DE102018122599A1

DE102018122599A1 - Vorrichtung zum lösbaren Koppeln eines Gegenstandes, insbesondere eines Laststücks, mit einem Unterwassergerät

Info

Publication number: DE102018122599A1
Application number: DE102018122599.7A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-09-14
Filing date: 2018-09-14
Publication date: 2020-03-19
Anticipated expiration: 2038-09-15
Also published as: DE102018122599B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (3) zum lösbaren Koppeln eines Gegenstandes, insbesondere eines Laststücks (11), mit einem Unterwassergerät, insbesondere einem autonomen Unterwasserfahrzeug (AUV), mit einer Kopplungseinheit (9), welche mit dem Unterwassergerät (1) und einem abkoppelbaren Gegenstand (11) verbindbar ist und dazu eingerichtet ist, den Gegenstand (11) mechanisch zu entkoppeln. Die Erfindung löst die zugrundeliegende Aufgabe dadurch, dass die Kopplungseinheit (9) eine im Wesentlichen fluiddicht verschließbare Kammer (13, 14) besitzt, die mittels eines zu öffnenden Verschlusselements (15, 15') mit der Umgebung in Fluidkommunikation bringbar ist. Die Erfindung betrifft in einem zweiten Aspekt ein Unterwassergerät (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum lösbaren Koppeln eines Gegenstandes, insbesondere eines Laststücks, mit einem Unterwassergerät, insbesondere einem autonomen Unterwasserfahrzeug (AUV), mit einer Kopplungseinheit, welche mit dem Unterwassergerät und einem abkoppelbaren Gegenstand verbindbar und dazu eingerichtet ist, den Gegenstand mechanisch zu entkoppeln. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Unterwasserfahrzeug sowie die Verwendung einer Vorrichtung zur Bergung eines Unterwassergeräts.
Unterwassergeräte, wie beispielsweise Unterwasserfahrzeuge oder insbesondere autonome Unterwasserfahrzeuge, werden zu Transportzwecken oder zur Informationsgewinnung unter Wasser eingesetzt, beispielsweise zur Erforschung des Meeresgrundes. Eine Störung des Betriebs bedingt dabei vielfach den Verlust des Geräts, welches aufgrund der erschwerten Zugänglichkeit unter Wasser vielfach nicht geborgen werden kann. Aus diesem Grund werden neben der Steuerungseinheit eines solchen Unterwasserfahrzeugs bzw. Unterwassergeräts Bergungsvorrichtungen eingesetzt, welche den Auftauchvorgang bei einer Störung des Betriebs einleiten. Der Auftauchvorgang kann dabei durch eine Steuerung, welche in Signalverbindung mit Sensoren zur Überwachung des Drucks und/oder der Wassertiefe steht, eingeleitet werden. Ferner kann der Auftauchvorgang automatisch in einer vordefinierten Wassertiefe oder nach einer vordefinierten Zeit erfolgen.
Die US 2012/0067268 A1 offenbart ein autonomes Unterwasserfahrzeug, welches im Falle einer Störung des Betriebs ein Abwurfgewicht, insbesondere eine zum Unterwasserfahrzeug gehörende Nasenkappe, abkoppelt. Die Reduzierung des Gewichts des Unterwasserfahrzeugs leitet daraufhin den Auftauchvorgang ein. Eine solche Vorrichtung erfordert ein hohes Maß der Individualisierung und bedingt eine Einschränkung der Gestaltungsfreiheit des Unterwasserfahrzeugs.
Die EP 3 002 207 A1 offenbart einen Auslösemechanismus für ein autonomes Unterwasserfahrzeug, der drei unabhängige Prinzipien in einer Vorrichtung vereint. Die Auslösung wird durch ein Steuersignal, anhand eines definierten Zeitraums und nach Erreichen einer definierten Wassertiefe, eingeleitet. Das Auftauchen wird durch die Abkopplung eines Abwurfgewichts eingeleitet. Dieses Abwurfgewicht ist mit dem Unterwasserfahrzeug durch eine formschlüssige Verbindung gekoppelt. Bei Erreichen einer definierten Wassertiefe wird eine Kinematik ausgelöst, welche den Formschluss zwischen autonomem Unterwasserfahrzeug und Abwurfgewicht entkoppelt.
Die offenbarte Kinematik, welche zur Abkopplung des Abwurfgewichts dient, ist aufgrund der Komplexität, insbesondere bei den unter Wasser herrschenden Umgebungsbedingungen sowie der korrosiven Beanspruchung durch Salzwasser und salzhaltige Luft, wartungsintensiv und störanfällig. Zudem erfordert die offenbarte Kinematik einen erhöhten Bauraum und schränkt die Gestaltungsfreiheit des Unterwasserfahrzeugs erheblich ein. Ferner bedingt das Erfordern eines Steuersignals zum Entkoppeln des Abwurfgewichts, dass die Steuerungseinheit und die Signalübertragung funktionsfähig sein müssen.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zur Bergung von Unterwassergeräten, welche den Abwurf anhand eines Steuersignals einleiten, erfordern Energiespeicher, welche aufgrund der hohen Sicherheitsanforderungen vorjeder Mission gewartet und gegebenenfalls erneuert werden müssen. Ferner wird durch die beschriebenen Vorrichtungen die Gestaltungsfreiheit des Unterwassergeräts oder Unterwasserfahrzeugs stark eingeschränkt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei Vorrichtungen zur Bergung von Unterwassergeräten oder -fahrzeugen der eingangs beschriebenen Art, die im Stand der Technik vorgefundenen Nachteile möglichst weitgehend zu überwinden. Der Erfindung lag insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Bergung von Unterwassergeräten sowie ein Unterwassergerät oder-fahrzeug anzugeben, die durch einen mechanischen Auslösemechanismus eine hohe Ausfallsicherheit und Langzeitbeständigkeit aufweist.
Die Erfindung löst die zugrundeliegende Aufgabe, indem sie eine Vorrichtung zur Bergung von Unterwassergeräten oder -fahrzeugen mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorschlägt. Insbesondere schlägt die Erfindung vor, dass die Kopplungseinheit eine im Wesentlichen fluiddicht verschließbare Kammer besitzt, die mittels eines zu öffnenden Verschlusselements mit der Umgebung in Fluidkommunikation bringbar ist.
Die mechanische Entkopplung durch eine Flutung der Kammer sieht eine ausfallsichere Einleitung des Auftauchvorganges vor, welche nicht durch verschleißanfällige mechanische Komponenten, welche eine Relativbewegung vollziehen, behindert werden kann. Die Kammer ist im gekoppelten Zustand im Wesentlichen fluiddicht verschlossen, wobei sie vorzugsweise gegenüber der Umgebung unter Wasser einen Unterdruck aufweist und vorzugsweise mit einem Gas geringen Drucks gefüllt ist; allein durch die Druckdifferenz zwischen der Umgebung und dem Innenraum der Kammer ist die Kopplung mit angemessen hoher Kraft realisiert. Zum Entkoppeln braucht erfindungsgemäß lediglich das Verschlusselement geöffnet werden, so dass der Innenraum der Kammer in Fluidkommunikation mit der Umgebung gebracht wird; dadurch kommt es zu einem wenigstens teilweisen oder vollständigem Druckausgleich und einer substantiellen Reduktion der vorher bestehenden Druckdifferenz bis hin zu einer kompletten Druckangleichung zwischen dem Innenraum der Kammer und der Umgebung oder zu einem vollständigen Druckausgleich, wodurch die zuvor existente Kraft zum Koppeln soweit reduziert wird, dass der Gegenstand von dem Unterwassergerät oder Unterwasserfahrzeug auf einfache Weise abgekoppelt wird. Die Kammer kann auf diese Weise also teilweise oder vollständig geflutet werden. Hierfür bedarf es nur eines geringen energetischen Aufwandes zum Öffnen des Verschlusselements und ansonsten keiner weiteren Mittel, beispielsweise keiner im Stand der Technik verwendeten mechanischen Einrichtungen. Dadurch ist eine hohe Betriebssicherheit für eine Entkopplung mit geringem apparativen Aufwand erfindungsgemäß erreichbar.
Die Erfindung wird vorteilhaft weitergebildet, indem die Kopplungseinheit dazu eingerichtet ist, den Gegenstand in einer vordefinierten Wassertiefe zu entkoppeln; insbesondere dann, wenn ein bestimmter Druckunterschied zwischen der Kammer und der Umgebung erreicht wird, dieser Druckunterschied also einen solchen Wert annimmt, dass der Gegenstand, insbesondere das Unterwassergerät oder Unterwasserfahrzeug aufgrund des hohen Umgebungsdrucks gefährdet ist. Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass unter Berücksichtigung der vorliegenden Umgebungsbedingungen zumeist ein Bereich oder eine Wassertiefe definiert werden kann, in welchen das Unterwassergerät nicht vordringen sollte bzw. den Grund erreicht, sodass von einer Störung des Betriebs auszugehen ist und der Auftauchvorgang automatisch und unabhängig von der Steuerungsfunktion des Trägersystems eingeleitet werden kann. Auf diese Weise kann auf störanfällige Steuerungen verzichtet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zumindest ein Teil der Kammer mit dem Gegenstand verbunden, wobei der Teil der Kammer dazu eingerichtet ist, von der Kammer entkoppelt zu werden. Somit wird vorgesehen, dass im Fall einer Bergung des Unterwassergeräts nicht die gesamte Vorrichtung, sondern nur ein Teil der dazugehörigen Kammer und der Gegenstand selbst ersetzt werden müssen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kopplungseinheit derart an dem Unterwassergerät angeordnet, dass der Schwerpunkt des Unterwassergeräts im Wesentlichen im Zentrum liegt. Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass durch die kompakte Bauform der Vorrichtung diese beliebig an dem Unterwasserfahrzeug montierbar ist und der Schwerpunkt somit gezielt beeinflusst werden kann. Die Lage des Schwerpunktes im Zentrum begünstigt eine Bewegung des Unterwassergeräts in horizontaler Richtung.
Die Erfindung wird dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass die Entkopplung des Gegenstands von dem Unterwassergerät den Schwerpunkt und das Gewicht des Unterwassergeräts derart beeinflusst, dass es in einem definierten Winkel α relativ zur Wasseroberfläche aufsteigt. Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass der Winkel α relativ zur Horizontalen (Wasseroberfläche)den Wasserwiderstand und somit auch die Auftauchzeit beeinflusst und somit kalkulierbar macht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Kammer der Kopplungseinheit eine erste, dem Unterwassergerät zugewandte Seite, und eine zweite, dem Unterwassergerät abgewandte Seite auf, wobei die erste Seite als Kammer-Deckel und die zweite Seite als Kammer-Boden ausgebildet ist. Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass die Ausgestaltung der Kammer mit einem Deckel und einem Boden die Fertigung der Kammer erleichtert.
Die Erfindung wird vorteilhaft durch eine Einrichtung zur mindestens teilweisen Evakuierung der Kammer, welche in oder an der Kammer der Kopplungseinheit, vorzugsweise in dem Kammer-Deckel ausgebildet und dazu eingerichtet ist, einen Unterdruck in der Kammer der Kopplungseinheit zu erzeugen. Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass ein Unterdruck dazu geeignet ist, die Kammer im geschlossenen Zustand zu halten und schnell aufzubauen ist.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Kammer derart ausgebildet, dass der Gegenstand und der mit dem Gegenstand verbundene Teil der Kammer durch den Unterdruck in einer Position gehalten werden, in welcher die Kammer im Wesentlichen geschlossen ist. Somit ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Gegenstand durch einen Unterdruck mechanisch mit der Kammer gekoppelt wird.
In einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Verschlusselement eine Druckausgleichseinrichtung, welche in der Kammer der Kopplungseinheit, vorzugsweise in dem Kammer-Deckel ausgebildet ist, wobei die Druckausgleichseinrichtung dazu eingerichtet ist, bei Erreichen eines definierten Wasserdrucks, den Druck in der Kammer der Kopplungseinheit so weit zu erhöhen, dass er im Wesentlichen dem Umgebungsdruck entspricht. Durch den Druckausgleich in der Kammer beim Erreichen eines definierten Wasserdrucks kommt es zu einer Aufhebung des Unterdrucks und somit zu einer Entkopplung des Gegenstandes und des mit dem Gegenstand verbundenen Teils der Kammer. Es wird somit gezielt bei einer definierten Wassertiefe der Gegenstand entkoppelt, sodass das Unterwassergerät aufgrund des reduzierten Gewichts aufsteigt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Druckausgleichseinrichtung eine Berstscheibe auf, vorzugsweise mit einer Einmal-Membran, wobei die Einmal-Membran dazu eingerichtet ist, bei einem definierten Druck eine Sollbruchstelle bereitzustellen, sodass ein Druckausgleich bis zum Erreichen des Umgebungsdrucks erfolgt und der Kammer-Boden von der Kammer abgekoppelt wird. Dadurch, dass eine Berstscheibe, welche eine Einmal-Membran aufweist, ist eine langzeitbeständige und ausfallsichere Einrichtung zum Druckausgleich verwirklicht. Durch die Sollbruchstelle der Berstscheibe wird zwangsläufig die gesamte Kammer geflutet bzw. der Druck ausgeglichen, bis der Kammerinnendruck dem Umgebungsdruck entspricht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Verschlusselement ein steuerbares Ventil, vorzugsweise ein Magnetventil. Es wird somit erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Öffnen des Ventils beim Erreichen vordefinierter Parameter, beispielsweise einer Temperatur oder eines Drucks, erfolgen kann. Ein derart steuerbares Ventil ermöglicht einen reversiblen Einsatz.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Gegenstand im gekoppelten Zustand eine Sinkeinrichtung des Unterwassergeräts. Die Erfindung macht sich damit die Erkenntnis zunutze, dass Unterwassergeräte aufgrund des Auftriebs eine Sinkeinrichtung benötigen, welche eine Relativbewegung in Richtung des Meeresgrundes ermöglicht. Das Gewicht des Gegenstands ist folglich derart dimensioniert, dass die Kopplung mit dem Gegenstand zu einem Absinken des Unterwassergeräts führt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet die Kammer der Kopplungseinheit im gekoppelten Zustand einen Auftriebskörper des Unterwassergeräts aus. Es wird somit ein Auftriebskörper vorgeschlagen, welcher unabhängig von den strukturellen Anforderungen des Unterwassergeräts derart ausgelegt werden kann, dass dieser den Schwerpunkt und den Auftrieb des Unterwassergeräts in vorteilhafter Weise beeinflusst und somit den Verzicht auf weitere Auftriebskörper ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kammer der Kopplungseinheit im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet. Hierbei wird der Vorteil genutzt, dass insbesondere bei druckbeaufschlagten Kammern eine zylindrische Ausbildung vorteilhaft ist, da der Druck sich gleichmäßig entlang der Wandung verteilt und keine potentiellen Schwachpunkte in Form von Schweißnähten oder dergleichen vorgesehen sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die zugrundeliegende Aufgabe durch ein Unterwasserfahrzeug, insbesondere ein autonomes Unterwasserfahrzeug mit einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art gelöst.
Hinsichtlich der erreichten Vorteile sei auf die obenstehenden Ausführungen der Vorrichtung zum lösbaren Koppeln eines Gegenstands, insbesondere eines Laststücks mit einem Unterwassergerät verwiesen.
Gemäß einem letzten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die zugrundeliegende Aufgabe durch die Verwendung einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zur Bergung eines Unterwassergeräts mit einer Kopplungseinheit, welche mit dem Unterwassergerät verbindbar ist und einen abkoppelbaren Gegenstand aufweist, gelöst. Insbesondere wird die zugrundeliegende Aufgabe durch die Verwendung einer Vorrichtung einer Kopplungseinheit, welche eine im Wesentlichen fluiddicht verschließbare Kammer besitzt, die mittels eines zu öffnenden Verschlusselements mit der Umgebung in Fluidkommunikation bringbar ist, gelöst.
Hinsichtlich der erreichten Vorteile sei auf die obenstehenden Ausführungen verwiesen. Die erfindungsgemäße Verwendung dieser Vorrichtung macht sich eben diese Vorteile zunutze.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Hierbei zeigen:

1 ein autonomes Unterwasserfahrzeug mit einer Vorrichtung zum lösbaren Koppeln eines Gegenstandes in einer perspektivischen Ansicht,
2 das Entkoppeln des Gegenstandes von dem autonomen Unterwasserfahrzeug,
3 die Vorrichtung zum lösbaren Koppeln des Gegenstands im eingebauten Zustand in dem Unterwassergerät gemäß 1,
4a die Vorrichtung zum lösbaren Koppeln gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform,
4b die Vorrichtung zum lösbaren Koppeln gemäß 1,
5 Explosionsdarstellung der Vorrichtung
6a das Verschlusselement gemäß einer bevorzugten Ausführungsform im geschlossenen Zustand,
6b das Verschlusselement gemäß einer bevorzugten Ausführungsform im geöffneten Zustand.

1 zeigt ein Unterwassergerät 1 mit einer Vorrichtung 3 zum lösbaren Koppeln eines Gegenstandes, insbesondere eines Laststücks, mit dem Unterwassergerät 1. Die Vorrichtung 3 ist an einer ersten Position 5 und/oder einer zweiten Position 7 an dem Unterwassergerät 1 befestigt. Die Vorrichtung 3 kann dabei vereinzelt oder an beliebig vielen Positionen an dem Unterwassergerät 1 vorgesehen sein.
Wie insbesondere 2 zeigt, umfasst die Vorrichtung 3 eine Kopplungseinheit 9, welche mit dem Unterwassergerät 1 und einem abkoppelbaren Laststück 11 verbunden ist. Die Kopplungseinheit 9 ist dazu eingerichtet, das Laststück 11 mechanisch zu entkoppeln, um den Auftauchvorgang des Unterwassergeräts 1 einzuleiten.
Die Kopplungseinheit 9 umfasst eine verschließbare Kammer 13 und ein Verschlusselement 15, mittels dessen die verschließbare Kammer 13 in Fluidkommunikation mit der Umgebung bringbar ist.
Zum Einleiten des Auftauchvorgangs des Unterwassergeräts 1 wird das Laststück 11 durch die Kopplungseinheit 9 an der ersten Position 5 und/oder der zweiten Position 7 mechanisch entkoppelt. Das entkoppelte Laststück 11 sinkt daraufhin schwerkraftbedingt zu Boden und der Schwerpunkt 17 verschiebt sich zu einem verschobenen Schwerpunkt 17'. Durch die Verlagerung des Schwerpunktes 17' neigt sich das Unterwassergerät 1 in Richtung der Wasseroberfläche und taucht in einem definierten Auftauchwinkel α auf.
Der Auftauchwinkel α wird dabei auch durch den Wasserdruck und die Projektionsfläche des Unterwassergeräts 1 bestimmt.
3 zeigt einen Ausschnitt des in den 1 und 2 gezeigten Unterwassergeräts 1. Das Unterwassergerät 1 weist eine Aufnahmekammer 19 auf, die dazu eingerichtet ist, die Vorrichtung 3 aufzunehmen. Die Aufnahmekammer 19 weist dabei bevorzugt einen oberen, im Wesentlichen rechtwinklig ausgebildeten Teil zur Aufnahme der Kopplungseinheit 9, und einen unteren korrespondierend zum Laststück ausgebildeten Teil auf. Die Aufnahmekammer 19 ist in Richtung des Meeresgrundes geöffnet ausgebildet.
Die Kopplungseinheit 9 umfasst einen Kammer-Deckel 21 und einen Kammer-Boden 23, welche den Deckel und den Boden der verschließbaren Kammer 13 ausbilden und miteinander verbindbar sind.
An dem Kammer-Deckel 21 ist das Verschlusselement 15 und eine Einrichtung zur Evakuierung 25 angeordnet.
An dem Kammer-Deckel 21 und dem Kammer-Boden 23 sind ferner Dichtungen 27 vorgesehen, welche dazu eingerichtet sind, die verschließbare Kammer 13 fluiddicht zu verschließen.
Der Kammer-Deckel 21 und der Kammer-Boden 23 sind mit den Dichtungen 27 sowie der verschließbaren Kammer 13 mittels einer Mehrzahl von Verbindungsmitteln 29, welche endseitig durch Fixierungsmittel 31 fixiert werden, verbunden.
Wie insbesondere die 4a und 4b zeigen, sind in dem Kammer-Deckel 21 zwei zylindrische Ausnehmungen zur Aufnahme des Verschlusselements 15 und der Einrichtung zur Evakuierung 25 ausgebildet.
In der Ausführungsform gemäß 4a ist die verschließbare Kammer 14 vergrößert ausgebildet und dazu eingerichtet, als Auftriebskörper zu wirken. Durch die Skalierung der verschließbaren Kammer 14 kann die jeweilige Auftriebswirkung eingestellt werden. somit können durch die Wahl der verschließbaren Kammer 14 Verschiebungen des Schwerpunktes 17 aufgrund von Zusatzequipment ausgeglichen werden.
Gemäß dem in 4b gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Volumen der verschließbaren Kammer 13 klein gewählt, sodass sie einzig eine Kopplungsfunktion übernimmt und nur einen geringen Bauraum erfordert.
Wie die Explosionsdarstellung gemäß 5 zeigt, sind das Verschlusselement 15 sowie die Einrichtung zur Evakuierung 25 zylindrisch ausgebildet. Das Verschlusselement 15 und die Einrichtung zur Evakuierung 25 sind formschlüssig mit dem Kammer-Deckel 21 verbindbar. Der Kammer-Deckel 21 weist zur Verbindung mit dem Kammer-Boden 23 vier zylindrische Aussparungen 33 auf, welche dazu eingerichtet sind die Verbindungsmittel 29 durchzuführen. Der Kammer-Boden 23 weist korrespondierend zu den Ausnehmungen 33 ausgebildete ebenfalls zylindrische Ausnehmungen 35 auf. Ferner weist der Kammer-Boden 23 eine korrespondierend zu dem Laststück 11 ausgebildete zylindrische Aufnahme 36 auf, welche dazu eingerichtet ist, das Laststück 11 aufzunehmen, sodass der Boden der Kammer 14 durch das Laststück ausgebildet wird.
Der Kammer-Boden 23 weist eine zylindrische Ausnehmung zum In-Eingriff-bringen mit dem Laststück 11 auf. Das Laststück 11 ist korrespondierend zu der zylindrischen Aufnahme 36 ebenfalls zylindrisch ausgebildet.
Die 6a und 6b zeigen Detailaufnahmen des Verschlusselements 15, 15'. Das Verschlusselement 15, gemäß 6a, weist ein äußeres Ringgehäuse 37 auf, welches eine obere Auflagefläche 39 und eine untere Auflagefläche 40 umfasst. Zwischen den Auflageflächen 39 und 40 ist eine zylinderförmige Mantelfläche ausgebildet, welche die obere Auflagefläche 39 mit der unteren Auflagefläche 40 verbindet. Im Inneren des Ringgehäuses 37 erstreckt sich in radialer Richtung eine im Wesentlichen ebene Membran 42, welche mit einer Innenwand des Ringgehäuses 37 verbunden ist. Die Membran 42 weist im Wesentlichen sternförmig verlaufende Kerben 45 auf. Wird eine vordefinierte Druckdifferenz überschritten, erfolgt somit ausgehend von den Kerben 45 gezielt das Versagen der Membran 42.
Die 6b zeigt das Verschlusselement 15' nach dem Überschreiten der vordefinierten Druckdifferenz und dem damit einhergehenden Versagen der Membran 42. Die Membran 42 ist infolge der Überschreitung der Druckdifferenz sternförmig im Bereich der Kerben 45 eingerissen und bringt somit die verschließbare Kammer in Fluidkommunikation mit der Umgebung.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der Vorrichtung zum lösbaren Koppeln eines Gegenstandes 3 anhand eines exemplarischen Ausführungsbeispiels illustrativ beschrieben.
Ein Unterwassergerät 1, welches am Meeresgrund entlangtaucht und aufgrund eines Schadens nicht selbstständig auftauchen kann, unterschreitet dabei eine vordefinierte Wassertiefe oder überschreitet eine vordefinierte Zeitspanne des Tauchvorgangs. Eine solche Störung des Tauchvorgangs kann beispielsweise auf einem Hardwareschaden oder einer fehlerhaften Signalprozessierung oder -interpretation oder einer gestörten Signalübertragung beruhen.
In solch einem Fall leitet die Vorrichtung 3 automatisch den Auftauchvorgang ein, indem das Laststück 11 abgeworfen wird.
Das Laststück 11 ist mechanisch mittels der Kopplungseinheit 9 mit dem Unterwassergerät verbunden. Die Kopplungseinheit 9 umfasst die verschließbare Kammer 13, 14, welche durch die Einrichtung zur Evakuierung 25 derart evakuiert wird, dass ein Unterdruck entsteht. Das Laststück 11 ist mit dem Kammer-Boden 23 derart in Eingriff, dass es in eine zylindrische Aufnahme 36 des Kammer-Bodens 23 einführbar ist und somit den Boden der verschließbaren Kammer 13, 14 bildet und durch die Dichtungen 27 fluiddicht mit der Wand der Kammer 13, 14 verbunden ist. Durch den in der verschließbaren Kammer 13, 14 entstandenen Unterdruck wird das Laststück 11 in Position gehalten. Unterschreitet das Unterwassergerät nun eine vordefinierte Tiefe, reißt die Membran 42 entlang der Kerben 45, sodass das Verschlusselement 15, 15' die verschließbare Kammer 13, 14 in Fluidkommunikation mit der Umgebung bringt und der Unterdruck in der Kammer 3, 14 teilweise oder vorzugsweise komplett abgebaut wird. Durch das Abbauen des Unterdrucks in der verschließbaren Kammer 13, 14 wird das Laststück 11 nicht länger in Position gehalten und sinkt herab, sodass das Gewicht des Unterwassergerätes 1 nicht länger größer ist als der Auftrieb und das Unterwassergerät 1 folglich auftaucht. Der Schwerpunkt 17 verschiebt sich dabei zu dem Schwerpunkt 17', sodass das Unterwassergerät 1 in einem vordefinierten Auftauchwinkel α in Richtung der Wasseroberfläche auftaucht.
Bezugszeichenliste

1: Unterwassergerät
3: Vorrichtung
5: erste Position
7: zweite Position
9: Kopplungseinheit
11: Laststück
13, 14: verschließbare Kammer
15, 15': Verschlusselement
17, 17': Schwerpunkt
19: Aufnahmekammer
21: Kammer-Deckel
23: Kammer-Boden
25: Einrichtung zur Evakuierung
27: Dichtungen
29: Verbindungsmittel
31: Fixierungsmittel
33: zylindrische Ausnehmung
35: zylindrische Ausnehmung
36: zylindrische Aufnahme
37: Ringgehäuse
39, 40: Auflageflächen
41: Mantelfläche
42: Membran
45: Kerben

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2012/0067268 A1 [0003]
EP 3002207 A1 [0004]

Claims

Vorrichtung (3) zum lösbaren Koppeln eines Gegenstandes, insbesondere eines Laststücks (11), mit einem Unterwassergerät, insbesondere einem autonomen Unterwasserfahrzeug (AUV), mit einer Kopplungseinheit (9), welche mit dem Unterwassergerät (1) und einem abkoppelbaren Gegenstand (11) verbindbar ist und dazu eingerichtet ist, den Gegenstand (11) mechanisch zu entkoppeln, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinheit (9) eine im Wesentlichen fluiddicht verschließbare Kammer (13, 14) besitzt, die mittels eines zu öffnenden Verschlusselements (15, 15') mit der Umgebung in Fluidkommunikation bringbar ist.
Vorrichtung (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinheit (9) dazu eingerichtet ist, den Gegenstand (11) in einer vordefinierten Wassertiefe zu entkoppeln.
Vorrichtung (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Kammer (13, 14) mit dem Gegenstand (11) verbunden ist, wobei der Teil der Kammer (13, 14) dazu eingerichtet ist, mechanisch von der Kammer (13, 14) entkoppelt zu werden.
Vorrichtung (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinheit (9) derart an dem Unterwassergerät (1) angeordnet ist, dass der Schwerpunkt (17, 17') des Unterwassergeräts (1) im Wesentlichen im Zentrum liegt.
Vorrichtung (3) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplung des Gegenstands (11) von dem Unterwassergerät (1) den Schwerpunkt (17, 17') und das Gewicht des Unterwassergeräts (1) derart beeinflusst, dass es in einem definierten Winkel α relativ zur Wasseroberfläche aufsteigt.
Vorrichtung (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (13, 14) der Kopplungseinheit (9) eine erste, dem Unterwassergerät (1) zugewandte Seite, und eine zweite, dem Unterwassergerät (1) abgewandte Seite, aufweist, wobei die erste Seite als Kammer-Deckel (21) und die zweite Seite als Kammer-Boden (23) ausgebildet ist.
Vorrichtung (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (25) zur mindestens teilweisen Evakuierung der Kammer, welche in oder an der Kammer (13, 14) der Kopplungseinheit (9), vorzugsweise in dem Kammer-Deckel (21) ausgebildet und dazu eingerichtet ist, einen Unterdruck in der Kammer (13, 14) der Kopplungseinheit (9) zu erzeugen.
Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (13, 14) derart ausgebildet ist, dass der Gegenstand (11) und der mit dem Gegenstand (11) verbundene Teil der Kammer (13, 14) durch den Unterdruck in einer Position gehalten werden, in welcher die Kammer (13, 14) in Wesentlichen geschlossen ist.
Vorrichtung (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (15, 15') eine Druckausgleichseinrichtung ist, welche in der Kammer (13, 14) der Kopplungseinheit (9), vorzugsweise in dem Kammer-Deckel (21) ausgebildet ist, wobei die Druckausgleichseinrichtung dazu eingerichtet ist, beim Erreichen eines definierten Wasserdrucks, den Druck in der Kammer (13, 14) der Kopplungseinheit (9) so weit zu erhöhen, dass er im Wesentlichen dem Umgebungsdruck entspricht.
Vorrichtung (3) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichseinrichtung eine Berstscheibe aufweist, vorzugsweise mit einer Einmal-Membran, wobei die Einmal-Membran dazu eingerichtet ist, bei einem definierten Druck eine Sollbruchstelle bereitzustellen, sodass ein Druckausgleich bis zum Erreichen des Umgebungsdrucks erfolgt und der Kammer-Boden (23) von der Kammer (13, 14) abgekoppelt wird.
Vorrichtung (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (15, 15') ein steuerbares Ventil, vorzugsweise ein Magnetventil, ist.
Vorrichtung (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand (11) im gekoppelten Zustand eine Sinkeinrichtung des Unterwassergeräts (1) ist.
Vorrichtung (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (13, 14) der Kopplungseinheit (9) im gekoppelten Zustand einen Auftriebskörper des Unterwassergeräts (1) ausbildet.
Vorrichtung (3) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (13, 14) der Kopplungseinheit (9) im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist.
Unterwassergerät (1), insbesondere autonomes Unterwasserfahrzeug (1), gekennzeichnet durch eine Aufnahmekammer (19), welche an einer Unterseite des Unterwassergeräts (1) ausgebildet ist, und im abgetauchten Zustand in Richtung des Grundes gerichtet ist, wobei die Aufnahmekammer (19) dazu eingerichtet ist eine Vorrichtung (3) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14 aufzunehmen und insbesondere korrespondierend zu dieser ausgebildet ist.
Verwendung einer Vorrichtung (3), insbesondere einer Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, zur Bergung eines Unterwassergeräts (1) mit einer Kopplungseinheit (9), welche mit dem Unterwassergerät (1) verbindbar ist und einen abkoppelbaren Gegenstand (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinheit (9) eine im Wesentlichen fluiddicht verschließbare Kammer (13, 14) besitzt, die mittels eines zu öffnenden Verschlusselements (15, 15') mit der Umgebung in Fluidkommunikation bringbar ist.