Die Erfindung bezieht sich auf ein Antriebs- und Auftriebsrad für Wasserfahrzeuge, welches einen um eine Drehachse drehbaren Schwimmkörper aufweist, an dessen äußerer Oberfläche vorspringende Antriebselemente angeordnet sind, die Antriebsflächen aufweisen, durch welche bei der Drehung des Schwimmkörpers um die Drehachse eine Antriebskraft ausübbar ist, wobei bezogen auf Kugelkoordinaten, deren Ursprung im Schnittpunkt der Drehachse mit einer rechtwinklig zur Drehachse stehenden Mittelebene durch den Schwimmkörper liegt und von denen der Radius einen Abstand vom Ursprung, der Azimut-Winkel einen Drehwinkel um die Drehachse und der Polarwinkel bezogen auf eine Querschnittsebene durch den Schwimm- körper , in der die Drehachse liegt, einen Winkel gegenüber der Drehachse angeben, die Antriebsflächen der Antriebselemente jeweils eine Ausdehnung über einen Winkelbereich des Polarwinkels aufweisen.

Ein derartiges Antriebs- und Auftriebsrad geht aus der DE 7000380 U hervor. Es ist hier ein Wasserfahrzeug nach Art eines Dreirades mit in dieser Weise ausgebildeten Antriebs- und Auftriebsrädern beschrieben. Ein jeweiliges Antriebs- und Auftriebs- rad weist einen um den auf die Azimut-Richtung bzw. Drehrichtung bezogenen Umfang des Rades umlaufenden Mittelsteg auf. Beidseitig des Mittelsteges verlaufen an der äußeren Oberfläche des Schwimmkörpers vorspringende blattförmige An- triebselemente über einen jeweiligen Winkelbereich des Polarwinkels, wobei alle Antriebselemente durchgehend über die gesamte, im Betrieb unterhalb der Wasseroberfläche liegende Ausdehnung des Antriebs- und Auftriebsrades verlaufen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Antriebs- und Auftriebsrad der ein- gangs genannten Art bereit zu stellen. Erfindungsgemäß gelingt dies durch ein Antriebs- und Auftriebsrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Beim Antriebs- und Auftriebsrad gemäß der Erfindung sind, ausgehend vom Polarwinkel mit dem Wert 0 in jedem Viertelkreisabschnitt des Polarwinkels, also über eine jeweilige Erstreckung von 90°, mindestens zwei Antriebselemente vorhanden, deren Antriebsflächen sich über unterschiedliche Polarwinkelbereiche erstrecken. Die Antriebsflächen dieser mindestens zwei Antriebselemente sind also bezogen auf den Polarwinkel zueinander versetzt. Es kann dadurch eine effektive Wirkung bei einer einfachen Herstellbarkeit und stabilen Ausbildung erreicht werden.

Durch„versetzte" Antriebsflächen kann eine stabile Ausbildung erreicht werden, wodurch die Wandstärke verringert werden kann und ein niedriges Gewicht ermöglicht wird.

Durch die Ausbildung von„versetzten" Antriebsflächen kann eine effiziente Strömung erreicht werden. Das Wasser kann zwischen Antriebsbereichen über kurze Wege geführt sein. Eine Laufruhe kann erreicht werden.

Antriebselemente mit„versetzten" Antriebsflächen können beim rotierenden Antriebs- und Auftriebsrad wie zusätzliche Spurrillen wirken. Die Führungseigenschaften werden dadurch verbessert.

Vorteilhafterweise sind in jedem Viertelkreisabschnitt des Polarwinkels (ausgehend vom Polarwinkel 0) mehrere, vorzugsweise mindestens 10, erste Antriebselemente vorhanden, deren Antriebsflächen sich über einen ersten Polarwinkelbereich erstrecken, und mehrere, vorzugsweise mindestens 10, zweite Antriebselemente vorhan- den, deren Antriebsflächen sich über einen zweiten Polarwinkelbereich erstrecken, wobei der erste Polarwinkelbereich und der zweite Polarwinkelbereich unterschiedlich sind. Hierbei kann vorgesehen sein, dass sich die ersten und zweiten Polarwinkelbereiche nicht überlappen. Die ersten und zweiten Antriebsflächen können hierbei insbesondere bei den jeweils gleichen Azimutwinkeln liegen.

Es ist bevorzugt, dass ausgehend vom Polarwinkel mit dem Wert 0 für jeden der Vierteilkreisabschnitte des Polarwinkels Querschnittsebenen durch den Schwimm- körper vorhanden sind, in denen die Drehachse liegt und die zumindest durch eine erste Antriebsfläche eines ersten Antriebselementes und durch eine zweite Antriebsfläche eines zweiten Antriebselementes verlaufen, wobei sich die ersten und zweiten Antriebsflächen über voneinander beabstandete erste und zweite Polarwinkelberei- che erstrecken. Zumindest für einen Teil der Antriebselemente liegen die Antriebsflächen somit in gleichen Bereichen des Azimutwinkels, sind aber bezogen auf die Polarrichtung voneinander beabstandet.

Vorteilhafterweise sind weiters in jedem Viertelkreisabschnitt des Polarwinkels (aus- gehend vom Wert 0) dritte Antriebselemente mit dritten Antriebsflächen vorhanden, die sich jeweils über einen dritten Polarwinkelbereich erstrecken, der zumindest teilweise zwischen dem ersten und zweiten Polarwinkelbereich liegt, über den sich die ersten und zweiten Antriebselemente erstrecken, wobei eine jeweilige dritte Antriebsfläche gegenüber jeweiligen ersten und zweiten Antriebsflächen bezogen auf die Azimut-Richtung bzw. Drehrichtung des Schwimmkörpers (= bezogen auf die azimutale Ausdehnung) versetzt ist. Der Versatz liegt hierbei entgegen der Antriebsdrehrichtung des Schwimmkörpers, in welche sich dieser im Betrieb zur Ausübung der Antriebskraft in Vorwärtsrichtung des Wasserfahrzeuges dreht. Eine Querschnittsebene durch den Schwimmkörper, in dem die Drehachse liegt, stellt eine Azimut-Ebene dar, d. h. alle Punkte dieser Ebene weisen den gleichen Azimut-Winkel auf.

Die Ausbildung eines erfindungsgemäßen Antriebs- und Auftriebsrades ist vorteil- hafterweise symmetrisch bezogen auf eine Rotation um die Drehachse um einen Symmetriewinkel, wobei dieser Symmetriewinkel höchstens 60°, vorzugsweise höchstens 40° beträgt.

Vorzugsweise ist der Auftriebskörper bezogen auf die rechtwinkelig zur Drehachse stehende Mittelebene durch den Auftriebskörper spiegelsymmetrisch ausgebildet. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Antriebselemente von Erhebungen gebildet, die in Azimut-Richtung (bzw. Drehrichtung) jeweils eine Erstreckung aufweisen (= azimutale Ausdehnung), die mindestens die Hälfte der Erstreckung in Polarrichtung (= die polare Ausdehnung) beträgt, vorzugsweise min- destens die Erstreckung in Polarrichtung beträgt. Es kann dadurch ein sehr stabiler Aufbau ausgebildet werden.

Ein erfindungsgemäßer Schwimmkörper mit den Antriebselementen oder ein erfindungsgemäßes Antriebs- und Auftriebsrad insgesamt kann beispielsweise durch ein Spritzgießverfahren oder durch ein Blasformverfahren hergestellt sein.

Vorteilhafterweise dehnen sich zumindest ein Teil der Antriebsflächen, vorzugsweise alle Antriebsflächen, über einen jeweiligen Polarwinkel aus, der weniger als 20° beträgt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausbildung eines Wasserfahr- zeuges mit erfindungsgemäßen Antriebs- und Auftriebsrädern;

Fig. 2 und 3 perspektivische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels für ein Antriebs- und Auftriebsrades gemäß der Erfindung über einen Abschnitt des auf die Drehrichtung bezogenen Umfangs (= der Ausdehnung in die Azimut-Richtung); Fig. 4 eine Seitenansicht das Antriebs- und Auftriebsrad von Fig. 2 und 3;

Fig. 5 bis 7 Schnitte entlang den Linien AA, BB und CC von Fig. 4.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Wasserfahrzeug weist zwei Hinterräder in Form von erfindungsgemäßen Antriebs- und Auftriebsrädern auf, die über eine angetriebene Achse 2 miteinander verbunden sind. Der Antrieb erfolgt über einen Pe- dalantrieb 3 mit einer Kette 4. Am vorderen Ende ist ein Schwimmkörper 5 vorgesehen, der an seiner Unterseite ein Ruder 6 aufweist. Der Schwimmkörper 5 mit dem Ruder 6 ist durch die Verbindung mit einer drehbaren Lenkstange 7 drehbar, um das Wasserfahrzeug zu lenken. Zur Verbesserung der Stabilität können in einem mittleren Bereich zusätzliche Schwerte 8 vorgesehen sein.

Ein Wasserfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Antriebs- und Auftriebsrad 1 kann demgegenüber modifizierte Ausbildungen aufweisen, beispielsweise nur mit einem einzelnen Hinterrad ausgebildet sein.

Es können unterschiedliche Arten von Wasserfahrzeugen mit mindestens einem erfindungsgemäßen Antriebs- und Auftriebsrad ausgebildet werden, beispielsweise ein- und zweirädrige Wasserfahrzeuge für Sport oder Freizeit, zweirädrige Wasserfahrzeuge für Sport oder Freizeit, ein- oder zweirädrige Wasserfahrzeuge für den Transport.

Zusätzlich zu einem Antrieb durch den Benutzer kann (unterstützend) ein Hilfsmotor, insbesondere elektrisch betrieben, vorgesehen sein. Der Antrieb könnte auch nur motorisch erfolgen.

Ein Ausführungsbeispiel für ein Antriebs- und Auftriebsrad gemäß der Erfindung ist in den Fig. 2 bis 7 dargestellt. Das Antriebs- und Auftriebsrad weist einen Schwimm- körper 9 auf, der an seiner äußeren Oberfläche vorspringende Antriebselemente 10 aufweist. Die Antriebselemente 10 drehen sich, wenn das Antriebs- und Auftriebsrad bzw. der Schwimmkörper 9 um eine Drehachse 1 1 gedreht wird, um diese Drehachse 1 1 . Die Antriebselemente 10 besitzen Antriebsflächen 12, von denen bei der Drehung des Schwimmkörpers 9 und der Antriebselemente 10 um die Drehachse 1 1 eine Antriebskraft für das Wasserfahrzeug hervorgerufen wird, an dem das Antriebsund Auftriebsrad montiert ist. Wenn das Wasserfahrzeug in die Vorwärts-Richtung bewegt werden soll, dreht sich das Antriebs- und Auftriebsrad in eine Antriebs- Drehrichtung 17. Bei einer Drehung des Antriebs- und Auftriebsrades um die Drehachse 1 1 tauchen die Antriebselemente 10 über einen Abschnitt des Drehwinkels ins Wasser ein, lie- gen also über einem jeweiligen Abschnitt des Drehwinkels unterhalb der Wasseroberfläche.

Zur Beschreibung der Antriebselemente 10 werden Kugelkoordinaten (bzw. räumli- chen Polarkoordinaten) herangezogen. Deren Ursprung liegt im Schnittpunkt der Drehachse 1 1 mit der Mittelebene 13 des Schwimmkörpers 5, welcher rechtwinklig zur Drehachse 1 1 steht. In den Kugelkoordinaten wird ein Punkt durch seinen Radius (dies ist der Abstand vom Ursprung), durch den Azimut-Winkel und durch den Polarwinkel definiert. Der Azimut-Winkel Θ gibt den Winkel an, den ein Punkt von einer X-Achse aufweist, und zwar bezogen auf die von der X-Achse und der Y-Achse aufgespannte Ebene, die im vorliegenden Fall von der Mittelebene 13 gebildet wird. Die Z-Achse wird somit von der Drehachse 1 1 gebildet und der Polarwinkel Θ gibt in einem Querschnitt durch den Schwimmkörper 9, in welchem die Drehachse 1 1 liegt (also in einer Azimut-Ebene) den Winkel gegenüber der Drehachse 1 1 an.

Die Antriebselemente 10 werden von Erhebungen gebildet, die Erstreckungen in Azimut-Richtung (= in Drehrichtung bzw. in Umfangsrichtung bezogen auf einen Schnitt rechtwinkelig zur Drehachse 1 1) und in Polarrichtung (= in Umfangsrichtung bezogen auf den Querschnitt) aufweisen. Die Antriebsflächen 12a, 12b, 12c werden von Endflächen der Antriebselemente 10 gebildet, die bezogen auf die Drehrichtung des Rades stirnseitig liegen. Die Antriebsflächen 12a, 12b, 12c sind im gezeigten Ausführungsbeispiel eben ausgebildet, wie dies bevorzugt ist, und liegen in einer Azimut-Ebene, d. h. liegen in einer der Querschnittsebenen durch den

Schwimmkörper 9, in welchen jeweils die Drehachse 1 1 liegt. Denkbar und möglich wäre es auch, dass die Antriebsflächen 12a, 12b, 12c zu einer jeweiligen solchen

Querschnittsfläche, welche durch die Drehachse 1 1 und die jeweilige Antriebsfläche 12a, 12b, 12c verläuft, winkelig liegen, wobei der eingeschlossene Winkel vorzugsweise weniger als 30°, besonders bevorzugt weniger als 10° beträgt. Wenn der Schwimmkörper 9 ausgehend vom Polarwinkel Θ = 0 in Viertelkreisabschnitte unterteilt wird, wobei diese Viertelkreisabschnitte in den Querschnitten von Fig. 5 bis 7 jeweils einen Quadranten bilden, so sind in jedem Viertelkreisabschnitt des Polarwinkels Θ Antriebselemente 10 mit über unterschiedliche Polarwinkelbereiche sich erstreckenden Antriebsflächen 12a, 12b, 12c vorhanden. Zumindest ein Teil dieser Antriebsflächen 12 liegen an unterschiedlichen Stellen des Azimut-Winkels, d. h. an unterschiedlichen Stellen bezogen auf die Umfangserstreckung in Drehrichtung. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind aber auch Antriebsflächen 12a, 12b vorhanden, die beim gleichen Azimut-Winkel liegen und sich über unterschiedliche, voneinander beabstandete Polarwinkelbereiche erstrecken. Es sind dies die in den Fig. eingezeichneten ersten und zweiten Antriebsflächen 12a, 12b. In Azimut- Richtung sind im Abstand zueinander eine Mehrzahl solcher Antriebsflächen 12a, 12b vorhanden.

An Stellen des Azimutwinkels, die zwischen den Paaren von in Polar-Richtung beabstandeten Antriebsflächen 12a, 12b liegen, ist jeweils eine dritte Antriebsfläche 12c vorhanden. Diese erstreckt sich über einen Polarwinkelbereich, der zumindest teilweise zwischen den Polarwinkelbereichen liegt, über den sich die ersten und zweiten Antriebsflächen 12a, 12b erstrecken. Im Ausführungsbeispiel ist eine gewisse Überlappung mit den Polarwinkelbereichen, über die sich die ersten und zweiten Antriebsflächen 12a, 12b erstrecken, vorhanden.

Der Polarwinkel Θ wird üblicherweise von 0° bis 180° (0- π) gezählt. Ein jeweiliger Viertelkreisabschnitt erstreckt sich über 90° (ττ/2).

Der Schwimmkörper 9 mit den Antriebselementen 10 ist symmetrisch bezogen auf Rotationen um die Drehachse 1 1 über einen Azimut-Winkel GS , vgl. Fig. 4. Im Ausführungsbeispiel beträgt GS 30°.

Uber den auf die Azimut-Richtung bezogenen Umfang des Schwimmkörpers 9 sind somit eine Mehrzahl von in Azimut-Richtung voneinander beabstandeten Antriebsflächen 12a, 12b, 12c von Antriebselementen 10 vorhanden, wobei ein Wert von mehr als 15 bevorzugt und ein Wert von mehr als 20 besonders bevorzugt ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Antriebselemente jeweils von einem über den Umfang des Schwimmkörpers 9 vorspringenden Teil eines Kegelstumpfes gebildet. Die Grundfläche dieses Kegelstumpfes bildet die Antriebsfläche 12a, 12b, 12c. Die gegenüberliegende Endfläche 14 des Antriebselementes 10 stellt eine Ab- risskante für die Strömung dar. Vorteilhafterweise ist eine solche stufenförmige Ausbildung mit einer Endfläche 14 vorgesehen, auch wenn die Antriebselemente 10 eine andere als die gezeigte Form aufweisen.

Als Höhe eines jeweiligen Antriebselementes 10 wird seine Erstreckung in Richtung des Radius gegenüber einer gedachten durchgehenden Oberfläche des Schwimmkörpers 9 bezeichnet, die der Schwimmkörper 9 ohne die Antriebselemente 10 aufweisen würde. Diese Höhe eines jeweiligen Antriebselements 10 ist, bezogen auf die Azimut-Richtung, bei der Antriebsfläche 12a, 12b, 12c am größten und verringert sich, bezogen auf die Azimut-Richtung entgegen der Antriebs-Drehrichtung 17 des Schwimmkörpers 9 mit zunehmendem Abstand von der Antriebsfläche 12a, 12b, 12c, also zur Endfläche 14 hin, vor-zugsweise kontinuierlich. Besonders bevorzugt ist eine geradlinige Verringerung der Höhe.

Die Höhe könnte bis zum der Antriebsfläche 12a, 12b, 12c gegenüberliegenden (be- zogen auf die Azimut-Richtung) Ende auch auf 0 abgefallen sein. Die Antriebselemente 10 könnten dann beispielsweise von über den Umfang des Schwimmkörpers 9 vorspringenden Teilen von Kegeln gebildet werden.

Bezogen auf die polare Erstreckung ist die Höhe zumindest für einen Teil der An- triebselemente 10 (für die vom nachfolgend beschriebenen Mittelsteg 16 beabstandet liegenden, die Antriebsflächen 12b und 12c aufweisenden Antriebselemente 10) in einem mittleren Bereich seiner polaren Erstreckung am größten und verringert sich zu den beiden Enden seiner polaren Erstreckung hin, vorzugsweise kontinuierlich.

Die Antriebselemente 10 könnten auch eine andere als die dargestellte Form aufweisen, beispielsweise von Teilen von Rhomben gebildet werden, die an der äuße- ren Oberfläche des Schwimmkörpers 9 vorstehen. Die obere Deckfläche des Rombus könnte hierbei tangential zur Polar-Richtung und geneigt zur Azimut-Richtung ausgerichtet sein. Vorzugsweise weist der Schwimmkörper 9 einen an dessen äußerer Oberfläche vorspringenden umlaufenden Mittelsteg 16 auf, der in der Mittelebene 13 liegt. Die Höhe des Mittelstegs 16 entspricht im gezeigten Ausführungsbeispiel der größten Höhe der die Antriebsflächen 12a aufweisenden Antriebselemente 10, könnte aber auch höher oder niedriger sein. Diese Antriebselemente 10 weisen bezogen auf ihre polare Erstreckung ihre größte Höhe beim Mittelsteg 16 auf und die Höhe dieser Antriebselemente 10 verringert sich mit zunehmendem Abstand vom Mittelsteg 16.

Der Mittelsteg 16 könnte auch völlig entfallen. Die die Antriebsflächen 12a aufweisenden Antriebselemente 10 könnten dann die gleiche Form wie die die Antriebsflä- chen 12b und 12c aufweisenden Antriebselemente 10 aufweisen und mittig zur Mittelebene 13 liegen.

Um einen Hinterschnitt zu vermeiden, könnten die Antriebselemente 10 mit den Antriebsflächen 12c beispielsweise auch bis zur Mittelebene 13 bzw. dem dort vor- zugsweise angeordneten Mittelsteg 16 verlaufen. Hierbei würden sie in den in Fig. 5 bis 7 dargestellten Schnitten zur Mittelebene 13 hin nicht abfallend ausgebildet sein.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Schwimmkörper 9 einstückig mit einem Felgenabschnitt 15 des Antriebs- und Auftriebsrades ausgebildet. Der Felgenab- schnitt 15 dient zur Verbindung des Antriebs- und Auftriebsrades mit einer Achse, um die Drehung um die Drehachse 1 1 zu ermöglichen.

Der Schwimmkörper 9 und der Felgenabschnitt 15 könnten auch von separaten Teilen gebildet werden. Der Schwimmkörper 9 weist die Form eines Reifens (Autoreifens) auf, ist insbesondere im Wesentlichen torusförmig mit den die Antriebselemente 10 bildenden Erhebungen ausgebildet. Der Schwimmkörper 9 mit den Antriebselementen 10 besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff.

Der Felgenabschnitt 15 kann aus dem gleichen Kunststoff oder einem anderen Kunststoff oder auch einem anderen Material bestehen.

Als Kunststoff könnte auch ein faserverstärkter Kunststoff, insbesondere glasfaserverstärkter Kunststoff eingesetzt werden (beispielsweise Polyester-Kohlefaser).

Der Schwimmkörper 9 mit den Antriebselementen 10 könnte auch aus Gummi aus- gebildet sein.

Der Schwimmkörper 9 könnte auch mehrteilig ausgebildet sein. Beispielsweise könnte innerhalb des die Antriebselemente aufweisenden Abschnitts, der eine Art Mantel, beispielsweise aus Gummi, bildet, ein Schlauch ausgebildet sein. Der Mantel könnte mit der Felge verbunden sein und der Schlauch, der aufblasbar ausgebildet sein kann, ist im eingeschlossenen Hohlraum angeordnet.

Auch ein mehrschichtiger Aufbau des Schwimmkörpers 9 mit den Antriebselementen 10 ist möglich, wobei die Antriebselemente 10 beispielsweise aus einem ande- ren Material als der restliche Schwimmkörper 9 bestehen könnten. Vorzugsweise ist der Schwimmkörper 9 mit den Antriebselementen 10 bzw. ein äußerer Abschnitt (Mantel) hiervon bzw. das gesamte Antriebs- und Auftriebsrad durch ein Spritzgießoder Blasform-Verfahren oder durch Vakuum-Tiefziehen (Vakuumformung) hergestellt. Legende zu den Hinweisziffern:

Antriebs- und Auftriebsrad

Achse

Pedalantrieb

Kette

Schwimmkörper

Ruder

Lenkstange

Schwert

Schwimmkörper

Antriebselement

Drehachse

Antriebsfläche

Mittelebene

Endfläche

Felgenabschnitt

Mittelsteg

Antriebs-Drehrichtung