WO2017157889A1 - Vortriebsvorrichtung für taucher und schwimmer - Google Patents

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WO2017157889A1
WO2017157889A1 PCT/EP2017/055914 EP2017055914W WO2017157889A1 WO 2017157889 A1 WO2017157889 A1 WO 2017157889A1 EP 2017055914 W EP2017055914 W EP 2017055914W WO 2017157889 A1 WO2017157889 A1 WO 2017157889A1
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propulsion device
diver
drives
cooling
electric motors
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PCT/EP2017/055914
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Inventor
Arne GROSSE AUSTING
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Maraneo Gmbh
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    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B35/00—Swimming framework with driving mechanisms operated by the swimmer or by a motor
    • A63B35/08—Swimming framework with driving mechanisms operated by the swimmer or by a motor with propeller propulsion
    • A63B35/12—Swimming framework with driving mechanisms operated by the swimmer or by a motor with propeller propulsion operated by a motor
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    • A63B31/00—Swimming aids
    • A63B31/08—Swim fins, flippers or other swimming aids held by, or attachable to, the hands, arms, feet or legs
    • A63B31/12—Swim fins, flippers or other swimming aids held by, or attachable to, the hands, arms, feet or legs held by, or attachable to, the arms or legs
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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C11/00—Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
    • B63C11/46—Divers' sleds or like craft, i.e. craft on which man in diving-suit rides
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    • A63B2208/00—Characteristics or parameters related to the user or player
    • A63B2208/03—Characteristics or parameters related to the user or player the user being in water

Definitions

  • the invention relates to a propulsion device, in particular underwater propulsion device, for divers and Schwinnnner with one or more drives, which have electric motors, and means for fixing the drives on the legs or arms of the diver or swimmer.
  • a propulsion device for divers and Schwinnnner with one or more drives, which have electric motors, and means for fixing the drives on the legs or arms of the diver or swimmer.
  • DUV diver propulsion vehicle
  • These have basically proven themselves, but the diver is severely limited in his flexibility, since he can no longer use the arms and hands freely, for example, to communicate with other divers, air in the BCD (jacket) on or leave, holding a dive light, operating the dive computer, taking photographs or grabbing objects underwater.
  • underwater propulsion devices have already been proposed which are attached to the legs, in particular to the diver's upper leg or lower leg, for example in US Pat. No. 6,823,813 B2 or US Pat. No. 8,567,336 B1.
  • the drives of scooters or underwater propulsion devices require a relatively high torque at relatively low speeds, which is due to the hydrodynamic requirements for the efficient operation of the propeller.
  • conventional submersible scooters therefore permanently energized synchronous motors are typically used, in particular internal rotor motors with reduction gear.
  • Partial internal rotor motors without gear are known, but require a larger space at the same torque.
  • the outer stator is often connected via the outer jacket surface thermally conductive to the inner wall of the housing. Since the housing is continuously surrounded by water and the housing of the drive is relatively large, a sufficient cooling effect is achieved. The inner rotor of the electric motor undergoes cooling only by heat convection and radiation.
  • the object was to provide a propulsion device available, which can be attached to the legs or arms of a diver or float and has sufficient cooling at high power of the drive, without the disadvantages described above State of the art show.
  • a propulsion device for divers and swimmers with one or more drives that have electric motors, and means for fixing the drives to the legs or arms of the diver or float, the electric motors have a sump cooling, the electric motors in watertight Housings are arranged and each waterproof housing is only partially filled with a cooling liquid.
  • sump cooling is used for the electric motors.
  • a waterproof housing in which the electric motor is filled only to a certain level with a cooling liquid.
  • the level should be selected so that when the engine is stopped, the rotor is approximately halfway in the cooling sump, ie surrounded by coolant.
  • the bearings should also be wetted by the coolant.
  • a surge tank is dispensable. Since only a partial filling of the housing is present with coolant, a relatively large static buoyancy is still given. The level is chosen so that the most effective heat dissipation is ensured with the lowest possible friction losses.
  • the components of the electric motor are not exposed to contact with highly corrosive salt water, as is the case with electric motors through which the surrounding water flows. Also, a special protection of the components by appropriate sheathing or coating is unnecessary. Finally, it can be dispensed with the use of compared to conventional bearings higher friction having water lubricated plain bearings.
  • the cooling liquid is distributed so well by the movement of the rotor, that in general can be dispensed with a separate means for distribution or spraying of the cooling liquid.
  • the invention thus also relates in particular to propulsion devices with electric motors without such a device for distributing or spraying the coolant.
  • a cooling liquid circuit, a circulating pump, other pumps for conveying cooling liquid or the like can be dispensed with.
  • the propulsion device In general, in addition to a gearbox, in conventional scooters typically a reduction gear can be dispensed with. Since unwanted vibrations occur in an engine with a transmission, the propulsion device according to the invention operates without a transmission particularly quiet.
  • an electrically non-conductive cooling liquid should preferably be used. Accordingly, additional insulation of the components of Electric motor not required.
  • the cooling fluid may include antifreeze and / or corrosion inhibitors to improve the durability of the electric motor.
  • Particularly advantageous is the use of a low-viscosity transformer oil with good tribological properties in the entire relevant temperature range between about 0 and 60 ° C.
  • the use of a low-viscosity coolant prevents the air gap between the rotor and the stator from becoming "sticky.”
  • the coolant should be ecologically compatible (water hazard class 1 in accordance with German water legislation) in order to prevent any water hazard in the event of a leak.
  • the cooling liquid can remain in the housing when the electric motor is not in use, without this having a negative effect on the functionality of the electric motor.
  • a separate drain or a reservoir for cooling liquid is therefore unnecessary. This significantly simplifies the construction of the electric motor.
  • this ensures and by dispensing with separate facilities for distribution / spraying of the cooling liquid and by dispensing with a coolant circuit that the electric motor always works equally well regardless of its orientation in any position.
  • the propulsion device is an underwater propulsion device, which is often referred to as a submersible scooter, conventional scooter usually have a different shape. With the underwater propulsion device according to the invention, a diver can move faster and less fatigued underwater.
  • the propulsion device can also be used on the water surface, for example, by swimmers and snorkelers.
  • the drives of the propulsion device typically have at least one propeller that generates propulsion in the direction of movement of the diver or float.
  • the rotation of the rotor of the electric motor is on the Propeller transferred. Since usually no gear between electric motor and propeller is provided, the propeller can sit directly on the shaft of the electric motor.
  • the propeller also ensures a certain water flow around the housing, which provides additional cooling and heat dissipation.
  • the electric motors used are external rotor motors.
  • An external rotor is particularly well suited to distribute the coolant within the housing and thus provide effective cooling.
  • the cooling liquid is moved by the rotation of the rotor circumferentially along the housing wall, which is associated with a significant heat dissipation.
  • the distribution of the cooling liquid is particularly good, separate facilities for distribution or spraying of the cooling liquid can be dispensed with as a rule.
  • External rotor motors allow for the same size higher torques. Accordingly, a high power density and thus a rapid propulsion can be brought about.
  • according to the invention can be dispensed with the additional use of a reduction gear, as it is usually necessary when using conventional internal rotor motors in scooters.
  • the propulsion device has a separate from the drives battery housing, in which batteries, typically rechargeable batteries are located.
  • the separate location of the batteries keeps the size of the housings for the drives, which are directly attached to the arms or legs of the diver or float, within acceptable limits.
  • the battery case can be worn by freedivers, for example, on the back like a backpack. In the case of scuba divers, the battery case can also be carried on the back, in front, to the side or behind the diver's bottle (compressed air cylinder). In particular, the battery case can also be attached to the diver bottle.
  • the Battery housing has appropriate means for fixing on the back / on the diver bottle, such as an adapter.
  • the weight is better distributed on land and made portable for the diver / swimmer.
  • a better water position is achieved than for example when placing the batteries on the belt; the center of gravity is placed more in the middle of the body.
  • a battery case attached to the back is compatible with carrying a diver bottle.
  • the separate accommodation of the batteries in a separate battery housing also has the advantage that no seal with respect to the cooling liquid containing housing is necessary for the drive.
  • the battery case can be fluidly optimized, for example, when it is streamlined attached to the back of a diver.
  • the battery housing may have the shape of a flattened tube, which is closer to the body relative to a cylindrical tube and has a lower flow resistance.
  • the propulsion device Between the individual, spatially separated components of the propulsion device must be a functional connection, which is usually made by cable or leads.
  • the battery housing which possibly also contains the control electronics, must be connected to the drives in order to supply the drives with power and to ensure regulation of the drives.
  • all cables and supply lines must be suitable for operation in the water, ie in particular be watertight.
  • the propulsion device also has a wired or wireless remote control. Since the diver or float does not hold the propulsion device directly in the hand, but the drive is usually attached to the legs, this facilitates the handling significantly.
  • the diver / float in the presence of a remote control to control the drive, the diver / float does not have to resort to the control electronics, which in some circumstances are difficult to access for him, which are usually located on his back. Likewise, a handle to the drive itself is unnecessary. In particular, the remote control of the diver / float can be held in the hand. In this way, the diver / swimmer can quickly and easily change the speed even with outstretched arms. Possibly.
  • the remote control may also include an emergency stop switch, an underwater light or other useful accessories such as a dive computer. It makes sense to connect the remote control via a cable with the control electronics, which is typically located in the battery case.
  • the propulsion device has, in particular, drives that are suitable for attachment to the thighs of the diver or swimmer and have appropriate means for fixing. Since the legs, unlike the arms, are usually stretched counter to the advancing direction, propulsion in the right direction is virtually automatically generated by fixing the drives to the legs.
  • the propellers of the drives are usually located on the foot side of the drive.
  • a determination on the thighs has the additional advantage that the connection to the battery case, which is usually done via cable, is easily possible. For example, if the thigh drives and battery case are secured to the back of the diver or float or to the diver bottle, the length of the battery case and drive connecting cables will be of an acceptable order.
  • the determination on the thigh can be done via suitable straps, which are lashed around the thigh or the legs / arms and should be easily solvable, z. B. by buckles.
  • the straps should be easy to pull tight, it is also possible to use Velcro straps as around the legs / arms looped straps.
  • Velcro straps as around the legs / arms looped straps.
  • the mounting plate / bracket can also be set via straps o. ⁇ . On leg / arm.
  • the drives may also be connected to a belt, buoyancy compensator, or other elements of the propulsion device or equipment.
  • two drives are used, which are fixed to the two legs, in particular the two thighs of the diver or swimmer.
  • additional drives for example, a further drive on the back of the diver / float or a drive which is attached to the diver bottle.
  • the underwater propulsion device according to the invention is shown in the rear view, as it is carried by a diver 1.
  • the side of the thighs, the drives 2 are mounted, wherein the means 3 for fixing the drives 2 on the thigh to the thigh laced belt with lateral support for the drive 2 include.
  • the means 3 for fixing the drives 2 on the thigh to the thigh laced belt with lateral support for the drive 2 include.
  • the lower, ie foot-side part of the drive 2 of the propeller 8 is housed.
  • the two drives 2 are each connected via cable 7 to the battery housing 6, which is supported on the back of the diver 1.
  • a backpack 9 is used.
  • Figure 2 the embodiment of Figure 1 is shown in side view. It can be seen that the backpack 9, here a freediver 1 without compressed air bottle, is designed in the manner of a backpack.
  • the actual drive 2 is shown in longitudinal section.
  • the drive 2 consists in an electric motor 4, which drives the propeller 8 for propulsion.
  • the electric motor 4 is housed in a waterproof case 5.
  • the electric motor 4 is an external rotor motor, i. H. the rotor 1 1 is located outside, while the stator 10 is housed within the rotor 1 1.
  • the rotor 1 1 is connected directly to the propeller 8, d. H. On a transmission is omitted in the present embodiment.
  • the watertight housing 5 is partially filled with a cooling liquid, which is put into a partially circulating, turbulent motion by the rotor 11 and results in wetting and cooling of all components of the electric motor 4, including the non-moving stator 10 In this way, even with very powerful electric motors 4 within a small housing 5, a sufficient cooling effect is brought about.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vortriebsvorrichtung, insbesondere Unterwasservortriebsvorrichtung, für Taucher (1) und Schwimmer mit einem oder mehreren Antrieben (2), die über Elektromotoren (4) verfügen, und Mitteln (3) zur Festlegung der Antriebe (2) an den Beinen oder Armen des Tauchers (1) oder Schwimmers, wobei die Elektromotoren (4) eine Sumpfkühlung aufweisen, die Elektromotoren (4) in wasserdichten Gehäusen (5) angeordnet sind und jedes wasserdichte Gehäuse (5) nur partiell mit einer Kühlflüssigkeit gefüllt ist. Durch das Vorsehen der Antriebe (2) an den Extremitäten des Tauchers (1) oder Schwimmers wird die Flexibilität und Beweglichkeit deutlich erhöht; gleichzeitig bewirkt das Vorsehen einer Sumpfkühlung eine Verbesserung der Wärmeabfuhr und damit eine höhere Leistungsdichte.

Description

Vortriebsvorrichtuna für Taucher und Schwinnnner Die Erfindung betrifft eine Vortriebsvorrichtung, insbesondere Unterwasservortriebsvorrichtung, für Taucher und Schwinnnner mit einem oder mehreren Antrieben, die über Elektromotoren verfügen, und Mitteln zur Festlegung der Antriebe an den Beinen oder Armen des Tauchers oder Schwimmers. Zur schnelleren und ermüdungsfreien Fortbewegung eines Tauchers unter Wasser sind aus dem Stand der Technik Tauchscooter (engl.: diver propulsion vehicle, DPV) bekannt, die in der Regel eine Torpedoform haben und vom Taucher mit den Händen gehalten werden, so dass der Tauchscooter den Taucher durch das Wasser zieht. Diese haben sich zwar grundsätzlich bewährt, der Taucher ist jedoch in seiner Flexibilität stark eingeschränkt, da er die Arme und Hände nicht mehr frei benutzen kann, beispielsweise um sich mit anderen Tauchern zu verständigen, Luft in die Tarierweste (Jacket) ein- oder auszulassen, eine Taucherlampe zu halten, den Tauchcomputer zu bedienen, zu fotografieren oder unter Wasser befindliche Gegenstände zu greifen. Aus diesem Grund wurden bereits Unterwasservortriebsvorrichtungen vorgeschlagen, die an den Beinen, insbesondere am Ober- oder Unterschenkel des Tauchers angebracht werden, beispielsweise in der US 6,823,813 B2 oder der US 8,567,336 B1 .
Die Antriebe von Tauchscootern oder Unterwasservortriebsvorrichtungen erfordern ein vergleichsweise hohes Drehmoment bei relativ geringen Drehzahlen, was sich aus den hydrodynamischen Anforderungen für den effizienten Betrieb des Propellers ergibt. Bei herkömmlichen Tauchscootern werden daher typischerweise permanent erregte Synchronmotoren verwendet, insbesondere Innenläufermotoren mit Untersetzungsgetriebe. Teilweise sind auch Innenläufermotoren ohne Getriebe bekannt, die jedoch einen größeren Bauraum bei gleichem Drehmoment benötigen.
Bei diesen Antrieben wird häufig der außen liegende Stator über die äußere Mantelfläche thermisch leitend an die Innenwandung des Gehäuses angebunden. Da das Gehäuse kontinuierlich von Wasser umspült wird und das Gehäuse des Antriebs relativ groß ist, wird eine ausreichende Kühlwirkung erzielt. Der innen liegende Rotor des Elektromotors erfährt eine Kühlung lediglich durch Wärmekonvektion und Strahlung.
Die Verwendung von Antrieben, die am Ober- oder Unterschenkel des Tauchers festgelegt werden, bringt nun das Problem mit sich, dass die zur Kühlung gegenüber dem umgebenden Wasser zur Verfügung stehende Oberfläche deutlich kleiner ist als bei herkömmlichen Tauchscootern. Entsprechend ist eine effektivere Kühlung erforderlich.
Eine Möglichkeit für eine effiziente Kühlung, allerdings bei Schiffsantrieben, die u. a. in dem deutschen Gebrauchsmuster DE 20 201 1 109 894 U1 beschrieben wird, ist ein gefluteter Elektromotor, der kontinuierlich von der umgebenden Flüssigkeit durchströmt wird. Auf diese Weise wird eine sehr gute, auch für sich innerhalb eines kleinen Gehäuses befindende Elektromotoren ausreichende Kühlwirkung erzielt. Problematisch ist in diesem Zusammenhang jedoch, dass Rotor und Stator gerade beim Tauchen im Meer kontinuierlich hoch korrosivem Salzwasser und Verunreinigungen im Wasser ausgesetzt sind. Entsprechend müssen diese Bauteile beispielsweise mit einer Polyurethanharz-Beschichtung oder einer Schutzummantelung aus Titan, Edelstahl oder glas- oder kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff versehen werden. Die Verwendung herkömmlicher Wälzlager ist nicht möglich; stattdessen müssen wassergeschmierte Gleitlager eingesetzt werden. Diese weisen jedoch eine höhere Reibung und damit größere Verluste auf. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung eines ölgefüllten Elektromotors, wie er in der DE 39 16 253 A1 für Tauchpumpen beschrieben wird, die im Hochtemperaturbereich zum Pumpen von Öl oder Wasser aus Bohrlöchern eingesetzt werden. Bei einem solchen Elektromotor verwendet man im Gegensatz zur zuvor beschriebenen Variante ein wasserdichtes Gehäuse, das komplett mit Öl gefüllt ist. Allerdings führt eine Erwärmung des Öls zu einer Volumenänderung, so dass spezielle Druckausgleichsbehälter vorgesehen werden müssen. Darüber hinaus ist die Reibung aufgrund der kontinuierlichen Rotation der Bauteile innerhalb eines viskosen Fluids relativ hoch. Man kann die Reibung zwar durch besonders glatte Oberflächen und hohe Rotationsymmetrie der Motorkomponenten teilweise auffangen, dies erhöht jedoch wiederum den Aufwand bei der Herstellung der Elektromotorbauteile. Darüber hinaus erzeugt das Gehäuse des Antriebs aufgrund der vollständigen Ölfüllung keinen Auftrieb.
Ausgehend vom vorbeschriebenen Stand der Technik stellte sich somit die Aufgabe, eine Vortriebsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die sich an den Beinen oder Armen eines Tauchers oder Schwimmers befestigen lässt und eine ausreichende Kühlung bei hoher Leistung des Antriebs aufweist, ohne die zuvor beschriebenen Nachteile aus dem Stand der Technik zu zeigen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vortriebsvorrichtung für Taucher und Schwimmer mit einem oder mehreren Antrieben, die über Elektromotoren verfügen, und Mitteln zur Festlegung der Antriebe an den Beinen oder Armen des Tauchers oder Schwimmers, wobei die Elektromotoren eine Sumpfkühlung aufweisen, die Elektromotoren in wasserdichten Gehäusen angeordnet sind und jedes wasserdichte Gehäuse nur partiell mit einer Kühlflüssigkeit gefüllt ist.
Erfindungsgemäß wird eine Sumpfkühlung für die Elektromotoren verwendet. Dabei wird ein wasserdichtes Gehäuse, in dem sich der Elektromotor befindet, lediglich bis zu einem gewissen Füllstand mit einer Kühlflüssigkeit gefüllt. Der Füllstand sollte so gewählt werden, dass bei stillstehendem Motor der Rotor sich ungefähr zur Hälfte im Kühlsumpf befindet, d. h. von Kühlflüssigkeit umgeben ist. Auch die Lagerstellen sollten durch die Kühlflüssigkeit benetzt werden. Wenn der Elektromotor und somit der Rotor in Rotation versetzt wird, wird die Kühlflüssigkeit im Inneren des Gehäuses verteilt und umlaufend entlang der Gehäusewand bewegt. Durch die Rotation wird die Kühlflüssigkeit auch gegen den Stator geschleudert, sodass ein feiner Sprühnebel entsteht, der sämtliche Bereiche im Inneren des Gehäuses benetzt und kühlt. Es wird eine hohe Kühlleistung erzielt. Im Vergleich zu einem vollständig mit einem Öl gefüllten Antrieb sind die Reibungsverluste erheblich geringer; darüber hinaus ist ein Druckausgleichsbehälter entbehrlich. Da lediglich eine teilweise Füllung des Gehäuses mit Kühlflüssigkeit vorliegt, ist weiterhin ein relativ großer statischer Auftrieb gegeben. Der Füllstand wird so gewählt, dass eine möglichst effektive Wärmeabfuhr bei möglichst geringen Reibungsverlusten gewährleistet ist. Die Komponenten des Elektromotors sind nicht dem Kontakt mit hoch korrosivem Salzwasser ausgesetzt, wie es bei Elektromotoren der Fall ist, die vom umgebenden Wasser durchströmt werden. Auch ein besonderer Schutz der Komponenten durch entsprechende Ummantelung oder Beschichtung ist entbehrlich. Schließlich kann auch auf die Verwendung von im Vergleich zu herkömmlichen Wälzlagern eine höhere Reibung aufweisenden wassergeschmierten Gleitlagern verzichtet werden.
Es hat sich herausgestellt, dass die Kühlflüssigkeit durch die Bewegung des Rotors so gut verteilt wird, dass im Allgemeinen auf eine gesonderte Einrichtung zur Verteilung oder Versprühung der Kühlflüssigkeit verzichtet werden kann. Die Erfindung betrifft somit insbesondere auch Vortriebsvorrichtungen mit Elektromotoren ohne eine solche Einrichtung zur Verteilung oder Versprühung der Kühlflüssigkeit. Erfindungsgemäß kann darüber hinaus auf einen Kühlflüssigkeitskreislauf, eine Umwälzpumpe, sonstige Pumpen zur Förderung von Kühlflüssigkeit o. ä. verzichtet werden.
Im Allgemeinen kann darüber hinaus auf ein Getriebe, bei herkömmlichen Tauchscootern typischerweise ein Untersetzungsgetriebe, verzichtet werden. Da bei einem Motor mit Getriebe unerwünschte Vibrationen auftreten, arbeitet die erfindungsgemäße Vortriebsvorrichtung ohne Getriebe besonders leise.
Als Kühlmedium sollte bevorzugt eine elektrisch nicht leitende Kühlflüssigkeit verwendet werden. Entsprechend sind zusätzliche Isolierungen der Bauteile des Elektromotors nicht erforderlich. Die Kühlflüssigkeit kann einen Frostschutz und/oder Korrosionsinhibitoren enthalten, um die Haltbarkeit des Elektromotors zu verbessern. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines niedrigviskosen Transformatorenöls mit guten tribologischen Eigenschaften im gesamten relevanten Temperaturbereich zwischen ca. 0 und 60 °C. Durch Verwendung einer niedrigviskosen Kühlflüssigkeit wird darüber hinaus verhindert, dass der Luftspalt zwischen Rotor und Stator „verklebt". Darüber hinaus sollte die Kühlflüssigkeit ökologisch verträglich (Wassergefährdungsklasse 1 nach deutschem Wasserrecht) sein, um eine Wassergefährdung im Falle einer Leckage auszuschließen.
Es hat sich des Weiteren herausgestellt, dass die Kühlflüssigkeit bei Nichtgebrauch des Elektromotors im Gehäuse verbleiben kann, ohne dass dies negative Auswirkungen auf die Funktionsfähigkeit des Elektromotors hat. Ein gesonderter Ablauf oder ein Vorratsbehälter für Kühlflüssigkeit ist daher entbehrlich. Dies vereinfacht die Konstruktion des Elektromotors signifikant. Darüber hinaus wird hierdurch und durch Verzicht auf gesonderte Einrichtungen zur Verteilung/Versprühung der Kühlflüssigkeit sowie durch Verzicht auf einen Kühlflüssigkeitskreislauf sichergestellt, dass der Elektromotor in jeder Lage unabhängig von seiner Orientierung stets gleich gut funktioniert. Bei der Vortriebsvorrichtung handelt es sich insbesondere um eine Unterwasservortriebsvorrichtung, die häufig auch als Tauchscooter bezeichnet wird, wobei herkömmliche Tauchscooter in aller Regel eine andere Form aufweisen. Mit der erfindungsgemäßen Unterwasservortriebsvorrichtung kann sich ein Taucher schneller und ermüdungsfreier unter Wasser fortbewegen. Grundsätzlich kann die Vortriebsvorrichtung jedoch auch an der Wasseroberfläche benutzt werden, beispielsweise von Schwimmern und Schnorchlern. Soweit im Rahmen dieser Anmeldung von Tauchern gesprochen wird, gelten die Ausführungen in gleicher Weise für Personen, die sich an der Wasseroberfläche oder zumeist an der Wasseroberfläche bewegen. Die Antriebe der Vortriebsvorrichtung weisen typischerweise mindestens einen Propeller auf, der einen Vortrieb in der Bewegungsrichtung des Tauchers oder Schwimmers erzeugt. Die Rotation des Rotors des Elektromotors wird auf den Propeller übertragen. Da in der Regel kein Getriebe zwischen Elektromotor und Propeller vorgesehen ist, kann der Propeller direkt auf der Welle des Elektromotors sitzen. Zusätzlich sorgt der Propeller auch für eine gewisse Wasserumströmung des Gehäuses, was für eine zusätzliche Kühlung und Wärmeabfuhr sorgt. Sinnvoll ist es darüber hinaus, um die Propeller eine Verkleidung oder ein Schutzgitter vorzusehen, insbesondere seitlich des Propellers, um zu verhindern, dass Benutzer mit dem Propeller selbst in Kontakt kommen und sich verletzen. Selbstverständlich sollte die Verkleidung bzw. das Schutzgitter die Vortriebsfunktion des Propellers nicht beeinträchtigen. Bevorzugt handelt es sich bei den verwendeten Elektromotoren um Außenläufermotoren. Ein Außenläufer ist besonders gut geeignet, die Kühlflüssigkeit innerhalb des Gehäuses zu verteilen und auf diese Weise für eine effektive Kühlung zu sorgen. Die Kühlflüssigkeit wird durch die Drehung des Rotors umlaufend entlang der Gehäusewand bewegt, was mit einer signifikanten Wärmeabfuhr verbunden ist. Die Verteilung der Kühlflüssigkeit ist besonders gut, auf gesonderte Einrichtungen zur Verteilung oder Versprühung der Kühlflüssigkeit kann in der Regel verzichtet werden. Außenläufermotoren erlauben bei gleicher Größe höhere Drehmomente. Entsprechend kann eine hohe Leistungsdichte und damit ein rascher Vortrieb herbeigeführt werden. Insbesondere kann erfindungsgemäß auf die zusätzliche Verwendung eines Untersetzungsgetriebes verzichtet werden, wie es zumeist bei Verwendung herkömmlicher Innenläufermotoren in Tauchscootern notwendig ist.
Zweckmäßigerweise weist die erfindungsgemäße Vortriebsvorrichtung ein getrennt von den Antrieben vorliegendes Batteriegehäuse auf, in dem sich Batterien, typischerweise wiederaufladbare Akkumulatoren, befinden. Durch die getrennte Unterbringung der Batterien wird die Größe der Gehäuse für die Antriebe, die unmittelbar an den Armen oder Beinen des Tauchers oder Schwimmers angebracht werden, in akzeptablen Grenzen gehalten. Das Batteriegehäuse kann von Freitauchern beispielsweise auf dem Rücken ähnlich einem Rucksack getragen werden. Im Falle von Gerätetauchern kann das Batteriegehäuse ebenfalls am Rücken, vor, seitlich oder hinter der Taucherflasche (Druckluftflasche) getragen werden. Insbesondere kann das Batteriegehäuse auch an der Taucherflasche angebracht werden. Das Batteriegehäuse weist dafür entsprechende Mittel zur Festlegung am Rücken/an der Taucherflasche auf, beispielsweise einen Adapter.
Durch Tragen des aufgrund der Masse der Batterien vergleichsweise schweren Batteriegehäuses am Rücken wird an Land das Gewicht besser verteilt und für den Taucher/Schwimmer tragbar gemacht. Im Wasser wird eine bessere Wasserlage erreicht als beispielsweise bei Platzierung der Batterien am Gürtel; der Schwerpunkt wird mehr in die Mitte des Körpers gebracht. Darüber hinaus ist ein am Rücken angebrachtes Batteriegehäuse mit dem Tragen einer Taucherflasche kompatibel. Die getrennte Unterbringung der Batterien in einem separaten Batteriegehäuse weist darüber hinaus den Vorteil auf, dass keine Abdichtung gegenüber dem Kühlflüssigkeit enthaltenden Gehäuse für den Antrieb notwendig ist. Zusätzlich kann das Batteriegehäuse strömungstechnisch optimiert werden, beispielsweise wenn es stromlinienförmig am Rücken eines Tauchers angebracht wird. Insbesondere kann das Batteriegehäuse die Form eines abgeflachten Rohres aufweisen, welches gegenüber einem zylindrischen Rohr enger am Körper anliegt und einen geringeren Strömungswiderstand aufweist.
Sinnvoll ist es darüber hinaus, auch die für den Betrieb der Vortriebsvorrichtung notwendige Steuerungs- bzw. Leistungselektronik im Batteriegehäuse unterzubringen. Auf diese Weise wird die Gesamtzahl der Gehäuse klein gehalten; zusätzliche Kabel und Zuleitungen zwischen den Gehäusen werden vermieden.
Zwischen den einzelnen, voneinander räumlich getrennten Bauteilen der Vortriebsvorrichtung muss eine funktionale Verbindung bestehen, die in der Regel über Kabel bzw. Zuleitungen hergestellt wird. Insbesondere muss das Batteriegehäuse, das ggf. auch die Steuerungselektronik enthält, mit den Antrieben in Verbindung stehen, um die Antriebe mit Strom zu versorgen und eine Regelung der Antriebe zu gewährleisten. Sämtliche Kabel und Zuleitungen müssen selbstverständlich für den Betrieb im Wasser geeignet, d. h. insbesondere wasserdicht sein. Vorteilhafterweise weist die Vortriebsvorrichtung darüber hinaus eine kabelgebundene oder kabelungebundene Fernbedienung auf. Da der Taucher bzw. Schwimmer die Vortriebsvorrichtung nicht unmittelbar in der Hand hält, sondern der Antrieb zumeist an den Beinen befestigt ist, erleichtert dies die Handhabung deutlich. Insbesondere muss der Taucher/Schwimmer bei Vorliegen einer Fernbedienung zur Regelung des Antriebs nicht an die unter Umständen für ihn nur schwer zugängliche Steuerungselektronik greifen, welche sich zumeist auf dem Rücken befindet. Ebenso erübrigt sich ein Griff zum Antrieb selbst. Insbesondere kann die Fernbedienung vom Taucher/Schwimmer in der Hand gehalten werden. Auf diese Weise kann der Taucher/Schwimmer auch bei ausgestreckten Armen schnell und unkompliziert die Geschwindigkeit ändern. Ggf. kann die Fernbedienung auch einen Not-Aus-Schalter, eine Unterwasserleuchte oder anderes sinnvolles Zubehör wie einen Tauchcomputer enthalten. Sinnvoll ist es, die Fernbedienung über ein Kabel mit der Steuerungselektronik zu verbinden, die sich typischerweise im Batteriegehäuse befindet. Selbstverständlich sollten sämtliche Komponenten der Fernbedienung für den Betrieb unter Wasser geeignet, d. h. insbesondere gegen das Eindringen von Wasser abgedichtet sein. Die Vortriebsvorrichtung weist insbesondere Antriebe auf, die zur Festlegung an den Oberschenkeln des Tauchers oder Schwimmers geeignet sind und über entsprechende Mittel zur Festlegung verfügen. Da die Beine, anders als die Arme, in aller Regel entgegen der Vortriebsrichtung gestreckt sind, wird durch die Festlegung der Antriebe an den Beinen quasi automatisch ein Vortrieb in die richtige Richtung erzeugt. Die Propeller der Antriebe befinden sich üblicherweise jeweils auf der fußseitigen Seite des Antriebs. Eine Festlegung an den Oberschenkeln hat darüber hinaus den Vorteil, dass die Verbindung mit dem Batteriegehäuse, die üblicherweise über Kabel erfolgt, problemlos möglich ist. Wenn beispielsweise die Antriebe am Oberschenkel und das Batteriegehäuse am Rücken des Tauchers oder Schwimmers bzw. an der Taucherflasche festgelegt sind, bewegt sich die Länge der Batteriegehäuse und Antrieb verbindenden Kabel in einer akzeptablen Größenordnung. Auch hier gilt selbstverständlich wiederum, dass die verwendeten Bauteile für den Betrieb unter Wasser, insbesondere auch für den Betrieb in korrosivem Salzwasser, geeignet und wasserdicht sein sollten.
Die Festlegung am Oberschenkel (oder auch an sonstigen Beinpartien oder den Armen) kann über geeignete Riemen erfolgen, die um den Oberschenkel bzw. die Beine/Arme gezurrt werden und leicht lösbar sein sollten, z. B. durch Schnallen. Die Riemen sollten sich problemlos stramm ziehen lassen, möglich ist auch die Verwendung von Klettbändern als um die Beine/Arme geschlungene Riemen. Es ist auch möglich, am Bein/Arm eine Befestigungsplatte oder Halterung anzubringen, an der wiederum der Antrieb befestigt wird. Die Befestigungsplatte/Halterung kann ebenfalls über Riemen o. ä. am Bein/Arm festgelegt werden. Zusätzlich können die Antriebe auch eine Verbindung zu einem Gürtel, zur Tarierweste oder zu anderen Elementen der Vortriebsvorrichtung oder der Taucherausrüstung haben.
Bevorzugt werden zwei Antriebe eingesetzt, die an den beiden Beinen, insbesondere den beiden Oberschenkeln des Tauchers bzw. Schwimmers festgelegt werden. Es ist jedoch auch möglich, zusätzliche Antriebe vorzusehen, beispielsweise einen weiteren Antrieb auf dem Rücken des Tauchers/Schwimmers oder einen Antrieb, der an der Taucherflasche befestigt ist. Die Erfindung wird durch die beiliegenden Abbildungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 Eine vom Taucher
Unterwasservortriebsvorrichtung
rückwärtigen Ansicht;
Figur 2 eine vom Taucher
Unterwasservortriebsvorrichtung
Seitenansicht;
Figur 3 einen erfindungsgemäßen Antrieb im
Längsschnitt. In Figur 1 ist die erfindungsgemäße Unterwasservortriebsvorrichtung in der rückwärtigen Ansicht gezeigt, wie sie von einem Taucher 1 getragen wird. Seitlich der Oberschenkel sind die Antriebe 2 angebracht, wobei die Mittel 3 zur Festlegung der Antriebe 2 am Oberschenkel um die Oberschenkel geschnürte Riemen mit seitlicher Halterung für den Antrieb 2 umfassen. Im unteren, d. h. fußseitigen Teil des Antriebs 2 ist der Propeller 8 untergebracht.
Die beiden Antriebe 2 sind jeweils über Kabel 7 mit dem Batteriegehäuse 6 verbunden, welches auf dem Rücken des Tauchers 1 getragen wird. Hierzu dient eine Rückentragevorrichtung 9. In Figur 2 ist die Ausführungsform gemäß Figur 1 in der Seitenansicht dargestellt. Man erkennt, dass die Rückentragevorrichtung 9, hier eines Freitauchers 1 ohne Druckluftflasche, nach Art eines Rucksacks ausgestaltet ist.
In Figur 3 ist der eigentliche Antrieb 2 im Längsschnitt dargestellt. Der Antrieb 2 besteht in einem Elektromotor 4, welcher den Propeller 8 für den Vortrieb antreibt. Der Elektromotor 4 ist in einem wasserdichten Gehäuse 5 untergebracht.
Bei dem Elektromotor 4 handelt es sich um einen Außenläufermotor, d. h. der Rotor 1 1 befindet sich außen, während der Stator 10 innerhalb des Rotors 1 1 untergebracht ist. Der Rotor 1 1 ist direkt mit dem Propeller 8 verbunden, d. h. auf ein Getriebe wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel verzichtet. Darüber hinaus erkennt man die am Rotor 1 1 ringförmig angebrachten, radial ausgerichteten Magneten 12.
Das wasserdichte Gehäuse 5 ist teilweise mit einer Kühlflüssigkeit gefüllt, die vom Rotor 1 1 in eine zum Teil umlaufende, turbulente Bewegung versetzt wird und zu einer Benetzung und Kühlung sämtlicher Komponenten des Elektromotors 4 führt, einschließlich des sich selbst nicht bewegenden Stators 10. Auf diese Weise wird auch bei sehr leistungsfähigen Elektromotoren 4 innerhalb eines kleinen Gehäuses 5 eine ausreichende Kühlwirkung herbeigeführt.

Claims

Patentansprüche
1 . Vortriebsvorrichtung für Taucher (1 ) und Schwimmer mit einem oder mehreren Antrieben (2), die über Elektromotoren (4) verfügen, und Mitteln (3) zur Festlegung der Antriebe (2) an den Beinen oder Armen des Tauchers (1 ) oder Schwimmers,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Elektromotoren (4) eine Sumpfkühlung aufweisen, wobei die Elektromotoren (4) in wasserdichten Gehäusen (5) angeordnet sind und jedes wasserdichte Gehäuse (5) nur partiell mit einer Kühlflüssigkeit gefüllt ist.
2. Vortriebsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeit elektrisch nicht leitend ist.
3. Vortriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe (2) jeweils mindestens einen Propeller (8) aufweisen.
4. Vortriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sumpfkühlung keinen Kühlflüssigkeitskreislauf aufweist.
5. Vortriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sumpfkühlung keine gesonderte Einrichtung zur Verteilung oder Versprühung der Kühlflüssigkeit aufweist.
6. Vortriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Nichtbetrieb des Elektromotors (4) die Kühlflüssigkeit im wasserdichten Gehäuse (5) des Elektromotors (4) verbleibt.
7. Vortriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoren (4) Außenläufermotoren sind.
8. Vortriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein getrennt von den Antrieben (2) vorliegendes Batteriegehäuse (6), in dem sich Batterien befinden.
9. Vortriebsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich in dem Batteriegehäuse (6) eine Steuerungselektronik befindet.
10. Vortriebsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch Mittel zur Festlegung des Batteriegehäuses (6) am Rücken oder an der Taucherflasche des Tauchers (1 ) oder Schwimmers.
1 1 . Vortriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine kabelgebundene oder kabelungebundene
Fernbedienung.
12. Vortriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , gekennzeichnet durch Mittel (3) zur Festlegung der Antriebe (2) an den Oberschenkeln des Tauchers (1 ) oder Schwimmers.
13. Vortriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vortriebsvorrichtung eine
Unterwasservortriebsvorrichtung für Taucher (1 ) ist.
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