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Forum: Mechanik, Gehäuse, Werkzeug wie viel Schub entwickelt ein durchschnittlicher Schwimmer?


Autor: Hanse (Gast)
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Hallo!

Die Frage ist vielleicht ein wenig ungewöhnlich, aber ich baue grade an 
einem Gerät zum Antreiben einer Person im Wasser (ähnlich einem 
Dive-Scooter). Ich möchte nun ermitteln wie viel Schub ich brauche um 
eine Geschwindigkeit von x km/h zu generieren. Die Person liegt wie beim 
Schwimmen waagerecht im Wasser.

meine Fragen hierzu:

- wie viel Schub entwickelt ein durchschnittlicher Schwimmer?
- wie schnell wird ein durchschnittlicher Schwimmer?
- wieviel "Schwimm-Leistung" (Kilowatt) generiert ein durschnittl. 
Schwimmer?
- gibt es irgendeine Formel, mit der man überschlagsmäßig ausrechnen 
kann wie Schub und Geschwindigkeit eines Schwimmers in Beziehung stehen?

vielleicht gibt es ja hier einen Schimm-Experten.

Herzlichen Dank!
Hanse

Autor: Mike B. (Firma: Buchhaltung+Controlling) (mike_b97) Benutzerseite
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obwohl die Frage interessant ist
andere haben das Problem schon mal gelöst:

http://www.escootershop.de/en/divescooter/717/sead...
SeaScooter 500Watt  90Min  7km/h  3 Gaenge  Lithiumakkus 266,4 Wh

Autor: Ulli N. (Gast)
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Hanse schrieb:
> meine Fragen hierzu:
>
> - wie viel Schub entwickelt ein durchschnittlicher Schwimmer?
> - wie schnell wird ein durchschnittlicher Schwimmer?
> - wieviel "Schwimm-Leistung" (Kilowatt) generiert ein durschnittl.
> Schwimmer?
> - gibt es irgendeine Formel, mit der man überschlagsmäßig ausrechnen
> kann wie Schub und Geschwindigkeit eines Schwimmers in Beziehung stehen?


Deutsche Sporthochschule Köln, Institut für Biomechanik und Orthopädie:

https://www.dshs-koeln.de/visitenkarte/einrichtung...

Autor: Hanse (Gast)
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Immerhin habe ich nun folgende Zahlen zur Geschwindigkeit eines Profis 
gefunden:

Kraul (Freistil) 2,13 m/s = 7,67 km/h   Brasilien César Cielo

Autor: Mike B. (Firma: Buchhaltung+Controlling) (mike_b97) Benutzerseite
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Hanse schrieb:
> Immerhin habe ich nun folgende Zahlen zur Geschwindigkeit eines
> Profis
> gefunden:
>
> Kraul (Freistil) 2,13 m/s = 7,67 km/h   Brasilien César Cielo

für den gesuchten Schub würde man noch den Widerstandsbeiwert des 
Schwimmers (cw beim Auto) benötigen

Autor: Hanse (Gast)
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Habe nun noch ein Datenblatt zu einem kommerziellen "high-speed-dingen" 
gefunden:

http://pdf.nauticexpo.de/pdf/seabob/technische-dat...
Youtube-Video "My Perfect Diving Scooter Seabob Cayago F7"

Okay - ich hatte jetzt in der ersten Ausbaustufe mit 1kw Leistung 
geplant und wollte etwa 10km/h schaffen.

Vermutlich kann ich mir das abschminken. Allerdings soll das Gerät auch 
sehr leicht werden (kurze Akkuzeit) und unter ein Bodyboard geschraubt 
werden.

Autor: Hanse (Gast)
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Ich hab mich nun für einen 2kw antrieb entschieden. 4X Brushlessmotoren 
mit jeweils 500W

Beitrag #5101782 wurde von einem Moderator gelöscht.
Beitrag #5101787 wurde von einem Moderator gelöscht.
Autor: Hanse (Gast)
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Feldkurat K. schrieb im Beitrag #5101782:
> Hanse schrieb:
>> Ich hab mich nun für einen 2kw antrieb entschieden. 4X Brushlessmotoren
>> mit jeweils 500W
>
> Na dann: Noch eine Haifischflosse auf den Rücken geschnallt und vor
> Usedom gekreuzt. Da kommt Freude auf.
> :))
>
> -Feldkurat-

Wird sicher ein lustiges Projekt. Zu Beginn hatte ich die Idee mir eine 
Art Anzug zu konstruieren, der mich antreibt. Sozusagen wie Ironman nur 
im Wasser. An die Arme und Füße jeweils einen Antrieb. :P

Autor: Feldkurat Katz (feldkurat)
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Hanse schrieb:
> Wird sicher ein lustiges Projekt.

Das denke ich auch.

> Zu Beginn hatte ich die Idee mir eine
> Art Anzug zu konstruieren, der mich antreibt. Sozusagen wie Ironman nur
> im Wasser. An die Arme und Füße jeweils einen Antrieb. :P

Auch diese Idee hätte Hand und Fuß. Vor Allem könnte man flexibler 
steuern, da die Antriebe ja unabhängig voneinander beweglich wären. 
Trotzdem bräuchte man wohl einen extra Auftriebskörper, denn nur auf dem 
Meersgrund
herum schrapeln nutzt den Anzug sehr ab.
:)
-Feldkurat-

Autor: Joe (Gast)
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Mit meinem Canadier schafft das Teil gut 7km/h.
Beladen mit zwei Personen und 38kg Bootsgewicht.

Ebay-Artikel Nr. 302402717190

Autor: Mike B. (Firma: Buchhaltung+Controlling) (mike_b97) Benutzerseite
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Joe schrieb:
> Mit meinem Canadier schafft das Teil gut 7km/h.
> Beladen mit zwei Personen und 38kg Bootsgewicht.
>
> Ebay-Artikel Nr. 302402717190

faule Säcke, die sollen paddeln und nich chillen :D

nein, im Ernst
je einen kräftigen Impellerantrieb an Unterarme und Unterschenkel, einen 
wasserdichten Taster für jede Einheit in die Hand, zur Stabilisierung 
evtl. noch kleine Flossen an die Füße
Akkupack strömungsgünstig verpackt auf den Rücken schnallen

dann kann man bestimmt mit den Robben tauchen gehen,
den Speicherdichten der atuellen Akkus sei dank...

stell ich mir recht interessant vor...

Autor: Schwimmer (Gast)
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Hanse schrieb:
> - wie schnell wird ein durchschnittlicher Schwimmer?

Gehe mit einer Stopuhr ins Schwimmbad, guck dir einen 
"durchschnittlichen Schwimmer" aus, der seinen Bahnen zieht und stoppe 
die Zeit pro Bahn. Dann fragst du den Bademeister nach der Länge der 
Bahn ...
Wahrscheinlich musst du bei deiner Auswahl berücksichtigen, ob er vor 
hat, 50m, 1000m oder länger zu schwimmen.

Autor: Katrin (Gast)
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Hier mal ein aktuelles Datenblatt für die neuen Seabob Modelle.

Autor: Blackbird (Gast)
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500W-Antriebe an Armen und Beinen und dann bis zu 10km/h unter Wasser?
Dir ist klar, dass Du schon ein gehöriges Muskelpaket sein mußt, um das 
koordinieren zu können.
Besser wäre eine kleine Antriebseinheit mit seitlichen Antrieben, die 
Dich zieht, beim Loslassen stoppt und mit leichten Auftrieb austariert 
ist.


Blackbird

Autor: Feldkurat (Gast)
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Blackbird schrieb:
> 500W-Antriebe an Armen und Beinen und dann bis zu 10km/h unter Wasser?
> Dir ist klar, dass Du schon ein gehöriges Muskelpaket sein mußt, um das
> koordinieren zu können.

Um aus dem Becken auszusteigen, braucht er dann jedenfalls keine Leiter 
mehr und am Strand katapultiert es ihn bis zur Strandbar.
Jedes Uboot-Sonar gibt ein verzweifeltes "Ping" ab, weil der Mann 
torpedomäßig durch den Atlantik fledert.
:)
-Feldkurat-

Autor: micha (Gast)
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Hanse schrieb:
> Wird sicher ein lustiges Projekt. Zu Beginn hatte ich die Idee mir eine
> Art Anzug zu konstruieren, der mich antreibt. Sozusagen wie Ironman nur
> im Wasser. An die Arme und Füße jeweils einen Antrieb. :P

Hm, gabs glaube ich schon mal so ähnlich: 
https://www.indiegogo.com/projects/black-ace-sport#/

Autor: Georg (Gast)
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Hanse schrieb:
> Ich hab mich nun für einen 2kw antrieb entschieden

Ich will ja nicht behaupten, dass das falsch ist, aber erfahrungsgemäss 
leistet ein normaler Mensch bei sportlicher Betätigung längerfristig 
rund 200 W, anscheinend ist die Umsetzung der Leistung bei einem 
Schwimmer viel besser als bei einem elektrischen Antrieb. Sicher wirst 
du mit 200 W elektrisch nicht viel erreichen.

Georg

Autor: Jürgen Schuhmacher (engineer) Benutzerseite
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200 Watt sind in etwa die Ausdauerleistung des Untrainierten auf 
30min-60min. Damit schwimmst Du keine 7km/h. Leitungssportler leisten 
dauerhaft ungefähr das Doppelte und bei dem angegebenen Schwimmtempo 
oben handelt es sich um Kurzdistanztempi - da wird das nochmal erheblich 
mehr sein.

Ich habe leider keine exakten Werte, aber beim Radsprint werden grob 
1500 Watt über die letzten 15sec eingesetzt, bei 30sec (Kurzbahnsprint 
beim Schwimmen) entsprechend weniger. Für die Minute kommt man bis zu 
700W.

Meim Schwimmen kriegt man aber nicht soviel Leistung ins Wasser: Hängt 
sehr viel am Beinschlag: Viele schwimmen final einen 6er-Rythmus, 
allerdings ist der Beinschlag beim Schwimmen recht ineffektiv für den 
Vortrieb. Daher nutzen die Langdistanzschwimmer die Beine kaum. Ich 
würde mal von 1kW ausgehen, die bei Kurzbahnsprints in der Spitze 
gezogen werden müssen, für die Dauerleistung mal ein Drittel.

Für das Vorhaben hier gelten allerdings etwas andere Bedingungen, weil 
man sicher einen Propellerantrieb benutzen will, der ja recht effektiv 
ist.
Um einen Schwimmer anzuschieben, würde Ich dennoch mal wenigstens 
500Watt vorsehen, um ihn auf Tempo bringen zu können - im Dauerbetrieb 
reichen dann die typischen 50% Last. Bei Effizizienz Motor x Wassertrieb 
= 0,6 -> mindestens 1kVAh für den Akku je Stunde Bewegung.

Zugute kommt dem Projekt, dass bei höheren Geschwindigkeiten die 
Wasserlage das Schwimmers und auch von Booten immer besser wird, d.h. 
der Wasserwiderstand sinkt sogar (bis zu einem gewissen Punkt).

Autor: Georg (Gast)
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Jürgen S. schrieb:
> die
> Wasserlage das Schwimmers und auch von Booten immer besser wird, d.h.
> der Wasserwiderstand sinkt sogar (bis zu einem gewissen Punkt)

Leider reicht es bei den Schwimmern noch nicht für Tragflächen wie bei 
den Booten...

Geht ja heute sogar beim Segeln, siehe Americas Cup.

Übrigens, der TO hat ja ausdrücklich nach Durchschnittsschwimmern 
gefragt, nicht nach olympischen Spitzenleistungen.

Georg

Autor: Sebastian S. (amateur)
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Die Werte sollten sich ja recht einfach ermitteln lassen.

Etwas, was in etwa die "richtige" Form hat, notfalls eine beschwerte 
Schaufensterpuppe oder ein Bekannter; "Strick" um den Hals; eine Winde 
die die gewünschte Geschwindigkeit schafft; eine Kofferwaage um den Zug 
zu messen.

Je nach Sorgfalt sollte das für 94,3% aller Fälle ausreichen. Natürlich 
davon abhängig, ob die Form stimmt und ob realistische Geschwindigkeiten 
angesetzt werden. So dürfte ab 20 km/h der Hals etwas lang werden.

Autor: Feldkurat Katz (feldkurat)
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Sebastian S. schrieb:
> Natürlich
> davon abhängig, ob die Form stimmt und ob realistische Geschwindigkeiten
> angesetzt werden. So dürfte ab 20 km/h der Hals etwas lang werden.

Wenn sich dadurch die Form der von "Nessi" annähert, ist doch auch schon 
etwas erreicht...

-Feldkurat-

Autor: Hanse (Gast)
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Nochmal danke für die Anregungen!

Anbei mal der jetzige Konstruktionsstand. Der Antrieb setzt sich aus 4 
Brushlessmotoren zusammen. Die Montagerohre werden ausgedruckt. Es 
fehlen noch die Brushlesstreiber, der Akku und die Ansteuerung und die 
wasserdichten Gehäuse...

Autor: Jürgen Schuhmacher (engineer) Benutzerseite
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Georg schrieb:
> Übrigens, der TO hat ja ausdrücklich nach Durchschnittsschwimmern
> gefragt, nicht nach olympischen Spitzenleistungen.
Es ging mir darum, darzustellen, dass die "durchschnittliche 
Schwimmleistung" zu nicht mehr, als vielleicht 3km/h reicht.

So, wie die Konstruktion geplant ist, scheint der "Mensch" dann aber 
nicht zu schwimmen, sondern gezogen zu werden oder drauf zu liegen. Wenn 
der nicht angeschnallt ist, darf das Ding sowieso nicht viel Schub 
entwickeln, wegen der geringen Reibung und wenn sich der Schwimmer 
festhalten soll, muss er die Arme ungünstig anwinkeln. Das ergibt eine 
ungünstige Situation.

Alternativ kann er sich davon ziehen lassen und kriegt etwas Wasserstrom 
der Motoren ins Gesicht, wobei das noch den geringsten Widerstand bieten 
dürfte, allerdings Problem machen dürfte hinsichtlich der Wasserlage des 
Zuggeräts.

Ich würde da mal mit 500 Watt für 5km/h kalkulieren.

Autor: Jürgen Schuhmacher (engineer) Benutzerseite
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Hanse schrieb:
> Anbei mal der jetzige Konstruktionsstand. Der Antrieb setzt sich aus 4
> Brushlessmotoren zusammen. Die Montagerohre werden ausgedruckt. Es
> fehlen noch die Brushlesstreiber, der Akku und die Ansteuerung und die
> wasserdichten Gehäuse...
Das sollte man wohl in das Brett integrieren, oder?

Wegen der Propeller/Schrauben musst Du Dich nochmal schlau machen: Die 
brauchen die richtige Steigung für die passende Geschwindigkeit und 
Leistung. Das kann man nicht rechnen, wie in Luft, wegen der Dichte des 
Wassers. Die Motordrehzahl richtig zu dimensionieren, wird das Problem.

Autor: Klaus I. (klauspi)
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Jürgen S. schrieb:
> Georg schrieb:
>> Übrigens, der TO hat ja ausdrücklich nach Durchschnittsschwimmern
>> gefragt, nicht nach olympischen Spitzenleistungen.
> Es ging mir darum, darzustellen, dass die "durchschnittliche
> Schwimmleistung" zu nicht mehr, als vielleicht 3km/h reicht.

Ob das nicht auch noch zu optimistisch ist? Ich glaube die Grenze beim 
Test in der Bundeswehr-Grundausbildung war 200 m in 6 Minuten also eher 
kleiner 2 km/h. Bei mir (Jahrgang 1980) hat das mehr als die Hälfte 
nicht geschafft. Gut, es waren vielleicht keine optimale Bedingungen.

Autor: Markus M. (adrock)
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Für die Brushlesscontroller würde ich mich mal im Modellbaubereich 
umschauen.

Wenn Du die Leistung auf vier Motore verteilst, müssen es auch keine 
Monster-Regler sein. 500W pro Motor sind da schon eher nur Mittelfeld :)

Muss natürlich alles schön wasserdicht eingepackt und dann entsprechend 
mit Wasser über die Kühlanschlüsse gekühlt werden.

Autor: Ulf (Gast)
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Hallo

Willst Du die Motoren offen im Wasser laufen lassen ? Ich könnte mir 
vorstellen, daß der Wasser-gefüllte geringe Luftspalt (dann ja 
Wasserspalt ;-) ) für recht hohe Verluste sorgt.
Die Wandstärke der Rohre um die Impeller schaut auf den ersten Blick 
auch recht dick aus.

Gruß Ulf

PS gilt es beim Schwimmer nicht auch die "Rumpfgeschwindigkeit". Dann 
dürfte ja Geschwindigkeiten, je nach Größe, von nicht recht viel mehr 
als 8km/h eh nicht drin sein.

Autor: Jürgen Schuhmacher (engineer) Benutzerseite
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Klaus I. schrieb:
> Ob das nicht auch noch zu optimistisch ist? Ich glaube die Grenze beim
> Test in der Bundeswehr-Grundausbildung war 200 m in 6 Minuten also eher
> kleiner 2 km/h.
Eben, das Tempo ist gering, trotz Anstrengung, was mich dazu verleitet, 
für einen Motor eher mal mehr Leistung anzusetzen, um auf die o.g. 7km/h 
zu kommen. Wenn der Schwimmer nämlich gezogen werden soll, dann macht er 
mit den Beinen wahrscheinlich sehr wenig und liegt schlecht im Wasser.

6min auf 200m sind allerdings auch Zeiten für absolute 
Bundeswehrschlappis! Das reicht ja kaum für ein Sportabzeichen.  Wenn du 
ein bischen trainierst, kannst Du durchaus schneller. Beim Tria musst Du 
wenigstens 3km/h schwimmen und das über 3,8km! sonst holen sie dich aus 
dem Wasser :-)

Autor: Klaus I. (klauspi)
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Jürgen S. schrieb:
> 6min auf 200m sind allerdings auch Zeiten für absolute
> Bundeswehrschlappis! Das reicht ja kaum für ein Sportabzeichen.  Wenn du
> ein bischen trainierst, kannst Du durchaus schneller. Beim Tria musst Du
> wenigstens 3km/h schwimmen und das über 3,8km! sonst holen sie dich aus
> dem Wasser :-)

Oder ziehen dich unters Wasser, wenn Du vor Ihnen bist. Aber das ist 
wohl nur ein Nachweis, dass man sich kurzfristig über Wasser halten 
kann. Irgendjemand hat das als "kontrolliert treiben lassen" beschrieben 
;o)
Nur mal meine Beobachtung zu den Schwimm-Fähigkeiten der Bevölkerung.

Wie gesagt, über die Hälfte in meinen Zug hat die Zeit nicht geschafft. 
Einer ist sofort untergegangen wie ein Stein. Dem ist kurz vor dem 
Reinspringen eingefallen, dass er doch Nichtschwimmer ist obwohl wir ja 
mindesten 5-6 mal dazu befragt wurden. Die Ausbilder dachten, dass er 
sie veräppeln will weil es so kalt war (es lagen noch sichtbare 
Überbleibsel von Schneehaufen in der Landschaft). Aber anscheinend hat 
er doch nicht geschwindelt :oD

Aber keine Angst, niemand ist zu schaden gekommen. Ich wollte schon 
hinterher springen, aber er ist mit einer Art Hunde-Kraul-Technik wieder 
an die Oberfläche gekommen. Der Ausbilder meinte noch: "Geht ja! Und 
wenn Sie 2 m geschafft haben, schaffen sie auch noch die letzten 198 m". 
Aber er durfte dann aus dem Becken :o)

Autor: Boris Ohnsorg (bohnsorg) Benutzerseite
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Hanse schrieb:
> Die Montagerohre werden ausgedruckt.

…ist das ausreichend stabil bzgl. der Scherkräfte? Ich kann mich dunkel 
an ein paar Vibrationstests mit verschiedenen Filament-Druckern 
erinnern, die ziemlich schlecht ausfielen. Besonders Schraubenlöcher 
(Zug/ Druck) und scherend belastete Schichten rissen schnell ab.

Autor: Tippgeber (Gast)
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- Der Wasserwiderstand geht quadratisch mit der Geschwindigkeit
- Gute Schwimmer entwickeln bis zu 35Kg Handkraft unter Wasser
- Im Alter geht es bis zu 10% pro Dekade runter

http://www.limmatsharks.com/mastersperformance/

Autor: Jürgen Schuhmacher (engineer) Benutzerseite
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Klaus I. schrieb:
> Wie gesagt, über die Hälfte in meinen Zug hat die Zeit nicht geschafft.

Beim Schwimmen kommt es halt sehr auf die Technik an. Das merkt man beim 
Triathlon, wenn man die Zeitentwicklung mit dem Training bei den drei 
Disziplinen vergleicht: In keiner Disziplin hängst Du so massiv hinter 
der Weltspitze, wie beim Schwimmen. Der Grund ist der extreme 
Wasserwiderstand:

Ohne eine gute Technik, der richtigen Bewegung (und auch dem richtigen 
Körperbau ) bist Du da aufgeschmissen. Ist also kein Wunder, wenn die 
für die 200m eine Zeit ansetzen, in der die Topleute die Dreifache 
Distanz schaffen. Trotzdem ist das etwas lasch für Leute, die Sport 
machen wollen oder kämpfen sollen :-)

Wenn man sich die Grafik mal ansieht, ist das deprimierend, wie langsam 
man faktisch ist, wenn man nicht ein gewisses Mindesttempo aufbieten und 
damit eine flüssige Bewegung erzeugen kann.

Ich meine übrigens den Kurven entnehmen zu können, dass der 400er-Rekord 
von Paul Biedermann aus 2009 ein wenig durchhängt. Der dürfte der 
nächste sein, der fällt, wobei der den glaube Ich mit Spezialanzug 
geschwommen ist, die heute nicht mehr gestattet sind. Mal schauen.

Vielleicht kann man das Tragbrett des TE ja auch mit einer Haifischhaut 
versehen, damit sie besser gleitet :D

: Bearbeitet durch User
Autor: Hanse (Gast)
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Ulf schrieb:
> Hallo
>
> Willst Du die Motoren offen im Wasser laufen lassen ? Ich könnte mir
> vorstellen, daß der Wasser-gefüllte geringe Luftspalt (dann ja
> Wasserspalt ;-) ) für recht hohe Verluste sorgt.
> Die Wandstärke der Rohre um die Impeller schaut auf den ersten Blick
> auch recht dick aus.

Hallo Ulf!

Momentan plane ich noch die Motoren im Wasser zu betreiben, aber ich 
denke auch über einen Wasserstrahlantrieb nach, bei dem die Motoren 
wasserfrei arbeiten (ist natürlich mech. aufwändiger). Erfahrungsgemäß 
kann man die Motoren aber problemlos im Wasser betreiben (allerdings 
nicht im Salzwasser). Man sollte die Motoren nur nicht nass herumliegen 
lassen und wieder gut trocknen.

Autor: Jürgen Schuhmacher (engineer) Benutzerseite
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Mit den Plastikturbinchen kriegst Du aber keine 100W pro Stück ins 
Wasser. (?)

Hast Du schon mal eine Drehmomentrechnung dazu gemacht? Wie schnell 
sollen die Drehen? Auf den Motoren lese Ich was von "Aero". Die sind 
sicher für Drehtzahl gebaut. ...

Autor: Hanse (Gast)
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Jürgen S. schrieb:
> Mit den Plastikturbinchen kriegst Du aber keine 100W pro Stück ins
> Wasser. (?)
>
> Hast Du schon mal eine Drehmomentrechnung dazu gemacht? Wie schnell
> sollen die Drehen? Auf den Motoren lese Ich was von "Aero". Die sind
> sicher für Drehtzahl gebaut. ...

Hi,

Vermutlich werden die sehr ineffizient laufen. Die Drehzahlkonstante des 
Motors beträgt 1000rpm/V und wird sicher auch nicht optimal zur 
vorhandenen Schraube passen. Die Motoren wurden auch nicht für dieses 
Projekt ausgewählt (sind auch eher für einen Quadrocopter gedacht). Sie 
liegen halt schon länger in der Bastelkiste und wollen nun genutzt 
werden.

Hier mal die Kenndaten der Motoren:

Battery: 2~4 Cell /7.4~14.8V
RPM: 1000kv
Max current: 38A
No load current: 2.4A
Max power: 665W

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