Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linearaktor zum Betätigen eines Prozessventils und ein System umfassend den Linearaktor.

Hintergrund der Erfindung

Im Rahmen von Erdöl- oder Erdgasförderanlagen, die auf See in großen Tiefen betrieben werden, kommen Prozessventile zum Einsatz, mit denen der Volumenstrom des zu fördernden Mediums geregelt oder abgesperrt werden kann. Diese Prozessventile werden mittels elektrohydraulischer Stellantriebe, wie beispielsweise einem hydrostatischen Linearaktor, betätigt. Dieser kann einen hydraulischen Zylinder mit einer oder mehreren Federn enthalten, die bei Ausfall des hydraulischen Antriebs, den Kolben des hydraulischen Zylinders in eine vorbestimmte Position bewegt. Dadurch wird das Prozessventil im Fehlerfall in eine sichere Stellung gebracht.

DE 10 2020 200 263 A1 zeigt einen hydrostatischen Linearaktor, der in einem Notfall eine Zugkraft auf ein sicherheitsrelevantes Bauteil ausübt, wobei die Zugkraft zunächst durch eine sich entspannende Notfeder erzeugt wird. In einem letzten Teil der Bewegung wird über eine wegabhängige Steuerung ein Hydrospeicher zugeschaltet, dessen Druckmittel in einen Zylinderraum gefördert wird, der auf einen Kolben wirkt, an den das Bauteil gekoppelt ist.

Nachteilig an einem Linearaktor gemäß DE 10 2020 200 263 A1 ist dessen erhöhtes Gewicht aufgrund der in dem Aktuator integrierten Sicherheitselemente (Federsysteme, zusätzliche hydraulische Bauteile). Dies erschwert den Austausch eines defekten Linearaktors in großen Tiefen mittels eines Unterwasserfahrzeugs (Remote Operated Vehicle - ROV). Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß werden ein Linearaktor zum Betätigen eines Prozessventils und ein System umfassend den Linearaktor mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

Die Erfindung stellt einen kompakten und einfache Linearaktor bereit, der nur wenige Elemente zum Betätigen eines Prozessventils benötigt und daher ein geringes Gewicht aufweist. Der Linearaktor kann mittels einer Standardschnittstelle mit einer Sicherheitsvorrichtung gekoppelt werden.

Der erfindungsgemäße Linearaktor zur linearen Betätigung eines Prozessventils weist ein Gehäuse auf, in dem ein elektronisches Steuergerät, mindestens eine elektrische Antriebseinheit und mindestens ein hydraulischer Antrieb angeordnet sind. Der hydraulische Antrieb umfasst mindestens einen hydraulischen Zylinder mit einem Kolben und einer Kolbenstange. Die Kolbenstange erstreckt sich durch eine Öffnung des Gehäuses nach außen. Der hydraulische Antrieb ist dazu eingerichtet, eine elektrische Antriebsleistung der elektrischen Antriebseinheit in eine hydraulische Antriebskraft umzuwandeln, die eine lineare Bewegung des Kolbens des mindestens einen hydraulischen Zylinders in eine erste Richtung erzeugt. Eine lineare Bewegung des Kolbens des hydraulischen Zylinders in eine zweite, der ersten Richtung entgegengesetzte Richtung wird durch eine außerhalb des Gehäuses an der Kolbenstange angreifende Rückstellkraft auf die Kolbenstange erzeugt, und insbesondere nicht durch eine Federkraft einer mechanischen Feder des Linearaktors. Insbesondere wird auch keine hydraulische Antriebskraft auf die gegenüberliegende Seite des Kolbens ausgeübt, um diesen in die zweite Richtung zu bewegen.

Vorzugsweise dient das Gehäuse als Tank für den hydraulischen Antrieb und ist mit einer Druckflüssigkeit gefüllt. Die Druckflüssigkeit dient bevorzugt auch zum Widerstand gegen einen auf den Linearaktor wirkenden Außendruck sowie zum Korrosionsschutz und der Schmierung der Elemente der Sicherheitsvorrichtung. Bei der Druckflüssigkeit kann es sich beispielsweise um Hydrauliköl handeln. Bevorzugt umfasst der hydraulische Antrieb mindestens eine Pumpe sowie mindestens einen hydraulischen Zylinder. Bei der elektrischen Antriebseinheit kann es sich um einen Elektromotor handeln, der die Pumpe über eine gemeinsame Welle antreibt. Der hydraulische Zylinder ist vorzugsweise als Gleichgangzylinder ausgeführt. Bevorzugt fördert die Pumpe Druckflüssigkeit aus einem Innenraum des Linearaktors über eine Leitung in einen Arbeitsraum des hydraulischen Zylinders. Besonders bevorzugt ist stromabwärts der Pumpe ein Rückschlagventil angeordnet. Die in den Arbeitsraum geförderte Druckflüssigkeit bewirkt eine hydraulische Antriebskraft auf den Kolben, durch die eine Bewegung der Kolbenstange des hydraulischen Zylinders in eine erste Richtung erzeugt wird. In eine zweite, der ersten Richtung entgegengesetzt Richtung wird die Kolbenstange des hydraulischen Zylinders durch eine außerhalb des Gehäuses an der Kolbenstange angreifende Rückstellkraft auf die Kolbenstange bewegt, die größer als die momentane Antriebskraft ist. Zweckmäßigerweise sollte dann die Antriebskraft möglichst klein bzw. null sein. Dazu kann zunächst die elektrische Antriebseinheit abgeschaltet und nachfolgend die Druckflüssigkeit aus dem Arbeitsraum des hydraulischen Zylinders abgelassen bzw. durch die Rückbewegung des Kolbens herausgedrückt werden.

Bevorzugt weist der Linearaktor mindestens ein Entlastungsventil auf, das dazu eingerichtet ist, die hydraulische Antriebskraft abzubauen. Das Entlastungsventil ist in einer Leitung zwischen dem Arbeitsraum des hydraulischen Zylinders und dem Innenraum des Linearaktors angeordnet. Vorzugsweise handelt es sich um ein elektrisches Entlastungsventil, das mittels eines Ansteuerstroms/einer Ansteuerspannung geöffnet und geschlossen werden kann. Besonders bevorzugt ist das Entlastungsventil im bestromten Zustand geschlossen bzw. stromlos geöffnet (NO, normally open). Solange die Pumpe Druckflüssigkeit zum Aufbau der hydraulischen Antriebskraft in den Arbeitsraum des hydraulischen Zylinders fördert, kann das Entlastungsventil angesteuert werden, so dass es sich in einer geschlossen Stellung befindet. Zum Abbau der hydraulischen Antriebskraft kann das Entlastungsventil durch Abschalten des Ansteuerstroms geöffnet werden, so dass die Druckflüssigkeit aus dem Arbeitsraum des hydraulischen Zylinders in den Innenraum des Linearaktors abfließen kann. Zweckmäßigerweise handelt es sich bei dem Entlastungsventil um ein stromlos geöffnetes Ventil (NO, normally open), das bei Abfall der Steuerspannung öffnet. Da das Entlastungsventil stromlos geöffnet ist, wird die hydraulische Antriebskraft bei Ausfall der Steuerung automatisch abgebaut, wodurch die Sicherheit der Anlage erhöht wird. Vorzugsweise enthält der Linearaktor mindestens ein variables Drosselventil, das dazu eingerichtet, den Abbau der hydraulischen Antriebskraft zu steuern. Bevorzugt ist das variable Drosselventil stromaufwärts des Entlastungsventils in der Leitung zwischen dem Arbeitsraum des hydraulischen Zylinders und dem Innenraum des Linearaktors angeordnet. Vorzugsweise kann ein Öffnungsquerschnitt des Drosselventils und damit ein Durchfluss durch das Drosselventil gesteuert werden. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem variablen Drosselventil um ein elektrisches Ventil, dessen Querschnitt mittels eines Ansteuerstroms bzw. einer Ansteuerspannung variiert werden kann. Das elektronische Steuergerät kann vorbestimmte Werte/Kennlinien für das Ansteuersignal enthalten, mit denen verschiedene Kraftabbaucharakteristiken eingestellt werden können. Es ist ebenso möglich, dass der Abbau der hydraulischen Antriebskraft geregelt erfolgt. Dazu kann beispielsweise die Kolbenposition des hydraulischen Zylinders gemessen und der Öffnungsquerschnitt des Drosselventils derart eingestellt werden, dass der Kolben während des Kraftabbaus jederzeit die gewünschte Position einnimmt. Zweckmäßigerweise handelt es sich bei dem Drosselventil um ein stromlos geöffnetes Ventil (NO, normally open), das bei Abfall der Steuerspannung öffnet. Da das Drosselventil stromlos geöffnet ist, wird der Abbau der hydraulischen Antriebskraft bei Ausfall der Steuerung nicht behindert, wodurch die Sicherheit der Anlage erhöht wird.

Bevorzugt weist der Linearaktor zudem eine Druckkompensationsvorrichtung auf, die dazu eingerichtet ist einen Druckausgleich zwischen einer Umgebung und einem Innenraum des Linearaktors zu bewirken. Bevorzugt ist die Druckkompensationsvorrichtung ein Membranspeicher oder ein Blasenspeicher, der eine Fluidverbindung mit einer Gehäuseöffnung hat. Die Druckkompensationsvorrichtung ist insbesondere bei Einsatz des Linearaktors in Unterwasseranwendungen vorteilhaft. Besonders bevorzugt ist die Druckkompensationsvorrichtung ein Blasenspeicher. Der Blasenspeicher kann mit einer flexiblen Wand ausgeführt sein, die ein vorgebbares Blasenspeichervolumen einschließt und sich axial und radial in Reaktion auf den im Inneren des Speichers vorherrschenden Druck bewegen kann. Die flexible Wand des Blasenspeichers kann z. B. aus einem Elastomer gefertigt und fluiddicht und beständig hinsichtlich eines Kontakts mit Seewasser unter hohem Druck ausgeführt sein.

Besonders bevorzugt ist die Druckkompensationsvorrichtung dazu eingerichtet, einen Druck im Innenraum des Linearaktors in einem Bereich zwischen Umgebungsdruck und 10 bar oberhalb des Umgebungsdrucks einzustellen. Dies kann beispielsweise mittels einer Feder erfolgen, welche eine an der Druckkompensationsvorrichtung angebrachte Membran vorspannt. Mittels der Vorspannkraft der Feder kann der Druck im Innenraum der Druckkompensationsvorrichtung auf einen gewünschten Wert oberhalb des Umgebungsdrucks eingestellt werden.

Bevorzugt weist der Linearaktor zudem mindestens eine mechanische Schnittstelle auf, mittels derer eine Sicherheitsvorrichtung mit dem Linearaktor verbindbar ist. Bevorzugt kann die mechanische Schnittstelle einen Schnellverschluss, insbesondere einen Drehverschluss (d.h. eine durch Drehen eines der beteiligten Bauteile, vorzugsweise um höchstens 360°, höchstens 180°, höchsten 90° oder höchstens 45° verschließbaren Verbindung), z.B. einen Bajonettverschluss oder einen Schnellverschluss nach EN ISO 13628-8, "Linear (push) interface", Typ A oder Typ C enthalten. Dieser Schnellverschluss enthält auf einer Seite einen Flansch mit Aussparungen, der um einen ersten Schaft angeordnet ist. In die Aussparungen des Flansches können klauenförmige Vorsprünge eines zweiten Schafts einer Gegenseite axial eingeführt und die beiden Seiten des Schnellverschlusses durch Drehen des zweiten Schafts um 45° im Uhrzeigersinn miteinander verbunden werden. Durch die Drehung des zweiten Schafts um 45° im Uhrzeigersinn liegen dessen klauenförmige Vorsprünge axial und radial an dem Flansch des ersten Schafts an, so dass eine formschlüssige Verbindung der beiden Seiten des Schnellverschlusses hergestellt wird.

Die Sicherheitsvorrichtung kann eine Seite des oben beschriebenen Schnellverschlusses aufweisen, und der Linearaktor kann die zweite Seite des Schnellverschlusses aufweisen.

Die Sicherheitsvorrichtung kann ein Gehäuse und eine Kolbenstange umfassen, wobei die Kolbenstange in dem Gehäuse linear verschiebbar gelagert und mit einem Prozessventil verbindbar ist. Die Sicherheitsvorrichtung kann zudem einen Kolben, der mit der Kolbenstange verbunden ist, sowie mindestens eine Feder aufweisen, die zwischen dem Kolben und einer Stirnseite des Gehäuses eingespannt ist. Dies bedeutet, dass die Kolbenstange mit dem Kolben durch die Federkraft in einer vorbestimmten Position (Endlage) gehalten wird, solange keine hydraulische Antriebskraft des Linearaktors entgegen und größer der Federkraft auf die Kolbenstange wirkt. Bevorzugt befindet sich ein mit der Sicherheitsvorrichtung verbundenes Prozessventil bei dieser Endlage der Kolbenstange in einer sicheren Stellung. Besonders bevorzugt ist die sichere Stellung eine geschlossene Position des Prozessventils. Die Sicherheitsvorrichtung dient demzufolge dazu, im Fehlerfall, beispielsweise bei einem Stromausfall, den Abbau der hydraulischen Antriebskraft des Linearaktors zu beschleunigen und das Prozessventil in kurzer Zeit in eine sichere Stellung zu bringen.

Die Entkopplung der Sicherheitsvorrichtung von dem Linearaktor ermöglicht es, dessen Gewicht derart zu senken, dass er mittels der mechanische Schnittstelle mit einem ROV getauscht werden kann. Dies kann erfolgen, ohne dass die Sicherheitsvorrichtung ausgebaut oder geöffnet werden muss. Dies führt zu einer deutlichen Vereinfachung bei der Wartung und Montage des Linearaktors, insbesondere in großen Tiefen.

Besonders bevorzugt weist der Linearaktor einen hydraulischen Kreis zum Spannen mindestens einer Feder der Sicherheitsvorrichtung auf. Dies ermöglicht es, das Prozessventil mittels des Linearaktors zu öffnen, ohne dass die Federkraft der Sicherheitsvorrichtung überwunden werden muss. Somit wird eine geringere hydraulische Antriebskraft des Linearaktors benötigt. Die Sicherheitsvorrichtung kann zur Vorspannung der Feder über eine separate mechanische Schnittstelle verfügen, beispielsweise über einen zusätzlichen Schaft, über den eine Kraft auf die Feder ausgeübt werden kann. An diesem Schaft kann eine Kolbenstange eines hydraulischen Zylinders angreifen.

Der hydraulische Kreis zum Spannen der mindestens einen Feder der Sicherheitsvorrichtung enthält vorzugsweise einen hydraulischen Zylinder mit einem ersten Zylinderraum, der über eine erste Leitung mit der Pumpe und über eine zweite Leitung mit einem Entlastungsventil verbunden ist. In dem zweiten Zylinderraum des hydraulischen Zylinders kann über ein Absperrventil Druckflüssigkeit eingeschlossen werden. Zum Spannen der mindestens einen Feder der Sicherheitsvorrichtung wird zunächst Druckflüssigkeit in den ersten Zylinderraum gefördert, wodurch sich die Kolbenstange des hydraulischen Zylinders in Richtung der Sicherheitsvorrichtung bewegt und eine Kraft auf die separate mechanische Schnittstelle der Sicherheitsvorrichtung ausübt. Ist die gewünschte Vorspannung der Feder erreicht, kann das Absperrventil an dem zweiten Zylinderraum geschlossen und damit die Stellung der Kolbenstange fixiert werden. Abweichungen von der eingestellten Kolbenstangenstellung durch Leckage von Druckflüssigkeit aus dem zweiten Zylinderraum können durch die dauerhafte Verbindung des ersten Zylinderraums mit der Pumpe ausgeglichen werden. Kommt es zu einem Stromausfall, so öffnet sich sowohl das Entlastungsventil an dem ersten Zylinderraum als auch das Absperrventil an dem zweiten Zylinderraum, so dass keine Kraft mehr von dem hydraulischen Zylinder auf die Feder übertragen wird. Somit ist die Funktion der Sicherheitsvorrichtung auch bei separater Vorspannung der Feder gewährleistet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der mindestens eine hydraulische Zylinder drei Zylinderkammern, von denen eine hermetisch abgeschlossen ist, so dass sich bei einer Bewegung der Kolbenstange darin ein Vakuum bildet. Bevorzugt handelt es sich bei dem hydraulischen Zylinder um einen Gleichgangzylinder, an dem zusätzlich eine dritte, hermetisch abgeschlossene Zylinderkammer an einem äußeren Ende der Kolbenstange des Gleichgangzylinders angeordnet ist bzw. erzeugbar ist. Das kann bedeuten, dass diese Zylinderkammer zumindest teilweise von der Kolbenstange gebildet bzw. begrenzt ist. Insbesondere kann ein Volumen der hermetisch abgeschlossenen Zylinderkammer mittels der Kolbenstange veränderbar sein, und in einem Anschlag der Kolbenstange auch null sein. Eine Volumenänderung der dritten Zylinderkammer bei Bewegung des Kolbens entspricht zweckmäßigerweise einer Volumenänderung des Anteils der Kolbenstange außerhalb des Gehäuses. Dies ermöglicht eine Bewegung der Kolbenstange ohne Volumenänderung der Druckkompensationsvorrichtung, d.h. das Pendelvolumen des hydraulischen Zylinders kann reduziert werden.

Vorzugsweise ist die mit Vakuum beaufschlagte Zylinderkammer eine Vakuumbuchse oder Vakuumhülse. Es ist möglich, dass die hermetisch abgeschlossene Zylinderkammer als separates Bauteil ausgeführt ist.

Vorzugsweise umfasst der Linearaktor ferner mindestens einen Sensor, der dazu eingerichtet ist, die Position des Linearaktors zu detektieren und eine Anzeigevorrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Position des Linearaktors auf einer Außenseite seines Gehäuses anzuzeigen. Des Weiteren kann der Linearaktor Drucksensoren zur Überwachung des Drucks in den einzelnen Kammern des Linearaktors enthalten. Die Anzeigevorrichtung kann eine physische Anzeige (z. B. einen beweglichen Pfeil) enthalten, welche die Position des Linearaktors (z. B. die Position des Kolbens oder der Kolbenstange des hydraulischen Zylinders) auf der Außenseite des Gehäuses anzeigt. Die physische Anzeige kann mechanisch mit dem Kolben und/oder der Kolbenstange des hydraulischen Zylinders des Linearaktors verbunden sein. Die Anzeigevorrichtung kann von einem ROV verwendet und/oder über eine Kamera überwacht werden. Das erfindungsgemäße System umfasst einen Linearaktor zur linearen Betätigung eines Prozessventils und mindestens eine Sicherheitsvorrichtung wie vorstehend beschrieben. Die Sicherheitsvorrichtung ist mittels einer mechanischen Schnittstelle, wie vorstehend beschrieben, mit dem Linearaktor verbunden.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.

Figurenbeschreibung

Figuren 1a und 1b zeigen eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Linearaktors jeweils in räumlicher Außenansicht und im Längsschnitt;

Figur 2 zeigt einen hydraulischen Schaltplan eines Linearaktors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Figur 3 zeigt einen hydraulischen Schaltplan eines Linearaktors gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Figur 4 zeigt ein Beispiel für eine mechanische Schnittstelle zwischen einem Linearaktor und einer Sicherheitsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt; und

Figur 5 zeigt einen Linearaktor und eine Sicherungsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer räumlichen Außenansicht. Detaillierte Beschreibung der Zeichnung

Figuren 1a und 1b zeigen eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Linearaktors 20. In Figur 1a ist der Linearaktor 20 in einer räumlichen Außenansicht dargestellt. Auf der zylindrischen Oberfläche des Linearaktorgehäuses 200 sowie an dessen in der Figur linken Stirnseite sind beispielhaft standardisierte Griffe 204, 205 für die Montage/Demontage des Linearaktors 20 mittels eines ROV angebracht.

Zudem befindet sich an der linken Stirnseite des Linearaktors 20 eine Steckverbindung 203, an welche die Strom- und Signalversorgung des Linearaktors 20 angeschlossen wird. Weiters ist an der Stirnseite des Linearaktors 20 eine Anzeigevorrichtung 206 erkennbar, welche die Position des Linearaktors 20 anzeigt.

Figur 1b zeigt den Linearaktor in einem Längsschnitt. In dem Gehäuse 200 sind ein elektronisches Steuergerät (nicht dargestellt), eine elektrische Antriebseinheit (nicht dargestellt) und ein hydraulischer Antrieb angeordnet. Der hydraulische Antrieb umfasst eine Pumpe (nicht dargestellt) sowie einen hydraulischen Zylinder 21. In dem hydraulischen Zylinder 21 ist eine Kolbenstange 23 angeordnet, die mit einem Kolben 24 fest verbunden ist. Die Kolbenstange ist in der Figur nach rechts bewegbar und erstreckt sich dann außerhalb des Gehäuses 200. Zudem weist der dargestellt Linearaktor 20 eine mechanische Schnittstelle 22 auf, an die eine Sicherheitsvorrichtung gekoppelt werden kann. Die mechanische Schnittstelle 22 wird nachfolgend im Zusammenhang mit Figur 4 näher beschrieben.

Figur 2 zeigt einen hydraulischen Schaltplan eines Linearaktors 20 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Dargestellt sind ein Linearaktor 20 und eine Sicherheitsvorrichtung 10, die mittels einer mechanischen Schnittstelle 2a mit dem Linearaktor 20 verbunden ist. Dazu ist die mechanische Schnittstelle 2a der Sicherheitsvorrichtung 10 mit einer korrespondierenden Schnittstelle 22 des Linearaktors 20 gekoppelt. Auf einer der ersten Schnittstelle 2a gegenüberliegenden Seite der Sicherheitsvorrichtung 10 ist eine weitere Schnittstelle 2b an der Sicherheitsvorrichtung 10 angeordnet, mittels derer diese mit einem Prozessventil 30 verbunden werden kann. Zur Kopplung wird der Linearaktor 20 beispielsweise an der Sicherheitsvorrichtung mit ineinandergreifenden Schnittstellen 22, 2a angesetzt und um 45° gedreht. Die Sicherheitsvorrichtung 10 nach Figur 2 enthält neben den Schnittstellen 2a, 2b ein Gehäuse 1 , in dem eine axial bewegbare Kolbenstange 3 mit einem fest mit der Kolbenstange 3 verbundenen Kolben 4 angeordnet ist. Zwischen dem Kolben 4 und einer Stirnseite des Gehäuses 1 ist eine Feder 6 eingespannt. Das Gehäuse 1 der Sicherheitsvorrichtung 10 kann mit einer Druckflüssigkeit gefüllt sein.

Das gezeigte Prozessventil 30 umfasst eine Scheibe 31 , die in Folge einer Bewegung der Kolbenstange 3 der Sicherheitsvorrichtung 10 einen Ventilkanal 34 öffnet und schließt.

Der in Figur 2 gezeigte Linearaktor 20 enthält ein elektronisches Steuergerät 40 mit z.B. analogen und digitalen Ein- und Ausgängen, das Signale von Druck- und Positionssensoren (nicht dargestellt) empfangen kann und den elektrischen und hydraulischen Antrieb steu- ern/regeln kann. Zudem enthält der Linearaktor 20 eine Pumpe 27, die über einen Elektromotor 41 angetrieben wird, und Druckflüssigkeit aus einem Innenraum T des Linearaktors 20 über eine Leitung 25 in einen Arbeitsraum 21 aa eines hydraulischen Zylinders 21 fördert.

Der dargestellte hydraulische Zylinder 21 ist als Gleichgangzylinder ausgeführt und umfasst eine Kolbenstange 23, an der ein Kolben 24 befestigt ist. Der Kolben 24 grenzt den Arbeitsraum 21aa gegen einen zweiten Zylinderraum 21ab ab, der hydraulisch mit dem Innenraum des Linearaktors 20 verbunden ist. Zudem enthält der Linearaktor 20 ein Entlastungsventil 28, das ebenfalls über die Leitung 25 mit dem Arbeitsraum 21aa des hydraulischen Zylinders 21 verbunden ist. Figur 2 zeigt dabei die Stellung des hydraulischen Zylinders 21 bei geöffnetem Entlastungsventil 28, in welcher der Arbeitsraum 21 aa minimale Größe hat, während der gegenüberliegende Zylinderraum 21 ab maximale Größe hat.

An einem äußeren Ende der Kolbenstange 23 ist eine hermetisch abgeschlossene Zylinderkammer 21 ac angeordnet bzw. erzeugbar, in der sich bei Bewegung der Kolbenstange 23 ein Vakuum bildet. Eine Volumenänderung der Zylinderkammer 21ac bei Bewegung des Kolbens entspricht zweckmäßigerweise einer Volumenänderung des Anteils der Kolbenstange außerhalb des Gehäuses, d.h. das Pendelvolumen des hydraulischen Zylinders 21 kann reduziert werden.

Zwischen der Pumpe 27 und dem Anschluss 29 des Druckentlastungsventils 28 ist in der Leitung 25 ein Rückschlagventil 26 angeordnet, das ein Rückströmen der Druckflüssigkeit in die Pumpe 27 bei Entlastung des Arbeitsraums 21aa verhindert. Zudem befindet sich stromaufwärts des Druckentlastungsventils 28 ein variables Drosselventil 28aa, mit der eine Menge der aus dem Arbeitsraum 21aa strömender Druckflüssigkeit gesteuert/geregelt werden kann. Vorzugsweise kann ein Öffnungsquerschnitt des Drosselventils 28aa und damit ein Durchfluss durch das Drosselventil 28aa gesteuert werden. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem variablen Drosselventil 28aa um ein elektrisches Ventil, dessen Querschnitt mittels eines Ansteuerstroms bzw. einer Ansteuerspannung variiert werden kann. Das elektronische Steuergerät 40 kann vorbestimmte Werte/Kennlinien für das Ansteuersignal enthalten, mit denen verschiedene Kraftabbaucharakteristiken eingestellt werden können. Es ist ebenso möglich, dass der Abbau der hydraulischen Antriebskraft geregelt erfolgt. Dazu kann beispielsweise die Kolbenposition oder der Druck in dem hydraulischen Zylinders 21 gemessen und der Öffnungsquerschnitt des Drosselventils 28aa derart eingestellt werden, dass der Kolben 24 während des Kraftabbaus jederzeit die gewünschte Position einnimmt.

Wird das Entlastungsventil 28 geöffnet, so wirkt die Federkraft der Feder 6 der Sicherheitsvorrichtung 10 auf deren Kolben 4 und verschiebt - über die Kolbenstange 3 der Sicherheitsvorrichtung 10 und die Schnittstelle 2a, 22 zwischen der Sicherheitsvorrichtung 10 und dem Linearaktor 20 - die Kolbenstange 23 mit dem Kolben 24, bis der Arbeitsraum 21aa sein minimales Volumen erreicht hat. In diesem, in Figur 2 dargestellten Zustand befindet sich die Kolbenstange 3 mit dem Kolben 4 der Sicherheitsvorrichtung 10 in einer vorbestimmten Position (Endlage) und der Ventilkanal 34 des Prozessventils 30 ist durch die Scheibe 31 verschlossen. Die Scheibe 31 des Prozessventils 30 ist mittels der Schnittstelle 2b mit der Kolbenstange 3 der Sicherheitsvorrichtung 10 verbunden. Durch die Bewegung der Kolbenstange 3 in Richtung der Federkraft verschließt die Scheibe 31 den Ventilkanal 34.

Wird hingegen das Entlastungsventil 28 geschlossen und Druckflüssigkeit von der Pumpe 27 in den Arbeitsraum 21 aa gefördert, wirkt die Kraft des hydraulischen Zylinders 21 gegen die Federkraft der Feder 6 der Sicherheitsvorrichtung 10, so dass die Feder 6 vorgespannt/zu- sammengedrückt wird. Die Kolbenstangen 23, 3 des Linearaktors 20 und der Sicherheitsvorrichtung 10 bewegen sich entgegen der Richtung der Federkraft und verschieben die damit verbundene Scheibe 31 des Prozessventils 30 derart, dass der Ventilkanal 34 geöffnet wird (nicht dargestellt). Figur 3 zeigt einen hydraulischen Schaltplan eines Linearaktors gemäß einer weiteren bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems. In diesem Fall enthält der Linearaktor 20 neben den in Figur 2 beschriebenen Elementen einen zusätzlichen hydraulischen Kreis zum Spannen der Feder 6 der Sicherheitsvorrichtung 10. Dabei ist der Kolben 4 der Sicherheitsvorrichtung 10 nicht fest, sondern über einen Mitnehmer 3c unidirektional mit der Kolbenstange 3 der Sicherheitsvorrichtung 10 verbunden. Dies ermöglicht eine Verschiebung des Kolbens 4 und damit ein Vorspannen der Feder 6 unabhängig von der Bewegung der Kolbenstange 3 der Sicherheitsvorrichtung 10.

Der zusätzliche hydraulische Kreis gemäß Figur 3 enthält einen hydraulischen Zylinder 21b mit einem ersten Zylinderraum 21 ba, der über eine Leitung 25b mit der Pumpe 27 verbunden ist. Über einen Anschluss 29b ist ein Entlastungsventil 28b an den ersten Zylinderraum 21 ba angeschlossen. Der zweite Zylinderraum 21 bb des hydraulischen Zylinders 21b ist mit einem Absperrventil 42 verbunden, mittels dessen Druckflüssigkeit in dem zweiten Zylinderraum 21 bb eingeschlossen werden kann.

Die Kolbenstange 23b des hydraulischen Zylinders 21 b wirkt über eine mechanische Schnittstelle 22b, 2a1 auf einen Schaft 4a der Sicherheitsvorrichtung 10, der wiederum über den Kolben 4 auf die Feder 6 wirkt. In dem in Figur 3 gezeigten Zustand ist die Feder 6 noch vollständig entspannt und der Kolben 24b des hydraulischen Zylinders befindet sich in seiner Ausgangslage.

Zum Spannen der Feder 6 wird zunächst Druckflüssigkeit in den ersten Zylinderraum 21 ba gefördert, wodurch sich die Kolbenstange 23b mittels des Kolbens 24b in Richtung der Sicherheitsvorrichtung 10 bewegt und über den Schaft 4a und den Kolben 4 eine Kraft auf die Feder 6 der Sicherheitsvorrichtung 10 ausübt. Ist die gewünschte Vorspannung der Feder 6 erreicht, kann das Absperrventil 42 an dem zweiten Zylinderraum 21 bb geschlossen und damit die Stellung der Kolbenstange 23b fixiert werden. Abweichungen von der eingestellten Kolbenstangenstellung durch Leckage von Druckflüssigkeit aus dem zweiten Zylinderraum 21 bb können durch die dauerhafte Verbindung des ersten Zylinderraums 21 ba mit der Pumpe 27 ausgeglichen werden.

Kommt es zu einem Stromausfall, so öffnet sich sowohl das Entlastungsventil 28b, das mit dem ersten Zylinderraum 21 ba verbunden ist, als auch das Absperrventil 42, das mit dem zweiten Zylinderraum 21 bb verbunden ist. Folglich wird keine Kraft mehr von dem hydraulischen Zylinder 21b auf die Feder 6 übertragen. Daher kann die Feder 6 in Richtung des Linearaktors 10 expandieren und den Kolben 4 in seine Endlage (vorbestimmte Position) bewegen. Auf diesem Weg kommt der Kolben 4 an dem Mitnehmer 3c der Kolbenstange zur Anlage, so dass sich die Kolbenstange 3 ebenfalls in ihre Endlage bewegt und das Prozessventil 30 in eine sichere Stellung bringt.

Figur 4 zeigt ein Beispiel für eine mechanische Schnittstelle zwischen einem Linearaktor 20 und einer Sicherheitsvorrichtung 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt. Auf der rechten Seite von Figur 5 ist ein Ausschnitt der Sicherheitsvorrichtung 10 dargestellt, welcher Teile der Kolbenstange 3, des Kolbens 4 und der Feder 6 sowie eine dem Linearaktor 20 zugewandte Stirnseite 1a des Gehäuses 1 mit der ersten mechanischen Schnittstelle 2a zeigt. Die Schnittstelle 2a ist gemäß EN ISO 13628-8 als Schnellverschluss ("Linear (push) interface", Typ A oder Typ C) ausgeführt. Sie umfasst einen ersten Schaft 2aa, um den ein Flansch 2ab mit Aussparungen (nicht dargestellt) angeordnet ist. An dieser Schnittstelle 2a ist der Linearaktor 20 mittels der Schnittstelle 22, die das Gegenstück des Schnellverschlusses darstellt, angekoppelt. Der auf der linken Seite von Figur 4 dargestellte Ausschnitt des Linearaktors 20 zeigt neben der Schnittstelle 22 einen der Sicherheitsvorrichtung 10 zugewandten Teil des hydraulischen Zylinders 21 mit der Kolbenstange 23. Die Schnittstelle 22 des Linearaktors 20 umfasst einen zweiten Schaft 22aa mit klauenförmigen Vorsprüngen 22ab, die den Flansch 2ab der Sicherheitsvorrichtung 10 umgreifen. Um den Linearaktor 20 mit der Sicherheitsvorrichtung 10 zu verbinden, werden die klauenförmigen Vorsprünge 22ab in axialer Richtung in die Aussparungen (nicht gezeigt) des Flansches 2ab eingeschoben und durch Drehung des Linearaktors 20 um 45° im Uhrzeigersinn mit dem Flansch 2ab in Eingriff gebracht. Damit liegen in dem in Figur 4 gezeigten geschlossenen Zustand des Schnellverschlusses 2a, 22 die klauenförmige Vorsprünge 22ab axial und radial an dem Flansch 2ab des ersten Schafts an, so dass eine formschlüssige Verbindung der beiden Seiten des Schnellverschlusses 2a, 22 hergestellt wird. Aufgrund dieser Verbindung mittels des Schnellverschlusses 2a, 22 sind die gegenüberliegenden Enden der Kolbenstangen 23, 3 des Linearaktors 20 und der Sicherheitsvorrichtung 10 kraftschlüssig miteinander verbunden.

Der Schnellverschluss 2a, 22 ermöglicht es, den Linearaktor 20 mit einem ROV zu tauschen, ohne dass die Sicherheitsvorrichtung ausgebaut oder geöffnet werden muss. Dies führt zu einer deutlichen Vereinfachung bei der Wartung und Montage des Linearaktors, insbesondere in großen Tiefen.

Figur 5 zeigt einen Linearaktor 20 und eine Sicherungsvorrichtung 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems in einer räumlichen Außenansicht. In dieser Figur sind der Linearaktor 20 und die Sicherungsvorrichtung 10 mittels des Schnellverschlusses 2a, 22, wie in Figur 4 gezeigt, verbunden. An der Außenseite des Linearaktors 20 sind standardisierte Griffe 202, 204, 205 für die Montage/Demontage des Linearaktors 20 mittels eines ROV angebracht

Zudem befindet sich an der Stirnseite des Linearaktors 20 eine Kabelführung 201 , die zu einer Steckverbindung 203 führt, an der die Strom- und Signalversorgung des Linearaktors 20 angeschlossen ist.

Weiters ist auf der Stirnseite des Linearaktors 20 eine Anzeigevorrichtung 206 (schematisch dargestellt) angeordnet, welche die Position des Kolbens 24, 4 und/oder der Kolbenstange 23, 3 des Linearaktors 20 und der Sicherheitsvorrichtung 10 anzeigt. Gemäß Figur 6 befindet sich die Anzeigevorrichtung in der Stellung U ("unlocked"), d. h. das System aus Linearaktor 20 und Sicherheitsvorrichtung 10 befindet sich in einem normalen Betriebszustand, in dem der Arbeitsraum 21 aa des hydraulischen Zylinders 21 druckbeaufschlagt ist und sein maximales Volumen einnimmt, so dass weder der Kolben 24 des hydraulischen Zylinders noch der Kolben 4 der Sicherheitsvorrichtung an ihren Endanschlägen anliegen (vgl. Figur 2).

Der Griff 202 erlaubt es dem ROV, die elektrische Verkabelung des Linearaktors 20 an der Steckverbindung 203 zu trennen. Damit wird die Stromversorgung der Pumpe 27 und des Entlastungsventils 28 unterbrochen, so dass das Entlastungsventil 28 öffnet und der Druck im Arbeitsraum 21 aa des hydraulischen Zylinders 21 abfällt. Demzufolge werden die Kolben 4, 24 der Sicherheitsvorrichtung 10 und des Linearaktors 20 durch die Federkraft der Feder 6 in ihre jeweiligen Endanschläge geschoben (vgl. Figur 2) und die Anzeigevorrichtung wechselt auf die Stellung L ("locked"). Nachfolgend kann das ROV mittels des Griffs 204 und des Schnellverschlusses 2a, 22 (vgl. Figur 5) den Linearaktor 20 durch eine Drehung um 45° gegen den Uhrzeigersinn von der Sicherungsvorrichtung 10 trennen. Der Griff 205 kann nachfolgend zum Transport des Linearaktors 20 verwendet werden.