EP4541999A1 - Aktuator für ein werkzeug zur unterseeischen nutzung und aufnahme eines werkzeugs - Google Patents

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Publication number
EP4541999A1
EP4541999A1 EP24206819.5A EP24206819A EP4541999A1 EP 4541999 A1 EP4541999 A1 EP 4541999A1 EP 24206819 A EP24206819 A EP 24206819A EP 4541999 A1 EP4541999 A1 EP 4541999A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
actuator
receptacle
tool
region
torque support
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24206819.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Maximilian Kraus
Simone Karl
Gottfried Hendrix
Juergen Schneider
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4541999A1 publication Critical patent/EP4541999A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B41/00—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
    • E21B41/04—Manipulators for underwater operations, e.g. temporarily connected to well heads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C11/00—Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
    • B63C11/52—Tools specially adapted for working underwater, not otherwise provided for
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B34/00—Valve arrangements for boreholes or wells
    • E21B34/16—Control means therefor being outside the borehole

Definitions

  • the invention relates to an actuator for submarine (deep sea) use, particularly in great water depths, comprising a tool.
  • the tool can be, for example, a fitting of a hydraulic device, such as a valve in a submarine facility for oil and gas production.
  • the actuator can thus be used and configured in particular to actuate underwater fittings.
  • the actuator is connected to the tool in such a way that a driving force, often a torque, can be transmitted.
  • a connecting area of the actuator can be brought into operative connection with a tool holder.
  • a disadvantage of conventional actuators is that establishing a connection with a tool is complex. Tolerances in the connection area between the actuator and the tool holder can lead to an angular misalignment of the actuator and tool axes, as well as to significant play in the rotational adjustment angle. This reduces the energy efficiency of the connection and increases wear. Furthermore, they often do not offer any means of securing the actuator and the possibility of removing it from the tool holder.
  • the object of the present invention is to at least partially alleviate the problems described with reference to the prior art and, in particular, to propose an actuator and a holder for a tool which enable the actuator to be easily connected and released from the holder of the tool and to improve the energy efficiency and durability of the connection between the actuator and the holder compared to the prior art.
  • the actuator has a connecting region configured to form a positive connection with a tool holder.
  • the connecting region comprises a connecting element with a conical and a cylindrical region, with at least one torque support projecting from the lateral surface of the cylindrical region and configured to engage positively in at least one section of the holder.
  • the actuator and tool can be used, for example, in subsea oil and gas production facilities. Accordingly, these facilities are designed to operate at depths of more than 1,000 meters.
  • the tool could, for example, be a valve in a pipeline or system that is operated by the actuator, i.e., opened or closed, or a predetermined opening width can be set.
  • the actuator can also be used in areas such as carbon capture, i.e., subsea storage of carbon dioxide, or hydrogen storage.
  • the actuator is suitable for adjusting most mechanical components.
  • the actuator can provide a torque as a driving force or cause a rotary movement to actuate the tool, which can be transmitted via a shaft connection formed by the connecting element of the actuator and the tool holder.
  • the axis of the shaft can be understood as the main axis of the actuator and the tool holder.
  • the main axis can also correspond to a connection direction between the actuator and the tool holder, i.e., the direction of movement to establish a connection between the actuator and the holder.
  • the actuator can be electrically driven by an electric motor or hydraulically driven by a hydraulic motor.
  • An electric drive with hydraulic transmission is also conceivable.
  • purely mechanical drives can also be used.
  • the actuator can be part of an underwater vehicle, for example in the form of a so-called Remote Operated Vehicle (ROV), Autonomous Underwater Vehicle (AUV) or Subsea Crawler (e.g. mining or cable laying).
  • ROV Remote Operated Vehicle
  • AUV Autonomous Underwater Vehicle
  • Subsea Crawler e.g. mining or cable laying
  • the connecting area of the actuator is configured for a positive connection with a receiving area of the tool holder.
  • the connecting area comprises a connecting element with a conical area. This can be designed as a truncated cone of a right circular cone, whereby a height axis (i.e., a normal to the base of the circular cone through its center) can correspond to the main axis of the actuator.
  • the conical area can be arranged on the connecting element in such a way that, when connected to a tool holder, it first engages the holder, i.e., it can be arranged at the end of the connecting element facing away from the actuator.
  • the conical area of the connecting element advantageously enables simplified insertion or "threading" into the tool holder.
  • the conical region can form an angle with the main axis in a range of 0 degrees [°] to 45°.
  • An angle in this range can enable easy insertion of the connecting element into the receptacle while simultaneously ensuring good transmission of the drive torque.
  • the cylindrical region is thus arranged between the conical region and the actuator.
  • the cylindrical region is, in particular, a right circular cylinder, but can also be a cylinder with a different geometric base shape, such as oval, square, or star-shaped.
  • the cylindrical region can include an outer surface.
  • the torque support can project from the outer surface of the cylindrical portion of the connecting element and, when connected to the receptacle, engage in a cutout in the receptacle in such a way that a rotational movement of the connecting element relative to the receptacle is prevented.
  • two, three, or four torque supports can be provided, enabling symmetrical load introduction into the receptacle or connecting element. Furthermore, the number of torque supports advantageously increases the number of circumferential positions in which the connecting element can be inserted into the receptacle.
  • the torque support can have at least partially a cuboid shape.
  • the larger side surface can be parallel to the main axis aligned, which provides a large surface area to absorb the torque.
  • the torque arm can have a rounded area. This can help facilitate insertion into the tool holder and reduce the risk of injury from the tool holder.
  • the torque support can be configured to expand within the cutout of the mount and thus secure itself in the cutout without play.
  • pressure elements can be provided that can protrude from the surface of the torque support and exert a contact force on the cutout or wedge the pressure elements in the cutout. This advantageously prevents an offset of the angle of rotation or rotation of the connecting element relative to the mount.
  • two first pressure elements can be connected by a hinge, and a spring-loaded wedge can be pressed between the two first pressure elements, thus causing the two first pressure elements to spread apart.
  • the spring-loaded wedge can move between the first pressure elements, particularly in the connecting direction (the direction of movement for connecting the connecting element and the receptacle).
  • the wedge can be subjected to a spring force, particularly by a coil spring.
  • the lateral surface of the cylindrical connecting region can comprise at least two spreaders as a projecting second pressure element, designed to exert a contact force on the holder of the tool.
  • the spreader In a resting position, the spreader can thus form part of the outer surface of the cylindrical portion of the connecting element.
  • spring force can push the spreader radially outward and move it until it rests against the receptacle or the cylindrical receptacle portion. This advantageously centers the connecting element in the receptacle and further reduces or minimizes any play between the connecting element and the receptacle portion.
  • the spreader can be moved by the spring force in the axial direction (the main axis) on guide elements, which cause a projection from the outer surface of the cylindrical area during the axial movement.
  • the movement takes place particularly in the connection direction.
  • the spring force can be applied in particular by means of a spiral spring arranged between the spreader and the connection area.
  • the spiral spring can be aligned in a direction largely parallel to the main axis.
  • the torque support can comprise a locking mechanism configured to engage in a locking region of the cutout in the receptacle, thus preventing the actuator from being released from the receptacle.
  • the engagement of the torque support's locking mechanism in the locking region of the cutout in the receptacle can prevent movement of the connecting element relative to the receptacle region counter to the connection direction, thus preventing the connection between the actuator and the tool or the tool receptacle from being released.
  • the locking mechanism can engage the locking area by means of a spring force.
  • the locking area can be a recess in a surface of the cutout that is aligned parallel to the main axis.
  • the locking mechanism can engage the locking area initiated by the spring force as soon as it is reached.
  • the spring force can be applied by any spring, in particular a spiral spring, or a spiral spring can be part of the locking mechanism.
  • the actuator may comprise a release mechanism which is configured to release the spreading of the at least two spreaders (second pressure elements) and/or the at least one first pressure element of the at least one torque support and/or the locking.
  • the release mechanism can be configured to release the at least one first pressure element of the at least one torque support and the at least two spreaders (second pressure elements) and the locking mechanism. This advantageously enables a particularly simple release of the connection between the actuator and the tool holder.
  • the release mechanism can comprise an operating device that enables simplified operation at a suitable position.
  • the operating device can enable actuation of the release mechanism on a side facing away from the connection area or on a side of the actuator that is aligned largely parallel to the main axis.
  • Operating device can cause a release movement of the release device in the direction of the main axis.
  • the release mechanism can be a ring enclosing the connecting region or the connecting element, which, through rotational and/or, in particular, axial movement (in the direction of the main axis), can release the spreading of the at least one first pressure element of the at least one torque support and/or the spreaders (second pressure elements) and/or the locking mechanism.
  • the ring can be operatively connected to a wedge of the spreading of the torque support, to the spreader, and to the locking mechanism.
  • the ring can comprise a linkage as an operating device which enables operation of the ring, for example axial displacement counter to the connection direction, from the side of the actuator facing away from the connection area or from another position of the actuator which is easily accessible for operation.
  • a receptacle for a tool for submarine use comprising a receptacle region for receiving a connecting element of an actuator proposed here.
  • the receptacle region can, in particular, comprise a cylindrical region that corresponds to a cylindrical region of the connecting element such that the connecting element can be received in the receptacle in a form-fitting manner.
  • the receptacle can also comprise a conical region for the form-fitting reception of the conical region of the connecting element.
  • measures can be provided that provide electrical insulation between the actuator and the tool or the tool holder.
  • areas of the tool holder that come into contact with the actuator i.e., the holder and/or the holder area, can have an electrically insulating layer that can potentially provide separation between the holder and the actuator.
  • the connecting area and/or the connecting element as well as the torque support, the spreaders and the locking device may also have an electrically insulating layer.
  • a method for connecting an actuator proposed here to a tool holder proposed here in which the release mechanism is actuated until the connecting element is inserted in the holder and then the actuation of the release mechanism is terminated which can initiate spreading of the spreader and the torque support(s) as well as the locking.
  • the explanations of the actuator can also be used to further characterize the tool holder, and vice versa.
  • first primarily serve (only) to distinguish between several similar objects, quantities, or processes, and therefore do not necessarily specify any interdependence and/or sequence of these objects, quantities, or processes. Should a dependence and/or sequence be required, this is explicitly stated here or will be obvious to the person skilled in the art upon studying the specifically described embodiment. To the extent that a component can occur multiple times (“at least one"), the description of one of these components may apply equally to all or part of the majority of these components, but this is not mandatory.
  • Fig. 1 shows, by way of example and schematically, an actuator 1 with a connecting region 2 comprising a connecting element 27.
  • the connecting element 27 can comprise a conical region 3 and a cylindrical region 4.
  • a torque support 5 can project from a circumferential surface 29 of the cylindrical region 4.
  • spreaders 7 can be provided in the cylindrical region 4, which can project from the circumferential surface 29.
  • a release mechanism 6 can be configured to release the connecting element 27 from a receptacle 11 of a tool by means of a release movement 8 in the direction of a main axis 12 of the actuator 1.
  • a connection direction 13 can indicate a direction in which the connecting element 27 is to be inserted into a receptacle 11 of a tool.
  • Fig. 2 1 also shows, by way of example and schematically, the release mechanism 6, designed as a ring surrounding the connecting element 27.
  • the release mechanism 6 can comprise an operating device 9 that enables operation of the release mechanism 6.
  • the release mechanism 6 can be operated at a position other than the poorly accessible connecting element 27.
  • Fig. 3 shows a spreader 7, also referred to as a second pressure element 7, which can be arranged in the outer surface 29 of the connecting element 27.
  • the spreader 7 can comprise spiral springs 10.
  • the Figs. 4 and 5 show sectional views of the connecting element 27 in a receptacle 11.
  • the spiral springs 10 can exert a force in a sliding direction 14, which can correspond to the connecting direction 13, on the spreaders 7, so that the latter move on a guide 15 and, in the process, project out of the outer surface 29 in an expanding direction 16 and can exert a contact pressure on the receptacle 11.
  • the receptacle 11 can form a conical region 34 and a cylindrical region 33, wherein the contact pressure of the spreaders 7 can act in particular on the cylindrical region 33.
  • Fig. 5 shows, by way of example and schematically, a sectional view of the connecting element 27 in the receptacle 11, in a viewing direction corresponding to the main axis 12.
  • the Torque supports 5 of the connecting element 27 can engage in cutouts 28 of the receptacle 11. By spreading the spreaders 7 in the spreading direction 16, the connecting element 27 can be centered in the receptacle 11.
  • Fig. 6 shows, by way of example and schematically, a sectional view of a torque support 5 in a cutout 28 of the receptacle 11, which can absorb a force 18 and 19 resulting from the torque to be supported.
  • the torque support 5 can comprise a rounded area 22 which engages positively in a corresponding area of the cutout.
  • the force 19 resulting from a torque to be transmitted can be absorbed in the rounded area 22.
  • Two first pressure elements 31 of the torque support 5, which can be rotatably mounted about the axis of rotation of a hinge 30 and, upon a rotational movement, trigger a movement of the first pressure elements 31 in an expansion direction 17.
  • Fig. 7 also shows a sectional view of the torque support 5 in a cutout 28 of the receptacle 11.
  • the torque support 5 can have a locking mechanism 23 which is pressed into a locking region 32 of the cutout 28 by means of a spiral spring 24 and thus blocks a movement of the torque support 5 and thus of the actuator 1 against the connection direction 13.
  • Fig. 8 shows, by way of example and schematically, a holder 11 of a tool.
  • the holder 11 can have an insulating layer 26 in the areas that come into contact with the connecting element 27, which electrically insulates the connecting element 27 and the holder 11.
  • Threaded bushings 25 can be provided in the area of the holder 11, which can also be electrically insulated.
  • a potting compound, for example, can be used as the insulating layer 26.
  • the threaded bushings 25 can serve to attach a locking mechanism to the actuator and, through the electrical insulation, prevent potential equalization from the holder 11 to the actuator 1.
  • the release mechanism 6 can be configured to release first pressure elements 31, second pressure elements 7, and the locking device 23.
  • the release mechanism 6 (the ring) can be connected to the wedge 20, the spreaders/second pressure elements 7, and the first pressure elements 31.

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Aktuator (1) für ein Werkzeug zur unterseeischen Nutzung aufweisend einen Verbindungsbereich (2) eingerichtet zur formschlüssigen Verbindung mit einer Aufnahme (11) eines Werkzeuges, der Verbindungsbereich (2) umfassend ein Verbindungselement (27) mit einem konischen Bereich (3) und einem zylindrischen Bereich (4), wobei aus einer Mantelfläche (29) des zylindrischen Bereiches (4) mindestens eine Drehmomentstütze (5) auskragt, dazu eingerichtet, formschlüssig in mindestens einen Ausschnitt (28) der Aufnahme (11) einzugreifen. Der Aktuator (1) kann ein vereinfachtes sowie spiel- und winkelversatzfreies Verbinden mit einer Aufnahme (11) eines Werkzeuges ermöglichen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Aktuator für eine unterseeische Nutzung (Deep-Sea), insbesondere in großen Wassertiefen, mit einem Werkzeug. Das Werkzeug kann dabei beispielsweise eine Armatur einer hydraulischen Einrichtung, beispielsweise ein Ventil in einer unterseeischen Anlage zur Förderung von Öl und Gas sein. Der Aktuator kann somit insbesondere zur Betätigung von Unterwasser-Armaturen dienen und dazu eingerichtet sein.
  • Aufgrund des Einsatzes in großen Wassertiefen, häufig mehrere tausend Meter, werden bei derartigen Aktuatoren und verbundenen Werkzeugen hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit gestellt, da die Werkzeuge häufig sicherheitsrelevante Funktionen in einer Förderanlage ausüben und Revisions- oder Wartungseinsätze aufgrund der Wassertiefe mit erheblichem Aufwand verbunden sind.
  • Hierzu ist der Aktuator mit dem Werkzeug derart verbunden, dass eine Antriebskraft, häufig ein Drehmoment, übertragen werden kann. Ein Verbindungsbereich des Aktuators kann in Wirkverbindung mit einer Aufnahme des Werkzeugs gebracht werden. Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Aktuatoren bekannt. Ein Beispiel eines Aktuators für eine unterseeische Nutzung und dessen Verbindung mit einem Ventil wird in der US 2016/0003001 A1 gezeigt.
  • Nachteilig an den bekannten Aktuatoren ist das Herstellen einer Verbindung mit einem Werkzeug aufwendig. Auftretende Toleranzen des Verbindungsbereiches des Aktuators und der Werkzeugaufnahme können zu einem Winkelversatz der Achsen von Aktuator und Werkzeug sowie zu einem großen Spiel im Dreh-Verstellwinkel führen. Dies mindert die Energieeffizienz der Verbindung und erhöht den Verschleiß. Zudem bieten diese häufig keine Fixierung und Möglichkeit zum Lösen des Aktuators aus der Aufnahme des Werkzeuges.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilwiese zu lindern und insbesondere einen Aktuator und eine Aufnahme eines Werkzeuges vorzuschlagen, die ein einfaches Verbinden und Lösen des Aktuators von der Aufnahme des Werkzeuges ermöglichen sowie die Energieeffizienz und Haltbarkeit der Verbindung von Aktuator und Aufnahme gegenüber dem Stand der Technik zu verbessern.
  • Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
  • Hierzu trägt ein Aktuator für ein Werkzeug zur unterseeischen Nutzung bei. Der Aktuator weist einen Verbindungsbereich auf, der dazu eingerichtet ist, eine formschlüssige Verbindung mit einer Aufnahme eines Werkzeuges einzugehen. Der Verbindungsbereich umfasst ein Verbindungselement mit einem konischen und einem zylindrischen Bereich, wobei aus der Mantelfläche des zylindrischen Bereiches mindestens eine Drehmomentstütze auskragt, die dazu eingerichtet ist, formschlüssig in mindestens einen Ausschnitt der Aufnahme einzugreifen.
  • Der Aktuator und das Werkzeug können beispielsweise an unterseeischen Förderanlagen von Öl und Gas zum Einsatz kommen. Entsprechend sind diese dazu eingerichtet in Tiefen von mehr als eintausend Metern zu arbeiten. Das Werkzeug kann beispielhaft ein Ventil einer Leitung oder Anlage sein, dass durch den Aktuator betätigt wird, also geöffnet oder geschlossen, bzw. eine vorgegebene Öffnungsweite eingestellt werden kann. Der Aktuator kann auch in Bereichen wir Carbon Capture, also einem unterseeischen Speichern von Kohlendioxid, oder auch bei einer Wasserstoffspeicherung zum Einsatz kommen. Der Aktuator ist zum Verstellen von den meisten mechanischen Komponenten geeignet.
  • Der Aktuator kann insbesondere ein Drehmoment als Antriebskraft bereitstellen bzw. eine Drehbewegung zur Betätigung des Werkzeuges bewirken, die über eine von Verbindungselement des Aktuators und Aufnahme des Werkzeuges gebildete Wellenverbindung übertragen werden kann. Die Achse der Welle kann als Hauptachse von Aktuator und Aufnahme des Werkzeuges verstanden werden. Die Hauptachse kann dabei auch einer Verbindungsrichtung von Aktuator und Aufnahme des Werkzeuges entsprechen, also der Richtung der Bewegung zu Herstellung einer Verbindung von Aktuator und Aufnahme.
  • Der Aktuator kann über einen elektrischen Antrieb mittels eines Elektromotors oder einen hydraulischen Antrieb mittels eines Hydraulikmotors verfügen. Auch denkbar ist ein elektrischer Antrieb, der hydraulisch übersetzt wird. Alternativ können auch rein mechanische Antriebe zum Einsatz kommen.
  • Der Aktuator kann Teil eines Unterwasserfahrzeugs sein, zum Beispiel nach Art eines so genannten Remote Operated Vehicle (ROV), Autonomous Underwater Vehicle (AUV) oder Subsea Crawler (z. B. Bergbau oder Kabelverlegung) sein.
  • Der Verbindungsbereich des Aktuators ist für eine formschlüssige Verbindung mit einem Aufnahmebereich der Aufnahme des Werkzeuges eingerichtet. Der Verbindungsbereich umfasst ein Verbindungselement mit einem konischen Bereich. Dieser kann als Kegelstumpf eines geraden Kreiskegels ausgebildet sein, wobei eine Höhenachse (also eine Normale der Grundfläche des Kreiskegels durch deren Mittelpunkt) der Hauptachse des Aktuators entsprechen kann. Der konische Bereich kann dabei derart am Verbindungselement angeordnet sein, dass dieser bei einer Verbindung mit einer Aufnahme eines Werkzeuges zuerst in die Aufnahme eingreift, also an dem, dem Aktuator abgewandten, Ende des Verbindungselementes angeordnet sein. Vorteilhaft ermöglicht der konische Bereich des Verbindungselements ein vereinfachtes Einsetzen oder "Einfädeln" in die Aufnahme des Werkzeugs.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann der konische Bereich mit der Hauptachse einen Winkel in einem Bereich von 0 Grad [°] bis 45 ° einschließen. Ein Winkel in diesem Bereich kann ein einfaches Einsetzen des Verbindungselementes in die Aufnahme bei gleichzeitig guter Übertragung des Antriebsdrehmomentes ermöglichen
  • Der zylindrische Bereich ist somit zwischen konischem Bereich und dem Aktuator angeordnet. Der zylindrische Bereich ist insbesondere ein gerader Kreiszylinder, kann aber auch ein Zylinder mit einer anderen geometrischen Form der Grundfläche, beispielsweise oval, viereckig oder sternförmig sein. Der zylindrische Bereich kann eine äußere Mantelfläche umfassen.
  • Die Drehmomentstütze kann aus der Mantelfläche des zylindrischen Bereiches des Verbindungselementes auskragen und bei Verbindung mit der Aufnahme in einen Ausschnitt in der Aufnahme derart eingreifen, dass eine Rotationsbewegung vom Verbindungselement relativ zur Aufnahme verhindert wird.
  • Gemäß einer Ausgestaltung können zwei, drei oder vier Drehmomentstützen vorgesehen sein, die eine symmetrische Lasteinleitung in die Aufnahme bzw. das Verbindungselement ermöglichen. Zudem steigt vorteilhaft mit der Anzahl der Drehmomentstützen auch die Anzahl der Umfangspositionen, in denen das Verbindungselement in die Aufnahme einsetzbar ist.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann die Drehmomentstütze zumindest teilweise eine Quaderform aufweisen. Insbesondere kann die größere Seitenfläche parallel zur Hauptachse ausgerichtet sein, wodurch eine große Fläche zur Aufnahme des Drehmoments zur Verfügung steht.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann die Drehmomentstütze einen abgerundeten Bereich aufweisen. Dieser kann helfen ein Einführen in die Werkzeugaufnahme zu erleichtern sowie ein Verletzungsrisiko der Werkzeugaufnahme zu mindern.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann zur Vermeidung eines Spiels zwischen Ausschnitt der Aufnahme und der Drehmomentstütze die Drehmomentstütze dazu eingerichtet sein, sich in dem Ausschnitt der Aufnahme auszuspreizen und sich so spielfrei in dem Ausschnitt zu fixieren. Für das Ausspreizen können Andruckelemente vorgesehen sein, die aus der Oberfläche der Drehmomentstütze auskragen können und eine Anpresskraft auf den Ausschnitt bzw. ein Verkeilen der Andruckelemente im Ausschnitt bewirken können. Vorteilhaft kann so ein Auftreten eines Versatzes des Drehwinkels bzw. eine Rotation des Verbindungselementes relativ zur Aufnahme verhindert werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung können zwei erste Andruckelemente mit einem Scharnier verbunden sein und ein federbelasteter Keil zwischen die beiden ersten Andruckelemente gedrückt und so eine Ausspreizung der zwei ersten Andruckelemente bewirkt werden. Dabei kann sich der federbelastete Keil zum Ausspreizen der zwei ersten Andruckelemente insbesondere in Verbindungsrichtung (der Bewegungsrichtung zur Verbindung von Verbindungselement und Aufnahme) zwischen die ersten Andruckelemente bewegen. Der Keil kann dabei insbesondere durch eine Spiralfeder mit einer Federkraft beaufschlagt werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann die Mantelfläche des zylindrischen Verbindungsbereiches mindestens zwei Spreizer als auskragendes zweites Andruckelement umfassen, dazu eingerichtet eine Anpresskraft auf die Aufnahme des Werkzeuges auszuüben.
  • Der Spreizer kann somit in einer Ruheposition einen Teil der Mantelfläche des zylindrischen Bereiches des Verbindungselementes bilden. Insbesondere durch eine Federkraft können die Spreizer radial nach außen gedrückt und bis zur Anlage an der Aufnahme bzw. dem zylindrischen Aufnahmebereich bewegt werden. Vorteilhaft kann so eine Zentrierung des Verbindungselementes in der Aufnahme bewirkt und ein Spiel zwischen Verbindungselement und Aufnahmebereich weiter bzw. auf ein Minimum reduziert werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann der Spreizer durch die Federkraft in axialer Richtung (der Hauptachse) auf Führungselementen bewegt werden, die ein Auskragen aus der Mantelfläche des zylindrischen Bereiches bei der axialen Bewegung bewirken. Die Bewegung erfolgt dabei insbesondere in Verbindungsrichtung. Die Federkraft kann dabei insbesondere mittels einer Spiralfeder aufgebracht werden, die zwischen dem Spreizer und dem Verbindungsbereich angeordnet ist. Hierzu kann die Spiralfeder in einer Richtung weitestgehend parallel zur Hauptachse ausgerichtet sein.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann die Drehmomentstütze eine Verriegelung umfassen, dazu eingerichtet, in einen Verriegelungsbereich des Ausschnittes der Aufnahme einzugreifen und so ein Lösen des Aktuators aus der Aufnahme zu verhindern. Ein Eigreifen der Verriegelung der Drehmomentstütze in den Verrieglungsbereich des Ausschnittes der Aufnahme kann dabei eine Bewegung des Verbindungselementes relativ zum Aufnahmebereich entgegen der Verbindungsrichtung und damit ein Lösen der Verbindung von Aktuator und Werkzeug bzw. Aufnahme des Werkzeuges verhindern.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann die Verriegelung mittels einer Federkraft in den Verriegelungsbereich eingreifen. Der Verriegelungsbereich kann dabei eine Aussparung in einer Fläche des Ausschnittes, die parallel zur Hauptachse ausgerichtet ist, sein. Bei einer Bewegung der Drehmomentstütze in den Ausschnitt in Verbindungsrichtung kann die Verriegelung initiiert durch die Federkraft in den Verriegelungsbereich eingreifen, sobald dieser erreicht wird. Die Federkraft kann dabei von einer beliebigen Feder, insbesondere einer Biegefeder aufgebracht werden, bzw. kann eine Biegefeder Teil der Verriegelung sein.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann der Aktuator einen Lösemechanismus umfassen, der dazu eingerichtet ist, die Ausspreizung der mindestens zwei Spreizer (zweiten Andruckelemente) und/ oder des mindestens einen ersten Andruckelementes der mindestens einen Drehmomentstütze und/ oder die Verriegelung zu lösen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann der Lösemechanismus dazu eingerichtet sein, das mindestens eine erste Andruckelement der mindestens einen Drehmomentstütze und den mindestens zwei Spreizern (zweiten Andruckelemente) und die Verriegelung zu lösen. Vorteilhaft wird so ein besonders einfaches Lösen der Verbindung von Aktuator und Aufnahme des Werkzeuges ermöglicht.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann der Lösemechanismus eine Bedieneinrichtung umfassen, die eine vereinfachte Bedienung an einer dafür geeigneten Position ermöglicht. Beispielsweise kann die Bedieneinrichtung ein Betätigen des Lösemechanismus an einer dem Verbindungsbereich abgewandten Seite oder einer zur Hauptachse weitestgehend parallel ausgerichteten Seite des Aktuators ermöglichen. Beispielsweise kann durch die Bedieneinrichtung eine Lösebewegung der Löseeinrichtung in Richtung der Hauptachse bewirkt werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann der Lösemechanismus ein den Verbindungsbereich bzw. das Verbindungselement umschließender Ring sein, der durch rotatorische und/ oder insbesondere eine axiale Bewegung (in Richtung der Hauptachse) ein Lösen der Ausspreizung des mindestens einen ersten Andruckelementes der mindestens einen Drehmomentstütze und/ oder der Spreizer (zweiten Andruckelemente) und/ oder der Verriegelung bewirken kann. Der Ring kann hierfür in Wirkverbindung mit einem Keil der Ausspreizung der Drehmomentstütze, mit dem Spreizer und der Verriegelung stehen.
  • Beispielhaft kann der Ring als Bedieneinrichtung ein Gestänge umfassen, das eine Bedienung des Ringes, beispielsweise ein axiales Verschieben entgegen der Verbindungsrichtung, von der, dem Verbindungsbereich abgewandten Seite des Aktuators oder einer anderen, für eine Bedienung gut erreichbare Position des Aktuators ermöglichen.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch eine Aufnahme eines Werkzeugs für eine unterseeische Nutzung vorgeschlagen umfassend einen Aufnahmebereich zu Aufnahme eines Verbindungselementes eines hier vorgeschlagenen Aktuators. Der Aufnahmebereich kann dabei insbesondere einen zylindrischen Bereich umfassen, der mit einem zylindrischen Bereich des Verbindungselementes derart korrespondiert, dass das Verbindungselement formschlüssig in der Aufnahme aufgenommen werden kann. Die Aufnahme kann zudem einen konischen Bereich umfassen, zur formschlüssigen Aufnahme des konischen Bereiches des Verbindungselementes.
  • Gemäß einer Ausgestaltung können Maßnahmen vorgesehen sein, die eine elektrische Isolation von Aktuator und Werkzeug bzw. der Aufnahme des Werkzeuges bewirken. Hierzu können mit dem Aktuator in Kontakt kommende Bereiche der Aufnahme des Werkzeuges, also die Aufnahme und/ oder der Aufnahmebereich eine elektrisch isolierende Schicht aufweisen, die eine potentielle Trennung zwischen Aufnahme und Aktuator bewirken kann.
  • Alternativ oder kumulativ kann auch der Verbindungsbereich und/ oder das Verbindungselement sowie die Drehmomentstütze, die Spreizer und die Verriegelung eine elektrisch isolierende Schicht aufweisen.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Verfahren zum Verbinden eines hier vorgeschlagenen Aktuators mit einer hier vorgeschlagenen Aufnahme eines Werkzeuges vorgeschlagen, bei dem der Lösemechanismus betätigt ist, bis das Verbindungselement in der Aufnahme eingesetzt ist und anschließend die Betätigung des Lösemechanismus beendet wird, wodurch ein Ausspreizen der Spreizer und der Drehmomentstütze(n) sowie der Verriegelung initiiert werden kann.
  • Die Erläuterungen zu dem Aktuator können auch zur näheren Charakterisierung der Aufnahme des Werkzeuges herangezogen werden, und umgekehrt.
  • Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter ("erste", "zweite", ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann ("mindestens ein"), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.
  • Hier werden somit ein Aktuator und eine Aufnahme eines Werkzeuges für einen Aktuator angegeben, welche die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere tragen der Aktuator und die Aufnahme zumindest dazu bei, ein einfaches Verbinden, insbesondere ein einfaches Einfädeln des Aktuators bzw. eines drehmomentübertragenden Verbindungselementes in die Aufnahme zu gewährleisten. Zudem wird durch die Erfindung das Verbindungselement spielfrei in der Aufnahme fixiert, wodurch Energieeffizienz und Verschleiß der Verbindung verbessert werden können.
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
    • Fig. 1: einen Verbindungsbereich eines hier vorgeschlagenen Aktuators,
    • Fig. 2: eine Lösemechanismus,
    • Fig. 3: einen Spreizer,
    • Fig. 4: eine Schnittdarstellung eines Verbindungselementes in einer Aufnahme eines Werkzeuges,
    • Fig. 5: eine weitere Schnittdarstellung des Verbindungselementes in der Aufnahme eines Werkzeuges,
    • Fig. 6: eine Drehmomentstütze,
    • Fig. 7: eine Verriegelung an einer Drehmomentstütze, und eine
    • Fig. 8: eine hier vorgeschlagene Aufnahme eines Werkzeuges.
  • Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch einen Aktuator 1 mit einem Verbindungsbereich 2 umfassend ein Verbindungselement 27. Das Verbindungselement 27 kann einen konischen Bereich 3 und einen zylindrischen Bereich 4 umfassen. Eine Drehmomentstütze 5 kann aus einer Mantelfläche 29 des zylindrischen Bereiches 4 auskragen. Zudem können im zylindrischen Bereich 4 Spreizer 7 vorgesehen sein, die aus der Mantelfläche 29 auskragen können. Ein Lösemechanismus 6 kann dazu eingerichtet sein, durch eine Lösebewegung 8 in Richtung einer Hauptachse 12 des Aktuators 1 ein Lösen des Verbindungselementes 27 aus einer Aufnahme 11 eines Werkzeuges zu bewirken. Eine Verbindungsrichtung 13 kann eine Richtung kennzeichnen, in der das Verbindungselement 27 in eine Aufnahme 11 eines Werkzeuges einzubringen ist.
  • Fig. 2 zeigt gleichfalls beispielhaft und schematisch den Lösemechanismus 6 ausgebildet als ein das Verbindungselement 27 umschließender Ring. Der Lösemechanismus 6 kann eine Bedieneinrichtung 9 umfassen, die ein Bedienen des Lösemechanismus 6 ermöglicht. Vorteilhaft kann eine Bedienung des Lösemechanismus 6 an einer anderen Position als an dem nur schlecht zugänglichen Verbindungselement 27 erfolgen.
  • Fig. 3 zeigt einen Spreizer 7, auch bezeichnet als zweites Andruckelement 7, der in der Mantelfläche 29 des Verbindungselementes 27 angeordnet sein kann. Der Spreizer 7 kann Spiralfedern 10 umfassen.
  • Die Fig. 4 und 5 zeigen Schnittdarstellungen des Verbindungselementes 27 in einer Aufnahme 11. Die Spiralfedern 10 können eine Kraft in einer Schieberichtung 14, die der Verbindungsrichtung 13 entsprechen kann, auf die Spreizer 7 ausüben, so dass diese sich auf einer Führung 15 bewegen und dabei in einer Ausspreizrichtung 16 aus der Mantelfläche 29 auskragen und eine Anpresskraft auf die Aufnahme 11 ausüben können. Die Aufnahme 11 kann dabei einen konischen Bereich 34 und einen zylindrischen Bereich 33 ausbilden, wobei der Anpressdruck der Spreizer 7 insbesondere auf den zylindrischen Bereich 33 einwirken können.
  • Fig. 5 zeigt beispielhaft und schematisch eine Schnittdarstellung des Verbindungselementes 27 in der Aufnahme 11, in einer Blickrichtung, die der Hauptachse 12 entspricht. Die Drehmomentstützen 5 des Verbindungselementes 27 können in Ausschnitte 28 der Aufnahme 11 eingreifen. Durch ein Ausspreizen der Spreizer 7 in der Ausspreizrichtung 16 kann eine Zentrierung des Verbindungselementes 27 in der Aufnahme 11 bewirkt werden.
  • Fig. 6 zeigt beispielhaft und schematisch eine Schnittdarstellung einer Drehmomentstütze 5 in einem Ausschnitt 28 der Aufnahme 11, die eine aus dem abzustützenden Drehmoment resultierende Kraft 18 und 19 aufnehmen kann. Die Drehmomentstütze 5 kann einen abgerundeten Bereich 22 umfassen, der formschlüssig in einen entsprechenden Bereich des Ausschnittes eingreift. Im abgerundeten Bereich 22 kann die aus einem zu übertragenden Drehmoment resultierende Kraft 19 aufgenommen werden. Zwei erste Andruckelemente 31 der Drehmomentstütze 5, die mittels eines Scharniers 30 um dessen Drehachse drehbar gelagert sein können und bei einer Drehbewegung eine Bewegung der ersten Andruckelemente 31 in einer Aufspreizrichtung 17 auslösen. Hierzu kann ein Keil 20, der mittels einer Spiralfeder 21 mit einer Kraft in Verbindungsrichtung 13 beaufschlagt wird, sich zwischen die beiden ersten Andruckelemente 31 bewegen und diese in der Aufspreizrichtung 17 bewegen, so dass eine Anpresskraft der ersten Andruckelemente 31 an den Ausschnitt 28 der Aufnahme 11 resultiert.
  • Fig. 7 zeigt gleichfalls eine Schnittdarstellung der Drehmomentstütze 5 in einem Ausschnitt 28 der Aufnahme 11. Die Drehmomentstütze 5 kann eine Verriegelung 23 aufweisen, die mittels einer Biegefeder 24 in einen Verriegelungsbereich 32 des Ausschnittes 28 gedrückt wird und so eine Bewegung der Drehmomentstütze 5 und damit des Aktuators 1 entgegen der Verbindungsrichtung 13 blockiert.
  • Fig. 8 zeigt beispielhaft und schematisch eine Aufnahme 11 eines Werkzeuges. Die Aufnahme 11 kann in den Bereichen, die mit dem Verbindungselement 27 in Kontakt kommen, eine isolierende Schicht 26 aufweisen, die Verbindungselement 27 und Aufnahme 11 elektrische isoliert. Im Bereich der Aufnahme 11 können Gewindebuchsen 25 vorgesehen sein, die gleichfalls elektrisch isoliert sein können. Als isolierende Schicht 26 kann beispielsweise eine Vergussmasse zum Einsatz kommen. Die Gewindebuchsen 25 können der Befestigung eines Verschlussmechanismus am Aktuator dienen und durch die elektrische Isolation einen Potentialausgleich von der Aufnahme 11 zum Aktuator 1 einen verhindern.
  • Der Lösemechanismus 6 kann dazu eingerichtet sein, erste Andruckelemente 31, zweite Andruckelemente 7 und die Verriegelung 23 zu lösen. Hierzu kann der Lösemechanismus 6 (der Ring) mit dem Keil 20, den Spreizern/zweiten Andruckelementen 7 und den ersten Andruckelementen 31 verbunden sein.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Aktuator
    2
    Verbindungsbereich
    3
    konischer Bereich
    4
    zylindrischer Bereich
    5
    Drehmomentstütze
    6
    Lösemechanismus
    7
    Spreizer/ zweites Andruckelement
    8
    Lösebewegung
    9
    Bedieneinrichtung
    10
    Spiralfeder
    11
    Aufnahme
    12
    Hauptachse
    13
    Verbindungsrichtung
    14
    Schieberichtung
    15
    Führung
    16
    Ausspreizrichtung
    17
    Aufspreizrichtung
    18
    Kraft
    19
    Kraft
    20
    Keil
    21
    Spiralfeder Keil
    22
    abgerundeter Bereich
    23
    Verriegelung
    24
    Biegefeder Verriegelung
    25
    isolierte Gewindebuchse
    26
    isolierende Schicht
    27
    Verbindungselement
    28
    Ausschnitt
    29
    Mantelfläche
    30
    Scharnier
    31
    erstes Andruckelement
    32
    Verriegelungsbereich
    33
    zylindrischer Bereich Aufnahme
    34
    konischer Bereich Aufnahme

Claims (10)

  1. Aktuator (1) für ein Werkzeug zur unterseeischen Nutzung, aufweisend einen Verbindungsbereich (2) eingerichtet zur formschlüssigen Verbindung mit einer Aufnahme (11) eines Werkzeuges, wobei der Verbindungsbereich (2) zumindest umfasst ein Verbindungselement (27) mit einem konischen Bereich (3) und einem zylindrischen Bereich (4), wobei aus einer Mantelfläche (29) des zylindrischen Bereiches (4) mindestens eine Drehmomentstütze (5) auskragt, dazu eingerichtet, formschlüssig in mindestens einen Ausschnitt (28) der Aufnahme (11) einzugreifen.
  2. Aktuator (1) nach Anspruch 1, wobei die Mantelfläche (29) des zylindrischen Bereiches (4) mindestens zwei Spreizer (7) als auskragende zweite Andruckelemente (7) umfasst, die dazu eingerichtet sind, eine Anpresskraft auf die Aufnahme (11) des Werkzeuges auszuüben.
  3. Aktuator (1) nach Anspruch 2, wobei die mindestens zwei Spreizer (7) dazu eingerichtet sind, durch eine Bewegung in einer Bewegungsrichtung (14) in Richtung einer Hauptachse (12) des Aktuators (1) auszuspreizen.
  4. Aktuator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Drehmomentstütze (5) mindestens ein erstes Andruckelement (31) umfasst, das dazu eingerichtet ist, sich in einem Ausschnitt (28) der Aufnahme (11) auszuspreizen und zu fixieren.
  5. Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die mindestens zwei Spreizer (7) und die mindestens zwei ersten Andruckelemente (31) der mindestens einen Drehmomentstütze (5) sich mittels einer Federkraft ausspreizen.
  6. Aktuator (1) nach Anspruch 5, wobei die Drehmomentstütze (5) einen federbelasteten Keil (20) umfasst, der dazu eingerichtet ist, ein Ausspreizen zumindest eines ersten Andruckelementes (31) der Drehmomentstütze (5) zu bewirken.
  7. Aktuator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Drehmomentstütze (5) eine Verriegelung (23) umfasst, die dazu eingerichtet ist, in einen Verriegelungsbereich (32) des Ausschnittes (28) der Aufnahme (11) einzugreifen und so ein Lösen des Aktuators (1) aus der Aufnahme (11) zu verhindern.
  8. Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei im Verbindungsbereich (2) ein Lösemechanismus (6) angeordnet ist, dazu eingerichtet, durch eine axiale und/ oder rotatorische Lösebewegung (8) die Ausspreizung der mindestens zwei Spreizer (7) und/ oder des mindestens einen ersten Andruckelementes (31) der Drehmomentstütze (5) und/ oder die Verriegelung (23) zu lösen.
  9. Aufnahme (11) eines Werkzeugs mit einem konischen Bereich (34) und einem zylindrischen Bereich (33) zur Aufnahme eines Verbindungselementes (27) eines Aktuators (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
  10. Aufnahme (11) nach Anspruch 9 umfassend eine elektrisch isolierende Schicht (26), dazu eingerichtet eine potentielle Trennung zwischen Aufnahme (11) und Aktuator (1) zu bewirken.
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