche, verlängerte Antriebswelle, was insbesondere den Transport des Sportgeräts außerhalb des Wassers stark beeinträchtig. Die erhöhte Massenträgheit der Antriebswelle beeinflusst die Dynamik des Antriebs, was durch einen entsprechend leistungsstärkeren Elektromotor unter dem Nachteil eines erhöhten Energieverbrauchs ausgeglichen werden muss. Ein weiterer Nachteil entsteht durch die leistungsmindernde Störung der Strömung in dem Strömungskanal durch die hindurchgeführte Antriebswelle sowie durch die Unterbrechung in der ansonsten glatt ausgeführten Wandung des Strömungskanals in dem Bereich, wo die Antriebswelle in den Strömungskanal geführt ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schwimm- und Tauchhilfe bereitzustellen, welche bei einer hohen Fahrdynamik ein geringes Eigengewicht aufweist.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass der Rotor des Elektromotors mittelbar oder unmittelbar an zumindest ein äußeres Ende zumindest eines Propellerflügels angekoppelt ist und dass der Motorstator zumindest bereichsweise umlaufend um dem Rotor angeordnet ist. Der Rotor bewegt sich so auf einer großen Kreisbahn mit einem vergleichsweise großen Abstand gegenüber seiner Drehachse. Damit wird ein hohes Drehmoment erzeugt, dass auf den Propeller übertragen wird. Durch das hohe Drehmoment können schnelle Änderungen der Rotationsgeschwindigkeit des Propellers bewirkt werden, was eine hohe Fahrdynamik der Schwimm- und Tauchhilfe ermöglicht.
Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die äußeren Enden zumindest eines Teils der Propellerflügel mit einem Propellerring verbunden sind und dass der Rotor auf dem Propellerring angeordnet ist und/oder dass die äußeren Enden zumindest eines Teils der Propellerflügel mit einem ringförmigen Rotorgehäuse verbunden sind und dass der Rotor in dem Rotorgehäuse angeordnet ist. Die Antriebskraft wird so über mehrere Propellerflügel übertragen, wodurch die mechanische Belastung der einzelnen Propellerflügel deutlich reduziert wird. Dadurch wird es möglich, sehr hohe Antriebskräfte auf den Propeller zu übertragen. Die Fliehkräfte des Rotors werden auf den Propellerring oder das Rotorgehäuse übertragen. Auf gegenüberliegenden Bereichen des Propellerrings oder des Rotorgehäuses einwirkende Zugkräfte heben sich gegenseitig auf, so dass die Propellerflügel nicht auf Zug belastet werden. Dadurch steigt die Lebenserwartung der Propellerflügel. Der Propellerring kann den inneren Boden des Rotorgehäuses darstellen. Bei der Verwendung eines Rotorgehäuses ist der Rotor vor Wasser geschützt.
Eine einfache und kostengünstige Herstellung kann dadurch erreicht werden, dass der Propellerring und/oder das Rotorgehäuse einstückig an dem Propeller angeformt sind. Der Propeller kann so zusammen mit dem Propellerring oder dem Rotorgehäuse in einem Arbeitsgang gefertigt werden.
Ein einfacher und sicherer Aufbau des Elektromotors kann dadurch erreicht werden, dass der Rotor eine Vielzahl von in Drehrichtung des Rotors angeordneten Permanentmagneten aufweist und/oder dass der Motorstator eine Vielzahl von umlaufend der Kreisbahn, auf der sich der Rotor bewegt, angeordneten Elektromagneten aufweist. Durch den Aufbau des Rotors mit Permanentmagneten muss kein Strom auf den Rotor übertragen werden. Dadurch entfällt eine wassergeschützte Stromzuführung auf rotierenden Bauteile. Durch die Verwendung einer Vielzahl an Permanentmagneten und Elektromagneten wird eine hohe Polpaarzahl erreicht. Dadurch wird ein Elektromotor mit einem hohen Drehmoment erhalten.
Vorteilhaft kann es vorgesehen sein, dass in Strömungsrichtung des Wassers nach dem Propeller ein Strömungsstator mit Statorflügeln angeordnet ist, dass der Strömungsstator über die Statorflügel mittelbar oder unmittelbar an der Wandung des Strömungskanals festgelegt ist und/oder dass mittelbar oder unmittelbar mit den äußeren Enden zumindest eines Teils der Statorflügel ein Statorgehäuse zur Aufnahme des Motorstators verbunden ist. Die Statorflügel sind derart ausgerichtet, dass eine Umwandlung der Rotationsbewegung des Wassers in eine lineare Bewegung erfolgt. Dadurch kann die in der Rotation des Wassers gespeicherte Energie für den Antrieb der Schwimm- und Tauchhilfe gewonnen werden. Durch die Festlegung des Strömungsstators an dem Strömungskanal ist dieser ortsfest in dem Strömungskanal positioniert. Dabei verändert er seine Position auch nicht bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten des Wassers in dem Strömungskanal. Der Stator ist vorzugsweise umlaufend zu einer Kreisbahn, auf der sich der Rotor bewegt, angeordnet. Dabei ist der Stator ortsfest anzuordnen. Beide Forderungen können einfach durch ein mit dem Strömungsstator verbundenes Statorgehäuse erfüllt werden.
Eine einfache und kostengünstige Herstellung kann dadurch erreicht werden, dass das Statorgehäuse des Elektromotors einstückig an dem Strömungsstator angeformt ist. Der Strömungsstator und das Statorgehäuse des Elektromotors können so in einem Arbeitsschritt hergestellt werden.
Um einen gewünschten Antrieb der Schwimm- und Tauchhilfe zu erreichen muss ein entsprechendes Volumen Wasser auf eine ausreichende Geschwindigkeit beschleunigt werden. Dafür ist ein ausreichend großer Strömungsquerschnitt erforderlich. Um einen ausreichend großen Strömungsquerschnitt zu erreichen kann es vorgesehen sein, dass der Rotor und/oder der Motorstator in einer seitlichen Ausnehmung des Strömungskanals angeordnet sind. Der Elektromotor ist somit außerhalb der Hauptströmung des in dem Strömungskanal geführten Wassers angeordnet. Damit kann gegenüber einem Aufbau, bei dem der Elektromotor innerhalb des Strömungskanals angeordnet ist, der Querschnitt des Strömungskanals verringert werden. Da der Strömungskanal einen wesentlichen Anteil des Fahrzeugrumpfes einnimmt, kann so die gesamte Schwimm- und Tauchhilfe bei unverminderter Antriebsleistung kompakter aufgebaut werden.
Eine einfache und belastbare Lagerung des Propellers kann dadurch erreicht werden, dass der Propeller axial an einer innerhalb des Strömungskanals angeordneten, drehbar gelagerten Welle befestigt ist.
Entsprechen einer bevorzugten Ausführung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Welle als Hohlwelle ausgeführt ist und/oder dass die Welle aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff gefertigt ist. Durch die Ausführung der Welle als Hohlwelle kann eine Gewichtsreduzierung ohne wesentliche Stabilitätsverluste und Steifigkeitsverluste der Welle erreicht werden. Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) weisen gegenüber Wellen aus Metall eine deutlich geringere Dichte bei einer gleichzeitig sehr hohen Steifigkeit auf. Daher kann zur drehbaren Lagerung des Propellers und zur Übertragung einer Schubkraft von dem Propeller auf den Fahrzeugrumpf der Schwimm- und Tauchhilfe eine leichtere Welle aus CFK verwendet werden. Die Schwimm- und Tauchhilfe kann so außerhalb des Wassers leichter getragen werden. Die durch die geringere Masse bewirkte geringere Trägheit der Motorwelle führt zu einer erhöhten Dynamik der Schwimm- und Tauchhilfe bei gleicher, von dem Elektromotor bereitgestellter Leistung, was für den Einsatz der Schwimm- und Tauchhilfe als Wassersportgerät einen wesentlichen Vorteil darstellt. Dies gilt besonders, da die installierbare Leistung des verwendeten Elektromotors und die Speicherfähigkeit des zugehörigen Energiespeichers bei einem tragbaren Wassersportgerät eng begrenzt sind.
Bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass in Strömungsrichtung des in dem Strömungskanal fließenden Wassers vor dem Propeller eine Zentriervorrichtung mit einer Basis und daran angebrachten Zentrierstreben angeordnet ist und dass die Zentriervorrichtung über die Zentrierstreben mittelbar oder unmittelbar an der Wandung des Strömungskanals festgelegt ist. Der Propeller kann an der ortsfest gehaltenen Zentriervorrichtung drehbar festgelegt werden. Die Zentrierstreben sind dabei derart stromlinienförmig geformt, dass sie dem vorbeiströmenden Wasser einen geringen Strömungswiderstand entgegenstellen.
Auf den Propeller wirken hohe Kräfte ein, die durch das turbulent in dem Strömungskanal strömende Wasser auch quer zur Drehachse auf den Propeller einwirken. Um diese Kräfte sicher abfangen zu können und dennoch eine leichtgängige Drehung des Propellers zu ermöglichen kann es vorgesehen sein, dass an der Zentriervorrichtung und an dem Strömungsstator jeweils ein Lager angeordnet ist, in denen die Welle gelagert ist. Durch die beidseitige Lagerung kann ein Schwingen und Verbiegen der Welle vermieden werden. Dadurch ist die radiale Position des Propellers sicher festgelegt. Dies ermöglicht es, nur einen kleinen Spalt zwischen dem Rotor und dem radial außerhalb des Rotors angebrachten Stator vorzusehen. Durch diese Maßnahme wird ein Elektromotor mit einem hohen Wirkungsgrad erhalten. Kollisionen zwischen dem Rotor und dem Stator bzw. zwischen dem Rotorgehäuse und dem Statorgehäuse können sicher vermieden werden.
Um die Welle dauerhaft leichtgängig zu lagern kann es vorgesehen sein, dass innerhalb der Basis der Zentriervorrichtung ein erstes Lagergehäuse ausgebildet ist, dass in dem ersten Lagergehäuse das vordere Lager gehalten ist und dass das erste Lagergehäuse mit einer abnehmbaren Anströmkappe wasserdicht gegenüber dem
Strömungskanal verschlossen ist. Das vordere Lager ist somit vor Feuchtigkeit geschützt. Im Falle einer erforderlichen Wartung kann das vordere Lager leicht durch Abnehmen der Anströmkappe erreicht werden.
Eine dauerhaft leichtgängige Lagerung der Welle kann weiterhin dadurch erreicht werden, dass innerhalb der Statorbasis des Strömungsstators ein weiteres Lagergehäuse ausgebildet ist, dass in dem weiteren Lagergehäuse das hintere Lager gehalten ist und dass das weitere Lagergehäuse mit einem abnehmbaren Lagerhaltering wasserdicht verschlossen ist. Das hintere Lager ist so vor Feuchtigkeit geschützt. Im Falle einer erforderlichen Wartung kann das hintere Lager leicht durch Abnehmen des Lagerhalterings erreicht werden.
Die Schwimm- und Tauchhilfe dient als Wassersportgerät. Dazu muss es so konstruiert sein, dass sich ein Benutzer nicht an dem Gerät verletzten kann. Um zu vermeiden, dass ein Benutzer in den laufenden Propeller greift kann es vorgesehen sein, dass auf der dem Propeller abgewandten Seite des Strömungsstators ein Eingreifschutz mit daran angeformten Eingreifschutz-Streben angeordnet ist, dass die Eingreifschutz-Streben mittelbar oder unmittelbar an der Wandung des Strömungskanals festgelegt sind und dass vorzugsweise ein Basiskörper des Eingreifschutzes mit dem Strömungsstator verbunden ist. Die Eingreifschutz-Streben sind dabei so ausgeführt, dass sie die Strömung des Wassers möglichst wenig beeinflussen, aber das Eingreifen in den Strömungskanal verhindern. Ist der Basiskörper des Eingreifschutzes mit dem Strömungsstator verbunden, kann dieser zusätzlich gegenüber dem Strömungskanal abgestützt werden. Dies führt zu einer weiteren Stabilisierung der Position des hinteren Lagers der Welle und damit der radialen Positin des Propellers.
Entsprechend einer besonders bevorzugen Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass zumindest aus dem Elektromotor mit dem Rotorgehäuse und dem Statorgehäuse, der Zentriervorrichtung, der Anströmkappe, dem Strömungsstator und dem Propeller mit der Welle und den Lagern eine Unterwasser-Antriebs-Einheit gebildet ist. Die Unterwasser-Antriebs-Einheit kann als Baugruppe vormontiert in den Strömungskanal eingebaut werden. Dadurch wird die Montage der Schwimm- und Tauchhilfe deutlich vereinfacht, wodurch die Herstellkosten sinken.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in perspektivischer Seitenansicht von hinten eine Schwimm- und
Tauchhilfe,
Fig. 2 die in Figur 1 gezeigte Schwimm- und Tauchhilfe in perspektivischer
Ansicht von unten,
Fig. 3 in einer seitlichen Schnittdarstellung die Schwimm- und Tauchhilfe im
Bereich eines geöffnet dargestellten Strömungskanals,
Fig. 4 in einer seitlichen Schnittdarstellung die Schwimm- und Tauchhilfe mit einer ebenfalls im Schnitt dargestellten Unterwasser-Antriebs-Einheit,
Fig. 5 einen Ausschnitt der in Figur 4 gezeigten Schnittdarstellung im
Bereich eines Propellers,
Fig. 6 einen Ausschnitt der in Figur 4 gezeigten Schnittdarstellung in einem vorderen Lagerbereich und Fig. 7 einen Ausschnitt der in Figur 4 gezeigten Schnittdarstellung in einem hinteren Lagerbereich.
Figur 1 zeigt in perspektivischer Seitenansicht von hinten eine Schwimm- und Tauchhilfe 10. Die Schwimm- und Tauchhilfe 10 weist einen Fahrzeugrumpf 11 auf. Der Fahrzeugrumpf 11 ist aus einem Oberteil 11.6 und einem Unterteil 11.4 zusammengesetzt. Das Oberteil 11.6 ist mit zwei Haltegriffen 16 ausgerüstet, die beidseitig des Fahrzeugrumpfes 11 angeordnet sind. An diesen Haltegriffen 16 kann sich ein Benutzer festhalten und die Schwimm- und Tauchhilfe 10 mit an den Haltegriffen 16 angebrachten Bedienelementen 16.1 steuern. Insbesondere kann hier die Motorleistung der Schwimm- und Tauchhilfe 10 variiert werden. Der Benutzer, der sich an den Haltegriffen 16 festhält, liegt mit seinem Oberkörper auf einer Auflagefläche 11.3 im Bereich hinter einem Display 13 auf dem Oberteil 11.6 auf. An der Auflagefläche 11.3 ist eine Halterung 11.7 zur Befestigung eines Gurtsystems angebracht, mit dem sich der Benutzer an der Schwimm- und Tauchhilfe 10 angurten kann. Vor der Auflagefläche 11.3 ist ein Verschluss 12 für eine dahinter liegende gezeigte Ladebuchse angeordnet. Über die Ladebuchse können in dem Fahrzeugrumpf 11 enthaltene Akkumulatoren aufgeladen werden.
Seitlich am Fahrzeugrumpf 11 sind Tragegriffe 11.2 angeordnet, an denen die Schwimm- und Tauchhilfe 10 außerhalb des Wassers getragen werden kann.
In Fahrtrichtung vor dem Display 13 und zwischen den beiden Haltegriffen 16 ist eine abnehmbare Abdeckhaube 14 an dem Fahrzeugrumpf 11 befestigt. Die Abdeckhaube 14 überdeckt einen nicht gezeigten Montagebereich der Schwimm- und Tauchhilfe 10. Seitlich sind Entlüftungsöffnungen 15.1 in der Abdeckhaube 15 vorgesehen, welche mit einem in dem Fahrzeugrumpf 11 vorgesehenen, in Figur 3 gezeigten Flutungsraum 17 verbunden sind.
Im Bereich des Bugs 11.1 sind Wassereintrittsöffnungen 15.2 vorgesehen, durch welche Wasser in den Flutungsraum 17 einströmen kann. Der Flutungsraum 17 kann dazu über die Entlüftungsöffnungen 15.1 der Abdeckhaube 14 entlüftet werden. Durch den mit Wasser gefüllten Flutungsraum 17 wird der Auftrieb der Schwimm- und Tauchhilfe 10 so eingestellt, dass eine vorgegebene Auftriebskraft erhalten bleibt, so dass sowohl ein Schwimm- wie auch ein Tauchbetrieb möglich ist. An dem Heck 11.5 der Schwimm- und Tauchhilfe 10 sind durch Lamellen abgedeckte Wasseraustrittsöffnungen 15.3 angebracht, die ebenfalls mit dem Flutungsraum 17 in Verbindung stehen. Der Flutungsraum 17 wird, sobald die Schwimm- und Tauchhilfe 10 in das Wasser gesetzt wird, mit Wasser geflutet, das durch die Wassereintrittsöffnungen 15.2 und Wasseraustrittsöffnungen 15.3 eindringt. Sobald die Schwimm- und Tauchhilfe 10 in den Fahrbetrieb übergeht, wird in dem Flutungsraum 17 eine Strömung erzeugt. Dabei tritt das Wasser durch die Wassereintrittsöffnungen 15.2 in den Flutungsraum 17 ein. Es durchströmt den Flutungsraum 17 und umspült dabei in dem Flutungsraum 17 gehaltene elektrische Baueinheiten, wie beispielsweise zum Antrieb der Schwimm- und Tauchhilfe 10 benötigte Akkumulatoren. Dabei nimmt das Wasser die Verlustleistung der elektrischen Baueinheiten auf und kühlt diese. Nach Durchströmen des Flutungsraums 17 verlässt das Wasser diesen durch die Wasseraustrittsöffnungen 15.3, die symmetrisch beidseitig eines Strahlaustritts 26 eines Strömungskanals 20 angeordnet sind. In dem Strömungskanal 20 ist endseitig ein Eingreifschutz 70 angeordnet, welcher verhindert, dass der Benutzer in den Strömungskanal 20 eingreift.
Figur 2 zeigt die in Figur 1 gezeigte Schwimm- und Tauchhilfe (10) in perspektivischer Ansicht von unten.
Am Bug 11.1 des Fahrzeugrumpfes 11 sind die in Figur 1 gezeigten Wassereintrittsöffnungen zu erkennen. Seitlich am Unterteil 11.4 des Fahrzeugrumpfes 11 sind seitliche Flutungsöffnungen 17.1 vorgesehen. Im vorderen Bereich des Unterteils 11.4 sind von unten weitere untere Flutungsöffnungen 17.2 eingebracht, welche von an dem Fahrzeugrumpf 11 angeformten Rippen überdeckt sind. In der Mitte des Unterteils 11.4 sind eine linke und eine rechte Einströmöffnung 21.1 , 21.2 des Strömungskanals 20 angeordnet. Die Einströmöffnungen 21.1 , 21.2 sind durch ein Leitelement 22.1 voneinander getrennt. Im Bereich der Einströmöffnungen 21.1 , 21.2 sind Schutzstreben 22.2, 22.3 angeordnet. Die Flutungsöffnungen 17.1 , 17.2 sind wie die Wassereintrittsöffnungen 15.2 mit dem in Figur 3 gezeigten Flutungsraum 17 verbunden. Wird die Schwimm- und Tauchhilfe 10 zu Wasser gelassen, strömt dieses durch die Flutungsöffnungen 17.1, 17.2 und die Wassereintrittsöffnungen 15.2 in den Flutungsraum 17 ein und stellt so den gewünschten Auftrieb der Schwimm- und Tauchhilfe 10 ein. Wird die Schwimm- und Tauchhilfe 10 aus dem Wasser genommen, kann das Wasser aus dem Flutungsraum 17 durch die Flutungsöffnungen 17.1 , 17.2 und die Wassereintrittsöffnungen 15.2 aus dem Flutungsraum 17 herauslaufen, wodurch die Schwimm- und Tauchhilfe 10 deutlich an Gewicht verliert und dadurch leicht tragbar wird.
Durch einen in dem Strömungskanal 20 angeordneten, in Figur 3 gezeigten Propeller 50 wird Wasser durch die Einströmöffnungen 21.1 , 21.2 angesaugt und durch den Strömungskanal 20 zu dem in Figur 1 gezeigten Strahlaustritt 26 beschleunigt. Dadurch ergibt sich der Vortrieb der Schwimm- und Tauchhilfe. Das Leitelement 22.1 und die Schutzstreben 22.2, 22.3 verhindern, dass größere Fremdstoffe angesaugt werden oder dass der Benutzer in den laufenden Propeller 50 greift. Weiterhin wirken das Leitelement 22.1 sowie die davor angeordneten Rippen im Fahrbetrieb stabilisierend auf die Schwimm- und Tauchhilfe 10.
Figur 3 zeigt in einer seitlichen Schnittdarstellung die Schwimm- und Tauchhilfe 10 im Bereich eines geöffnet dargestellten Strömungskanals 20. Die Schnittfläche verläuft dabei in Fahrtrichtung rechts und parallel zu einer Mittellängsfläche der Schwimm- und Tauchhilfe 10.
Der Strömungskanal 20 ist innerhalb des Fahrzeugrumpfes 11 geschwungen von der Unterseite zum Heck der Schwimm- und Tauchhilfe 10 geführt. Zu den Einströmöffnungen 21.1 , 21.2 hin ist der Strömungskanal 20 durch eine in Fahrtrichtung linke vordere Strömungskanalhalbschale 23 und eine rechte vordere Strömungskanalhalbschale 24 gebildet. Die Strömungskanalhalbschalen 23, 24 sind passgenau aufeinander gefügt und mittels Verbindungselemente verbunden. Somit ist ein vordere Strömungskanalabschnitt mit einer glatten Oberfläche gebildet wird. In Fahrtrichtung vor dem Strömungskanal 20 ist ein Teil des Flutungsraums 17 gezeigt, der auch den Raum um den Strömungskanal 20 im hinteren Bereich der Schwimm- und Tauchhilfe 10 teilweise umfasst.
In dem Strömungskanal 20 ist eine Unterwasser-Antriebs-Einheit mit einem Propeller 50 mit einem zugeordneten Elektromototor 110, einer in Strömungsrichtung vor dem Propeller 50 angeordneten Zentriervorrichtung 40 mit einer steckbar an der Zentriervorrichtung 40 montierten Anströmkappe 30, einem in Strömungsrichtung nach dem Propeller 50 angeordneten Strömungsstator 60 und dem nachfolgenden Eingreifschutz 70 mit einer aufgesetzten Endkappe 80 angeordnet.
Der Eingreifschutz 70 ist im Bereich eines Strahlaustrittrohrs 25 angeordnet. Das Strahlaustrittrohr 25 ist in Strömungsrichtung nach dem Strömungsstator 60 angeordnet. Es bildet den Strömungskanal 20 zwischen dem Strömungsstator 60 und dem Strahlaustritt 26.
Umlaufend zu dem Strahlaustritt 26 bilden ein Abschlussring 19 und ein Verbindungsring 18 den Anschluss von dem Strahlaustrittrohr 25 zu dem Fahrzeugrumpf 11.
Der Propeller 50 weist ein Basisteil 52 auf, an dem radial nach außen abstehende Propellerflügel 54 angeformt sind. Die Propellerflügel 54 sind schräg zum Basisteil 52 ausgerichtet, so dass sie bei einer im vorliegenden Ausführungsbeispiel Rechtsdrehung des Propellers 50 Wasser von den Einströmöffnungen 21.1 , 21.2 ansaugen und aus dem Strahlaustritt 26 ausstoßen.
Zum Antrieb des Propellers 50 ist dieser mit einem Rotor 112 des Elektromotors 110 verbunden. Der Rotor 112 ist dazu mittelbar an den äußeren Enden der Propellerflügel 54 des Propellers 50 angekoppelt. Bei einer Drehung des Propellers 50 bewegt sich der Rotor 112 auf einer Kreisbahn um den Propeller 50. Umlaufend zu dieser Kreisbahn ist ein Motorstator 111 des Elektromotors 110 angeordnet.
Die Antriebskraft wird zwischen dem Motorstator 111 und dem Rotor 112 erzeugt. Die Übertragung der Antriebskraft auf den Propeller 50 erfolgt von dem Rotor 112 auf die Enden der Propellerflügel 54. Damit erfolgt der Krafteintrag auf einem sehr großen Radius, wodurch sich ein hohes Drehmoment ergibt. Dadurch bedingt lassen sich bei gegebener Leistung des Elektromotors 110 sehr schnelle Drehzahländerungen des Propellers 50 und damit Geschwindigkeitsänderungen der Schwimm- und Tauchhilfe 10 realisieren.
Der Motorstator 111 und der Rotor 112 sind seitlich des durch die Strömungskanalhalbschalen 23, 24, dem äußeren Durchmesser der Kreisbahn der Propellerflügel und dem Strahlaustrittrohr 25 vorgegebenen Strömungsquerschnitts des Strömungskanals 20 angeordnet. Damit liegt der Elektromotor 110 nicht im Bereich der Hauptströmung des in dem Strömungskanal 20 beschleunigten Wassers und beeinträchtigt somit nicht den verfügbaren Strömungsquerschnitt und damit die Strömung des Wassers. Der Strömungskanal 20 kann damit im Vergleich zu einer Anordnung, bei der ein konventionell auf eine Antriebswelle einwirkender Elektromotor 110 in dem Strömungskanal 20 vorgesehen ist, bei gleichem Volumenstrom durch den Strömungskanal 20 mit einem geringeren Durchmesser ausgeführt werden. Dadurch kann die gesamte Bauform der Schwimm- und Tauchhilfe 10 kompakter gestaltet werden.
Die Zentriervorrichtung 40 weist eine stromlinienförmige Basis 41 auf, mit der ebenfalls stromlinienförmig ausgestaltete, radial nach außen ausgerichtete Zentrierstreben 42 verbunden sind. Die Zentriervorrichtung 40 ist mit den Zentrierstreben 42 an den Strömungskanalhalbschalen 23, 24 festgelegt. Entgegen der Strömungsrichtung ist die Anströmkappe 30 auf die Basis 41 der Zentriervorrichtung 40 aufgesteckt. Die Anströmkappe 30 weist ebenfalls eine stromlinienförmig ausgeführte Anströmfläche 31 auf, die stufenlos in die Oberfläche der Basis 41 übergeht. Zum Propeller 50 hin ist der Durchmesser der Basis 41 an den Durchmesser des Basisteils 52 des Propellers 50 angepasst. Durch diese Formgebung der Anströmkappe 30, der Basis 41 der Zentriervorrichtung 40 und des Basisteils 52 des Propellers 50 wird ein geringer Strömungswiderstand für das durch den Strömungskanal 20 fließende Wasser erreicht. Der Strömungsstator 60 weist eine Statorbasis 61 , an der radial nach außen gerichtete Statorflügel 65 angeordnet sind. Die Statorflügel 65 sind endseitig mittelbar mit dem Strömungskanal 20 verbunden. Der Strömungsstator 60 ist somit ortsfest in dem Strömungskanal 20 angeordnet.
Die Statorflügel 65 sind entlang der Strömungsrichtung des Wassers gebogen ausgeführt. Die dem Propeller 50 zugewandten Enden der Statorflügel 65 sind um einen vorgegebenen Winkel entgegen der Drehrichtung des Propellers 50 gebogen. Die von dem Propeller 50 abgewandten Enden der Statorflügel 65 verlaufen hingegen in etwa parallel zur Drehachse des Propellers 50. Das Wasser verlässt den Propeller 50 auf einer spiralförmigen Bahn. Durch die Form der Statorflügel 65 wirkt der Strömungsstator 60 der Rotation des durch den Strömungskanal 18 strömenden Wassers entgegen, so dass das Wasser nach dem Strömungsstator 60 möglichst rotationsfrei zum Strahlaustritt 26 strömt. Die Rotationsenergie des Wassers wird dabei in eine lineare Bewegungsenergie umgewandelt und dient damit dem Antrieb der Schwimm- und Tauchhilfe 10.
Vorzugsweise entspricht der Durchmesser der Statorbasis 61 zumindest annähernd dem Durchmesser des Basisteils 52 des Propellers 50. Damit wird ein geringer Strömungswiderstand beim Übergang des Wassers von dem Propeller 50 zu dem Strömungsstator 60 erreicht.
Der Eingreifschutz 70 ist über radial angeordnete Eingreifschutz-Streben 72 mit dem Strahlaustrittrohr 25 des Strömungskanals 20 verbunden. Damit ist der Eingreifschutz 70 ortsfest in dem Strömungskanal 20 positioniert. Die Eingreifschutz-Streben 72 sind stromlinienförmig ausgeführt. An ihren inneren Enden sind sie mit einem Basiskörper 71 des Eingreifschutzes 70 verbunden. Der Basiskörper 71 weist eine stromlinienförmige Kontur auf. Zum Strömungsstator 60 hin entspricht der Durchmesser des Basiskörpers 71 zumindest annähernd dem Durchmesser der Statorbasis 61 des Strömungsstators 60. Damit wird ein geringer Strömungswiderstand beim Übergang des Wassers von dem Strömungsstator 60 zu dem Eingreifschutz 70 erreicht. Zum Strahlaustritt 26 hin verjüngt sich der Durchmesser des Basiskörpers 71. Dabei folgt seine äußere Oberfläche vorzugsweise beabstandet dem Verlauf der Oberfläche des Strahlaustrittrohres 25. Der Abstand zwischen den Oberflächen des Basiskörpers 71 und des Strahlaustrittrohrs 25 begrenzt den Strömungsquerschnitt des vorbeiströmenden Wassers. Der Strömungsquerschnitt ist durch die Form des Basiskörpers 71 und des Strahlaustrittrohrs 25 so gewählt, dass durch einen ausreichend großen Querschnitt ein hoher Volumenstrom ermöglicht wird, aber gleichzeitig durch einen möglichst kleinen Querschnitt eine hohe Fließgeschwindigkeit des Wassers zum Strahlaustritt 26 hin erzwungen wird.
Endseitig ist der Basiskörper 71 des Eingreifschutzes 70 durch die Endkappe 80 abgeschlossen. In die Endkappe 80 ist eine Kappenöffnung 81 eingebracht. Durch die Kappenöffnung 81 kann Wasser aus dem als Hohlkörper ausgeführten Basiskörper 71 abfließen.
Figur 4 zeigt in einer seitlichen Schnittdarstellung die Schwimm- und Tauchhilfe 10 mit einer ebenfalls im Schnitt dargestellten Unterwasser-Antriebs-Einheit.
Im Unterschied zu der in Figur 3 gezeigten Darstellung verläuft in Figur 4 die Schnittfläche entlang einer Mittellängsfläche der Schwimm- und Tauchhilfe, so dass auch die Komponenten der Unterwasser-Antriebs-Einheit im Schnitt gezeigt sind.
Der Propeller 50 ist auf einer Welle 90 befestigt, wie dies näher zu Figur 5 beschrieben ist. An die Zentriervorrichtung 40 ist ein erstes Lagergehäuse 45 angebracht. Die Welle 90 ist in dem ersten Lagergehäuse 45 drehbar gelagert. Dies ist detailliert in Figur 6 gezeigt. An dem Strömungsstator 60 ist ein zweites Lagergehäuse 63 angebracht. Die Welle 90 ist in dem zweiten Lagergehäuse 63 drehbar gelagert. Das zweite Lagergehäuse ist vergrößert in Figur 7 gezeigt.
Der Basiskörper 71 des Eingreifschutzes 70 ist als Hohlkörper ausgeführt. Durch die Kappenöffnung 81 der ebenfalls als Hohlkörper ausgeführten Endkappe 80 kann Wasser in den Basiskörper 71 ein- und ausströmen. Die dargestellte linke vordere Strömungskanalhalbschale 23 weist entlang der Mittellängsfläche des Strömungskanals 20 eine linke Fügeschiene 23.1 sowie Montageösen 23.2 auf. Montiert ist die in Figur 3 gezeigte rechte vordere Strömungskanalhalbschale 24 mit ihrem Rand in der linken Führungsschiene 23.1 festgelegt und die beiden Strömungskanalhalbschale 24 sind durch geeignete Befestigungsmittel, vorzugsweise mit durch die Montageösen 23.2 geführten Schrauben, fest verbunden. In der linken Fügeschiene 23.1 kann ein Dichtmaterial eingeführt sein.
Figur 5 zeigt einen Ausschnitt der in Figur 4 gezeigten Schnittdarstellung im Bereich des Propellers 50.
Die Welle 90 ist als Hohlwelle ausgeführt. Vorteilhaft ist die Welle 90 aus einem kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) gefertigt. Die Welle ist in einen Mittenbereich 91 , einen entgegen der Strömungsrichtung des Wassers ausgerichteten vorderen Wellenlagerabschnitt 93 und einen dem vorderen Wellenlagerabschnitt 93 gegenüberliegenden hinteren Wellenlagerabschnitt 94 aufgeteilt.
Im vorderen Wellenlagerabschnitt 93 ist die Welle 90 mit einem vorderen Lager 101 gelagert. Das vordere Lager 101 ist als Schrägkugellager ausgeführt. Das vordere Lager 101 ist durch eine Sicherungsmutter 100 innerhalb des ersten Lagergehäuses 45 der Zentriervorrichtung 40 gehalten, wie dies näher zu Figur 6 beschrieben ist.
Im hinteren Wellenlagerabschnitt 94 ist die Welle 90 mit einem hinteren Lager 104 gelagert. Das hintere Lager 104 ist als Rillenkugellager ausgeführt.
Im Mittenbereich 91 der Welle 90 ist der Propeller mit einem Innenzylinder 51 an der Welle 90 festgelegt. Vorzugsweise ist der Innenzylinder 51 mit der Welle 90 verklebt. An den Innenzylinder 51 sind Propeller-Verstrebungen 53 angeformt. Die Propeller- Verstrebungen 53 sind zum Teil quer und zum Teil parallel zur Mittellängsachse der Welle 90 ausgerichtet. An ihren äußeren Enden sind die Propeller-Verstrebungen 53 mit dem Basisteil 52 des Propellers 50 verbunden. Vorteilhaft sind die Propeller- Verstrebungen einstückig an das Basisteil 52 angeformt. Die Propeller- Verstrebungen 53 bilden somit eine starre Verbindung zwischen dem Innenzylinder
51 und dem Basisteil 52 des Propellers 50. Zwischen dem Innenzylinder 51 und dem Basisteil 52 ist ein Nabenbereich als Hohlraum ausgebildet. Der Nabenbereich ist durch die quer zur Mittellängsachse der Welle 90 ausgerichteten Propeller- Verstrebungen 53 in eine vordere, der Zentriervorrichtung 40 zugewandte und eine hintere, dem Strömungsstator 60 zugewandte Kammer aufgeteilt. In diesen quer verlaufenden Propeller-Verstrebungen 53 sind nicht dargestellt Durchbrüche eingebracht. Bei drehendem Propeller 50 wird durch die Durchbrüche Wasser von der vorderen Kammer zu der hinteren Kammer befördert.
An dem Basisteil 52 ist an seiner der Zentnervorrichtung 40 zugewandten Kante eine vordere Anschluss-Innenstufe 52.1 und an der gegenüberliegenden Kante eine hintere Anschluss-Innenstufe 52.2 eingeformt. An dem Außenumfang des Basisteils
52 sind die Propellerflügel 54 befestigt. Vorzugsweise sind die Propellerflügel 54 einstückig an das Basisteil 52 angeformt. An ihren äußeren Enden sind die Propellerflügel 54 über einen Verbindungsbereich 54.1 mit einem das Basisteil 52 beabstandet umlaufenden Propellerring 55 verbunden. Der Propellerring 55 ist somit rotationssymmetrisch um die Drehachse der Welle 90 angeordnet. An dem Propellerring 55 ist radial nach außen gerichtet eine Rotorgehäuse-Vorderwand 56 angeformt. Vorzugsweise sind der Innenzylinder 51 , die Propeller-Verstrebungen 53, das Basisteil 52, die Propellerflügel 54, der Propellerring 55 und die Rotorgehäuse- Vorderwand 56 einstückig gefertigt.
Die Statorbasis 61 des Strömungsstators 60 ist über ein Verbindungselement 62 mit dem zweiten Lagergehäuse 63 verbunden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Verbindungselement 62 trichterförmig ausgeführt. Nicht dargestellt weist das Verbindungselement 62 Durchlassöffnungen auf, durch welche Wasser aus der hinteren Kammer des Nabenbereichs in den Innenraum des Basiskörpers 71 des Eingreifschutzes 70 entweichen kann. Zu dem Propeller 50 hin ausgerichtet ist an der Statorbasis 61 eine vordere Anschluss-Außenstufe 61.1 angeformt. Die vordere Anschluss-Außenstufe 61.1 überdeckt geringfügig beabstandet die hintere Anschluss-Innenstufe des Basisteils 52 des Propellers 50. Dazu weist die Statorbasis 61 zumindest annähernd den gleichen äußeren Durchmesser wie das Basisteil 52 des Propellers 50 auf. Gegenüberliegend zur vorderen Anschiuss-Außenstufe 61.1 ist an der Statorbasis 61 eine hintere Anschiuss-Außenstufe 61.2 angeformt. An der Statorbasis 61 sind die Statorflügel 65 befestigt. Die Statorflügel 65 sind dabei vorzugsweise einstückig an die Statorbasis 61 angeformt. Die Statorflügel 65 sind radial zur Statorbasis 61 ausgerichtet, wie dies bereits zu Figur 3 dargestellt wurde. An ihren äußeren Enden sind die Statorflügel 65 mit einem Statoraußenring 66 verbunden. Der Statoraußenring 66 ist umlaufend zu der Drehachse des Propellers 50 angeordnet. Mit seiner dem Propeller 50 zugewandten Kante schließt der Statoraußenring 66 gering beabstandet vor der Kante des Propellerrings 55 ab. An der Außenfläche des Statoraußenrings 66 ist eine hintere Gehäusewand 67 angeformt. Der Schnitt in der gezeigten Darstellung verläuft durch einen verstärkten Bereich der Gehäusewand 67, in dem eine Gewindebohrung 67.1 zur Aufnahme einer Schraube 116 eingebracht ist. Solche verstärkten Bereiche mit Gewindebohrungen 67.1 sind beabstandet entlang der Gehäusewand 67 vorgesehen. Dazwischen ist die Gehäusewand 67 dünnwandig ausgeführt. An die Gehäusewand 67 ist ein Gehäusedeckel 68 angeformt, welcher radial beabstandet den Propellerring 55 überdeckt. In der Stirnseite des Gehäusedeckels 68 sind Gewindeaufnahmen 68.1 zur Aufnahme von Schrauben 116 eingebracht.
Vorzugsweise sind das zweite Lagergehäuse 63, das Verbindungselement 62, die Statorbasis 61 , die Statorflügel 65, der Statoraußenring 66, die hintere Gehäusewand 67 und der Gehäusedeckel 68 einstückig ausgeführt.
Das Strahlaustrittsrohr 25 ist mittels der Schrauben 116 an der Gehäusewand 67 befestigt. Dazu ist an dem Strahlaustrittsrohr 25 ein radial ausgerichteter Flansch 25.1 angeformt, in dem passgenau zu den Gewindebohrungen 67.1 der Gehäusewand 67 Bohrungen zur Durchführung der Schrauben 116 eingebracht sind.
Der Basiskörper 71 des Eingreifschutzes 70 weist an seinem dem Strömungsstator 60 zugewandten Ende einen stufenförmig eingearbeiteten Stator-Anschlussbereich
71.1 auf. Der Stator-Anschlussbereich 71.1 ist in die hintere Anschiuss-Außenstufe
61.2 der Statorbasis 61 eingeschoben, so dass eine umlaufende Steckverbindung entsteht. Zwischen dem Stator-Anschiussbereich 71.1 und der hinteren Anschluss- Außenstufe 61.2 ist ein vierter Dichtring 123 vorgesehen. Der vierte Dichtring 123 dichtet das Innere des Basiskörpers 71 gegenüber dem Strömungskanal 20 ab.
Die Zentriervorrichtung 40 ist in Strömungsrichtung vor dem Propeller 50 angeordnet. Die rotationssymmetrische Basis 41 der Zentriervorrichtung 40 weist in ihrem Übergangsbereich zum Basisteil 52 des Propellers 50 den gleichen Außendurchmesser wie das Basisteil 52 auf. Dies führt zu einem geringen Strömungswiderstand für das vorbeiströmende Wasser. Zur Anströmkappe 30 hin verjüngt sich der Außendurchmesser der Basis 41 entlang einer konkaven Kurve. Zum Propeller 50 hin weist die Basis 41 eine Anschlussstufe 41.1 auf. Die Anschlussstufe 41.1 überdeckt mit einem geringen radialen Abstand die hintere Anschluss-Innenstufe 52.2 des Basisteils 52 des Propellers 50. An der Basis 41 sind die Zentrierstreben 42 radial ausgerichtet befestigt. Die Zentrierstreben 42 sind dabei vorzugsweise einstückig an die Basis 41 angeformt. Die Zentrierstreben 42 sind in ihrer tangential zur Basis 41 verlaufenden Ausdehnung schmal ausgeführt. Damit setzen sie dem vorbeiströmenden Wasser einen geringen Strömungswiderstand entgegen. In ihrer axialen Ausrichtung überdecken die Zentrierstreben 42 über die Hälfte der Länge der Basis 41. Ihrer dem anströmenden Wasser entgegenstehende vordere Kante fällt mit steigendem radialen Abstand zur Basis in Strömungsrichtung des Wassers ab. Auch diese Maßnahme reduziert den Strömungswiderstand für das vorbeiströmende Wasser. Am äußeren Ende der Zentrierstreben 42 ist ein Zentrieraußenring 43 befestigt. Der Zentrieraußenring 43 ist vorzugsweise einstückig mit den Zentrierstreben 42 verbunden. An dem Zentrieraußenring 43 ist eine radial nach außen ausgerichtete vordere Gehäusewand 44 befestigt, insbesondere einstückig angeformt. Die vordere Gehäusewand 44 reicht in ihrem äußeren Durchmesser bis zu dem Gehäusedeckel 68, an dessen Stirnfläche sie anliegt. In der Gehäusewand 44 sind Montagebohrungen 44.1 vorgesehen. Die Montagebohrungen 44.1 sind deckungsgleich zu den Gewindeaufnahmen 68.1 des Gehäusedeckels 68 angeordnet. Die Gehäusewand 44 und der Gehäusedeckel 68 sind mit durch die Montagebohrungen 44.1 geführten und in die Gewindeaufnahmen 68.1 eingeschraubten Schrauben 116 fest verbunden. An der Außenfläche des Zentrieraußenrings 43 ist eine Rastnase 43.1 angeformt. Die Rastnase 43.1 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als umlaufend zu dem Zentrieraußenring 43 angeformter Wulst ausgeführt. Es können jedoch auch um den Zentrieraußenring 43 beabstandet angeordnete, halbkugelförmige Rastnasen 43.1 vorgesehen sein. Die Zentriervorrichtung 40 ist mit ihrem Zentrieraußenring 43 in den durch die Strömungskanalhalbschalen 23, 24 gebildeten Strömungskanal 20 eingeschoben. Dabei ist der Zentrieraußenring 43 so weit in den Strömungskanal 20 eingeführt, bis die Strömungskanalhalbschalen 23, 24 endseitig an die vordere Gehäusewand 44 anstoßen oder unmittelbar davor angeordnet sind. In dieser Position rastet die Rastnase 43.1 in eine umlaufend in die Strömungskanalhalbschalen 23, 24 eingebrachte Rastaufnahme ein. Die Zentriervorrichtung 40 ist so fest in dem Strömungskanal 20 verankert.
Nach innen gerichtet ist an der Basis 41 der Zentriervorrichtung 40 das erste Lagergehäuse 45 angeformt. Das erste Lagergehäuse 45 ist über einen ersten Abdichtbereich 45.1 am der Strömung des Wassers entgegen gerichteten Ende der Basis 41 angebracht. Das erste Lagergehäuse 45 weist eine topfförmige Kontur auf, wobei die Verbindung zur Basis 41 am Topfrand erfolgt. Das erste Lagergehäuse 45 ist in Strömungsrichtung des Wassers ausgerichtet in dem durch die Basis 41 gebildeten Hohlraum angeordnet. Der Zwischenraum zwischen dem ersten Lagergehäuse 45 und der Basis 41 ist durch eine Vergussmasse 47 ausgefüllt. Somit kann sich in diesem Bereich kein Wasser ansammeln. Die Anströmkappe 30 ist im ersten Abdichtbereich 45.1 auf die Basis 41 aufgesteckt.
Durch den Gehäusedeckel 68, die hintere Gehäusewand 67 und die vordere Gehäusewand 44 ist ein Motorgehäuse 117 des Elektromotors 110 gebildet. Zum Strömungskanal 20 hin ist das Motorgehäuse 117 durch den Statoraußenring 66, den Propellerring 55 sowie den Zentrieraußenring 43 abgegrenzt. Das Motorgehäuse 117 ist somit radial außerhalb des durch den Durchmesser des Strömungskanals 20 vorgegebenen Strömungsquerschnitts des in dem Strömungskanal 20 fließenden Wassers angeordnet. Der radial außen liegende Bereich des Motorgehäuses 117 ist durch einen Statorgehäusedeckel 113.1 abgetrennt. Der abgetrennte Bereich bildet ein Statorgehäuse 113. In dem Statorgehäuse 113 ist der Motorstator 111 des Elektromotors 110 angeordnet. Der Motorstator 111 ist aus einer vorgegebenen Anzahl an Elektromagneten gebildet. Diese sind in vorgegebenen regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen113 entlang des ringförmigen Statorgehäuses 113 angeordnet. Jedem Elektromagnet ist zumindest eine Spule 111.1 zugeordnet. Vorteilhaft sind die Hohlräume des Statorgehäuses 113 mit einer Vergussmasse vergossen. Der Motorstator 111 ist somit in der Vergussmasse eingegossen.
Innerhalb des Motorgehäuses 117 ist durch den Propellerring 55, die Rotorgehäuse- Vorderwand 56 und einen Rotorgehäusedeckel 114.1 ein Rotorgehäuse 114 gebildet. Der Rotorgehäusedeckel 114.1 ist radial nach außen beabstandet zu dem Propellerring 55 angeordnet. An einer Seite stößt der Rotorgehäusedeckel 114.1 an die Rotorgehäuse-Vorderwand 56 an. Innerhalb des Rotorgehäuses 114 ist der Rotor 112 des Elektromotors 110 befestigt. Der Rotor 114 ist durch eine vorgegebene Anzahl an Permanentmagneten 112.1 gebildet. Diese sind in vorgegebenen regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen113 entlang des ringförmigen Rotorgehäuses 114 angeordnet. Der Rotor 114 beziehungsweise die Permanentmagnete 112.1 sind in eine in das Rotorgehäuse 114 eingebrachte Vergussmasse eingegossen. Dadurch sind der Rotor 114 beziehungsweise die Permanentmagnete 112.1 mit dem Rotorgehäuse 114 verbunden. Der Rotorgehäusedeckel 114.1 ist ebenfalls mit der Vergussmasse fixiert. Zwischen dem Statorgehäusedeckel 113.1 und dem Rotorgehäusedeckel 114.1 ist ein Luftspalt 115 ausgebildet.
Der Elektromotor 110 entspricht in seiner Bauform einem Ring- oder Torquemotor. Der Elektromotor 110 ist dabei als Innenläufe ausgeführt. Da der Rotor 112 radial weit beabstandet zu der Drehachse des Elektromotors 1 0 angeordnet ist, kann durch diese Bauform ein hohes Drehmoment erzeugt und auf den Propeller 50 übertragen werden. Weiterhin kann das Drehmoment durch eine hohe Polpaarzahl mit entsprechend vielen Elektromagneten und Permanentmagneten 112.1 erhöht werden. Somit können schnelle Änderungen der Drehzahl des Propellers 50 und damit schnelle und dynamische Änderungen der Geschwindigkeit der Schwimm- und Tauchhilfe 10 erreicht werden. Das Motorgehäuse 117 liegt vorteilhaft außerhalb des durch den Strömungskanal 20 und den Durchmesser der Propellerflügel 54 festgelegten Strömungsquerschnitts des Wassers. Dadurch wird der verfügbare Strömungsquerschnitt durch den Elektromotor 110 mit den bereits beschriebenen Vorteilen nicht verringert.
Das Motorgehäuse 117 ist nicht gegenüber dem Strömungskanal 20 abgedichtet. Zwischen dem Propellerring 55 und dem Statoraußenring 66 bzw. dem Zentrieraußenring 43 ist jeweils ein Spalt ausgebildet, durch den Wasser in das Motorgehäuse 117 einströmen kann. Der Motorstator 111 und der Rotor 112 sind innerhalb des Statorgehäuses 113 bzw. des Rotorgehäuses 114 gegenüber dem einströmenden Wasser abgedichtet. Durch das vorbeiströmende Wasser wird die Verlustwärme des Elektromotors 110 effizient abgeführt. Dies führt zu einem hohen Wirkungsgrad des Elektromotors 110. Der Motorstator 111 bzw. der Rotor 112 sind insbesondere durch die jeweils vorgesehene Vergussmasse vor dem eindringenden Wasser geschützt. Die Vergussmasse bildet ebenfalls eine thermische Brücke mit guten Wärmeleiteigenschaften, so dass die Verlustenergie des Elektromotors 110 über die Vergussmasse effizient an das umgebende Wasser abgegeben werden kann.
Die Welle 90 ist vorteilhaft beidseitig des Propellers 50 gelagert. Dadurch können hohe auf den Propeller 50 durch das vorbeiströmende Wasser übertragene Querkräfte sicher abgefangen werden. Ein Verbiegen der Welle 90 oder Schwingungen der Welle 90 und des Propellers 50 können vermieden werden. Dadurch kann der zwischen dem Motorstator 111 und dem Rotor 112 ausgebildete Luftspalt 115 konstant gehalten werden. Dies führt zu einer hohen Laufruhe. Weiterhin wird die Antriebskraft nicht durch schwankende Breiten des Luftspalts 115 beeinflusst. Eine Kollision des Rotorgehäuses 114 mit dem Statorgehäuse 113 wird sicher vermieden.
Dadurch, dass die Welle 90 als Hohlwelle ausgeführt ist, kann Gewicht eingespart werden, ohne dass die Steifigkeit der Welle 90 wesentlich beeinflusst wird. Ein geringes Gewicht ist für ein tragbares Wassersportgerät wie die vorliegende Schwimm- und Tauchhilfe ein wesentlicher Vorteil. Das Gewicht wird weiterhin dadurch reduziert, dass die Welle aus einem kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) besteht.
CFK bietet gegenüber herkömmlich zur Herstellung von Wellen 90 verwendeten Materialien, wie beispielsweise Stahl, den Vorteil eines deutlich reduzierten Gewichts bei gleichzeitig sehr hoher Steifigkeit. Im Vergleich zu Stahl neigt eine aus CFK hergestellte Welle 90 deutlich weniger zur Schwingungen, was zu einem verbesserten Rundlauf und zu einer geringeren Geräuschentwicklung führt. Weiterhin führen das geringere Gewicht und die reduzierte Schwingung zu einer Reduzierung der Belastung der Lager 101 , 104, mit welchen die Welle 90 um ihre Mittellängsachse drehbar gelagert ist, wodurch der Verschleiß der Lager 101 , 104 reduziert und damit deren Standzeit erhöht wird. Die träge Masse der Welle 90 aus CFK ist gegenüber einer Welle 90 aus Stahl deutlich reduziert, wodurch sich eine höhere Dynamik bei gewünschten Änderungen der Drehzahl der Welle 90 und damit des Propellers 50 ergibt. Gleichzeitig sinkt der Energieverbrauch zum Beschleunigen der Welle 90 mit dem Propeller 50, was zu einer Verlängerung der Betriebsdauer der durch Akkumulatoren mit Energie versorgten Schwimm- und Tauchhilfe 10 führt.
Um die Steifigkeit der Welle 90 zu erhöhen ist kann sie mehrschichtig aufgebaut sein. Einer inneren Schicht, in der Kohlenstofffasermatten mit unterschiedlicher Orientierung der Kohlenstofffasern innerhalb der Kunststoffmatrix angeordnet sind, folgt eine Schicht mit ausgerichteten Kohlenstofffasern. Diese sind vorzugsweise als hochmodulige Kohlenstofffasern, welche in Faserrichtung einen sehr hohen E-Modul von beispielsweise >400.000N/mm2 aufweisen, ausgeführt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die hochmoduligen Kohlenstofffasern im Wesentlichen in Richtung der Längserstreckung der Welle 90 ausgerichtet, um so die Zugfestigkeit und Biegesteifigkeit der Welle 90 zu erhöhen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch eine CFK-Schicht mit quer zur Längserstreckung der Welle 90 angeordneten hochmoduligen Kohlenstofffasern vorgesehen sein. In dieser Anordnung erhöhen die zusätzlichen Kohlenstofffasern die Torsionssteifigkeit der Welle 90.
Die Oberfläche der Welle 90 ist bereichsweise überdreht, geschliffen oder poliert. Durch diese Nachbehandlungsschritte wird eine exakte rotationssymmetrische Kontur der Welle 90 erhalten, was zu einem guten Rundlauf führt. Risse in der Oberfläche werden entfernt und damit Kerbspannungen, welche sich bei mechanischer Belastung an den Rissenden ausbilden, vermieden oder zumindest reduziert. Dadurch sinkt die Bruchwahrscheinlichkeit der Welle 90 und ihre Belastbarkeit steigt. Um zu vermeiden, dass die Kohlenstofffasern bei der Nachbearbeitung verletzt werden, weist die Welle außen eine abschließende Kunststoffschicht auf, welche keine Kohlenstofffasern enthält.
Durch die zum Teil quer und zum Teil parallel zur Mittellängsachse der Welle 90 ausgerichteten Propeller-Verstrebungen 53 wird eine steife und hoch belastbare Verbindung zwischen dem Innenzylinder 51 und dem Basisteil 52 des Propellers 50 erreicht.
Der Innenzylinder 51 , die Propeller-Verstrebungen 53, das Basisteil 52, die Propellerflügel 54, der Propellerring 55 und die Rotorgehäuse-Vorderwand 56 stellen vorzugsweise ein einstückiges Bauteil dar. Dieses kann beispielsweise aus Kunststoff gefertigt sein. Der Propeller 50 mit den zugehörigen Baugruppen kann so kostengünstig in einem Fertigungsschritt hergestellt werden.
Alternativ kann der Propeller 50 mit den zugehörigen Baugruppen Innenzylinder 51 , Propeller-Verstrebungen 53, Basisteil 52, Propellerflügel 54, Propellerring 55 und Rotorgehäuse-Vorderwand 56 vollständig oder teilweise aus Metall gefertigt sein.
Die Zentriervorrichtung 40 und der Strömungsstator 60 sind fest mit dem Strömungskanal 20 verbunden. Dadurch ist auch die Lage des vorderen und des zweiten Lagergehäuses 45, 63 und damit die Position der Lager 101 , 104 der Welle 90 fest vorgegeben und fixiert. Dadurch ist eine korrekte Positionierung des Propellers 50 innerhalb des Strömungskanals 20 sichergestellt. Durch den festen Verbund zwischen der Zentriervorrichtung 40, dem Propeller 50 und dem Strömungsstator 60 sowie dem darin ausgebildeten Motorgehäuse 117 mit dem Statorgehäuse 113 und dem Rotorgehäuse 114 sind die beweglichen Teile der Unterwasser-Antriebs-Einheit fest gegeneinander ausgerichtet. Einwirkende Erschütterungen und Stöße, wie sie im regulären Betrieb der Schwimm- und Tauchhilfe 10 häufig vorkommen, können so kompensiert werden. Insbesondere können geringe Abstände zwischen beweglichen und festen Bauteilen vorgesehen werden. So kann insbesondere der Luftspalt 115 zwischen dem Rotor 112 und dem Motorstator 111 schmal ausgeführt werden, was zu einer hohen Kraftübertragung und zu einem hohen Wirkungsgrad des Elektromotors 110 führt.
Figur 6 zeigt einen Ausschnitt der in Figur 4 gezeigten Schnittdarstellung in einem vorderen Lagerbereich.
Das vordere Lagerbereich ist von dem ersten Lagergehäuse 45 umfasst. Das erste Lagergehäuse 45 ist einstückig an die Basis 41 der Zentriervorrichtung 40 angeformt. Ausgehend von dem zur Anströmkappe 30 hin ausgerichteten ersten Abdichtbereich 45.1 folgt ein zylindrischer, in den Innenraum der Basis 41 führender Abschnitt 45.3. An den zylindrischen Abschnitt 45.3 schließt sich ein vorderer Lagerhalter 46 mit gegenüber dem zylindrischen Abschnitt 45.3 leicht reduziertem Durchmesser an. Durch eine anschließende weitere Verringerung des Durchmessers des ersten Lagergehäuses 45 ist ein zweiter Abdichtbereich 45.2 ausgebildet. An den zweiten Abdichtbereich 45.2 ist eine radial nach innen ausgerichtete erste Anlage 48 angeformt.
Die Welle 90 ist mit ihrem vorderen Wellenlagerabschnitt 93 von der Seite des zweiten Abdichtbereichs 45.2 in das erste Lagergehäuse 45 eingeführt. An der Welle 90 ist umlaufend ein Propelleranschlag 92 angeformt, an der der Innenzylinder 51 des Propellers 50 anliegt. Endseitig ist der Durchmesser des vorderen Welienlagerabschnitts 93 der Welle 90 reduziert. Auf diesen in seinem Durchmesser reduzierten Bereich ist ein Lagersitz 95 befestigt. Der Lagersitz 95 ist aus Metall gefertigt und insbesondere durch Kleben mit der Welle 90 verbunden. Zur Welle 90 hin weist der Lagersitz 95 einen radial nach außen vorstehenden Lageranschlag 95.1 auf.
Auf den Lagersitz 95 ist ein vorderes Lager 101 aufgeschoben. Das vordere Lager 101 ist als Schrägkugellager ausgeführt. Es liegt mit seinem Innenring an dem Lageranschlag 95.1 des Lagersitzes 95 an. Der Außenring des vorderen Lagers 101 liegt mit seiner Außenfläche an dem vorderen Lagerhalter 46 des ersten Lagergehäuses 45 an. Der Außenring des vorderen Lagers 101 ist durch die Sicherungsmutter 100 gehalten, welche innen in dem zylindrischen Abschnitt des ersten Lagergehäuses 45 festgelegt ist. Dazu liegt der Außenring an einem an die Sicherungsmutter 100 angeformten ersten Außenring-Gegenlager 101.1 an.
Im dem zweiten Abdichtbereich 45.2 des ersten Lagergehäuses 45 ist ein vorderer Radialdichtbereich 102 ausgebildet. Dazu ist zwischen dem zweiten Abdichtbereich 45.2 und dem vorderen Wellenlagerabschnitt 93 der Welle 90 ist ein vorderer Radialwellendichtring 102.1 angeordnet. Zum Propeller 50 hin ist der vordere Radialwellendichtring 102.1 von der nach innen stehenden ersten Anlage 48 des Lagergehäuses 45 gehalten. Gegenüberliegend ist der vordere Radialwellendichtring
102.1 durch einen ersten Sicherungsring 102.2 gehalten. Der erste Sicherungsring
102.2 ist in eine Nut im ersten Lagergehäuse 45 eingeklemmt ist.
Die Anströmkappe 30 weist zum ersten Lagergehäuse 45 hin einen Anschlussstutzen 32 auf. In dem Anschlussstutzen 32 sind Dichtringaufnahmen 33 eingebracht. In den Dichtringaufnahmen 33 sind Dichtringe 120, 121 eingelegt. Die Anströmkappe 30 ist mit dem Anschlussstutzen 32 in den ersten Abdichtbereich 45.1 der Zentriervorrichtung 40 eingesteckt. Dabei verhindern die Dichtringe 120, 121 , dass Wasser aus dem Strömungskanal 20 in den Innenraum der Anströmkappe 30 und das erste Lagergehäuse 45 gelangt.
Durch das vordere Lager 101 ist die Welle 90 an ihrem vorderen Wellenlagerabschnitt 93 leicht drehbar gelagert. Durch den Lagersitz 95 mit dem Lageranschlag 95.1 , die Sicherungsmutter 100 mit dem ersten Außenring- Gegenlager 100.1 und den vorderen Lagerhalter 46 ist das vordere Lager 101 sicher gehalten. Die Sicherungsmutter 100 erlaubt dabei ein Einstellen des Spiels, mit dem das vordere Lager 101 axial gehalten ist. Zur Welle 90 hin ist der Bereich des vorderen Lagers 101 durch den vorderen Radialwellendichtring abgedichtet. Auf der Seite der Anströmkappe 30 erfolgt die Abdichtung zwischen dem ersten Abdichtbereich 45.1 der Zentriervorrichtung 40 und dem Anschlussstutzen 32 der Anströmkappe 30 durch die dort angeordneten Dichtringe 120, 121. Das vordere Lager 101 ist somit vor eindringender Feuchtigkeit geschützt. Zusätzlich sind die Hohlräume in der Welle 90 und dem vorderen Lager 101 mit Fett gefüllt und somit zusätzlich vor Feuchtigkeit geschützt.
Die Rückstoßkraft des Wassers wird über den Propeller 50 von dem Innenzylinder 51 des Propellers 50 auf die Welle 90 übertragen. Die Welle 90 überträgt diese Kraft über den Lagersitz 95 auf den Innenring des vorderen Lagers 101. Innerhalb dieses als Schrägkugellager ausgeführten vorderen Lagers 101 wird die Kraft über die Lagerkugeln auf den Außenring des vorderen Lagers 101 übertragen. Von dort erfolgt der Krafteintrag über die Sicherungsmutter 100 auf die Zentriervorrichtung 40 und von dort auf den Strömungskanal 20 und den Fahrzeugrumpf 11 der Schwimm- und Tauchhilfe 10.
Der aus Metall gefertigte Lagersitz 95 verhindert, dass die Oberfläche der aus CFK gefertigten Welle 90 bei den hohen zu übertragenden Kräften beschädigt wird.
Figur 7 zeigt einen Ausschnitt der in Figur 4 gezeigten Schnittdarstellung in einem hinteren Lagerbereich.
Das zweite Lagergehäuse 63 ist an das Verbindungselement 62 des Strömungsstators 60 angeformt. Ausgehend von seinem dem Heck 11.5 der Schwimm- und Tauchhilfe 10 zugewandten Ende ist das zweite Lagergehäuse 63 durch einen vierten Abdichtbereich 63.2, einen hinteren Lagerhalter 64, einen dritten Abdichtbereich 63.2 und eine zweite Anlage 63.3 gebildet.
Der vierte Abdichtbereich 63.2 und der hintere Lagerhalter 64 bilden einen die Drehachse der Welle 90 radial umlaufenden Bereich des zweiten Lagergehäuses 63. Der dritte Abdichtbereich 63.1 ist dazu in seinem Durchmesser reduziert. Die zweite Anlage 63.3 ist radial nach innen ausgerichtet an das Ende des dritten Abdichtbereichs 63.1 angeformt.
Die Welle 90 ist mit ihrem hinteren Wellenlagerabschnitt 94 durch den dritten Abdichtbereich 63.1 in das zweite Lagergehäuse 63 eingeführt. Zwischen dem dritten Abdichtbereich 63.1 und der Welle 90 ist ein hinterer Radialwellendichtnng 103.1 angeordnet. Der hintere Radialwellendichtring 103.1 ist zum Propeller 50 hin von der radial vorstehenden zweiten Anlage 63.3 des Lagergehäuses 63 und gegenüberliegend durch einen zweiten Sicherungsring 106 in seiner axialen Position gehalten. Durch den Radialwellendichtring 103.1 , die Welle 90 und den dritten Abdichtbereich 63.1 ist ein hinterer Radialdichtbereich 103 gebildet.
Das hintere Lager 104 ist zwischen dem hinteren Wellenlagerabschnitt 94 und dem hinteren Lagerhalter 64 des zweiten Lagergehäuses 63 angeordnet. Dabei liegt das hintere Lager 104 mit seinem Innenring an dem hinteren Wellenlagerabschnitt 94 und mit seinem Außenring an dem hinteren Lagerhalter 64 an. Das hintere Lager 104 ist als einreihiges Rillenkugellager ausgeführt. Zum Heck 11.5 der Schwimm- und Tauchhilfe 10 hin ist das hintere Lager 104 durch einen hinteren Lagerhaltering 105 axial gehalten. Dazu ist an dem hinteren Lagerhaltering 105 ein zum hinteren Lager 104 hin ausgerichtetes zweites Außenring-Gegenlager 105.1 angeformt. Der Außenring des hinteren Lagers 104 liegt an diesem Außenring-Gegenlager 105.1 an.
Der äußere Umfang des hinteren Lagerhalterings 105 ist durch einen ringförmigen Positionierabschnitt 105.2 gebildet, der an der Innenfläche des vierten Abdichtbereichs 63.2 des zweiten Lagergehäuses 63 anliegt. Zwischen dem ringförmigen Positionierabschnitt 105.2 und dem vierten Abdichtbereich 63.2 sind zwei Dichtringe 124, 125 angeordnet. Die Dichtringe 124, 125 sind dazu in Nuten, welche in den vierten Abdichtbereich 63.2 eingebracht sind, eingelegt. Der hintere Lagerhaltering 105 ist in den vierten Abdichtbereich 63.2 eingesteckt. Im Anschluss an den hinteren Lagerhaltering 105 ist ein dritter Sicherungsring 107 vorgesehen. Der hintere Lagerhaltering 105 ist damit in seiner Position gehalten.
Durch den hinteren Radialwellendichtring 103.1 wird verhindert, dass Wasser entlang der Welle 90 in das zweite Lagergehäuse 63 eindringt. Durch den hinteren Lagerhaltering 105 und die umlaufenden Dichtringe 124, 125 ist das zweite Lagergehäuse 63 ebenfalls abgedichtet. Das hintere Lager 104 ist somit vor Feuchtigkeit geschützt. Zusätzlich sind die Hohlräume in der Welle und im Bereich des hinteren Lagers 104 mit Fett gefüllt und somit zusätzlich vor Feuchtigkeit geschützt.
Zur Montage wird die Welle 90 in das zweite Lagergehäuse 63 eingeführt, der hintere Radialwellendichtring 103.1 aufgesteckt und mit dem zweiten Sicherungsring 106 gesichert. Anschließend wird das hintere Lager 104 aufgesteckt und der hintere Lagerhaltering eingeschoben. Zuletzt wird der dritte Sicherungsring 107 in die vorgesehen Nut eingeklemmt. Der Lagerbereich ist somit leicht zu montieren. Durch den eingesteckten hinteren Lagerhaltering 105 kann das hintere Lager 104 und der hintere Radialwellendichtring 103.1 zu Wartungszwecken leicht erreicht werden.

Claims

Ansprüche
1. Schwimm- und Tauchhilfe (10) mit einem Fahrzeugrumpf (11), auf dem sich ein Benutzer auflegt oder aufstellt, mit einem in dem Fahrzeugrumpf (11) angeordneten Strömungskanal (20), in dem ein von einem Elektromotor (10) angetriebener Propeller (50) mit radial nach außen gerichteten an einem Basisteil (52) des Propellers (50) angebrachten Propellerflügeln (54), wobei der Elektromotor (10) einen fest angeordneten Motorstator (111) und einen sich drehenden Rotor (112), der dem Motorstator (111) räumlich zugeordnet ist, aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Rotor (112) des Elektromotors (10) mittelbar oder unmittelbar an zumindest ein äußeres Ende zumindest eines Propellerflügels (54) angekoppelt ist und dass der Motorstator (111) zumindest bereichsweise umlaufend um dem Rotor angeordnet ist.
2. Schwimm- und Tauchhilfe (10) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die äußeren Enden zumindest eines Teils der Propellerflügel (54) mit einem Propellerring (56) verbunden sind und dass der Rotor (112) auf dem Propellerring (56) angeordnet ist und/oder dass die äußeren Enden zumindest eines Teils der Propellerflügel (54) mit einem ringförmigen Rotorgehäuse (114) verbunden sind und dass der Rotor (112) in dem Rotorgehäuse (114) angeordnet ist.
3. Schwimm- und Tauchhilfe (10) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Propellerring (56) und/oder das Rotorgehäuse (114) einstückig an dem Propeller (50) angeformt sind.
4. Schwimm- und Tauchhilfe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass der Rotor (112) eine Vielzahl von in Drehrichtung des Rotors (112) angeordneten Permanentmagneten (112.1) aufweist und/oder dass der Motorstator (111) eine Vielzahl von umlaufend der Kreisbahn, auf der sich der Rotor (112) bewegt, angeordneten Elektromagneten (111.1) aufweist.
5. Schwimm- und Tauchhilfe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Strömungsrichtung des Wassers nach dem Propeller (50) ein Strömungsstator (60) mit Statorflügeln (65) angeordnet ist, dass der Strömungsstator (60) über die Statorflügel (65) mittelbar oder unmittelbar an der Wandung des Strömungskanals (20) festgelegt ist und/oder dass mittelbar oder unmittelbar mit den äußeren Enden zumindest eines Teils der Statorflügel (65) ein Statorgehäuse (113) zur Aufnahme des Motorstators (111) verbunden ist.
6. Schwimm- und Tauchhilfe (10) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Statorgehäuse (113) des Elektromotors (110) einstückig an dem Strömungsstator (60) angeformt ist.
7. Schwimm- und Tauchhilfe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Rotor (112) und/oder der Motorstator (111) in einer seitlichen Ausnehmung des Strömungskanals (20) angeordnet sind.
8. Schwimm- und Tauchhilfe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Propeller (50) axial an einer innerhalb des Strömungskanals (20) angeordneten, drehbar gelagerten Welle (90) befestigt ist.
9. Schwimm- und Tauchhilfe (10) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (90) als Hohlwelle ausgeführt ist und/oder dass die Welle (90) aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff gefertigt ist.
10. Schwimm- und Tauchhilfe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Strömungsrichtung des in dem Strömungskanal (20) fließenden Wassers vor dem Propeller (50) eine Zentriervorrichtung (40) mit einer Basis (41) und daran angebrachten Zentrierstreben (42) angeordnet ist und dass die Zentriervorrichtung (40) über die Zentrierstreben (42) mittelbar oder unmittelbar an der Wandung des Strömungskanals (20) festgelegt ist.
11. Schwimm- und Tauchhilfe (10) nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass an der Zentriervorrichtung (40) und an dem Strömungsstator (60) jeweils ein Lager (101 , 104) angeordnet ist, in denen die Welle (90) gelagert ist.
12. Schwimm- und Tauchhilfe (10) nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass innerhalb der Basis (41) der Zentriervorrichtung (40) ein erstes Lagergehäuse (45) ausgebildet ist, dass in dem ersten Lagergehäuse (45) das vordere Lager (101) gehalten ist und dass das erste Lagergehäuse (45) mit einer abnehmbaren Anströmkappe (30) wasserdicht gegenüber dem Strömungskanal (20) verschlossen ist.
13. Schwimm- und Tauchhilfe (10) Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass innerhalb der Statorbasis (61) des Strömungsstators (60) ein weiteres Lagergehäuse (63) ausgebildet ist, dass in dem weiteren Lagergehäuse (63) das hintere Lager (101) gehalten ist und dass das weitere Lagergehäuse (63) mit einem abnehmbaren Lagerhaltering (105) wasserdicht verschlossen ist.
14. Schwimm- und Tauchhilfe (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Propeller (50) abgewandten Seite des Strömungsstators (60) ein Eingreifschutz (70) mit daran angeformten Eingreifschutz-Streben (72) angeordnet ist, dass die Eingreifschutz-Streben (72) mittelbar oder unmittelbar an der Wandung des Strömungskanals (20) festgelegt sind und dass vorzugsweise ein Basiskörper (71) des Eingreifschutzes (70) mit dem Strömungsstator (60) verbunden ist.
15. Schwimm- und Tauchhilfe (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest aus dem Elektromotor (110) mit +dem Rotorgehäuse (114) und dem Statorgehäuse (113), der Zentriervorrichtung (40), der Anströmkappe (30), dem Strömungsstator (60) und dem Propeller (50) mit der Welle (90) und den Lagern (101 , 104) eine Unterwasser-Antriebs-Einheit gebildet ist.
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