Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Benutzung in einer Fluidumgebung, ein Verfahren zum Antreiben einer Vorrichtung in einer Fluidumgebung, sowie eine Sonde zur Inspektion und/oder Wartung eines Behälters, der mit einem fluiden Energieträger befüllt ist.

Vorrichtungen zur Benutzung in einer Fluidumgebung sind grundsätzlich bekannt. Beispielsweise existieren Unterwasserfahrzeuge zur Exploration von schwer zugänglichen Bereichen wie einem Meeresboden oder einer mit Wasser gefüllten Höhle. Derartige Fahrzeuge weisen eine hohe Baugröße auf, die insbesondere durch den erforderlichen Fahrzeugantrieb bedingt ist. Beispielsweise müssen an dem Fahrzeug ein oder mehrere Motoren nebst zugehöriger Energieversorgung bereitgehalten werden, um wenigstens einen Propeller antreiben zu können. Die erhebliche Baugröße erschwert jedoch die Manövrierbarkeit des Fahrzeugs in einem Fluid, sodass das der Einsatz des Fahrzeugs insbesondere in beengten oder räumlich komplexen Fluidumgebungen mit einem hohen Betriebsrisiko einhergeht. Infolgedessen können Einsätze nur unter hohem Zeitaufwand und mit speziell geschultem Bedienpersonal durchgeführt werden.

Darüber hinaus sind die möglichen Einsatzgebiete aufgrund der Baugröße bekannter Fahrzeuge prinzipiell eingeschränkt. So können Unterwasserfahrzeuge insbesondere dann nicht eingesetzt werden, wenn das Wasser oder ein anderes Fluid in einer räumlich engen Umgebung aufgenommen ist, das mit dem Fahrzeug aufgrund seiner äußeren Abmessungen nicht erreicht werden kann.

Ein Beispiel für eine schwer zugängliche Fluidumgebung stellen z.B. regelmäßig zu wartende Fluidtanks, wie etwa Treibstofftanks von Flugzeugen dar, die durch Personen inspiziert und hierzu entsprechend vorbereitet werden müssen. Insbesondere muss der Treibstoff zuerst vollständig aus dem Tank abgelassen werden. Danach müssen innerhalb des Tanks angeordnete Wände demontiert werden, sodass nach einer ausreichenden Lüftung des Tanks eine Person ohne Gefahr in den Tank klettern kann, um diesen zu inspizieren oder zu reparieren. Dieser bei jeder Wartung notwendige Ablauf ist dementsprechend mit einem unerwünscht hohen technischen und arbeitsschutzrechtlichen Aufwand verbunden.

In Anbetracht der geschilderten Schwierigkeiten ist der Einsatz von geeigneten Wartungsrobotern in schwer zugänglichen Fluidumgebungen wünschenswert, jedoch bislang nicht möglich, weil herkömmliche Wartungsroboter zu groß sind und/oder nicht über eine geeignete Steuerbarkeit verfügen.

Besondere Probleme bestehen insbesondere auch in leicht entzündlichen Fluidumgebungen, wie beispielsweise im Falle eines mit einem Energieträger befüllten Tanks. Von der Elektrik eines Wartungsroboters geht ein prinzipielles Entzündungsrisiko aus, das auch durch gute Isolierungsmaßnahmen nicht in ausreichendem Maße beherrscht werden kann, um eine den heutigen technischen Standards genügende Betriebssicherheit zu gewährleisten.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur Benutzung in einer Fluidumgebung anzugeben.

Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 .

Eine Vorrichtung zur Benutzung in einer Fluidumgebung weist außenseitig mehrere Öffnungen auf, wobei jeder der mehreren Öffnungen eine von mehreren Antriebskraftrichtungen zugeordnet ist. Ferner ist jede der mehreren Öffnungen mit einem Fluid beaufschlagbar, um auf die Vorrichtung eine Antriebskraft in der der betreffenden Öffnung zugeordneten Antriebskraftrichtung auszuüben, wobei zumindest eine erste Untermenge der Antriebskraftrichtungen eine Translationsantriebskraftrichtung repräsentiert, um die Vorrichtung zu einer Translationsbewegung anzutreiben. Alternativ oder zusätzlich repräsentiert zumindest eine zweite Untermenge der Antriebskraftrichtungen eine Drehantriebskraftrichtung, um die Vorrichtung zu einer Drehbewegung anzutreiben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in einem Fluid, wie etwa Wasser oder einer anderen Flüssigkeit, zu vordefinierten Translations- und/oder Drehbewegungen angesteuert werden und ermöglicht auf diese Weise eine flexible und präzise Steuerbarkeit in dem Fluid. Vorteilhaft ist insbesondere die kombinierte Ansteuerbarkeit zu Translations- und Drehbewegungen, um die Vorrichtung entlang beliebiger Antriebsrichtungen steuern zu können. Hierbei kann die Vorrichtung z.B. wahlweise in eine Translationsantriebskraftrichtung oder eine Drehantriebskraftrichtung bzw. eine Drehmomentantriebskraftrichtung angetrieben werden. Somit kann die Vorrichtung auch in komplexen und beengten Fluidumgebungen mit hoher Sicherheit betrieben werden.

Zum Antreiben der Vorrichtung werden vorzugsweise ein oder mehrere außenseitige Öffnungen der Vorrichtung mit einem Fluid beaufschlagt. Beispielsweise kann ein Fluid durch eine betreffende Öffnung gepumpt werden, um an der Öffnung einen Fluidstrahl zu erzeugen, der eine Antriebskraft auf die Vorrichtung ausübt. Die Antriebskraftrichtung ist hierbei gemäß dem Wechselwirkungsprinzip im Wesentlichen entgegengesetzt zu der Stromrichtung des Fluidstrahls. Mit anderen Worten erzeugt der Fluidstrahl eine Rückstoßkraft, die zum Antreiben der Vorrichtung ausgenutzt wird. Anstelle eines durch die Öffnung austretenden Fluidstrahls ist es prinzipiell auch denkbar, eine jeweilige Öffnung mit einem Unterdrück zu beaufschlagen, sodass Fluid von außen durch die Öffnung gefördert und hierdurch ein nach innen gerichteter Fluidstrom erzeugt wird. Dementsprechend wird eine von der Öffnung wegweisende Antriebskraft auf die Vorrichtung ausgeübt, die im Wesentlichen entgegengesetzt zu der Stromrichtung des Fluids an der Öffnung ist.

Die mehreren Öffnungen der Vorrichtung ermöglichen eine selektive Ausübung von Antriebskräften auf die Vorrichtung, um diese zu unterschiedlichen Bewegungen antreiben zu können. Jeder Öffnung ist eine Antriebskraftrichtung zugeordnet, die im Wesentlichen entgegengesetzt zu dem bei einer Beaufschlagung der Öffnung erzeugten Fluidstrahl ist. Die Öffnungen sind vorzugsweise derart angeordnet und ausgebildet, dass für eine jeweilige vordefinierte Bewegungsrichtung eine Untermenge der Öffnungen angegeben werden kann, die einer Untermenge der den Öffnungen zugeordneten Antriebskraftrichtungen entspricht. Eine Untermenge kann allgemein ein oder mehrere Antriebskraftrichtungen aufweisen.

Das zur Beaufschlagung verwendete Fluid ist vorzugsweise identisch zu dem Fluid, in dem sich die Vorrichtung bei bestimmungsgemäßer Verwendung befindet. Die Fluidumgebung wird somit nicht durch ein anderes Fluid verunreinigt. Dies ist beispielsweise im Falle eines mit einem Energieträger befüllten Tanks wünschenswert. Es ist jedoch auch denkbar, unterschiedliche Fluide vorzusehen. Beispielsweise kann auch ein Gas, wie etwa Luft, zur Beaufschlagung der Öffnungen verwendet werden, wenn sich die Vorrichtung in einer Flüssigkeit befindet, in der die Vorrichtung angetrieben werden soll. Vorzugsweise ist die Fluidumgebung durch eine Flüssigkeit gebildet. Die erfindungsgemäße Antriebstechnologie der Vorrichtung ermöglicht es, elektrische Antriebsmittel oder elektrische Energiespeicher vollständig außerhalb der Vorrichtung vorzusehen. Beispielsweise kann eine Steuereinheit über eine oder mehrere flexible Fluidleitungen mit der Vorrichtung verbunden werden, um ein oder mehrere Öffnungen der Vorrichtung aus der Feme mit dem Fluid zu beaufschlagen. Auf unmittelbar an der Vorrichtung angeordnete elektrische Motoren und/oder Aktuatoren kann somit vollständig verzichtet werden. Die Vorrichtung, die beispielsweise als eine Sonde ausgebildet sein kann, ist somit zum Einsatz in entzündlichen oder explosionsgefährdeten Fluidumgebungen geeignet. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Inspektion von Treibstofftanks oder sonstigen Behältern und Leitungen zur Aufnahme von fluiden Energieträgern verwendet werden.

Der Verzicht auf elektrische Antriebsmittel, Aktuatoren und dergleichen an der Vorrichtung ermöglicht außerdem eine im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen reduzierte Baugröße. Somit können auch Fluidumgebungen erreicht werden, die mit herkömmlichen und vergleichsweise großen Wartungsfahrzeugen nicht zugänglich sind.

Ausführungsformen sind in der Beschreibung, den Figuren sowie den Ansprüchen offenbart.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die erste und/oder zweite Untermenge einige der Antriebskraftrichtungen, wobei zumindest einige der mehreren Öffnungen, deren zugeordnete Antriebskraftrichtungen der ersten und/oder zweiten Untermenge angehören, zumindest im Wesentlichen gleichzeitig beaufschlagbar sind, um auf die Vorrichtung eine Antriebskraft in eine Überlagerungsantriebskraftrichtung auszuüben, die eine Summe der Antriebskraftrichtungen der ersten Untermenge und/oder der zweiten Untermenge repräsentiert. Mehrere Öffnungen können somit vorteilhaft zumindest im Wesentlichen gleichzeitig beaufschlagt werden, um die Vorrichtung in eine Überlagerungsantriebskraftrichtung zu bewegen. Die Überlagerungsantriebskraftrichtung kann z. B. wahlweise einer Translationsantriebskraftrichtung oder einer Drehantriebskraftrichtung entsprechen. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Überlagerungsantriebskraftrichtung sich aus mehreren Richtungskomponenten zusammensetzt, wobei die Richtungskomponenten durch eine oder mehrere Translationsantriebskraftrichtungen und/oder eine oder mehrere Drehantriebskraftrichtungen gebildet sein können. Durch Beaufschlagung mehrerer Öffnungen können somit wahlweise beliebige Bewegungen ausgeführt werden, sodass selbst komplexeste Bewegungsbahnen mit der Vorrichtung einfach realisiert werden können. Die Vorrichtung ist somit zur Erkundung besonders komplexer und insbesondere enger Fluidumgebungen geeignet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen zumindest zwei der Öffnungen, deren zugeordnete Antriebskraftrichtungen der ersten und/oder zweiten Untermenge angehören, zueinander einen Abstand auf, der zumindest im Wesentlichen gleich einem Außenmaß der Vorrichtung ist. Alternativ oder zusätzlich können Öffnungen, deren Antriebskraftrichtungen der ersten und/oder zweiten Untermenge angehören, zumindest teilweise an gegenüberliegenden Bereichen der Vorrichtung ausgebildet sein. Die Vorrichtung kann mit dieser Anordnung von Öffnungen besonders effizient und präzise gesteuert werden. Beispielsweise können Öffnungen an diametral gegenüberliegenden Abschnitten der Vorrichtung angeordnet sein. Ferner können Öffnungen zum Beispiel paarweise an gegenüberliegenden Endbereichen der Vorrichtung angeordnet sein, um zum Beispiel vorteilhafte Hebeleffekte für eine Drehbewegung auszunutzen. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Vorrichtung durch ein oder mehrere aufeinanderfolgende Engstellen innerhalb der Fluidumgebung gesteuert werden und hierbei schnell gedreht werden muss.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kompensieren sich zumindest einige der Antriebskraftrichtungen der ersten und/oder zweiten Untermenge gruppenweise bezüglich zumindest einer Richtungskomponente. Beispielsweise können eine oder mehrere bestimmte Öffnungen wahlweise zur Ausführung von unterschiedlichen Bewegungen beaufschlagt werden, insbesondere indem die Öffnungen in unterschiedlichen Gruppen beaufschlagt werden und sich die zugeordneten Antriebskraftrichtungen entsprechend zu unterschiedlichen Überlagerungsantriebskraftrichtungen überlagern. Beispielsweise können Paare von Öffnungen derart angeordnet und ausgebildet sein, dass die zugeordneten Antriebskraftrichtungen jeweils eine Richtungskomponente, beispielsweise eine Tangentialkomponente, aufweisen, die zueinander entgegengesetzt sind. Bei gleichzeitiger Beaufschlagung des Öffnungspaars kompensieren sich die Tangentialkomponenten gegenseitig, wobei in der Überlagerung z.B. lediglich eine Translationsantriebskraftrichtung wirksam wird, um die Vorrichtung zu einer Translationsbewegung anzutreiben. Wird jedoch lediglich eine der Öffnungen beaufschlagt, so kann die Tangentialkomponente zur Ausführung einer Drehbewegung ausgenutzt werden.

Vorzugsweise sind zumindest einige der Öffnungen rotationssymmetrisch und/oder zueinander gespiegelt ausgebildet. Beispielsweise kann die Vorrichtung einen rotationssymmetrischen Körper aufweisen, um dessen Rotations- oder Längsachse ein Teil der Öffnungen rotationssymmetrisch verteilt angeordnet sind. Die Öffnungen sind bevorzugt zumindest teilweise bezüglich ein oder mehrerer Ebenen zueinander gespiegelt ausgebildet. Beispielsweise können die Öffnungen gruppenweise, insbesondere paarweise, bezüglich einer Ebene gespiegelt ausgebildet sein, wobei die Rotations- oder Längsachse der Vorrichtung durch die Ebene verlaufen kann. Die Öffnungen können auch gruppenweise bezüglich mehrerer zueinander orthogonal ausgerichteter Ebenen gespiegelt angeordnet sein. Die Anzahl der Öffnungen kann auf diese Weise optimiert werden, wobei die Vorrichtung dennoch umfassend, präzise und effizient angetrieben werden kann.

Nach einer weiteren Ausführungsform beträgt die Anzahl der Antriebskraftrichtungen zumindest acht. Bevorzugt sind sechzehn Antriebskraftrichtungen vorgesehen. Ferner ist es bevorzugt, dass die erste und/oder zweite Untermenge jeweils zumindest vier der Antriebskraftrichtungen umfasst. Auch im Falle von mehreren Untermengen, die für eine jeweilige Translationsantriebskraftrichtung oder Drehantriebskraftrichtung vorgesehen sind, können pro Untermenge vier Antriebskraftrichtungen vorgesehen sein. Auf diese Weise kann die betreffende Translations- oder Drehbewegung auch bei einer ungünstigen Gewichtsverteilung der Vorrichtung oder bei ungünstigen Strömungsbedingungen in der Fluidumgebung präzise und rasch ausgeführt werden. Die den vier Antriebskraftrichtungen zugeordneten Öffnungen sind vorzugsweise entlang eines Umfangs der Vorrichtung verteilt, insbesondere mit gleichmäßigem Abstand zueinander. Die Anzahl von Antriebskraftrichtungen pro Untermenge kann im Allgemeinen jedoch auch kleiner oder größer als vier sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Anzahl der Öffnungen gleich einer Anzahl der Antriebskraftrichtungen, wobei die Anzahl der Öffnungen zumindest acht ist, insbesondere wobei die Anzahl der Öffnungen sechzehn ist. Vorzugsweise sind zumindest so viele Öffnungen vorhanden, dass die Vorrichtung entsprechend zu sechs Freiheitsgraden angetrieben werden kann. Beispielsweise kann die Vorrichtung wahlweise entlang einer von drei Hauptachsen angetrieben werden (drei Translationsfreiheitsgrade), wobei die Hauptachsen vorzugsweise senkrecht zueinander ausgerichtet sind. Ferner kann die Vorrichtung jeweils wahlweise um eine der drei Hauptachsen gedreht werden (drei Rotationsfreiheitsgrade). Zur Ausführung entsprechender Translations- bzw. Drehbewegungen sind an der Vorrichtung vorzugsweise sechzehn Öffnungen vorgesehen, wobei wie erwähnt im Allgemeinen auch weniger oder mehr Öffnungen vorgesehen sein können.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist zumindest eine der Öffnungen einen Öffnungskanal auf, der schräg zu einer Außenseite der Vorrichtung ausgebildet ist. Mit anderen Worten kann ein Winkel zwischen der Kanalachse und der Außenseite der Vorrichtung kleiner als 90° sein. Auf diese Weise weist die zugehörige Antriebskraftrichtung eine Tangentialkomponente auf, um die Vorrichtung zu einer Drehbewegung antreiben zu können.

Im Allgemeinen ist ein Öffnungskanal zumindest im Wesentlichen koaxial zu der Antriebskraftrichtung, die der Öffnung zugeordnet ist, ausgerichtet. Die Öffnungen können in diesem Fall besonders einfach ausgebildet werden. Es ist jedoch auch denkbar, durch ein oder mehrere Umlenkflächen für die Öffnung eine Antriebskraftrichtung zu definieren, die einen Winkel ungleich 180 Grad zu dem Öffnungskanal aufweist.

Die Öffnungen können teilweise oder vollständig als Düsen ausgebildet sein. Der bei Beaufschlagung der Öffnung erzeugte Fluidstrahl kann auf diese Weise optimiert werden. Eine Düse umfasst einen Abschnitt, der gegenüber einer mit der Düse verbundenen Fluidleitung verkleinert ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform repräsentieren mehrere erste Untermengen der Antriebskraftrichtungen jeweils eine von mehreren Drehantriebskraftrichtungen, um die Vorrichtung wahlweise zu einer von mehreren Drehbewegungen anzutreiben, und wobei die Drehantriebskraftrichtungen zumindest teilweise voneinander verschieden sind.

Zumindest zwei der Drehantriebskraftrichtungen können zueinander entgegengesetzt sein. Auf diese Weise können Drehbewegungen im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn ausgeführt werden. Ferner können zumindest einige der Drehantriebskraftrichtungen jeweils einer von mehreren vordefinierten Drehachsen der Vorrichtung zugeordnet sein, um die Vorrichtung für die wahlweise betreffende Drehbewegung um eine der vordefinierten Drehachsen anzutreiben, insbesondere wobei die vordefinierten Drehachsen senkrecht zueinander ausgerichtet sind und eine Längsachse, eine Querachse und/oder eine Vertikalachse der Vorrichtung umfassen. Somit können Rollbewegungen, Nickbewegungen und/oder Gierbewegungen ausgeführt werden, die eine intuitive und einfache Steuerbarkeit der Vorrichtung durch eine Bedienperson ermöglichen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind mehrere zweite Untermengen der Antriebskraftrichtungen vorgesehen, die jeweils eine von mehreren Translationsantriebskraftrichtungen repräsentieren, um die Vorrichtung wahlweise zu einer von mehreren Translationsbewegungen anzutreiben, und wobei die Translationsantriebskraftrichtungen zumindest teilweise voneinander verschieden sind.

Zumindest zwei der Translationsantriebskraftrichtungen können zueinander entgegengesetzt sein, sodass die Vorrichtung sowohl in eine Vorwärtsrichtung, als auch in eine Rückwärtsrichtung bewegt bzw. angetrieben werden kann. Ferner können zumindest einige der Translationsantriebskraftrichtungen jeweils einer von mehreren vordefinierten Translationsachsen der Vorrichtung zugeordnet sein, um die Vorrichtung für die wahlweise betreffende Translationsbewegung entlang oder parallel zu einer der Translationsachsen anzutreiben, insbesondere wobei die Translationsachsen senkrecht zueinander ausgerichtet sind. Beispielsweise können die Translationsachsen durch Achsen eines orthogonalen Koordinatensystems gebildet sein. Ferner können die Translationsachsen vordefinierten Hauptachsen der Vorrichtung entsprechen, die insbesondere durch eine Längsachse, eine Querachse und eine Vertikalachse gebildet sein können. Diese Achsen können identisch zu den Drehachsen sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung ausschließlich durch Beaufschlagung von wenigstens einer der Öffnungen aktiv antreibbar. Alternativ oder zusätzlich weist die Vorrichtung keine elektrischen Antriebsmittel wie beispielsweise elektrische Motoren oder Akkus auf. Die Vorrichtung ist somit hervorragend zum Einsatz in Fluidumgebungen geeignet, die vor Elektrizität geschützt werden müssen. Dies betrifft beispielsweise Behälter, wie Tanks oder Pipelines zu, in denen ein entzündlicher Energieträger aufgenommen ist. Somit kann die Vorrichtung in derartigen Risikoumgebungen mit außerordentlich hoher Betriebssicherheit benutzt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung mehrere Anschlüsse zum Anschließen von Fluidleitungen auf, wobei jedem der mehreren Anschlüsse zumindest eine der Öffnungen zugeordnet ist, und wobei für eine Beaufschlagung mit dem Fluid jeder der Anschlüsse mit der oder den zugeordneten Öffnungen verbindbar oder verbunden ist. Die Öffnungen können jeweils über eine Fluidleitung, die beispielsweise innerhalb der Vorrichtung angeordnet sein kann, mit dem zugehörigen Anschluss verbunden sein. Eine von außen an den Anschluss angeschlossene Fluidleitung kann flexibel ausgebildet sein, sodass die Beweglichkeit der Vorrichtung nicht oder nur in geringem Umfang eingeschränkt wird. Die Fluidleitung kann aus mehreren Einzelfluidleitungen bestehen, sodass jeder Fluidanschluss über eine separate Fluidleitung unabhängig von den anderen Anschlüssen mit einem Fluid beaufschlagt werden kann. Ferner kann die Fluidleitung an eine außerhalb der Fluidumgebung angeordnete Steuereinheit angeschlossen sein, um ein oder mehrere Öffnungen zu beaufschlagen. Die Steuereinheit kann hierfür insbesondere wenigstens eine Fluidpumpe aufweisen und allgemein auch als Pumpeinheit bezeichnet werden.

Zumindest einige der Anschlüsse können an einem Anschlussbereich der Vorrichtung zusammengefasst angeordnet sein. Beispielsweise kann der Anschlussbereich an einer Stirnseite der Vorrichtung ausgebildet sein und alle an der Vorrichtung vorhandenen Anschlüsse, insbesondere auch Anschlüsse für Signalleitungen, aufweisen. Die Beweglichkeit der Vorrichtung und die Wirksamkeit des Antriebs werden somit durch die angeschlossenen Leitungen nicht oder nur in geringem Maße beeinträchtigt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein maximaler Durchmesser der Vorrichtung kleiner als 10 Zentimeter, vorzugsweise kleiner als 6 Zentimeter. Die Vorrichtung kann somit auch kritische Engstellen in der Fluidumgebung passieren. Dies ist insbesondere bei der Inspektion von Flugzeugtragflächentank vorteilhaft, die in der Regel mehrere Innenwände mit etwa 6 cm großen Durchlässen aufweisen. Die Vorrichtung weist vorzugsweise einen im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Körper mit dem maximalen Durchmesser auf. Die Vorrichtung kann im Allgemeinen einen zylindrischen Körper mit einer Aufnahmevertiefung aufweisen oder durch einen solchen Körper gebildet sein. Die Aufnahmevertiefung ist vorzugsweise an einer Stirnseite des Körpers ausgebildet und dient beispielsweise zur Aufnahme von optischen Sensorinstrumenten oder fernbedienbaren Werkzeugen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Antreiben einer Vorrichtung in einer Fluidumgebung. Die Vorrichtung weist mehrere außenseitige Öffnungen auf und ist insbesondere nach einer der beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet. Das Verfahren umfasst zumindest folgende Schritte: Beaufschlagen wenigstens einer der Öffnungen mit einem Fluid, um auf die Vorrichtung eine Antriebskraft in einer der betreffenden Öffnung zugeordneten Antriebskraftrichtung auszuüben, sodass die Vorrichtung zu einer Translationsbewegung und/oder zu einer Drehbewegung angetrieben wird. Insbesondere kann die Vorrichtung wahlweise zu einer Translationsbewegung und/oder einer Drehbewegung angetrieben werden. Verfahrensmerkmale, die im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben sind, können in entsprechender Weise als zusätzliche Verfahrensschritte vorgesehen sein.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein System umfassend eine Vorrichtung zur Benutzung in einer Fluidumgebung und eine Steuereinheit zum Steuern der Vorrichtung in der Fluidumgebung. Die Vorrichtung weist mehrere außenseitige Öffnungen auf und kann insbesondere nach einer der beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet sein.

Die Steuereinheit weist wenigstens eine Fluidpumpe auf, die über wenigstens eine Fluidleitung mit den mehreren Öffnungen der Vorrichtung verbindbar ist. Außerdem ist die Steuereinheit dazu angepasst, das beschriebene Verfahren zum Antreiben der Vorrichtung auszuführen. Die Steuereinheit ist vorzugsweise mit einer Benutzerschnittstelle verbindbar, um die Vorrichtung in dem Fluid zu steuern. Die Benutzerschnittstelle kann insbesondere an einem mobilen Endgerät ausgebildet sein, das drahtgebunden oder drahtlos mit der Steuereinheit verbunden werden kann. Vorzugsweise weist die Benutzerschnittstelle eine graphische Anzeigeeinrichtung auf, um die Steuerung der Vorrichtung zu vereinfachen. Die Steuereinheit kann zusätzlich oder alternativ eine feste Benutzerschnittstelle aufweist.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Steuereinheit einen Behälter oder einen Anschluss zur Aufnahme eines Fluids auf, wobei der Behälter oder der Anschluss mit der Fluidpumpe verbunden ist, um diese mit dem Fluid zu versorgen. Für eine Beaufschlagung kann die Fluidpumpe in Abhängigkeit von der betreffenden Öffnung aktiviert werden, um Fluid von dem Behälter oder dem Anschluss über eine angeschlossene Fluidleitung zu der betreffenden Öffnung zu pumpen.

Für jede Fluidleitung kann im Allgemeinen eine separate Fluidpumpe vorgesehen sein, die unabhängig ansteuerbar ist. Es kann aber auch eine geringere Anzahl von Fluidpumpen vorgesehen sein. Beispielsweise können ein oder mehrere verstellbare Ventileinrichtungen vorgesehen sein, um eine Fluidpumpe wahlweise mit einer oder mehreren Fluidleitungen zu koppeln und auf diese Weise die verbundenen Öffnungen zu beaufschlagen.

Die Steuereinheit ist vorzugsweise konfiguriert, um in Abhängigkeit eines über eine Benutzerschnittstelle empfangenen Steuerbefehls die Fluidpumpe zu aktivieren. Der Steuerbefehl umfasst insbesondere eine vordefinierte Translations- und/oder Drehantriebskraftrichtung für die Vorrichtung. In Abhängigkeit von dem Steuerbefehl aktiviert die Steuereinheit die Fluidpumpe dann in der Weise, dass eine Untermenge der Öffnungen beaufschlagt wird, deren zugeordnete Antriebskraftrichtungen eine Translations- und/oder Drehantriebskraftrichtung gemäß dem Steuerbefehl repräsentieren. An der Steuereinheit können hierfür vordefinierte Konfigurationsdaten gespeichert sein, die eine Zuordnung zwischen vordefinierten Antriebsrichtungen der Vorrichtung und den hierfür zu beaufschlagenden Öffnungen der Vorrichtung angeben. Die Steuereinheit kann zudem elektronische Rechenmittel, insbesondere einen Mikroprozessor aufweisen, der zur Ausführung des Verfahrens konfiguriert ist. Außerdem ist vorzugsweise wenigstens ein nicht-flüchtiger Speicher vorgesehen, in dem Konfigurationsdaten für die Steuereinheit gespeichert sind.

Die Steuereinheit kann zusätzlich oder alternativ zu einer manuellen Steuerung der Vorrichtung auf Basis von vorgegebenen Richtungsangaben dazu angepasst sein, eine teilweise oder vollständig autonome Steuerung der Vorrichtung in einem Fluid zu ermöglichen. Die Vorrichtung kann hierfür mit einem oder mehreren Sensoren ausgerüstet sein, die mit der Steuereinheit verbindbar sind und zur Erfassung der räumlich begrenzten Fluidumgebung dienen. Die Sensordaten können von der Steuereinheit verarbeitet werden, um die Vorrichtung automatisiert, z.B. entlang einer vordefinierten Route zu steuern. Hierfür können vordefinierte Umgebungsinformationen herangezogen werden, sodass die Position der Vorrichtung in der Fluidumgebung durch relative Positionsdaten ermittelt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung mit einem Ortungsmittel, z.B. einem Funkchip versehen sein, um eine räumliche Position der Vorrichtung von außen bestimmen zu können. Die Position kann zur manuellen oder autonomen Steuerung der Vorrichtung herangezogen werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Sonde zur Inspektion und/oder Wartung eines Behälters offenbart, der zumindest teilweise mit einem fluiden Energieträger befüllt ist, wobei die Sonde zur Inspektion und/oder Wartung in den Behälter einbringbar und in dem Energieträger antreibbar ist. Die Sonde weist vorzugsweise eine Vorrichtung nach einer der beschriebenen Ausführungsformen auf. Es ist jedoch auch denkbar, andere Arten von Vorrichtungen als Sonde einzusetzen, insbesondere auch Sonden, die mit einem anderen Antriebsverfahren als dem beschriebenen Fluidantriebsverfahren angetrieben werden. Ferner kommen anstelle des fluiden Energieträgers grundsätzlich auch andere Flüssigkeiten in Betracht. Außerdem ist es denkbar, die Sonde oder die beschriebene Vorrichtung im Vakuum und/oder in einer schwerelosen Umgebung, insbesondere im Weltraum zu benutzen, wobei zur Beaufschlagung der Öffnungen ein gasförmiges Fluid verwendet werden kann.

Der Behälter kann ein Tank sein, der zur Aufnahme eines Fluids dient, insbesondere eines fluiden Energieträgers. Der Tank kann beispielsweise ein Flugzeugtank sein, insbesondere ein Flugzeugtragflächentank. Der Energieträger kann in diesem Fall durch Kerosin gebildet sein. Denkbar ist jedoch auch ein großer Öltank, zum Beispiel eines Schiffes, der in regelmäßigen Abständen gewartet werden muss und hierfür bislang vollständig entleert werden muss. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Sonde kann das bislang vorgeschriebene Wartungsintervall zumindest verlängert werden, indem der Tank in kürzeren Abständen mithilfe der beschriebenen Sonde inspiziert und gegebenenfalls gewartet wird.

Im Allgemeinen können mit Energieträgern befüllte Tanks Probleme aufweisen, die durch die erfindungsgemäße Sonde frühzeitig erkannt werden können, um schwerwiegende Folgeprobleme zu vermeiden. Beispielsweise können Flugzeugtanks von Mikroben befallen werden, die durch die Sonde bzw. eine an der Sonde montierte Sensorik detektiert werden können, ohne den Tank auf herkömmliche Weise durch eine Person inspizieren zu müssen. Die Sonde kann auch vorteilhaft zur Inspektion von Öltanks eingesetzt werden, um schädliche Sedimente vor dem Eintritt von Folgeschäden erkennen zu können und geeignete Gegenmaßnahmen einzuleiten. Einer Verschlammung des Tanks und hiermit einhergehenden Verstopfungs- und Korrosionseffekten können somit wirksam vorgebeugt werden.

Der Behälter kann auch durch einen Abschnitt einer Rohrleitung, wie etwa einer Pipeline gebildet sein, die ebenfalls regelmäßig oder bedarfsweise inspiziert oder gewartet werden muss. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Sonde wird diese Aufgabe erheblich vereinfacht. Hierbei ist es denkbar, eine Pipeline oder einen anderen Behälter zum Zwecke der Wartung mit Wasser oder einem anderen Fluid zu befüllen, um ein für das fluide Antriebskonzept der Sonde geeignetes Bewegungsmedium zu schaffen.

Gemäß einer Ausführungsform ist ein maximaler Durchmesser der Sonde kleiner als 10 Zentimeter, vorzugsweise kleiner als 6 Zentimeter. Die Sonde kann einen im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Körper mit dem maximalen Durchmesser aufweisen. Die Sonde kann somit auch insbesondere kreisförmige Öffnungen passieren, die beispielsweise an innerhalb des Behälters angeordneten Strukturen ausgebildet sind. Bislang mussten solche Strukturen oder Wände vor der Inspektion ausgebaut werden, um den Zugang für einen Inspekteur zu ermöglichen. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Sonde müssen die Wände jedoch nicht mehr ausgebaut werden, sodass die mit der Demontage und nachfolgenden Remontage verbundenen Risiken vermieden werden können. Dies ist insbesondere in sicherheitskritischen Bereichen, wie Flugzeugtanks, von besonderer Bedeutung. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein System umfassend eine Sonde nach einer der beschriebenen Ausführungsformen und eine Steuereinheit zum Antreiben der Sonde in einem fluiden Energieträger, wobei die Steuereinheit zur Inspektion und/oder Wartung des Behälters außerhalb des Behälters anordenbar und mit der Sonde verbindbar ist.

Die Steuereinheit kann gemäß einer Ausführungsform mit einer oder mehreren Fluidleitungen verbunden werden, um die Sonde in dem Energieträger anzutreiben. Beispielsweise können ein oder mehrere Öffnungen der Sonde mit einem Fluid beaufschlagt werden, wie weiter oben mit Bezug auf die Vorrichtung erläutert. Ferner kann die Steuereinheit ebenfalls entsprechend ausgebildet sein. Das zur Beaufschlagung der Öffnungen eingesetzte Fluid kann insbesondere durch den Energieträger gebildet sein, um Verunreinigungen des in dem Behälter aufgenommenen Energieträgers zu vermeiden.

Gemäß einer Ausführungsform kann außerdem eine Signalleitung vorgesehen sein, um eine an der Vorrichtung montierte Sensorik mit der Steuereinheit zu verbinden. Die Signalleitung kann vorteilhaft mit ein oder mehreren Fluidleitungen zusammengefasst und beispielsweise mit einer gemeinsamen Schutzummantelung versehen sein. Die Leitungen sind somit bei der Benutzung der Sonde gegenüber äußeren Einflüssen geschützt.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Inspektion und/oder Wartung eines Behälters mit einer Sonde, wobei der Behälter zumindest teilweise mit einem fluiden Energieträger befüllt ist und eine Behälteröffnung aufweist. Das Verfahren umfasst zumindest folgende Schritte: Einbringen der Sonde in den Behälter durch die Behälteröffnung, bis die Sonde zumindest teilweise in den Energieträger getaucht ist; und Antreiben der Sonde in dem Energieträger, um den Behälter zu inspizieren und/oder zu warten.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Sonde nach einer der beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet, wobei die Sonde mit einer außerhalb des Behälters angeordneten Steuereinheit verbunden ist. Das Verfahren umfasst ferner das Betreiben der Steuereinheit, um die Sonde in dem Energieträger anzutreiben. Dieser Verfahrensschritt kann insbesondere die zusätzlichen Schritte des oben beschriebenen Verfahrens zum Antreiben einer Vorrichtung aufweisen.

Der Behälter kann allgemein durch einen Tank gebildet sein, insbesondere ein Flugzeugtank zur Aufnahme von Kerosin oder eines anderen Energieträgers wie vorstehend beschrieben. Die Behälteröffnung kann entsprechend durch eine Tanköffnung gebildet sein, die insbesondere separat von einer regulären Tanköffnung zum Betanken ausgebildet sein kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und die erfindungsgemäße Sonde eröffnen insgesamt vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Neben dem Einsatz in Treibstofftanks ist auch der Einsatz in anderen Fluidumgebungen denkbar, welche aus bestimmten Gründen nicht durch Personen oder herkömmliche Vorrichtungen erreicht werden können oder sollen. Beispielsweise können Pipelines für Gas oder Erdöl inspiziert werden, insbesondere Offshore-Pipelines, die überwiegend unter Wasser verlaufen und somit besonders schwer zugänglich sind. Weitere Einsatzmöglichkeiten sind oberirdische oder unterirdische Behälter oder Bohrleitungen, die insbesondere zur Förderung oder Speicherung von gasförmigen oder flüssigen Stoffen dienen, beispielsweise im Bereich der Geothermie sowie der chemischen oder erdölverarbeitenden Industrie. So können insbesondere Erdöltanks oder -leitungen, deren Wartung besonders aufwändig ist, durch die erfindungsgemäße Vorrichtung praktisch ohne Sicherheitsrisiken und mit deutlich geringerem Aufwand inspiziert und ggf. gewartet werden. Eine weitere Anwendung sind Behälter eines Kernkraftwerks, die aufgrund radioaktiver Kontaminationsrisiken nur maschinengestützt inspiziert oder gewartet werden sollen. Weitere Anwendungsfelder liegen in der Inspektion bzw. Exploration von Kanalisationsleitungen und dergleichen.

Die Erfindung wird im Folgenden lediglich beispielhaft anhand der Zeichnungen erläutert, wobei die Zeichnungen im Einzelnen folgendes zeigen:

Fig. 1 eine erste Perspektivansicht der Vorrichtung zur Benutzung in einem Fluid;

Fig. 2 eine zweite Perspektivansicht der Vorrichtung von Fig. 1 ;

Fig. 3 eine dritte Perspektivansicht der Vorrichtung von Fig. 1 ;

Fig. 4 eine vierte Perspektivansicht der Vorrichtung von Fig. 1 mit sichtbaren Fluidleitungen;

Fig. 5 eine fünfte Perspektivansicht der Vorrichtung von Fig. 1 bei Beaufschlagung von Fluidauslässen zum Antreiben in eine erste Translationsrichtung (Fig. 5a) und eine zweite Translationsrichtung (Fig. 5b);

Fig. 6 eine Querschnittsansicht der Vorrichtung von Fig. 1 bei Beaufschlagung von Fluidauslässen zum Antreiben in eine dritte Translationsrichtung (Fig. 6a) und eine vierte Translationsrichtung (Fig. 6b);

Fig. 7 die Querschnittsansicht der Vorrichtung von Fig. 6 bei Beaufschlagung von Fluidauslässen zum Antreiben in eine fünfte Translationsrichtung (Fig. 7a) und eine sechste Translationsrichtung (Fig. 7b);

Fig. 8 die Querschnittsansicht der Vorrichtung von Fig. 6 bei Beaufschlagung von Fluidauslässen zum Antreiben in eine erste Drehrichtung (Fig. 8a) und eine zweite Drehrichtung (Fig. 8b);

Fig. 9 die Perspektivansicht der Vorrichtung von Fig. 5 bei Beaufschlagung von Fluidauslässen zum Antreiben in eine dritte Drehrichtung (Fig. 9a) und eine vierte Drehrichtung (Fig. 9b);

Fig. 10 eine schematische Querschnittsansicht eines Flugzeugtanks mit einer Steuereinheit und einer Sonde zur Inspektion des Flugzeugtanks.

In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

Eine in Figur 1 gezeigte Vorrichtung zur Benutzung in einem Fluid weist einen zylindrischen Körper 10 mit eine vorderen Stirnseite 12 sowie einer gegenüberliegenden hinteren Stirnseite 14 auf. Zwischen den Stirnseiten 12 und 14 erstreckt sich der Körper 10 mit einer äußeren Umfangsfläche 16. Der Durchmesser D des Körpers 10 beträgt 5 cm. Es sind allerdings auch andere Größen und Formen des Körpers 10 denkbar.

Der Körper 10 weist an der vorderen Stirnseite 12 eine Aufnahmevertiefung 18 auf, in der ein oder mehreren Sensoren angeordnet werden können, beispielsweise eine Kamera zur bildgestützten Inspektion der Fluidumgebung (nicht gezeigt). Der Körper 10 weist im Bereich der Umfangsfläche 16 außenseitig mehrere Fluidauslässe auf, die als jeweilige Öffnungen des Körpers 10 ausgebildet sind. In Figur 1 sind die Fluidauslässe 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34 gezeigt. Jeder Fluidauslass ist mit einem Fluid beaufschlagbar, um den Körper 10 in einem Fluid anzutreiben, wie im Folgenden genauer erläutert wird.

Der Körper 10 ist in Figur 2 in einer weiteren Perspektivansicht gezeigt, wobei abweichend zu der Perspektivansicht von Figur 1 die hintere Stirnseite 14 vollständig sichtbar ist. Die Stirnseite 14 weist mehrere Fluideinlässe auf, die mit den Bezugszeichen 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52 und 54 bezeichnet sind und jeweils einen Anschluss 56 zum Anschließen einer jeweiligen Fluidleitung aufweisen. Die Anschlüsse 56 erstrecken sich in Form eines jeweiligen Anschlussstutzens senkrecht von der hinteren Stirnseite 14 nach außen. Die Einlässe 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52 und 54 sind über in Figur 4 näher gezeigte Fluidleitungen mit den Auslässen verbunden.

In den Figuren 1 und 2 ist jeweils ein Koordinatensystem dargestellt, das zur räumlichen Beschreibung des Körpers 10 und seiner Bewegungsrichtungen dient. Das Koordinatensystem umfasst die Achsen x, y und z, die entsprechend zu einem kartesischen Koordinatensystem in orthogonaler Beziehung zueinander stehen. Die z-Achse entspricht einer Längsachse, die y-Achse einer Vertikalachse, und die x-Achse einer Querachse des Körpers 10. Der Ursprung des Koordinatensystems befindet sich definitionsgemäß vorzugsweise im geometrischen Schwerpunkt des Körpers 10. Der geometrische Schwerpunkt liegt insbesondere auf halber Länge der Zylinderachse (z-Achse) des Körpers 10, wie mit dem Bezugszeichen S in Figur 4 angedeutet ist. Es sind allgemein jedoch auch andere Positionen denkbar. ln Figur 3 ist der Körper 10 in einer weiteren Perspektivansicht gezeigt, in der der Körper 10 im Vergleich zu den Ansichten von Figur 1 und Figur 2 im Wesentlichen um etwa 180° um die y-Achse gedreht ist. Es ist zu erkennen, dass der Körper 10 weitere Fluidauslässe 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72 und 74 aufweist.

Bei gemeinsamer Betrachtung von Figur 1 und Figur 2 ist zu verstehen, dass die Auslässe an dem Körper 10 gruppenweise rotationssymmetrisch und/oder gespiegelt ausgebildet sind. Beispielsweise sind die Auslässe 20, 24, 22, 26, 60, 62, 64, 66 bezüglich der z-Achse rotationssymmetrisch und bezüglich der y-z-Ebene gruppenweise gespiegelt ausgebildet. Die y- z-Ebene wird durch die y-Achse und die z-Achse aufgespannt. Außerdem sind die Auslässe 28, 30, 32, 34 relativ den Auslässen 60, 62, 72, 74 an der y-z-Ebene paarweise gespiegelt ausgebildet. Darüber hinaus bestehen bei den Auslässen 28, 30, 32, 34, 60, 62, 72, 74 Spiegelsymmetrien bezüglich der x-z-Ebene und der x-y-Ebene, vgl. z.B. Figur 4.

Ferner ist z.B. aus den Figuren 1 bis 4 zu erkennen, dass die Auslässe gruppenweise an gegenüberliegenden Bereichen des Körpers 10 angeordnet sind, wobei ein jeweiliger Abstand zwischen den gegenüberliegenden Bereichen zumindest im Wesentlichen einem Außenmaß des Körpers 10 entspricht. Beispielsweise ist der Abstand zwischen den Auslässen 28 und 32 im Wesentlichen gleich der Länge des Körpers 10 mit Bezug auf die z-Achse (vgl. Figur 1 ). Ferner ist der Abstand zwischen dem Auslass 32 und dem diametral gegenüberliegenden Auslass 74 gleich dem Durchmesser D. Es lassen sich analog weitere Paare von Auslässen identifizieren, die jeweils um den Durchmesser D voneinander beanstandet sind, wie beispielsweise auch die Auslässe 26 und 64. Insgesamt liegt jedem Auslass ein weiterer Auslass diametral gegenüber. Der Körper 10 ist in Figur 4 in einer weiteren Perspektivansicht gezeigt, die im Wesentlichen der Ansicht von Figur 1 entspricht. Abweichend sind jedoch die Anschlüsse 56 nicht gezeigt. Der Körper 10 ist in Figur 4 zudem in einer teilweise transparenten Ansicht dargestellt, in der einzelne Fluidleitungen, wie etwa die Fluidleitung 78, sichtbar sind. Die Fluidleitungen 78 erstrecken sich innerhalb des Körpers 10 und verbinden jeweils einen der Auslässe mit einem oder mehreren der Einlässe. Beispielsweise verbindet die Fluidleitung 78 den Einlass 48 mit dem Auslass 72. Die Fluidleitungen 78 sind jeweils integral mit dem Körper 10 ausgebildet. Es ist jedoch auch denkbar, separat von dem Körper 10 ausgebildete Fluidleitungen vorzusehen. Vorteilhaft kann der Körper 10 mit den integrierten Fluidleitungen 78 durch ein additives Fertigungsverfahren gefertigt werden. Der Körper 10 ist aus einem Kunststoffmatenal gebildet. Es kommen grundsätzlich jedoch auch andere geeignete Materialien in Betracht.

Aus Figur 4 ist zu erkennen, dass sämtliche Auslässe schräg zu der Umfangsfläche 16 ausgerichtet sind. Dies wird beispielhaft anhand des Auslasses 64 erläutert, der einen Öffnungskanal 79 aufweist, dessen Kanalachse k mit der Umfangsfläche 16 einen Winkel W einschließt, der etwa 40° beträgt. Der Winkel W kann jedoch auch andere Werte aufweisen. Beispielsweise ist der Winkel W für die Auslässe 32, 34, 28, 30 größer als 40°. Der Winkel W ist vorzugsweise jedoch kleiner als 90°, sodass die zugehörige Antriebskraftrichtung des Auslasses eine tangentiale Komponente aufweist, um auf den Körper 10 eine Drehantriebskraftrichtung ausüben zu können.

Jeder Auslass kann mit einem Fluid beaufschlagt werden, indem ein Fluid in den mit dem betreffenden Auslass verbundenen Einlass gepumpt wird. Auf diese Weise wird ein Fluidstrahl an dem betreffenden Auslass erzeugt, wie nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert wird. Durch Beaufschlagung von vordefinierten Untermengen der Auslässe kann der Körper 10 zudem in vordefinierten Bewegungsrichtungen angetrieben werden. Diese sind in der nachfolgenden Tabelle 1 zusammengefasst. In der ersten Spalte sind die betreffenden Einlässe, in der zweiten Spalte die mit den betreffenden Einlässen verbundenen Auslässe und in der dritten Spalte die resultierende Antriebsrichtung angegeben. Der letzten Zeile der Tabelle 1 ist zu entnehmen, dass der Körper 10 insgesamt zehn Einlässe sowie sechzehn Auslässe aufweist. Zudem ist der Körper 10 in zwölf verschiedene Antriebsrichtungen antreibbar, die eine Beweglichkeit des Körpers 10 in sechs Freiheitsgraden repräsentieren. Die gegenüber der Anzahl der Auslässe geringere Zahl von Einlässen ist dadurch bedingt, dass die Auslässe 24, 26, 64 und 66 mit dem gemeinsamen Einlass 40 und die Auslässe 20, 22, 60 und 62 mit dem gemeinsamen Einlass 44 verbunden sind (vgl. Figur 4). Die Auslässe 24, 26, 64 und 66 können somit gemeinsam beaufschlagt werden, indem das Fluid in den Einlass 40 gepumpt wird. Hierzu analog können die Auslässe 20, 22, 60 und 62 gemeinsam beaufschlagt werden.

Das Antreiben der Vorrichtung 10 in den verschiedenen Antriebsrichtungen wird nachfolgend anhand von Beispielen weiter verdeutlicht.

Mit Bezug auf Figur 5 wird erläutert, wie der Körper 10 in Richtung der z- Achse bewegt wird. Im Fall von Figur 5a wird der Körper in eine erste Translationsrichtung 83 angetrieben. Hierzu werden die Auslässe 24, 20, 64 und 66 beaufschlagt, wobei aufgrund der Perspektivansicht von Fig. 5a nur die Auslässe 24 und 26 dargestellt sind. Durch Beaufschlagung der Auslässe 24, 26 werden jeweilige Fluidströme 90, 92 erzeugt, die gleichsinnig und parallel orientiert sind und auf den Körper 10 Antriebskräfte in den Antriebskraftrichtungen 80 und 82 ausüben. Die Antriebskraftrichtungen 80 und 82 sind im Wesentlichen entgegengesetzt zu den Fluidströmen 90 und 92 orientiert und weisen jeweils den Winkel W (vgl. Fig. 4) zu der Umfangsfläche 16 auf, sodass die Antriebskraftrichtungen 80 und 82 nicht parallel zu der z-Achse sind. Die Antriebskraftrichtungen 80 und 82 setzen sich jeweils aus einer z- Komponente, einer x-Komponente und einer y-Komponente zusammen, wobei der Betrag der z-Komponente größer als die Beträge der x- und y- Komponenten ist.

Es ist zu verstehen, dass für die diametral gegenüberliegenden und zeitgleich beaufschlagten Auslässe 64 und 66 (Fig. 3 und 4) in entsprechender Weise Antriebskräfte erzeugt werden, deren x- und y- Komponenten aufgrund der z-Achsensymmetrie der Auslässe 24, 26, 64, 66 jedoch invers zu den x- und y-Komponenten der Antriebskraftrichtungen 80 und 82 sind. Die x- und y-Komponenten kompensieren sich somit gegenseitig, sodass lediglich die z-Komponente zum Antreiben des Körpers 10 beiträgt. Im Ergebnis wird der Körper 10 in die erste Translationsrichtung 83 bewegt, die entgegengesetzt (negativ) und parallel zur z-Achse orientiert ist.

In Figur 5b wird der Körper 10 in eine Translationsrichtung 89 bewegt, die entgegengesetzt zu der ersten Translationsantriebskraftrichtung 83 von Figur 5a orientiert ist. Hierzu werden die Auslässe 20, 22 (in Figur 5b gezeigt) sowie die diametral gegenüberliegenden Auslässe 60 und 62 (in Fig. 5b nicht gezeigt) beaufschlagt. Für die Auslässe 20, 22 ergeben sich Fluidströme 94 und 96, die Antriebskräfte in den Antriebskraftrichtungen 94 und 96 hervorrufen und analog zu dem Fall von Figur 5a zum Antreiben des Körpers 10 in eine Translationsrichtung 89 beitragen.

Mit Bezug auf Figur 6 wird der Antrieb des Körpers 10 in Richtung der x- Achse erläutert. In Figur 6a wird der Körper 10 durch Beaufschlagung der Auslässe 28, 30, 32 und 34 angetrieben, wobei aufgrund der Querschnittsebene von Figur 6a lediglich die Beaufschlagung der Auslässe 28 und 30 dargestellt ist. Infolge der Beaufschlagung stellen sich Fluidströme 106 und 108 ein, die auf den Körper 10 eine jeweilige Antriebskraft in zu den Fluidströmen 106 und 108 entgegengesetzten Antriebskraftrichtungen 98 und 100 ausüben. Die Antriebskraftrichtungen 98 und 100 weisen jeweils zueinander entgegengesetzte Tangentialkomponenten auf, die sich kompensieren. Die Tangentialkomponente ist in dem Fall von Fig. 6a durch eine y- Komponente gebildet. Aufgrund der Kompensation überlagern sich die Antriebskraftrichtungen 98 und 100 in eine Überlagerungsantriebskraftrichtung, die ausschließlich eine x- Komponente aufweist. Der Körper 10 wird dementsprechend in eine Translationsrichtung 105 angetrieben, die der positiven x-Achsenrichtung entspricht.

In Figur 6b ist der umgekehrte Antriebsfall verdeutlicht, in dem die Auslässe 68, 70 sowie 28 und 30 beaufschlagt werden. Für die in Figur 6b gezeigten Auslässe 68 und 70 stellen sich die Fluidströme 110 und 112 ein, die auf den Körper 10 jeweilige Antriebskräfte in den Antriebskraftrichtungen 102 und 104 ausüben, deren y-Komponenten sich gegenseitig kompensieren. Im Ergebnis wird der Körper 10 in eine Translationsrichtung 113 bewegt, die entgegengesetzt zu der Translationsrichtung 105 orientiert ist und der negativen x-Achsenrichtung entspricht.

In Figur 7 ist das Antreiben der Vorrichtung 10 in der y-Achsenrichtung dargestellt. In Figur 7a wird der Körper 10 in eine Translationsrichtung 121 angetrieben, die der positiven y-Achsenrichtung entspricht. Hierfür werden die Auslässe 28, 68 (in Figur 7a gezeigt) sowie die Auslässe 32 und 72 beaufschlagt. Für die Auslässe 28, 68 stellen sich die Fluidströme 106 und 110 ein, um auf den Körper 10 Antriebskräfte in die Antriebskraftrichtungen 98 und 102 ausüben. Die Antriebskraftrichtungen 98 und 102 weisen jeweils eine x-Komponente auf, die sich zwischen den Antriebskraftrichtungen 98 und 102 kompensiert, sodass lediglich die y- Komponente antriebswirksam zur Bewegung des Körpers 10 in die Translationsrichtung 121 beiträgt. In Figur 7b wird der Körper 10 in die entgegengesetzte y-Richtung angetrieben (negative y-Achsenrichtung), die einer Translationsrichtung 123 entspricht. Hierfür werden die Auslässe 30 und 70 (in Figur 7b sichtbar) sowie die Auslässe 34 und 74 beaufschlagt. Für die Auslässe 30 und 70 stellen sich die Fluidströme 108 und 112 ein, die auf den Körper 10 Antriebskräfte in die Antriebskraftrichtungen 100 und 104 ausüben, deren x-Komponenten sich gegenseitig kompensieren. Im Ergebnis verbleibt als wirksame Antriebskraftrichtung eine negative y-Komponente, die der Translationsrichtung 123 entspricht.

Mit Bezug auf Figur 8 und Figur 9 werden nachfolgend Beispiele erläutert, in denen der Körper 10 zu verschiedenen Drehbewegungen angetrieben wird. In der Querschnittsansicht von Figur 8a werden die diametral gegenüberliegenden Auslässe 30 und 68 beaufschlagt. Die sich einstellenden Fluidströme 108 und 110 bewirken Antriebskräfte in den Antriebskraftrichtungen 100 und 102, die sich zu einer Drehantriebskraftrichtung überlagern, um den Körper 10 in die Drehrichtung 146 anzutreiben. Zusätzlich werden die Auslässe 34 und 68 beaufschlagt, um entsprechende Antriebskräfte auszuüben. Die Drehrichtung 146 entspricht einer Drehung des Körpers 10 in mathematisch positiver Drehrichtung um die z-Achse. In Figur 8b ist veranschaulicht, wie der Körper 10 in einer entgegengesetzten Drehrichtung 148 (Drehung um die z-Achse in mathematisch negativer Richtung) angetrieben werden kann. Hierfür werden die Auslässe 28, 70 sowie 32 und 74 beaufschlagt. Anhand von Figur 9 wird eine Drehung des Körpers 10 um die x-Achse verdeutlicht. Im Fall von Figur 9a wird der Körper 10 durch Beaufschlagung der Öffnungen 30, 32 sowie 72 und 70 zu einer Drehbewegung in eine Drehrichtung 150 angetrieben, entsprechend einer Drehung um die x-Achse in mathematisch positiver Drehrichtung. Für die Auslässe 30 und 32 stellen sich Fluidströme 108 und 106' ein, um Antriebskräfte in die Antriebskraftrichtungen 100 und 98' auszuüben. Im Fall von Figur 9b wird der Körper 10 in eine Drehrichtung 152 gedreht, die einer mathematisch negativen Drehrichtung um die x-Achse entspricht. Hierzu werden die Auslässe 28, 34 (in Figur 9b gezeigt) sowie die Auslässe 68 und 74 beaufschlagt. Die zugehörigen Fluidströme 106, 108' und Antriebskraftrichtungen 98 und 100' sind in Figur 9b ebenfalls eingetragen.

Mit Bezug auf Figur 10 wird nachfolgend ein praktisches Anwendungsbeispiel für den Körper 10 erläutert, in dem der Körper 10 als Sonde 194 zur Inspektion eines Tanks 170 eingesetzt wird, der in Figur 10 rein schematisch in einer Querschnittsansicht gezeigt ist. Der Tank 170 kann insbesondere ein Flugzeugtragflächentank sein, der mit Kerosin gefüllt ist und mehrere Wandungen 174,176 und 178 aufweist, durch die der Tank 170 in mehrere Kammern 186, 188 und 190 unterteilt wird. Die Kammern 186, 188 und 190 sind mit Durchlässen 180 und 182 miteinander verbunden, die als kreisförmige Öffnungen ausgebildet sind. Der Durchmesser der Durchlässe 180 und 182 beträgt beispielsweise 6 cm.

Die Wandung 178 weist einen abgedichteten Einführbereich 184 auf, durch den die Sonde 194 in die Kammer 190 eingeführt wird. Die Kammer 190 ist zudem durch die Wandung 178 von einer Einführkammer 192 getrennt, die im Gegensatz zu den Kammern 186,188 und 190 nicht mit Kerosin befüllt ist. Die Sonde 194 ist über eine Verbindungsleitung 196 mit einer außerhalb des Tanks 170 angeordneten Steuereinheit 198 verbunden, die zur Steuerung der Sonde 194 in dem Tank 170 dient. Die Verbindungsleitung 196 ist über eine erste Rollenanordnung 202 sowie eine zweite Rollenanordnung 192 geführt, sodass die Verbindungsleitung 196 ihrer Länge nach bedarfsweise mit der Sonde 194 in den Tank 170 eingeführt und wieder hinausgezogen werden kann. Die erste Rollenanordnung 202 sowie die zweite Rollenanordnung 204 sind jeweils an dem Tank 170 befestigt, wobei die zweite Rollenanordnung 204 in der Einführkammer 192 und die erste Rollenanordnung 202 an einem Außenabschnitt des Tanks 170 befestigt sind. Anstelle der ersten Rolleneinheit 202 und der zweiten Rolleneinheit 204 kann allgemein auch ein anderer geeigneter Führungsmechanismus vorgesehen sein.

Die Steuereinheit 198 weist eine Fluidpumpe 200 auf, die zur Beaufschlagung von ein oder mehreren in Figur 10 nicht näher dargestellten Öffnungen der Sonde 194 dient. Auf diese Weise wird die Sonde 194, wie für die Vorrichtung 10 anhand der Figuren 1 -9 erläutert, in dem Kerosin angetrieben. Die Verbindungsleitung 196 weist hierfür mehrere nicht näher gezeigte Fluidleitungen auf, die mit den in Figur 2 gezeigten Anschlüssen 56 der Fluideinlässe 36, 38, 40, 42, 46, 48, 50, 52 und 54 verbunden sind. Zusätzlich weist die Verbindungsleitung 196 eine Signalleitung auf, um eine an der Sonde 194 montierte Sensorik mit der Steuereinheit 198 zu verbinden.

Zur Inspektion und/oder Wartung des Tanks 170 wird zunächst eine Tanköffnung 172 geschaffen, beispielsweise durch Öffnen einer Tankklappe (nicht gezeigt). Danach werden die Rollenanordnungen 202 und 204 an dem Tank 170 befestigt. Die Sonde 194 wird mit der angeschlossenen Verbindungsleitung 196 zunächst über die erste Rollenanordnung 202 durch die Tanköffnung 172 geführt. Danach wird die Sonde 194 über die zweite Rollenanordnung 204 durch den abgedichteten Einführbereich 184 der Wandung 178 in die Kammer 190 eingeführt, die mit Kerosin befüllt ist.

Zur Steuerung der Sonde 194 werden zunächst ein oder mehrere Steuerbefehle an der Steuereinheit 198 empfangen und elektronisch verarbeitet. Auf der Grundlage der Steuerbefehle werden ein oder mehrere Öffnungen der Sonde 194 beaufschlagt, um die Sonde 194 in eine Translations- und/oder Drehrichtung anzutreiben. Beispielsweise kann die Sonde 194 durch die Durchlässe 182 und 180 in die Kammern 188 und 186 gesteuert werden, um diese zu inspizieren und beispielsweise auf Mikrobenbefall an den Tankwandungen zu untersuchen. Hierbei wird die Verbindungsleitung 196 bedarfsweise nachgeführt.

Nach Abschluss der Inspektion wird die Sonde 194 durch Zurückziehen der Verbindungsleitung 196 wieder aus dem Tank 170 gezogen. Aufgrund der mechanischen Verbindung zu der Sonde 194 ist sichergestellt, dass diese auch im Notfall oder im Falle einer Betriebsstörung in kurzer Zeit sicher und vollständig aus dem Tank 170 entfernt werden kann.

Die erfindungsgemäße Sonde ermöglicht somit eine umfassende und sichere Inspektion des Tanks 170, wobei in dem Tank 170 aufgenommenes Kerosin hierfür nicht abgelassen werden muss. Ferner müssen die Wandungen 174, 176 und 178 nicht demontiert werden. Die Inspektion des Tanks 170 und technisch ähnlicher Behälter wird auf diese Weise erheblich vereinfacht. Tabelle 1 BEZUGSZEICHENLISTE

10 Körper

12 vordere Stirnseite

14 hintere Stirnseite

16 Umfangsfläche

18 Aufnahmevertiefung

20 - 34 Auslässe

36 - 54 Einlässe

56 Anschluss

60 - 76 Auslässe

78 Fluidleitung

79 Öffnungskanal

80, 82 Antriebskraftrichtungen

84, 88 Antriebskraftrichtungen

83, 89 Translationsantriebskraftrichtungen 90 - 96 Fluidstromrichtungen 98 - 104 Antriebskraftrichtungen

105, 113 T ranslationsrichtungen 106 - 112 Fluidstromrichtungen 114 - 120 Antriebskraftrichtungen

121 , 123 T ranslationsrichtungen

146, 148 Drehrichtungen

150, 152 Drehrichtungen

170 Tank

172 Tanköffnung

174- 178 Wandungen

180, 182 Durchlässe

184 Abgedichteter Einführbereich

186 -190 Tankkammern

192 Einführkammer 194 Sonde

196 Verbindungsleitung

198 Steuereinheit

200 Fluidpumpe

202 erste Rollenanordnung

204 zweite Rollenanordnung k Kanalachse x Querachse y Vertikalachse z Längsachse

D Durchmesser

S Schwerpunkt

W Winkel