Die Erfindung betri f ft ein System umfassend mindestens ein erstes Arbeitsmodul und ein zweites Arbeitsmodul für einen Unterwasser- Antrieb zur Verwendung im Wassersport , wobei die beiden Arbeitsmodule zur Ankupplung an demselben Antriebsmodul eingerichtet sind . In Verwendung umfasst der Unterwasser-Antrieb das Antriebsmodul und ein Ausgewähltes der Arbeitsmodule , das an dem Antriebsmodul angekuppelt ist . Das Antriebsmodul umfasst eine Kraftmaschine , die mechanische Energie abgibt , also einen Motor, vorzugsweise einen Elektromotor . Die Arbeitsmodule umfassen j eweils eine Arbeitsmaschine , d . h . eine angetriebene Maschine , die Energie in Form von mechanischer Arbeit vom Antriebsmodul aufnimmt und in Verwendung ( d . h . unter Wasser ) auf das umgebende Wasser überträgt . Die Arbeitsmaschinen der Arbeitsmodule sind Fluidenergiemaschinen, genauer hydraulische Fluidenergiemaschinen .

Die vorliegende Erfindung betri f ft insbesondere die Verwendung eines Unterwasser-Antriebs im Wassersport , genauer beim Surfen oder „Foilen" , d . h . Surfen mit einem Board mit Unterwasser- Tragflächen, sowie bei kleinen Booten für ein bis vier Personen .

Ein Unterwasser-Antrieb für ein Tragflügel-Surfboard ist aus der WO 2022 / 037809 Al bekannt . Der Antrieb weist einen hinteren Teil auf , welcher eine Arbeitsmaschine umfasst und über einen Befestigungs flansch mit geeigneten Befestigungsöf fnungen an einem Antriebsteil , wie etwa einem Elektromotor, befestigt ist . Dieses System hat den Nachteil , dass es für nur eine bestimmte Anwendung optimiert ist , nämlich in diesem Fall für den Antrieb eines Tragflügel-Surfboards . Der hintere Teil erzielt eine für diese bestimmte Anwendung geeignete Abwägung zwischen Strömungswiderstand und Wirkungsgrad .

Die WO 2022 018 719 Al zeigt Module mit denen ein gewöhnliches Surfboard motorisiert werden kann . Es ist ein Unterwasser- Antriebsmodul vorgesehen, das mittels eines Adapters an einem Surfboard befestigt werden kann .

Die US 2018 / 170493 Al zeigt ein Board mit einer Jet- Antriebseinheit . Die Jet-Antriebseinheit weist mehrere Antriebseinheiten . Jede Antriebseinheit weist eine Motoreinheit in einem Motorgehäuse und eine Batterieeinheit in einem Batteriegehäuse auf .

Die US 2020/ 079479 Al zeigt ein Surfbrett mit einem aus fahrbarem Elektroantrieb . Der Antrieb weist zwei getrennte Teile auf , die miteinander verbunden werden können .

Es ist eine Aufgabe der gegenständlichen Erfindung, den Unterwasser-Antrieb für verschiedene Anwendungen anpassen zu können, ohne den kompletten Antrieb ersetzen zu müssen .

Diese Aufgabe wird bei dem System der eingangs angeführten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst , dass sich das zweite Arbeitsmodul vom ersten Arbeitsmodul unterscheidet .

Das zweite Arbeitsmodul kann beispielsweise einen anderen Strömungswiderstand und/oder einen anderen Wirkungsgrad als das erste Arbeitsmodul haben . Typischerweise wird das Arbeitsmodul mit dem niedrigeren Strömungswiderstand zugleich den niedrigeren Wirkungsgrad haben und umgekehrt . Es können somit unterschiedliche , für verschiedene Anwendungen optimale Abwägungen zwischen Strömungswiderstand und Wirkungsgrad erzielt werden, mit einem einzigen Antriebsmodul . Beispielsweise kann für den Antrieb eines Stand-up Paddle Boards nahe der Wasseroberfläche ein Arbeitsmodul bereitgestellt werden, das einen geringen Strömungswiderstand priorisiert , während für den Antrieb eines Fischerbootes ein anderes Arbeitsmodul bereitgestellt werden kann, für das ein hoher Wirkungsgrad im Vordergrund steht . Beispielsweise für den Antrieb eines Tragf lächen-Surfboards kann optional darüber hinaus mit einem dritten Arbeitsmodul ein Kompromiss zwischen den beiden vorgenannten Anwendungs fällen zur Verfügung gestellt werden .

Mindestens eines der Arbeitsmodule kann einen Impeller aufweisen, wobei der Impeller über eine Welle mit einem Kupplungsteil zur Ankupplung an das Antriebsmodul verbundenen sein kann . Als Impeller wird ein von einem Gehäuse umschlossener Propeller verstanden, ohne Einschränkungen für die Form des Gehäuses . Das Gehäuse wird dabei typischerweise von einem Stator gehalten . Der Propeller bildet mit der Welle einen Rotor des Arbeitsmoduls . Der Propeller kann ein oder mehrere Flügel aufweisen, die um eine Rotationsachse der Welle herum angeordnet sind, vorzugsweise drehsymmetrisch . Alternativ zu einem Impeller kann mindestens eines der Arbeitsmodule einen Propeller ohne Gehäuse aufweisen .

Gemäß einem Aus führungsbeispiel dieser Of fenbarung kann der Impeller einen Teil eines Düsenringpropellers bilden, der einen mit einem Gehäuse des Impellers verbunden Di f fuser umfasst . Der Di f fuser dient dazu, die Strömung des vom Impeller bewegten Wassers in eine Ausstoßrichtung parallel zur Rotationsachse der Welle umzulenken und Strömungen und Verwirbelungen quer zu dieser Richtung zu verringern . Das Gehäuse des Impellers kann sich in die Ausstoßrichtung verj üngen, um eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit in diese Richtung am Auslass des Arbeitsmoduls zu erreichen . Die optionale Kombination aus Impeller und Di f fuser kann im Allgemeinen auch ohne eine düsenförmige Verj üngung des Gehäuses bei einem Arbeitsmodul vorgesehen sein .

Allgemein kann das zweite Arbeitsmodul einen anderen Durchmesser, insbesondere einen größeren Durchmesser, haben als das erste Arbeitsmodul . Der kleinere Durchmesser des ersten Arbeitsmoduls kann einen niedrigen Strömungswiderstand im Vergleich zum zweiten Arbeitsmodul begünstigen . Umgekehrt kann der größere Durchmesser des zweiten Arbeitsmoduls einen hohen Wirkungsgrad im Vergleich zum ersten Arbeitsmodul begünstigen . Beispielsweise kann der Durchmesser des ersten Arbeitsmoduls zwischen 30 mm und 100 mm und der Durchmesser des zweiten Arbeitsmoduls zwischen 100 mm und 300 mm betragen . Falls mehr als zwei Arbeitsmodule vorgesehen sind, können j eweilige Durchmesser ungefähr gleichmäßig verteilt sein, wobei der j eweils kleinste bzw . größte Durchmesser in den vorgenannten Bereichen liegt . Es können im Allgemeinen aber auch beide oder alle Arbeitsmodule denselben Durchmesser aufweisen und sich auf andere Weise unterscheiden, beispielsweise anhand der Gestaltung eines Propellers oder Impellers oder eines dazugehörigen Gehäuses . Eine weitere optionale Möglichkeit der Unterscheidung zwischen den Arbeitsmodul besteht darin, dass mindestens eines der Arbeitsmodule ein Getriebe aufweisen kann . Das Getriebe kann beispielsweise ein Untersetzungsgetriebe sein . Damit kann das Drehmoment pro Umdrehung des Rotors im Verhältnis zur Welle des Antriebsmoduls gesteigert werden . Alternativ oder gleichzeitig kann die Ef fi zienz des Antriebsmoduls durch Anpassung der Drehzahl an einen optimalen Arbeitsbereich gesteigert werden . Für ein Arbeitsmodul mit einem größeren Durchmesser als mindestens ein anderes Arbeitsmodul kann beispielsweise ein Übersetzungsverhältnis (Abtrieb : Antrieb ) zwischen 1 : 2 und 1 : 10 vorgesehen sein, insbesondere 1 : 5 ; analog kann für ein Arbeitsmodul mit einem kleineren Durchmesser als mindestens ein anderes Arbeitsmodul beispielsweise ein Übersetzungsverhältnis (Abtrieb : Antrieb ) zwischen 2 : 1 und 10 : 1 , insbesondere 5 : 1 , vorgesehen sein .

Optional kann mindestens eines der Arbeitsmodule einen abnehmbaren Außenflügel aufweisen . Der Außenflügel kann beispielsweise zusammen mit einem am anderen (bugseitigen) Ende des Antriebsmoduls angeordneten Tragflügel die hori zontale Querachse des Unterwasser-Antriebs stabilisieren . Damit kann einem „Nicken" nach vorne und hinten entgegengewirkt werden . Das ist insbesondere bei einer Verwendung an einem Tragflügel-Surfboard ( „E-Foil" ) vorteilhaft , um die Stabilität in einem aus dem Wasser gehobenen Zustand des Surfboard zu verbessern . Der Tragflügel und der Außenflügel können dabei derart konfiguriert sein, dass der Tragflügel ( oder Frontflügel ) einen Auftrieb generiert und der Außenflügel ( oder Heckflügel ) einen Abtrieb generiert .

Der abnehmbare Außenflügel kann beispielsweise formschlüssig mit dem Gehäuse des Impellers verbunden und vorzugsweise zwischen dem Gehäuse und dem Di f fuser gehalten sein, wobei der Dif fuser vom Gehäuse abnehmbar sein kann . Diese Art der Kupplung ermöglicht eine werkzeuglose Montage und Demontage des Außenflügels j e nach Bedarf . Dadurch kann der Unterwasser-Antrieb auf einfache und zuverlässige Weise adaptiert werden und eine optimale Abwägung zwischen Strömungswiderstand ( der ohne Außenflügel geringer ist ) und Stabilität ( die mit Außenflügel höher ist ) getroffen werden . Die Arbeitsmodule können zur Ankupplung am Antriebsmodul j eweils eine Verbindungseinrichtung aufweisen, wobei die Verbindungseinrichtung zur Herstellung einer ersten Verbindung und einer zweiten Verbindung eingerichtet sein kann, wobei die erste Verbindung die Module entlang der Verbindungsachse zusammenhält und die zweite Verbindung ein relatives Verdrehen der Module einschränkt oder blockiert , wobei die zweite Verbindung eine tangential zur Verbindungsachse formschlüssige Verbindung ist , und wobei die erste Verbindung eine werkzeuglose Verbindung ist . Eine werkzeuglose Verbindung ist ohne separates Werkzeug wie Schraubendreher oder Schraubenschlüssel herstellbar . Optional werden keine losen Zusatzteile für ein Öf fnen oder Schließen einer Arretierung benötigt (wie lose Hebel , Sti fte, Stangen, Schrauben oder Zylinder ) . Nachdem typischer Weise auch die zweite Verbindung eine werkzeuglose Verbindung ist , können die benachbarten Module ohne die Verwendung eines Werkzeugs , nämlich mit bloßen Händen verbunden und dadurch montiert bzw . getrennt und dadurch demontiert werden . Dadurch wird die Handhabung wesentlich erleichtert . Es entfällt das Erfordernis , ein geeignetes Werkzeug mitzuführen, was besonders im Wassersport unpraktisch ist . Dadurch wird es ermöglicht , die Module bis unmittelbar zum Verwendungsort ( zum Beispiel Strand) als kompakte Einzelteile zu transportieren und erst unmittelbar vor der Verwendung zu montieren . Es besteht keine Gefahr, ein für die spätere Demontage erforderliches Werkzeug während der Verwendung zu verlieren, damit andere Ausrüstungsteile zu beschädigen, oder sich oder andere Personen damit zu verletzen .

Die erste Verbindung kann beispielsweise eine lösbare Schraubverbindung sein, wobei die Verbindungseinrichtung ein Innengewinde oder ein Außengewinde zur Herstellung der ersten Verbindung aufweist . Die Schraubverbindung wird dabei direkt zwischen den Modulen hergestellt . Es sind keine separaten Verbindungswerkzeuge , wie Schrauben oder Muttern, erforderlich . Das Anziehen der Schraubverbindung erfolgt durch manuelle Aufbringung eines Drehmoments direkt auf die Module selbst oder auf bewegliche Verbindungskomponenten, die zum j eweiligen Modul gehören und beispielsweise beweglich mit einem Gehäuse des Moduls verbunden sind . In beiden Fällen sind die zum Modul gehörigen Betätigungs flächen genügend weit von einer Achse der Schraubverbindung entfernt , um die Schraubverbindung manuell ausreichend anziehen zu können, z . B . bei einem Radius von mindestens 1 cm .

In diesem Zusammenhang kann die Verbindungseinrichtung optional zur Herstellung der zweiten Verbindung nach der Herstellung der ersten Verbindung eingerichtet sein . Die sequenzielle Herstellung der Verbindungen ist in der Art vergleichbar mit einer Schraubverbindung mit einer Kronenmutter . Eine solche - vorzugsweise erzwungene - Herstellung der beiden Verbindungen zeitlich hintereinander ermöglicht es , mit der zweiten Verbindung zugleich die erste Verbindung zu sperren oder arretieren . Dies ist insbesondere dann günstig, wenn die erste Verbindung unter dynamischer Belastung alleine nicht ausreichend zuverlässig wäre .

Beispielsweise kann die Verbindungseinrichtung einen Kupplungsteil einer einschnappenden und arretierbaren Klauenkupplung aufweisen . Der Kupplungsteil kann beispielsweise vergleichbar mit einer stirnseitigen Pass feder vorgesehen sein . Die Klauenkupplung kann dabei der zweiten Verbindung entsprechen und ein Drehmoment zwischen den benachbarten Modulen übertragen und dadurch zugleich die erste Verbindung von einem Drehmoment entlasten . Insbesondere im Fall eines dynamischen Drehmoments wäre eine Schraubverbindung als erste Verbindung grundsätzlich wenig geeignet , kann j edoch in Kombination mit einer derartigen zweiten Verbindung mit einfachen Mitteln und auf wenig Raum eine hohe Zuverlässigkeit erreichen .

Gemäß einem Aus führungsbeispiel einer solchen werkzeuglosen Verbindung zwischen Antriebsmodul und Arbeitsmodul kann die Verbindungseinrichtung des Arbeitsmoduls oder die Verbindungseinrichtung des Antriebsmoduls mindestens zwei in Richtung parallel zur Verbindungsachse beweglich und federgelagerte , insbesondere kugel förmige , Klauenteile aufweisen, wobei die Verbindungseinrichtung eine vorzugsweise drehbare Kulisse umfasst , die zur Arretierung der Klauenteile eingerichtet ist . Diese Konstruktion ermöglicht es , eine als erste Verbindung verwendete Schraubverbindung bis an die Klauenteile heran und darüber hinweg anzuziehen, wobei die Klauenteile gegen die Federkraft verdrängt werden, bis zu einer Arretierungsposition, in der die Klauenteile in entsprechende Vertiefungen oder Ausnehmungen des benachbarten Moduls eingreifen . Anschließend können die Klauenteile in dieser Arretierungsposition beispielsweise mit der drehbaren Kulisse gegen eine Verdrängung gesperrt werden, bis die Arretierung wieder gelöst wird . Die Drehbarkeit der Kulisse stellt dabei sicher, dass von den Modulen kein Drehmoment auf die Kulisse übertragen wird und die Verbindung somit auch unter dynamischer Belastung zuverlässig erhalten bleibt .

Optional oder zusätzlich kann die Verbindungseinrichtung einen parallel zur Verbindungsachse angeordneten, vorzugsweise zentralen, Durchgang aufweisen, wobei im Durchgang ein Kupplungsteil für eine Welle des Arbeitsmoduls angeordnet sein kann . Der Durchgang kann beispielsweise radial innerhalb der Schraubverbindung angeordnet sein, indem die Gehäuse der Module im Bereich der Schraubverbindung als Hohl zylinder ausgebildet sind .

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von besonders bevorzugten Aus führungsbeispielen, auf die sie j edoch nicht beschränkt sein soll , und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch weiter erläutert . Die Zeichnungen zeigen im Einzelnen :

Fig . 1 schematisch eine Seitenansicht eines Unterwasser- Antriebs mit einem Antriebsmodul und einem Arbeitsmodul eines Systems der hier of fenbarten Art ;

Fig . 2 schematisch einen Teil-Längsschnitt durch den Unterwasser-Antrieb gemäß Fig . 1 ;

Fig . 3 schematisch eine Seitenansicht des Antriebsmoduls und des Arbeitsmoduls gemäß Fig . 1 , in einer demontierten Stellung, getrennt voneinander, unter einem anderen Blickwinkel als Fig . 1 ;

Fig . 4 schematisch einen Längsschnitt der Module gemäß Fig . 3 entlang der Linie IV- IV;

Fig . 5—7 drei unterschiedliche Arbeitsmodule eines Systems der hier of fenbarten Art ; und

Fig . 8—10 eine Seitenansicht und zwei ( teilweise ) Explosionsansichten eines Arbeitsmoduls mit einem abnehmbaren Außenflügel . Die Figuren 1—4 zeigen j eweils ein Antriebsmodul 1 und ein erstes Arbeitsmodul 2 für einen Unterwasser-Antrieb 3 zur Verwendung im Wassersport . Das Antriebsmodul 1 und das Arbeitsmodul 2 gehören dabei j eweils zu einem System, das ein zweites Arbeitsmodul 4 und ein drittes Arbeitsmodul 5 umfasst , wie in den Figuren 5—7 dargestellt , wobei sich die Arbeitsmodule 2 , 4 , 5 alle voneinander unterscheiden . Gleichzeitig sind die Arbeitsmodule 2 , 4 , 5 zur Ankupplung an demselben Antriebsmodul 1 eingerichtet . Die Arbeitsmodule 2 , 4 , 5 bilden daher mit dem Antriebsmodul 1 ein System .

Das Antriebsmodul 1 weist einen Elektromotor 6 auf ( schematisch in Fig . 2 dargestellt ) , der von einer Batterie , die z . B . in einem Board untergebracht und über Leitungen in einem Mast und geeignete Verbindungsteile 7 zwischen Mast und Antriebsmodul 1 mit dem Antriebsmodul 1 verbunden ist , mit Strom versorgt wird . Der Elektromotor 6 kann von einer Steuereinheit gesteuert werden, die beispielsweise ebenfalls in einem Board untergebracht ist und mit einem Bedienelement per Funk oder Kabel verbunden ist . Uber eine Kupplung 8 mit gegenüberliegenden Kupplungsteilen 9 , 10 wird mechanische Arbeit vom Antriebsmodul 1 auf eine Welle 11 des Arbeitsmoduls 2 übertragen .

Alle drei in diesen Aus führungsbeispielen gezeigten Arbeitsmodule 2 , 4 , 5 weisen einen Impeller 12 auf ( siehe Fig . 2 und 4 ) . Der Impeller 12 ist über die Welle 11 mit einem Kupplungsteil 9 zur Ankupplung an das Antriebsmodul 1 verbundenen . Der Impeller 12 bildet einen Teil eines Düsenringpropellers 13 . Der Düsenringpropeller 13 umfasst einen mit einem Gehäuse 14 des Impellers 12 verbunden Di f fuser 15 in der Art einer Jet-Düse .

Das zweite Arbeitsmodul 4 hat einen höheren Strömungswiderstand und einen höheren Wirkungsgrad als das erste Arbeitsmodul 2 . Das dritte Arbeitsmodul 5 hat einen geringeren Strömungswiderstand und einen geringeren Wirkungsgrad als das erste Arbeitsmodul 2 und als das zweite Arbeitsmodul 4 . Das zweite Arbeitsmodul 4 hat einen größeren Durchmesser als das erste Arbeitsmodul 2 . Das dritte Arbeitsmodul 5 hat einen kleineren Durchmesser als das erste Arbeitsmodul 2 und als das zweite Arbeitsmodul 4 . Das zweite Arbeitsmodul 4 weist ein Getriebe auf . Das Getriebe des zweiten Arbeitsmoduls 4 hat ein Übersetzungsverhältnis von 1 : 5 (Abtrieb : Antrieb ) . D . h . die Drehzahl der Welle 11 des zweiten Arbeitsmoduls 4 ist fünfmal höher als die Drehzahl der Flügel 16 des Impellers 12 .

Das in den Figuren 1—4 gezeigte Arbeitsmodul 2 eignet sich zur Aufnahme zweier abnehmbarer Außenflügel 17 , wie in den Figuren 8— 10 dargestellt . Fig . 8 zeigt das Arbeitsmodul 2 mit den abnehmbaren Außenflügeln 17 . Die abnehmbaren Außenflügel 17 weisen einen Trägerring 18 auf . Der Trägerring 18 ist formschlüssig mit dem Gehäuse 14 des Impellers 12 verbunden . Diese Verbindung verhindert eine Verdrehung der abnehmbaren Außenflügel 17 um das Gehäuse 14 herum . Die abnehmbaren Außenflügel 17 sind in Richtung parallel zur Welle 11 des Arbeitsmoduls 2 zwischen dem Gehäuse 14 und dem Di f fuser 15 gehalten . Der Di f fuser 15 ist vom Gehäuse 14 abnehmbar und in diesem Beispiel mittels Schraubverbindung mit dem Gehäuse 14 verbunden . Der Dif fuser 15 weist dabei ein Innengewinde 19 auf , dass auf ein Außengewinde 20 des Gehäuses 14 auf geschraubt werden kann ( siehe Figur 4 ) .

Die Arbeitsmodule 2 , 4 , 5 weisen zur Ankupplung am Antriebsmodul 1 j eweils eine Verbindungseinrichtung 21 auf . Das Antriebsmodul 1 weist eine entsprechende Verbindungseinrichtung 22 zur Ankopplung eines Arbeitsmoduls 2 , 4 , 5 am hinteren Ende auf . Die Verbindungseinrichtungen 21 , 22 sind j eweils zur Herstellung einer ersten Verbindung 23 und einer zweiten Verbindung 24 eingerichtet . Die erste Verbindung 23 hält die Module entlang der Verbindungsachse 25 zusammen . Die zweite Verbindung 24 schränkt ein relatives Verdrehen der Module ein oder blockiert es gänzlich . Die zweite Verbindung 24 ist eine tangential zur Verbindungsachse 25 formschlüssige Verbindung . Die erste Verbindung 23 ist eine werkzeuglose Verbindung .

Bei den Verbindungseinrichtungen 21 , 22 zwischen dem Antriebsmodul 1 und dem Arbeitsmodul 2 ist die erste Verbindung 23 eine lösbare Schraubverbindung . Die Verbindungseinrichtung 22 am Antriebsmodul 1 weist ein Außengewinde 26 auf und die Verbindungseinrichtung 21 am Arbeitsmodul 2 weist ein entsprechendes Innengewinde 27 zur Herstellung der ersten Verbindung 23 auf ( siehe Fig . 4 ) .

Zur Herstellung der zweiten Verbindung 24 , die zur Drehmomentaufnahme eine tangential zur Verbindungsachse 25 formschlüssige Verbindung ist , weisen die Verbindungseinrichtungen 21 , 22 j eweils einen Kupplungsteil 28 , 29 einer einschnappenden und arretierbaren Klauenkupplung auf . Im Einzelnen weist die Verbindungseinrichtung 22 des Antriebsmoduls 1 drei in Richtung parallel zur Verbindungsachse 25 beweglich und federgelagerte , kugelförmige Klauenteile 30 auf und umfasst eine drehbare Kulisse 31 , die zur Arretierung dieser Klauenteile 30 eingerichtet ist . Genauer werden durch die Kulisse 31 die kugel förmigen Klauenteile 30 nach außen und in entsprechende Vertiefungen 32 in der Verbindungseinrichtung 21 des Arbeitsmoduls 2 gepresst und dort arretiert . Dadurch werden die beiden Module gegen ein gegenseitiges Verdrehen gesperrt , wodurch zugleich die Schraubverbindung unlösbar blockiert wird so lange bis die kugelförmigen Klauenteile 30 durch umgekehrtes Verdrehen der Kulisse 31 gelöst und freigegeben werden . Die Verbindungseinrichtungen 21 , 22 sind dementsprechend zur Herstellung der zweiten Verbindung 24 nach der Herstellung der ersten Verbindung 23 eingerichtet .

Die Verbindungseinrichtungen 21 , 22 weisen j eweils einen parallel zur Verbindungsachse 25 angeordneten, zentralen Durchgang 33 , 34 auf . In dem Durchgang 33 , 34 sind die Kupplungsteile 9 , 10 für die Welle 11 des Unterwasser-Antriebs angeordnet .