DE19515114A1

DE19515114A1 - Flossenantrieb mit Muskelkraft für Wasserfahrzeuge

Info

Publication number: DE19515114A1
Application number: DE19515114A
Authority: DE
Inventors: Erich Dr Ing Henker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-11-02
Filing date: 1995-04-25
Publication date: 1996-05-09

Description

Anwendung der Erfindung

Die Erfindung ist bei Wasserfahrzeugen in Verbindung mit Flossenantrieben anwendbar. Der Flossenantrieb ist besonders umweltfreundlich und läßt sich als alleiniger Antrieb aber auch als Zusatzantrieb bei Motor- und Segelbooten verwenden. Beim Wasserfahrzeug in Form eines Katamarans läßt sich der Flossenantrieb besonders wirkungsvoll einbauen. Versieht man den Katamaran mit einer zusätzlichen Segeleinrichtung, so kann man die Flosse des Flossenantriebes als Schwert nutzen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es sind mehrere Flossenantriebe vorwiegend aus der Klasse B 63 H bekannt, bei denen mittels muskelkraftbetriebener Flossen eine Vortriebskraft erreicht wird. Bezüglich der Befestigung der Flosse am Wasserfahrzeug beziehungsweise am speziellen Antriebsmechanismus sind verschiedene Ausführungen bekannt. Das US-Patent 10 06 118 bezieht sich auf einen Mechanismus mit zwei Geradführungen, die je eine Flosse betätigen. Der Mechanismus hat viele mit Reibung und Verschleiß behaftete Lagerstellen und dadurch einen schlechten Kraftübertragungswirkungsgrad. Der Drehschlag wird durch mechanische Glieder erreicht. Die Schlagflügelträgheitssteuerung, Offenlegungsschrift DE 38 15 283 A1, geht davon aus, daß eine zusätzliche Kraft eingeleitet wird, die den Paralleldrehschlag unterstützt. Es wird die Verdrehung elastisch begrenzt. Der Hauptanspruch bezieht sich auf die Federn, die die Schlagflügel in einem labilen Gleichgewicht halten. Das unter US 49 68 273 angegebene Patent baut auf das Europapatent 0 252 733 A1 auf und ist vom gleichen Erfinder. In beiden Patenten wird die Kraft von einem elastischen Hebel an die in sich unelastische Flosse übertragen. In Offenlegungsschrift DE 30 33 408 A1 wird ein Schwingflächenantrieb beschrieben, bei dem die Tragflächen zugleich als Antrieb dienen. Diese Schwingflächen bestehen aus scharnierartig verbundenen Teilen, die durch einen Antrieb in wellenförmige Bewegungen versetzt werden. Die Offenlegungsschrift DE 34 04 473 A1 bezieht sich auf ein mit einer Flosse angetriebenes Surfboard. Die Betätigung der Flosse erfolgt von einem Standbrett aus über eine Schubstange. Der Anlenkpunkt der Schubstange liegt in der Nähe der Stirn der Flosse und in Bewegungsrichtung vor dem Anlenkpunkt der Flosse am Surfboard. In einer Patentschrift des Erfinders, Aktenzeichen P 42 12 920.6-22, sind Flossen an einem Rahmen angelenkt. Der Flossenkörper selbst soll in der Nähe seiner Stirn eine Achse bilden. Der Drehwinkel der Achse soll durch Anschläge oder durch Federn begrenzt sein.

Gegenüber allen genannten Erfindungen sind noch Gebrauchswert- und Wirkungsgradverbesse rungen möglich.

1. Ein Nachteil bei allen Flossenantrieben ist gemeinsam, daß sich die Flossen nicht besonders einfach aus- und einbauen lassen.

2. Weiterhin läßt sich der Strömungsverlauf um die Flosse herum und in der Lage der Flosse zum Bootskörper noch verbessern.

3. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß sich die beschriebenen Flossenantriebe nicht zur Rückwärtsfahrt eignen.

4. Die wahlweise Betätigung des Flossenantriebes in sitzender Position erhöht dessen Gebrauchswert.

5. Das Fahren auf dem Wasser soll noch mehr Spaß machen, indem die Bewegung des Rahmens zum Wasserfahrzeug als Antrieb für die Bewegung von Attrappen benutzt wird.

6. Versieht man das Wasserfahrzeug mit einer Segeleinrichtung, so ist es ein Vorteil, wenn man die Flosse als Schwert benutzen kann.

Ziel der Erfindung

Aus der Kritik am bekannten Stand der Technik ergibt sich das Ziel der Erfindung für die Kritikpunkte 1 bis 6. Ziel zu den Punkten 1 und 2 ist ein muskelkraftbetriebener Bootsantrieb mit elastischen Flossen, bei dem die Kräfte mit hohem Wirkungsgrad in Vortriebskraft umgesetzt werden. Das Leistungsvermögen der den Flossenantrieb betätigenden Personen ist unterschiedlich. Deshalb werden auch verschieden dimensionierte Flossen benötigt. Die erfinderische Idee bezieht sich darauf, wie man sie bei annähernd gleichen Außenabmessungen der Betätigungsintensität anpassen kann. Außerdem ist zu gewährleisten, daß man sie leicht wechseln kann. Sie bezieht sich auf die Anlenkung und die konstruktive Gestaltung von Flossen, wie sie zum Beispiel für muskelkraftbetriebene Boote verwendet werden.

Ziel zu Punkt 3 ist ein besonders einfaches technisches Gerät zu erfinden, um mit dem Flossenantrieb auch rückwärts fahren zu können.

Ziel zu Punkt 4 ist eine Möglichkeit der sitzenden Betätigung des Flossenantriebes, die sich mit dem bei Kindern beliebten Stuhlkippeln vergleichen läßt.

Ziel zu Punkt 5 ist die Erhöhung der Attraktivität des Flossenantriebes.

Ziel zu Punkt 6 ist es, Teile des Flossenantriebes zur Stabilisierung zu verwenden, wenn das Wasserfahrzeug mittels Segeleinrichtung benutzt wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe zu den Punkten 1 und 2 dadurch gelöst,

- daß die Kontur der Flosse der Kontur des Bootskörpers angepaßt ist,
- daß die Steifigkeit der Flosse der Betätigungsintensität entspricht,
- daß ein angegebenes Verhältnis in der Steifigkeit der Flosse in Strömungsrichtung zur Steifigkeit der Flosse zwischen den zwei Stegen eingehalten wird und
- daß die Flossenbefestigung an den Stegen des Rahmens den Drehschlag begünstigt und zum "Einknüpfen" der Flosse geeignet ist.

Die Flosse arbeitet zwischen zwei Schwimmern im hinteren Teil des Bootes. Durch die trapezförmige Anpassung der Flosse an den sich weitenden Freiraum zwischen den zwei Schwimmern wird eine breite Arbeitsfläche erreicht. Das wirkt sich günstig auf den Verlauf der Biegesteifigkeit der Flosse und auf die Führung der durch den Flossenantrieb beschleunigten Wassermassen aus. In der Flosse selbst ist vorn ein Kernblech eingelegt, auf das die Flosse auflaminiert wird. Am Kernblech befinden sich im Abstand der Stege Kerben, auf deren Grund Schneiden angearbeitet sind. Die Schneiden bilden die Drehachse und begünstigen den Drehschlag. Die Biegesteifigkeit der Flosse wird durch das Produkt aus Elastizitätsmodul E mal Flächenträgheitsmoment J

E _* J [N _* mm²]

definiert. Die Biegesteifigkeit der Flosse soll zwischen den Stegen wenigstens doppelt so groß sein wie in Strömungsrichtung der Flosse im Bereich 80 mm bis 200 mm hinter der durch die Schneidenlager gebildeten Drehachse. Je steifer die Flosse, um so höher (J) beziehungsweise weniger elastisch (großes E) müssen die einzelnen Lagen der Faserverstärkung sein, die bei der Herstellung der Flosse zwischen den Schneiden auf das Kernblech aufgebracht werden. Entscheidend sind die äußeren Lagen.

Das Einknüpfen der Flosse ist so gelöst, daß die Stege bei ausreichender Biegesteifigkeit etwas verdrehelastisch sind und Ausschnitte mit der Gegenkontur der Schneidenlagerung aufweisen, in der das Blech des Flossenkerns nur an der Stelle hineinpaßt, wo es die Kerbe mit der Schneide hat.

Die erfindungsgemäße Lösung zu Punkt 3 besteht darin, daß die Vertikalkraft statt an der Flossenstirn am Flossenende eingeleitet werden muß. Bei der Rückwärtsfahrt ist weniger der Wirkungsgrad dafür aber geringer technischer Aufwand wichtig. Theoretisch genügt eine Stange, mit der man das Flossenende vom Boot oder der Trittfläche des Flossenantriebes aus auf und ab bewegen kann. Da ein Paddel ohnehin an Bord ist, kann es mit Haken zum Angriff an das Flossenende die Aufgabe der Stange übernehmen.

Punkt 4 wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine gegenüber der Trittfläche des Flossenantriebes verschiebbare Sitzfläche angeordnet ist. Dadurch kann man in sitzender Position seinen Schwerpunkt nach vorn und hinten verschieben. Durch das Verschieben des Schwerpunktes ergibt sich ein wechselseitiges Moment um den unter der Wasseroberfläche liegenden Bewegungspol des Flossenantriebes.

Der Rahmen des Flossenantriebes führt eine Drehbewegung aus, mit dem man nach Punkt 5 erfindungsgemäß einen Teil einer ansonsten fest mit dem Wasserfahrzeug verbundenen Attrappe bewegt.

Erfindungsgemäß wird Punkt 6 durch die Verwendung der Flosse des Flossenantriebes als Schwert beim Segeln gelöst. Die Flosse wird dabei senkrecht und so zwischen den Rahmen des Flossenantriebes und einem Schwimmer des Wasserfahrzeuges eingespannt, daß Rahmen und Trittfläche mit dem Wasserfahrzeug fest verbunden werden.

Ausführungsbeispiele

Benannte Teile:

1 Gestell (kann vom Bootskörper gebildet werden)
2 biegeelastische Bänder
3 Rahmen
4 Steg am Rahmen
5 biegeelastische Flosse
6 Stirn der Flosse
7 Trittfläche
8 Schwengel
9 Kernblech
10 Kerbe
11 Kante des Kernblechs
12 Paddel mit Flossenkrallen
13 verschiebbarer Sitz
14 Segeleinrichtung

Auf Fig. 1 ist der zwischen zwei Schwimmkörpern angeordnete Flossenantrieb dargestellt. Fig. 1 oben zeigt die Draufsicht, in der die Bänke zur besseren Übersicht weggelassen wurden. Fig. 1 unten zeigt einen Schnitt in der Seitenansicht. Der Flossenantrieb ist über ein Gestell 1 an den Schwimmkörpern befestigt. Die biegeelastischen Bänder 2 führen den Rahmen 3 so, daß er annähernd um einen Pol, der durch die Richtung der biegeelastischen Bänder gebildet wird, pendeln kann. Er liegt unter Wasser und etwa in Höhe der Flosse. Über den Steg 4 wird die daran angelenkte Flosse 5 um den Pol und dadurch annähernd in vertikaler Richtung bewegt. Die Krafteinleitung folgt von der Trittfläche 7 und vom Schwengel 8 aus.

Auf Fig. 2 ist eine Flosse 5 in der Draufsicht dargestellt. Es zeigt das einlaminierte Kernblech 9 mit den Kerben 10 an den beiden Enden, auf deren Grund sich die Schneiden befinden und die im montierten Zustand in einem entsprechenden Bett am Steg 4 zu liegen kommen. Die Gerade durch beide Schneiden bildet die Drehachse der Flosse, die sich auf Fig. 2 nur wenige Millimeter hinter der Stirn 6 der Flosse befindet. Zwischen den beiden Schneiden wie z. B. in der Schnittlinie A-B soll die Biegesteifigkeit, definiert durch das Produkt E_*J, wenigstens doppelt so groß sein als in Strömungsrichtung 80 bis 200 mm hinter der durch die Schneidenlager gebildeten Drehachse. Auf Fig. 2 z. B. in der Schnittlinie C-D.

Auf Fig. 2 sind auch alle Einzelheiten zu erkennen, wodurch die Flosse schnell montiert werden kann. Man muß nur die Stegenden etwas innerhalb der elastischen Verdrehbarkeit nach vorn innen verdrehen, damit die Kerbe 10 nach vorn in das Bett des Steges 4 hineingeschoben werden kann. Die Stegenden springen anschließend elastisch zurück und legen sich hinter die Kante 11. Da der Ausschnitt im Steg 4 kürzer als das Kernblech 9 breit ist, entsteht so eine formschlüssige Verbindung. Durch den Vortrieb legt sich die Schneide der Flosse im Bett des Steges drehbeweglich an.

Auf Fig. 3 ist oben ein Wasserfahrzeug mit etwas anderen Schwimmern in der Seitenansicht und im Schnitt und unten in der Draufsicht dargestellt. Die Anordnung aller Einzelteile des Flossenantriebes in der Ausgangsstellung ist zu erkennen.

Auf Fig. 4 ist der Flossenantrieb herausgezeichnet. Mit einem Paddel mit Flossenkrallen (12) ist das Ende der Flosse erfaßt und kann wie dargestellt, von der Trittfläche aus betätigt werden. Auch vom Schwimmer aus ist die Betätigung möglich. Von der Trittfläche aus kann man mit etwas Übung auch die Rückwärtsfahrt unterstützen. Die Auf- und Abbewegung der Flosse muß von der Trittfläche aus immer etwas später erfolgen als von der Kralle des Paddels aus.

Auf Fig. 5 ist auf dem herausgezeichneten Flossenantrieb ein über eine Schraubenfeder verschiebbarer Sitz 13 dargestellt. Die Verschiebbarkeit gegenüber der Trittfläche kann auch mit anderen Mitteln (mit Luft gefülltes Kissen, Rollenlagerung, kippbare Stütze wie bei einem Melkschemel) einfach verwirklicht werden.

Auf Fig. 6 ist ein mit den Schwimmern verbundener Krokodilkopf als Attrappe dargestellt, dessen Unterkiefer sich mit dem Rahmen bewegt. Auf diesem Bild sind der Rahmen mit den Stegen, die Flosse und der Unterkiefer der Attrappe auch in den Endstellungen gepunktet angedeutet.

Fig. 7 zeigt die Anordnung der Flosse 5, die zwischen Rahmen 3 und Schwimmer eingeklemmt und als Schwert benutzt wird. Die beiden Schwimmer, Flosse und Rahmen sind fest miteinander verbunden, so daß man stabil auf der Trittfläche stehen kann. Dieses Behelfsschwert befindet sich zwar nicht in Bootsmitte. Es soll sich bei diesem Wasserfahrzeug in erster Linie um ein Flossenboot handeln. Erzeugt der Wind eine größere Gegenströmung, dann ist es dank der Tatsache, daß man die Flosse auch als Schwert benutzen kann, möglich, auch gegen Wind und Strömung durch Kreuzen sein Ziel leicht zu erreichen.

Claims

1. Flossenantrieb für ein vorzugsweise mit Muskelkraft angetriebenes Wasserfahrzeug, an dem über ein Koppelgetriebe ein Rahmen so aufgehangen ist, daß sich dessen Bewegungspol unter der Wasseroberfläche befindet und an dem an den Stegen 4 die Flosse 5 drehbeweglich angelenkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Flosse zwischen den Anlenkpunkten an den Stegen wenigstens doppelt so biegesteif ist wie in Strömungsrichtung im Bereich 80 bis 200 mm hinter der Drehachse.

2. Flossenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flosse über an einem Kernblech 9 befindliche Schneiden in den Stegen 4 drehbar gelagert ist.

3. Flossenantrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schneiden in einer Kerbe 10 an den Enden des Kernblechs 9 der Flosse befinden und die Enden der Stege 4 sich soweit elastisch verdrehen lassen, daß die Flosse einfach in den Flossenantrieb eingeknüpft werden kann.

4. Flossenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er durch eine Stange mit Krallen ergänzt wird, mit dem man die Flosse an ihrem hinteren Ende auf- und abbewegen kann.

5. Flossenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Trittfläche des Flossenantriebes ein verschiebbarer Sitz angeordnet ist, mit dem man seinen Schwerpunkt sitzend nach vorn und hinten verschieben kann.

6. Flossenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Wasserfahrzeug eine Attrappe mitgeführt wird und Teile der Attrappe mit dem Rahmen des Flossenantriebes verbunden sind.

7. Flossenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flosse zwischen Rahmen und Schwimmer festgeklemmt werden kann und als Schwert für das Wasserfahrzeug dient.