Jet-Kanu / Tret-Kanu - Bastelrobi 2020/11

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Versuch macht Klug!
Stand: 2020/11

Jet-Kanu / Tret-Kanu

<-Fahrzeuge->
Hier geht um den Umbau eines Kanus auf Tretantrieb.
Ich stelle mir vor in einer bequemen Sitzposition wie auf einem Liegerad per Pedale das Boot anzutreiben. Also wie beim Fahrrad fahren einfach treten und bequem und lautlos vorankommen. Beim Paddeln spritzt es dann doch immer etwas beim wechseln der Einstechseite und der Gelegenheitspaddler hat dann am Ende des Tages doch „Rücken".
Um die Untersetzung und somit die Geschwindigkeit beeinflussen zu können soll eine Schaltung (Kette o. Nabe) mit eingebaut werden.

Das ganze soll aber nicht mit einem klassischem Tretboot zu tun haben das in der Regel nicht schnell und wenig strömungsgünstig gestaltet ist. Auch solch ein Antriebsschaufelrad das dann wieder laut, uneffektiv und spritzend herumplatsch möchte ich nicht haben!

Da ein Kanu üblicherweise über die Böschung in das Wasser gleitet und auch mal durch Wasserpflanzen fährt ist eine einfache feste Schraube am Heck nicht praktikabel. Mit einer äußeren Schraube kann außerdem in flachem Wasser nicht mehr gefahren werden.

Die Lösung sehe ich in einem Wasserstrahlantrieb wie bei einem Jet-Ski. Also ein Propeller im inneren eines Rohres (Impeller) innerhalb des Bootes der Wasser von unten ansaugt und nach hinten wieder ausstößt. (Wasserstrahlantrieb bei Wickipedia.de)
Natürlich nicht so spektakulär und leistungsstark wie bei einem Jet-Boot sondern eher auf den Pedalantrieb abgestimmt und mit Ausstoß unterhalb der Wasseroberfläche.

Da ja die Pedalen eine eher kleine Umdrehungszahl (ca.60UPM) liefern liegt es nahe diese Drehzahl direkt zum antrieb zu nutzen. Eine kleinere Schraube benötigt eine höhere Drehzahl und hat einen schlechteren Wirkungsgrad, das erforderliche Getriebe bedeutet Mehrgewicht und die Austrittsgeschwindigkeit des Wassers ist größer.
Eine gebrauchte Schiffsschraube aus Alu von einem 6PS Außenborder gab es bei eBay für ein paar Euro.
Ein erster Test des Propellers unter Wasser mit geringer Drehzahl am Akkuschrauber erstaunte mich, da der Schub schon beachtlich war!
Da ein Kanu eine recht strömungsgünstige Form hat und auch bei einem leichten „Schubser" schon durchs Wasser gleitet könnte das klappen!
Da ja die Drehzahl gering und der Schraubendurchmesser daher groß ist muss ein 300mm Rohr für die Schraube her. Eine KG300 Muffe vom Baustoffhändler schien perfekt da leicht zu beschaffen, geringes Gewicht, nicht rostend und der Werkstoff ist leicht zu bearbeiten. Um die Welle innerhalb der Muffe zu lagern habe ich gleich auch noch 2 Muffenstopfen KG300 mitgenommen.
Um jetzt nicht zwei 300mm Löcher in das Boot schneiden zu müssen sind in die beiden Muffenstopfen je 4 Löcher für 70er HT Blindstopfen gebohrt worden. Auf der Saug und Druckseite ist somit der Gesamtdurchmesser der Schraube auf je 4 Locher verteilt. Diese 70er HT Blindstopfen waren das maximale was ich rund um die Flanschlager platzieren konnte. Auf jeder Seite sind die 4 Anschlüsse über Bögen und Y-Abzweiger auf je 2 Saugrohre und 2 Druckrohre a HT70 reduziert.
Innen sitzt noch je Deckel ein Wellendichtring in einem Aluring.
Da das Kanu in der Mitte einen kleinen Kiel hat, der bei nur einem Saug und Druckrohr durchtrennt werden müsste, schien es mir sinnvoller mit je 2 Saug- und Druckrohren zu arbeiten die dann neben dem Kiel angebracht werden können.
Diese Antriebseinheit hätte nun so in das Boot eingebaut werden können. Sollte die Oberkante des Impellergehäuses oberhalb der Wasserlinie liegen so kann das Luftpolster oben abgesaugt werden.
Durch eine Revisionsklappe oben im Impellergehäuse könnte die Schraube von z.B. Wasserpflanzen gereinigt werden. Hier wäre eine Oberkante oberhalb der Wasserlinie von Vorteil da beim öffnen dann kein Wasser in das Boot läuft.
Bei Tests mit dem zusammengesetzten  Impellerantrieb im offenen Wassertank und mit Akkuschrauber als Antrieb  zeigte sich allerdings das der Propeller das Wasser innerhalb der  KG-Muffe wie ein Quirl in Drehung versetzt und es nicht geradlinig aus  den 4 Öffnungen ausströmt.
Auch 2 nachträgliche Alubleche die diesen Quirleffekt verhindern sollten brachten nicht die gewünschte Verbesserung.

Es  schein zu große Verwirbelungen und Strömungsblockaden zu geben als das  es mit dieser 1 auf 4 Lösung funktionieren könnte. Es wird daher wohl  doch auf einen 1-Kanallösung mit großen Löchern im Boot hinauslaufen…  mal schauen!
Nachdem die Idee nun schon 2 Jahre schwelte habe ich mich 2015 doch für einen Umbau auf externe Schraube durchgerungen.  Die Schraube sollte auf jeden Fall  so weit unter Wasser laufen das sie nicht die Wasseroberfläche aufreißt und „rumplatscht“. Die Fahrt sollte auf jeden Fall so geräuschlos wie möglich bleiben.
Als Erstes wurde am Bot mit Isolierband eine waagerechte Linie bei 10 & 20cm Tiefgang angebracht. Mit ihnen konnte in einer möglichst realistischen Sitzposition hinten und simulierter Gepäckbeladung im Bug ermittelt werden wie tief die Schraubenwelle in den Bootsrumpf muss bzw. in welchem Winkel diese verlaufen muss.
Die Schraube habe ich mit dem Akkuschrauber angetrieben und mit dem Drehzahlmesser für eine realistische Reisegeschwindigkeit die UPM gemessen. So kann der weitere Antriebsstrang geplant werden.
Am Kanu wurde hinten nach sogfältiger Planung und Messung ein Teil des Kiels hinten ausgesägt.
Die so entstandene Öffnung wurde nun mit  VA-Blech wieder verkleidet. Die Bleche wurden zugeschnitten und mit dem Boot verschraubt. Als alle Bleche fertig angepasst waren wurde alles verschweißt, sandgestrahlt und mit Karosseriedichtmasse wieder montiert.
Die Wellendurchführung ist mit einem Alu-Ring realisiert in dem ein Wellendichtring sitzt. Der Aluring ist mit K-Dichtmasse abgedichtet  an das VA-Blech angeschraubt.
Die Wellenlagerung erfolgte mit zwei Standard Stehlagern in leichter Ausführung. Das hintere Lager wurde nach unten hängend in den Kiel eingearbeitet installiert. Das vordere Lager stehend auf einem Aluprofil moniert.
Sämtliche Schrauben durch die Boardwand sind mit zusätzlichen Scheiben unterlegt und doppelt mit K-Masse abgedichtet.
Das Schwert dient als mechanischer Schutz der Schraube beim Aufsetzen/Überfahren von Hindernissen im Wasser oder Absetzen des Bootes beim Verladen. Die Welle ist ein dünnwandiges VA-Rohr und die letzte Lagerstelle im Boot kurz hinter dem Sitz recht weit weg. Die Gefahr des Verbiegens der Welle ist daher recht groß.
Außerdem trägt das Schwert am Ende noch eine Lagerbuchse für die Welle.
Der Antriebsstrang besteht aus einem Winkelgetriebe, einer Dydamonabe und einem Tretlager eines 20“ Fahrrades.
  • Das Winkelgetriebe ist ein Aufsatz um aus einer normalen Bohrmaschine eine Flex zu machen. Früher gab es solche verschiedenen Aufsatze wie auch „Kreissäge“ oder „Schwingschleifer“ um aus der teuer angeschafften Bohrmaschine mehrere Geräte zu „zaubern“.Die alte M14 Aufnahme der Trennscheibe ist bei mir nun mit der Schraubenwelle verbunden. Auf der „Borhmaschinenseite“ habe ich über eine doppelt gelagerte M12 Schraube ein Kettenritzel angebracht.  Das Getriebe übersetzt 3,15 ins Hohe. Eine Ritzelumdrehung sind also 3,15 Umdrehungen der Schraube im Wasser.
  • Die Dynamonabe dient in erster Linie dem Kettenversatz zurück in die Bootsmitte. Ganz nebenbei kann man so bei Bedarf mit dem erzeugten Strom z.B. sein Handy wieder aufladen.
  • Das Tretlager stammt aus einem alten Klapprad und ist auf dem Kopf montiert.
Alles sitzt auf einem Quadratrohr 40x40x2 das unten in der Bootsmitte verläuft. Die Nabe und das Tretlager sind längenverstellbar um die einzelnen Ketten spannen zu können.
Alle diese Komponenten sind noch nicht gewichtsoptimiert und aus Stahl. Hier gibt es also noch Optimierungspotential.
Hier gut zu sehen die Abstützung des Profilrohres in der Bootsmitte mit der vorderen Sitzbank.
Für die Lenkung habe ich eine Halterung gebaut die auf der vorderen Sitzbank geschraubt wird. Außen am Bot wird ein VA-Rohr geführt das unterhalb der Wasseroberfläche ein Blechschwert als Ruderblatt trägt. Dieses Rohr kann mit Schwert hoch gezogen und arretiert werden. Oben auf dem Rohr sitzt ein Alu-Hebel der von einer hölzernen Schubstange vom Sitzt aus bedient wird. Stange schieben = rechts rum, ziehen = links rum.
Der erste richtige Einsatz auf einer 3-tägigen Tour auf der Mecklenburgischen-Seenplatte verlief ohne Probleme. Es macht viel Spass zu fahren und bis auf die Ketten und das Getriebe fast geräuschlos.

 
Alles ist dicht und funktioniert wie geplant! Die Tretgeschwindigkeit ist mit ca. 1 Umdrehung pro Sekunde optimal und in etwa so anstrengend wie mit dem Fahrrad auf ebener Strecke ohne Wind 22km/h zu fahren.  
Man ist mit diesem Tretantrieb schneller als 2 Freizeitpaddler im Kanu. Bei vergleichsweise geringerer Anstrengung und mit einem durchgängig gleich bleibendem Vortrieb!
 
Wenn man richtig in die Pedale tritt (anstregend!) wird das Kanu auch sehr schnell. Genaue Messungen folgen noch.

 
 
Einmal auf dem Wasser gibt es immer wieder viel zu erklären – Ein Kanu mit Tretantrieb hat natürlich noch niemand gesehen.
 
Das ein Kanu sich vorwärts bewegt ohne das die Person drin paddelt und mit den Armen arbteit fällt auch schon von weitem auf…

 
 
Aber es gibt natürlich auch Nachteile:
 
Die Gegenkraft zu Pedalkraft muss die Rückenlehne des IKEA-Sitzes aufnehmen. Mein Prototyp hat eine Holzlatte die die Kraft von der Lehne nach unten ins Boot ableitet. Der IKEA-Sitz ist hier noch nicht das Optimum. Die Winkel der Sitzfläche und Lehne sind unpassend. Auch bietet der Sitzt so keine Belüftung des Rückens. Man schwitzt im Hochsommer am Rücken doch recht ordentlich. Hier könnte ein Sitz mit im Wechsel gespannter Gurtbespannung helfen.
 
 
Das Kanu ist viel schwerer als normal. Das muss auf’s Auto gewuppt werden!
 
 
Die Schraube unter dem Kanu ist von extremen Nachteil sobald im Wasser irgendwelches Gestrüpp oder Teichrosen wachsen. An Schraube und Schwert verheddert sich der ganze Mist und man kommt im offenen Wasser in der Sitzposition nur schwer ran das wieder ab zu fummeln.  
Also Gewässer die sonst noch mit dem Stechpaddel problemlos zu befahren sind können jetzt leider tabu.

 
Auch das Ein-/ und Aussetzten ist schwieriger. Schraube als erstes ins Wasser rein und beim Aussetzen als letztes raus.
 
Ich plane nun die Schraube hoch-/abklappbar zu bauen oder eine Art 2-schalige Haube drum klappen zu können. Mal schauen…
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