Bezeichnung der Erfindung

Robotertaugliche Medienkupplung

Gebiet der Technik

Die vorliegende Erfindung geht aus von einer Medienkupplung,

- wobei die Medienkupplung ein Festteil und ein Loseteil auf weist ,

- wobei das Loseteil durch Bewegen in einer Fügerichtung auf das Festteil zu von einer Trennstellung in eine Verbin dungsstellung gebracht werden kann und durch Bewegen entge gen der Fügerichtung vom Festteil weg von der Verbindungs stellung in die Trennstellung gebracht werden kann,

- wobei das Loseteil in der Trennstellung vom Festteil ge trennt ist und in der Verbindungsstellung mit dem Festteil verbunden ist,

- wobei das Festteil und das Loseteil an ihren in der Verbin dungsstellung einander zugewandten Seiten miteinander zu sammenwirkende Hauptpositionierhilfen aufweisen, durch wel che das Loseteil beim Überführen von der Trennstellung in die Verbindungsstellung quer zur Fügerichtung gesehen rela tiv zum Festteil positioniert wird,

- wobei das Festteil und das Loseteil jeweils eine Anzahl an Auflageflächen aufweisen,

- wobei die Auflageflächen an dem Festteil und dem Loseteil zumindest in der Fügerichtung und vorzugsweise auch quer dazu unbeweglich angeordnet sind,

- wobei in mindestens einer Auflagefläche des Festteils und der korrespondierenden Auflagefläche des Loseteils jeweils ein Kanal zum Führen eines gasförmigen Mediums mündet.

Stand der Technik

Eine derartige Medienkupplung ist beispielsweise aus der WO

2009/097 956 A2 bekannt. Bei dieser Medienkupplung sind die Hauptpositionierhilfen derart aufeinander abgestimmt, dass das Loseteil selbsthemmend mit dem Festteil verbunden ist. Auch wenn nach dem Überführen des Loseteils in die Verbin dungsstellung auf einen Haltemechanismus, der das Loseteil in der Verbindungsstellung halten soll, keine Kraft mehr ausge übt wird und demzufolge der Haltemechanismus ebenfalls keine Kraft mehr ausübt, bleibt das Loseteil mit dem Festteil ver bunden. Ein Entfernen des Loseteils ist nur mit erheblichem Kraftaufwand möglich. Konkret sind bei der WO 2009/097 956 A2 die Hauptpositionierhilfen als Kegelschaft und Kegelhülse mit einem relativ geringen Öffnungswinkel ausgebildet, so dass nach dem Verbinden des Loseteils mit dem Festteil durch eine Spanneinrichtung der Kegelschaft und die Kegelhülse miteinan der eigenständig geklemmt bleiben.

Aus der EP 1 894 649 Al ist ein Roboter bekannt, der mit ei nem automatischen Greiferwechselsystem ausgerüstet ist und an einem metallurgischen Behälter mit einem Schiebeverschluss den Schiebeverschluss betätigt. Bei der EP 1 894 649 Al wird zunächst mittels mindestens einer Kamera die Position des Schiebeverschlusses erfasst. Danach wird mittels des Greifer wechselsystems eine Kolben-Zylinder-Einheit ergriffen und mit dieser der Schiebeverschluss betätigt. Weitergehende Einzel heiten der mechanischen Ausgestaltung des Greiferwechselsys tems sind der EP 1 894 649 Al nicht zu entnehmen.

Bei metallurgischen Prozessen ist es in manchen Fällen erfor derlich, metallurgischen Gefäßen gasförmige Medien und/oder elektrische Signale zuzuführen bzw. elektrische Signale von den metallurgischen Gefäßen abzugreifen. Zu diesem Zweck wer den entsprechende Medienkupplungen eingesetzt, welche eine Verbindung für die zu führenden Gase und/oder elektrischen Signale schaffen. Das Festteil der Medienkupplung befindet sich in diesem Fall am metallurgischen Gefäß, das Loseteil wird nach Bedarf mit dem Festteil verbunden und von ihm ge löst . Die metallurgischen Gefäße - beispielsweise Gießpfannen - sind nur mit einer begrenzten Genauigkeit positionierbar, wo bei die Genauigkeit oftmals Toleranzen von über 100 mm unter worfen ist. Ein direktes, automatisches Verbinden des Lose teils mit dem Festteil und Lösen des Loseteils vom Festteil mittels eines Roboters ist daher problematisch. Durch ent sprechende Sensoreinrichtungen - insbesondere dreidimensiona le Vermessungssysteme - lässt sich die konkrete Position der Gießpfanne und damit der Medienkupplung relativ genau bestim men. Die verbleibende Ungenauigkeit liegt in der Regel im Be reich unter 10 mm. Sie beträgt aber immer noch mehrere Milli meter und ist damit für übliche Schnellkupplungen, wie sie von Herstellern von Industrierobotern standardmäßig einge setzt werden, zu ungenau. Denn insbesondere müssen die in den Loseteilen von üblichen Schnellkupplungen verbauten Gas- und Elektrostecker bauartbedingt exakt zentriert und exakt ausge richtet auf die entsprechenden Buchsen und Aufnahmen des Festteils aufgesetzt werden. Erschwerend kommt hinzu, dass vor dem Verbinden des Loseteils mit dem Festteil das Festteil oftmals erheblich heißer als das Loseteil sein kann.

Es wurde bereits versucht, die immer noch bestehenden Tole ranzen durch Federausgleichssysteme und genaue Zentrierstifte zu kompensieren. Diesen Versuchen war im Ergebnis jedoch kein Erfolg beschieden. Denn es wurde zwar möglich, das Loseteil relativ zum Festteil entsprechend zu positionieren. Kurz vor dem Erreichen der Verbindungsstellung ist es jedoch immer wieder zum Klemmen und Verkanten gekommen. Im Ergebnis hat sich dieser Ansatz daher nicht als praxistauglich erwiesen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Medienkupplung der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass auf einfache und zuverlässige Weise eine vollautomatische Handhabung durch einen Industrieroboter mög lich wird und dennoch zuverlässig die Verbindung der zu über- tragenden Medien (Gase und elektrische Signale) hergestellt werden kann

Die Aufgabe wird durch eine Medienkupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der er findungsgemäßen Medienkupplung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 13.

Erfindungsgemäß wird eine Medienkupplung der eingangs genann ten Art dadurch ausgestaltet,

- dass die Anzahl an Auflageflächen des Festteils und des Lo seteils jeweils genau drei beträgt,

- dass die Auflageflächen des Festteils und des Loseteils je weils ein Dreieck bilden und

- dass entweder das Festteil und das Loseteil in der Verbin dungsstellung ausschließlich mit ihren jeweils drei Aufla geflächen aneinander anliegen oder das Festteil und das Lo seteil in der Verbindungsstellung zwar zusätzlich zu ihren jeweils drei Auflageflächen auch mit einer Anzahl von wei teren Elementen aneinander anliegen, die weiteren Elemente aber am Festteil und/oder am Loseteil zumindest in der Fü gerichtung nachgiebig angeordnet sind.

Durch die Festlegung der Anzahl an Auflageflächen des Fest teils und des Loseteils auf jeweils genau drei in Verbindung mit der Anordnung der Auflageflächen in einem Dreieck wird gewährleistet, dass das Loseteil, wenn die entsprechenden Auflageflächen des Loseteils in der Verbindungsstellung an den entsprechenden Auflageflächen des Festteils anliegen, exakt positioniert ist. Dies gilt ganz besonders, wenn das Dreieck ein im Wesentlichen gleichseitiges Dreieck ist. Wenn das Festteil und das Loseteil in der Verbindungsstellung aus schließlich mit ihren jeweils drei Auflageflächen aneinander anliegen, ergibt sich die Positionierung ganz von selbst.

Wenn das Festteil und das Loseteil in der Verbindungsstellung zwar zusätzlich zu ihren jeweils drei Auflageflächen auch mit einer Anzahl von weiteren Elementen aneinander anliegen, be wirkt die nachgiebige Anordnung der weiteren Elemente am Festteil und/oder am Loseteil, dass nicht die weiteren Ele mente, sondern nach wie vor die jeweils drei Auflageflächen die Endposition des Loseteils in der Verbindungsstellung be stimmen .

Vorzugsweise sind die jeweiligen Hauptpositionierhilfen quer zur Fügerichtung gesehen innerhalb des durch die jeweils ge nau drei Auflageflächen von Festteil und Loseteil gebildeten Dreiecks angeordnet. Dadurch kann die Größe der durch die je weils genau drei Auflageflächen von Festteil und Loseteil ge bildeten Dreiecke maximiert werden, was seinerseits wiederum die Stabilität und Positioniergenauigkeit erhöht.

Vorzugsweise sind die Hauptpositionierhilfen derart ausgebil det, dass sie eine Bewegung des Loseteils in einer Ebene or thogonal zur Fügerichtung in umso größerem Ausmaß zulassen, je weiter das Loseteil in Fügerichtung gesehen vom Festteil entfernt ist. Dadurch ist zum Zuführen des Loseteils zum Festteil eine geringere anfängliche Positioniergenauigkeit erforderlich. Das Zuführen des Loseteils zum Festteil wird somit erleichtert.

In einer konkreten Ausgestaltung können das Festteil und das Loseteil beispielsweise jeweils genau eine Hauptpositionier hilfe aufweisen, wobei je eine der Hauptpositionierhilfen als Kegelschaft und als Kegelhülse ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich die immer bessere Positionierung beim Überführen von der Trennstellung in die Verbindungsstellung auf beson ders einfache Weise.

Der Kegelschaft und die Kegelhülse weisen jeweilige Öffnungs winkel auf. Der Öffnungswinkel der Kegelhülse und der Öff nungswinkel des Kegelschafts können den gleichen Wert oder voneinander verschiedene Werte aufweisen. In beiden Fällen kann ein selbsthemmendes Verhalten der Hauptpositionierhilfen vermieden werden, wobei aber dennoch die Positionierung als solche gewährleistet bleibt. Sobald - beispielsweise durch ein Halteelement - keine äußere Kraft mehr auf die Hauptposi- tionierhilfen ausgeübt wird, halten diese also das Loseteil nicht am Festteil. Dies gilt auch bei einem Verkanten des Lo seteils relativ zum Festteil.

Vorzugsweise liegen die Öffnungswinkel der Kegelhülse und des Kegelschafts bei 9° bis 16°, insbesondere bei 10° bis 15°. Andere Werte sind jedoch nicht ausgeschlossen.

Unabhängig davon, auf welche Art und Weise die Hauptpositio nierhilfen in konstruktiver Hinsicht ausgebildet sind, sind sie in funktionaler Hinsicht vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie nicht selbsthemmend wirken. Dies kann im Falle der Ausgestaltung der Hauptpositionierhilfen als Kegelschaft und Kegelhülse, wie bereits erwähnt, insbesondere durch eine ent sprechende Abstimmung der Öffnungswinkel erreicht werden. Bei anderen Ausgestaltungen der Hauptpositionierhilfen ist dies jedoch ebenfalls möglich.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die Haupt positionierhilfen bezüglich einer in Fügerichtung verlaufen den Fügeachse rotationssymmetrisch ausgebildet. Beispielswei se bei der bereits erwähnten Ausgestaltung als Kegelhülse und Kegelschaft ist dies der Fall. Im Falle einer rotationssym metrischen Ausgestaltung der Hauptpositionierhilfen weisen das Festteil und das Loseteil vorzugsweise weiterhin an ihren einander zugewandten Seiten miteinander zusammenwirkende Zu satzpositionierhilfen auf, durch welche das Loseteil beim Überführen von der Trennstellung in die Verbindungsstellung um die Fügeachse herum gesehen in einer vorbestimmten Dreh stellung orientiert wird. Dadurch wird nicht nur eine trans latorische Positionierung quer zur Fügerichtung gewährleis tet, sondern durch die Zusatzpositionierhilfen auch eine de finierte rotatorische Orientierung um die Fügeachse herum ge sehen erreicht.

Vorzugsweise ist eine der Zusatzpositionierhilfen als Kugel oder als Zylinder ausgebildet, wobei im Falle eines Zylinders die Zylinderachse orthogonal zur Fügeachse verläuft, insbe- sondere radial zur Fügeachse. Die andere der Zusatzpositio nierhilfen ist in diesem Fall als sich verjüngende Kontur ausgebildet, die an ihrem schmalen Ende eine Vertiefung zur Aufnahme der einen Zusatzpositionierhilfe aufweist. Durch diese Ausgestaltung wird eine stabile und zuverlässige Füh rung auch dann gewährleistet, wenn das Loseteil, bezogen auf die Fügerichtung, leicht verkantet auf das Festteil aufge setzt wird.

Vorzugsweise sind die Hauptpositionierhilfen und die Zusatz positionierhilfen derart aufeinander abgestimmt, dass beim Überführen des Loseteils von der Trennstellung in die Verbin dungsstellung zuerst durch das Zusammenwirken der Hauptposi tionierhilfen das Loseteil relativ zum Festteil teilweise oder vollständig quer zur Fügerichtung translatorisch positi oniert wird und erst danach durch das Zusammenwirken der Zu satzpositionierhilfen das Loseteil in der vorbestimmten Dreh stellung rotatorisch orientiert wird. Dadurch wird das Über führen von der Trennstellung in die Verbindungsstellung be sonders zuverlässig erreicht.

Vorzugsweise sind die jeweils drei Auflageflächen poliert und/oder gehärtet und liegen die jeweils drei Auflageflächen weiterhin in der Verbindungsstellung ohne Dichtungselemente zwischen ihnen unmittelbar aneinander an. Dadurch wird zum einen die Positioniergenauigkeit verbessert. Zum anderen wer den Dichtungselemente (beispielsweise Dichtungsringe) , die aufgrund der rauen Einsatzbedingungen sehr störanfällig wä ren, vermieden. Durch das Weglassen der Dichtungselemente können zwar gewisse Leckströme der geführten gasförmigen Me dien entstehen. Dies ist jedoch tolerierbar, da zum einen nur ungefährliche Gase (Luft, Stickstoff und Edelgase wie bei spielsweise Argon) geführt werden und weiterhin die Drücke, unter denen diese Gase stehen, mit in der Regel maximal 15 bar relativ gering sind. Bei diesen Randbedingungen sind kleinere Undichtigkeiten tolerierbar. Vorzugsweise sind die jeweils drei Auflageflächen in der Ver bindungsstellung orthogonal zur Fügerichtung orientiert.

Dadurch wird zum einen die Positioniergenauigkeit verbessert und zum anderen trotz des Fehlens von Dichtungselementen eine relativ gute Abdichtung erreicht.

In einer weiteren Ausgestaltung ist bevorzugt vorgesehen,

- dass am Festteil ein feststehendes Halteelement angeordnet ist und am Loseteil ein bewegliches Halteelement angeordnet ist,

- dass das bewegliche Halteelement mittels eines Aktors von einem geöffneten Zustand in einen geschlossenen Zustand und vom geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand über- führbar ist,

- dass im geöffneten Zustand des beweglichen Halteelements ein Überführen des Loseteils von der Trennstellung in die Verbindungsstellung und umgekehrt möglich ist,

- dass im geschlossenen Zustand des beweglichen Halteelements ein Überführen des Loseteils von der Trennstellung in die Verbindungsstellung und umgekehrt nicht möglich ist und

- dass der Aktor derart ausgebildet ist, dass im kraftlosen Zustand des Aktors das bewegliche Halteelement durch äußere Krafteinwirkung auf das Loseteil vom geschlossenen in den geöffneten Zustand überführbar ist.

Dadurch wird erreicht, dass die Verbindung des Loseteils mit dem Festteil ohne weiteres lösbar ist, wenn der Aktor kraft los wird. Das feststehende Halteelement kann beispielsweise als Zugkopf mit nutförmiger Hinterschneidung ausgebildet sein, das bewegliche Halteelement als Spannhülse mit Greif fingern. Der Aktor kann insbesondere als Druckzylinder ausge bildet sein, beispielsweise als pneumatisch betätigter Zylin der .

Vorzugsweise verläuft die Fügerichtung im Wesentlichen waag recht. In diesem Fall sind weiterhin vorzugsweise beidseitig der Hauptpositionierhilfen sich in Fügerichtung erstreckende Rückhalteelemente angeordnet, die im kraftlosen Zustand des Aktors ein Abfallen des Loseteils vom Festteil verhindern.

Die Rückhalteelemente können insbesondere als Haltedorne aus gebildet sein.

Falls das Festteil und das Loseteil in der Verbindungsstel lung auch mit einer Anzahl von weiteren Elementen (in diesem Fall nachgiebig) aneinander anliegen, werden über die weite ren Elemente am Festteil und am Loseteil in der Verbindungs stellung vorzugsweise gasförmige Medien und/oder elektrische Signale zwischen dem Festteil und dem Loseteil übertragen. Denn wenn dies nicht der Fall wäre, könnten die weiteren Ele mente ersatzlos entfallen. Im Falle der Übertragung eines gasförmigen Mediums sind die jeweils aneinander anliegenden Elemente des Festteils und des Loseteils vorzugsweise beide als Fläche ausgebildet. Im Falle der Übertragung eines elektrischen Signals ist von den beiden jeweils aneinander anliegenden Elementen des Festteils und des Loseteils vor zugsweise eines als Fläche ausgebildet. Das andere Element kann nach Bedarf ebenfalls als Fläche, als Feder, als federnd gelagerter Kontaktstift usw. ausgebildet sein. Die zu über tragenden elektrischen Signale können nach Bedarf Gleichspan nung oder Wechselspannung führen. Die verwendeten Spannungen sind in der Regel relativ niedrig (meist maximal 60 V, vor zugsweise sogar maximal 40 V. Der Begriff „elektrisches Sig nal" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist weit zu verste hen. Es kann sich auch um eine reine Energieversorgung han deln .

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbei spiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung: FIG 1 eine Medienkupplung in perspektivischer Darstel lung,

FIG 2 ein Festteil der Medienkupplung von FIG 1 in einer leicht perspektivischen Darstellung von vorne,

FIG 3 ein Loseteil der Medienkupplung von FIG 1 in einem perspektivischen Teilschnitt,

FIG 4 die Medienkupplung von FIG 1 in einer Schnittdar stellung,

FIG 5 die Schnittdarstellung von FIG 4 in perspektivi scher Darstellung,

FIG 6 in einer vergröberten Darstellung einen Kegelschaft und eine Kegelhülse in einer Schnittdarstellung,

FIG 7 in einer vergröberten Darstellung Auflageflächen und Elemente von der Seite und

FIG 8 in einer vergröberten Darstellung Zusatzpositio nierhilfen und deren Zusammenwirken.

Beschreibung der Ausführungsformen

Die FIG 1 bis 8 zeigen dieselbe Medienkupplung. Die FIG wer den daher nachstehend gemeinsam erläutert.

Gemäß FIG 1 weist eine Medienkupplung ein Festteil 1 und ein Loseteil 2 auf. Das Festteil 1 ist dasjenige Teil der Medien kupplung, das beim Verbinden von Festteil 1 und Loseteil 2 miteinander und beim Lösen von Festteil 1 und Loseteil 2 von einander nicht bewegt wird. Das Loseteil 2 ist dasjenige Teil, das bewegt wird. Das Festteil 1 kann beispielsweise an einem metallurgischen Gefäß wie beispielsweise einer Gieß pfanne befestigt sein. Das metallurgische Gefäß ist in den FIG nicht dargestellt.

Das Loseteil 2 soll mittels eines Industrieroboters - sicht bar ist lediglich in den FIG 4 und 5 das Endstück 3 des In dustrieroboters - zuverlässig mit dem Festteil 1 verbunden werden können und ebenso zuverlässig von dem Festteil 1 ge trennt werden können. Das Loseteil 2 soll also, ausgehend von einer Trennstellung, in welcher das Loseteil 2 vom Festteil 1 getrennt ist, mittels des Industrieroboters in eine Verbin dungsstellung gebracht werden können, in der das Loseteil 2 mit dem Festteil 1 verbunden ist. In verbundenen Zustand sol len über die dann gegebene Verbindung von Loseteil 2 und Festteil 1 miteinander Medien - insbesondere Gase und eventu ell auch elektrische Signale - übertragen werden können.

Zum Verbinden des Loseteils 2 mit dem Festteil 1 wird zu nächst mittels Kameras oder ähnlicher Einrichtungen die Posi tion des Festteils 1 erfasst. Beispielsweise kann mittels mehrerer Kameras ein stereoskopisches Bild erfasst und ausge wertet werden, so dass nach der Auswertung die Position des Festteils 1 auf 10 mm genau oder noch genauer bekannt ist.

Die Position ist auf den Industrieroboter bezogen. Das Erfas sen und Bestimmen der Position ist Fachleuten bekannt und als solches nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Vor oder nach dem Bestimmen der Position greift der Industrieroboter mit seinem Endstück 3 das Loseteil 2 und verriegelt es am Endstück 3. Sodann überführt der Industrieroboter das Lose teil 2 in die Trennstellung. Beispielsweise befindet sich das Loseteil 2 in der Darstellung von FIG 1 in der Trennstellung.

In der Trennstellung ist das Loseteil 2 noch vollständig vom Festteil 1 getrennt. Es ist aber bereits - jedenfalls im We sentlichen - sowohl korrekt ausgerichtet (orientiert) als auch quer zu einer Fügerichtung z im Wesentlichen positio niert. Diese Positionierung ist für den Industrieroboter mög lich, weil ihm zuvor die Position des Festteils 1 bekannt ge worden ist. Zum Überführen in die Verbindungsstellung (darge stellt in den FIG 4 und 5) wird sodann das Loseteil 2 vom In dustrieroboter in der Fügerichtung z auf das Festteil 1 zu bewegt. Diese Bewegung kann beispielsweise positionsgeregelt oder kraftgeregelt erfolgen.

Nach dem Erreichen der Verbindungsstellung wird das Loseteil 2 am Festteil 1 verriegelt. Hierauf wird später noch näher eingegangen werden. Als nächstes entriegelt der Industriero boter das Endstück 3 vom Loseteil 2. Dadurch ist der Verbin- dungsvorgang des Loseteils 2 mit dem Festteil 1 abgeschlos sen .

Zum Lösen des Loseteils 2 vom Festteil 1 wird ähnlich vorge gangen. Zunächst wird mittels Kameras oder ähnlicher Einrich tungen die Position des Loseteils 2 erfasst. Dieser Vorgang ist Fachleuten bekannt und als solcher nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Danach greift der Industrieroboter mit seinem Endstück 3 das Loseteil 2 und verriegelt es am Endstück 3. Als nächstes wird das Loseteil 2 vom Festteil 1 entriegelt. Auch hierauf wird später noch näher eingegangen werden. Nach dem Entriegeln des Loseteils 2 vom Festteil 1 überführt der Industrieroboter das Loseteil 2 durch Bewegen entgegen der Fügerichtung z vom Festteil 1 weg in die Trenn stellung. Sodann legt der Industrieroboter das Loseteil 2 an einer geeigneten Stelle ab und entriegelt das Endstück 3 vom Loseteil 2. Dadurch ist der Lösevorgang des Loseteils 2 vom Festteil 1 abgeschlossen.

Um beim Überführen des Loseteils 2 von der Trennstellung in die Verbindungsstellung ein exaktes Positionieren des Lose teils 2 relativ zum Festteil 1 zu erleichtern, weisen das Festteil 1 und das Loseteil 2 an ihren in der Verbindungs stellung einander zugewandten Seiten miteinander zusammenwir kende Hauptpositionierhilfen 4, 5 auf. Durch die Hauptpositi onierhilfen 4, 5 wird das Loseteil 2 beim Überführen von der Trennstellung in die Verbindungsstellung quer zur Fügerich tung z gesehen relativ zum Festteil 1 positioniert.

Die Hauptpositionierhilfen 4, 5 können nach Bedarf ausgebil det sein. In funktionaler Hinsicht sind die Hauptpositionier hilfen 4, 5 jedoch vorzugsweise derart ausgebildet dass sie eine Bewegung des Loseteils 2 in einer orthogonal zur Füge richtung z orientierten xy-Ebene in umso größerem Ausmaß zu lassen, je weiter das Loseteil 2 in Fügerichtung z gesehen vom Festteil 1 entfernt ist. Innerhalb der xy-Ebene sind die Richtungen x und y linear unabhängig voneinander, in der Re gel und vorzugsweise orthogonal zueinander. Die Funktionali- tät der Hauptpositionierhilfen 4, 5 kann durch ein entspre chendes Abschrägen von Führungsflächen der Hauptpositionier hilfen 4, 5 ohne weiteres erreicht werden. Beispielsweise können das Festteil 1 und das Loseteil 2 entsprechend der Darstellung in den FIG 1 bis 5 jeweils genau eine Hauptposi tionierhilfe 4, 5 aufweisen, wobei je eine der Hauptpositio nierhilfen 4, 5 als Kegelschaft 4 und als Kegelhülse 5 ausge bildet ist. Auch andere Ausgestaltungen, beispielsweise als Pyramiden, sind möglich.

Gemäß der Darstellung in den FIG 1 bis 5 ist der Kegelschaft 4 am Festteil 1 angeordnet, die Kegelhülse 5 am Loseteil 2. Diese Anordnung stellt den Standardfall dar. Prinzipiell wäre aber auch die umgekehrte Vorgehensweise möglich.

Der Kegelschaft 4 weist gemäß FIG 6 einen Öffnungswinkel a auf. Die Kegelhülse 5 weist einen Öffnungswinkel ß auf. Ins besondere liegen die Öffnungswinkel a, ß in der Regel zwi schen 9° und 16°, beispielsweise zwischen 10° und 15°. Die Öffnungswinkel a, ß weisen vorzugsweise den gleichen Wert auf. Sie können aber auch voneinander verschiedene Werte auf- weisen .

Das Festteil 1 weist - siehe besonders deutlich die FIG 1 und 2 - genau drei Auflageflächen 6 auf, also nicht mehr und nicht weniger als drei Auflageflächen 6. Die Auflageflächen 6 des Festteils 1 bilden ein Dreieck. Das Dreieck ist vorzugs weise im Wesentlichen ein gleichseitiges Dreieck. Die Winkel des gebildeten Dreiecks liegen also in etwa bei 60°. Kleinere Abweichungen sind jedoch problemlos. Keiner der Winkel des gebildeten Dreiecks sollte jedoch ein stumpfer Winkel sein, also mehr als 90° betragen. Vorzugsweise ist die Hauptpositi onierhilfe 4 des Festteils 1 innerhalb des durch die drei Auflageflächen 6 des Festteils 1 gebildeten Dreiecks angeord net. Die Auflageflächen 6 sind an dem Festteil 1 zumindest in der Fügerichtung z unbeweglich angeordnet. Vorzugsweise sind sie auch in der xy-Ebene unbeweglich angeordnet. Vorzugsweise sind die Auflageflächen 6 orthogonal zur Fügerichtung z ori entiert, verlaufen also in der bzw. parallel zur xy-Ebene.

Das Loseteil 2 weist für jede der drei Auflageflächen 6 des Festteils 1 jeweils genau eine korrespondierende Auflageflä che 7 (siehe FIG 7) auf, insgesamt also ebenfalls genau drei Auflageflächen 7, nicht mehr und nicht weniger. Die Auflage flächen 7 des Loseteils 2 liegen in der Verbindungsstellung auf den Auflageflächen 6 des Festteils 1 auf. Demzufolge bil den auch die Auflageflächen 7 des Loseteils 2 ein Dreieck.

Das von den Auflageflächen 7 des Loseteils 2 gebildete Drei eck ist - zumindest im wesentlichen - kongruent zu dem von den Auflageflächen 6 des Festteils 1 gebildeten Dreieck. Wei terhin ist die Hauptpositionierhilfe 5 des Loseteils 2 inner halb des durch die drei Auflageflächen 7 des Loseteils 2 ge bildeten Dreiecks angeordnet. Die Auflageflächen 7 sind an dem Loseteil 2 zumindest in der Fügerichtung z unbeweglich angeordnet. Die Orientierung der Auflageflächen 7 des Lose teils 2 stimmt mit der Orientierung der Auflageflächen 6 des Festteils 1 überein.

In der Verbindungsstellung liegen das Festteil 1 und das Lo seteil 2 zumindest mit ihren jeweils drei Auflageflächen 6, 7 aneinander an. In mindestens einer Auflagefläche 6 des Fest teils 1 und der korrespondierenden Auflagefläche 7 des Lose teils 2 mündet ein Kanal 12. Über den Kanal 12 wird ein gas förmiges Medium vom Loseteil 2 zum Festteil 1 geführt.

Es ist entsprechend der Darstellung in den FIG 1 und 2 mög lich, dass in jeder Auflagefläche 6 des Festteils 1 ein je weiliger Kanal 12 mündet. In analoger Weise ist es auch mög lich, dass in jeder Auflagefläche 7 des Loseteils 2 ein je weiliger Kanal 12 mündet. Dadurch können über die in der Ver bindungsstellung aneinanderliegenden Auflageflächen 6, 7 des Festteils 1 und des Festteils 2 bis zu drei verschiedene gas förmige Medien geführt werden. Es ist möglich, dass das Festteil 1 und das Loseteil 2 aus schließlich mit ihren jeweils drei Auflageflächen 6, 7 anei nander anliegen. In diesem Fall liegen das Festteil 1 und das Loseteil 2 in der Verbindungsstellung also nur mit ihren je weiligen Auflageflächen 6, 7 aneinander an. Mit anderen Tei len - beispielsweise den Hauptpositionierhilfen 4, 5 - liegen das Festteil 1 und das Loseteil 2 in der Verbindungsstellung nicht aneinander an. Diese Teile sind zumindest in der Füge richtung z gesehen voneinander beabstandet. Das Erreichen der Verbindungsstellung wird somit ausschließlich dadurch be stimmt, dass die Auflageflächen 7 des Loseteils 2 sich an die Auflageflächen 6 des Festteils 1 anlegen. Diese Lösung kann insbesondere dann realisiert werden, wenn über die Medien kupplung maximal drei verschiedene gasförmige Medien geführt werden müssen und keine elektrischen Signale geführt werden müssen .

Alternativ ist es möglich, dass über die Medienkupplung mehr als drei verschiedene gasförmige Medien geführt werden müssen oder sollen. In diesem Fall können beispielsweise zusätzlich Elemente 8, 9 (siehe FIG 7) zum Führen eines gasförmigen Me diums vorhanden sein. Die Elemente 8, 9 sind als Flächen aus gebildet, die in der Verbindungsstellung aneinander anliegen. Um das entsprechende gasförmige Medium führen zu können, müs sen in der Verbindungsstellung auch die Elemente 8, 9 anei nander anliegen. Um dies zu gewährleisten und weiterhin auch zu gewährleisten, dass das Erreichen der Verbindungsstellung nach wie vor dadurch bestimmt ist, dass die Auflageflächen 7 des Loseteils 2 sich an die Auflageflächen 6 des Festteils 1 anlegen, sind die Elemente 8, 9 am Festteil 1 und/oder am Lo seteil 2 zumindest in der Fügerichtung z nachgiebig angeord net. In FIG 7 ist dies schematisch für das Element 9 am Lose teil 2 dargestellt. Es wäre jedoch alternativ oder zusätzlich ebenso möglich, das Element 8 des Festteils 1 in der Füge richtung z nachgiebig anzuordnen .

Unabhängig von der Anzahl an gasförmigen Medien, die über die Medienkupplung geführt werden, ist es möglich, dass zusätz- lieh zu den gasförmigen Medien elektrische Signale geführt werden müssen oder sollen. In diesem Fall können beispiels weise Elemente 10, 11 (siehe FIG 7) zum Führen eines elektri schen Signals vorhanden sein. Von den Elementen 10, 11 ist in der Regel eines als Fläche ausgebildet, beispielsweise das Element 10 am Festteil 1. Das andere Element 11, 10 kann ebenfalls als Fläche ausgebildet sein. Es kann aber auch an ders ausgebildet sein, beispielsweise als Druckfeder, als fe dernd gelagerter Kontaktstift und ähnliches mehr. Um das elektrische Signal übertragen zu können, müssen in der Ver bindungsstellung auch die Elemente 10, 11 aneinander anlie- gen . Um dies zu gewährleisten und weiterhin auch zu gewähr leisten, dass das Erreichen der Verbindungsstellung nach wie vor dadurch bestimmt ist, dass die Auflageflächen 7 des Lose teils 2 sich an die Auflageflächen 6 des Festteils 1 anlegen, sind die Elemente 10, 11 am Festteil 1 und/oder am Loseteil 2 zumindest in der Fügerichtung z nachgiebig angeordnet. In FIG 7 ist dies schematisch für das Element 11 am Loseteil 2 dar gestellt. Es wäre jedoch alternativ oder zusätzlich ebenso möglich, das Element 10 des Festteils 1 in der Fügerichtung z nachgiebig anzuordnen.

Wenn die Elemente 8, 9, 10, 11 vorhanden sind, liegen das Festteil 1 und das Loseteil 2 in der Verbindungsstellung also zwar sowohl mit ihren jeweiligen Auflageflächen 6, 7 als auch mit den entsprechenden weiteren Elementen 8, 9, 10, 11 anei nander an. Mit anderen Teilen - beispielsweise den Hauptposi tionierhilfen 4, 5 - liegen das Festteil 1 und das Loseteil 2 in der Verbindungsstellung aber auch in diesem Fall nicht an einander an. Diese Teile sind zumindest in der Fügerichtung z gesehen weiterhin voneinander beabstandet . Aufgrund der nach giebigen Anordnung der weiteren Elementen 8, 9, 10, 11 wird weiterhin auch in diesem Fall das Erreichen der Verbindungs stellung nicht durch die weiteren Elemente 8, 9, 10, 11 be stimmt, sondern nur ausschließlich durch die Auflageflächen 6, 7. Die gasförmigen Medien, die über die Medienkupplung geführt werden sollen, sind in der Regel kostengünstige und ungefähr liche Gase, insbesondere Druckluft, Stickstoff und eventuell Edelgase, insbesondere Argon. Weiterhin stehen die Gase in der Regel nur unter einem mäßigen Druck von maximal 15 bar. Eine hinreichende Abdichtung der Auflageflächen 6, 7 in der Verbindungsstellung kann daher auch ohne Dichtungselemente zwischen den Auflageflächen 6, 7 erreicht werden. Es kann je doch von Vorteil sein, wenn die jeweils drei Auflageflächen 6, 7 poliert und/oder gehärtet sind. Wenn dies der Fall ist, können die jeweils drei Auflageflächen 6, 7 unmittelbar anei nander anliegen. Analoge Ausführungen gelten gegebenenfalls für Flächen, mit denen die Elemente 8, 9 in der Verbindungs stellung aneinander anliegen. Elektrische Signale - bei spielsweise Versorgungsspannungen, analoge oder digitale Sig nale oder beispielsweise frequenzkodierte Signale, weisen in der Regel eine relativ niedrige Spannung von maximal 60 V auf, vorzugsweise von maximal 40 V.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird nicht näher erläu tert, wie die Medien (Gase und gegebenenfalls auch elektri sche Signale) der Medienkupplung zugeführt und von ihr abge führt werden. Dies ist auf völlig konventionelle Weise mög lich. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist lediglich die Übertragung vom Loseteil 2 zum Festteil 1 und gegebenenfalls umgekehrt von Bedeutung.

Die Hauptpositionierhilfen 4, 5 sind - gemäß Ausführungsbei spiel aufgrund ihrer Ausgestaltung als Kegelschaft und Kegel hülse - bezüglich einer in Fügerichtung z verlaufenden Fü geachse 13 rotationssymmetrisch ausgebildet. Die Hauptpositi onierhilfen 4, 5 allein können daher zwar die Zentrierung des Loseteils 2 relativ zum Festteil 1 gewährleisten. Um die Fü geachse 13 herum gesehen besteht jedoch, soweit es die Haupt positionierhilfen 4, 5 betrifft, noch eine freie Verdrehbar- keit des Loseteils 2 relativ zum Festteil 1. Um auch die Ori entierung des Loseteils 2 um die Fügeachse 13 herum zu ge währleisten, weisen das Festteil 1 und das Loseteil 2 daher an ihren einander zugewandten Seiten miteinander zusammenwir kende Zusatzpositionierhilfen 14, 15 auf. Durch die Zusatzpo sitionierhilfen 14, 15 wird das Loseteil 2 beim Überführen von der Trennstellung in die Verbindungsstellung um die Fü geachse 13 herum gesehen in einer vorbestimmten Drehstellung orientiert .

Die eine Zusatzpositionierhilfe 14 ist vorzugsweise als Kugel ausgebildet. Dies ist besonders gut in den FIG 1 und 2 er kennbar. Die Zusatzpositionierhilfe 14 ist vorzugsweise am Festteil 1 angeordnet. Die andere Zusatzpositionierhilfe 15 ist als sich verjüngende Kontur ausgebildet, die an ihrem schmalen Ende eine Vertiefung 16 zur Aufnahme der Zusatzposi tionierhilfe 14 aufweist. Sowohl ein Durchmesser d der Kugel 14 als auch eine lichte Weite w der Vertiefung 16 bewegen sich in der Regel im zweistelligen Millimeterbereich. Die Vertiefung 16 weist jedoch vorzugsweise eine lichte Weite w auf, die nur geringfügig (oftmals nur bis zu 0,1 mm) größer als der Durchmesser d der Kugel 14 ist. Alternativ zur Ausge staltung als Kugel könnte die Zusatzpositionierhilfe 14 auch als Zylinder ausgebildet sein. In diesem Fall verläuft die Zylinderachse orthogonal zur Fügeachse 13, insbesondere radi al zur Fügeachse 13.

Die Ausbildung der Positionierhilfe 14 als Kugel und als Zy linder ist insbesondere deshalb von Vorteil, weil sich in der Praxis herausgestellt hat, dass durch diese Konturen ein Ver kanten der Hauptpositionierhilfen 4, 5 bestmöglich ausge schlossen wird. Das Überführen des Loseteils 2 von der Trenn stellung in die Verbindungsstellung ist dadurch besonders zu verlässig möglich.

Die Hauptpositionierhilfen 4, 5 und die Zusatzpositionierhil fen 14, 15 sind vorzugsweise derart aufeinander abgestimmt, dass beim Überführen des Loseteils 2 von der Trennstellung in die Verbindungsstellung zuerst durch das Zusammenwirken der Hauptpositionierhilfen 4, 5 das Loseteil 2 relativ zum Fest teil 1 teilweise oder vollständig quer zur Fügerichtung z translatorisch positioniert wird und erst danach durch das Zusammenwirken der Zusatzpositionierhilfen 14, 15 das Lose teil 2 in der vorbestimmten Drehstellung rotatorisch orien tiert wird. Dies kann insbesondere durch eine entsprechende Anordnung der Hauptpositionierhilfen 4, 5 und der Zusatzposi tionierhilfen 14, 15 ohne weiteres erreicht werden.

Um das Loseteil 2 in der Verbindungsstellung mit dem Festteil 1 verriegeln zu können, ist am Festteil 1 ein feststehendes Halteelement 17 angeordnet. Das feststehende Halteelement 17 kann beispielsweise als Zugkopf ausgebildet sein, der eine nutförmige Hinterschneidung 18 aufweist. Weiterhin ist am Lo seteil 2 ein bewegliches Halteelement 19 angeordnet. Das be wegliche Halteelement 19 kann beispielsweise als Spannhülse 20 mit Greiffingern 21 ausgebildet sein. Weiterhin ist am Lo seteil 2 ein Aktor 22 angeordnet, mittels dessen das bewegli che Halteelement 19 betätigt wird. Der Aktor 22 kann bei spielsweise entsprechend der Darstellung in den FIG 3 bis 5 als Druckzylinder ausgebildet sein, insbesondere als pneuma tisch betätigter Zylinder. Leitungen, über die der Aktor 22 elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch angesteuert wird, sind in den FIG 3 bis 5 nicht mit dargestellt. Sie können in völlig konventioneller Weise ausgestaltet sein.

Zum Überführen des Loseteils 2 von der Trennstellung in die Verbindungsstellung muss zunächst der Aktor 22 derart ange steuert werden, dass er das bewegliche Halteelement 19 in ei nem geöffneten Zustand hält. Dies ist bei der Ausgestaltung gemäß den FIG 3 bis 5 der Fall, wenn der Kolben 23 des Druck zylinders 22 innerhalb des Loseteils 2 so weit wie möglich auf das Festteil 1 zu verfahren ist. Sodann wird mittels des Industrieroboters das Loseteil 2 in eine Zwischenstellung zwischen der Trennstellung und der Verbindungsstellung über führt. In der Zwischenstellung ist durch die Hauptpositio nierhilfen 4, 5 bereits die Positionierung quer zur Fügerich tung z erfolgt und durch die Zusatzpositionierhilfen 14, 15 bereits eine definierte Drehstellung des Loseteils 2 relativ zum Festteil 1 gewährleistet. Die Kugel 14 (bzw. gegebenen- falls der Zylinder) befindet sich mit ihrer größten Erstre ckung in der xy-Ebene jedoch noch nicht oder zumindest noch nicht vollständig in der Vertiefung 16. Ausgehend von diesem Zustand wird der Aktor 22 derart angesteuert, dass er das be wegliche Halteelement 19 in einem geschlossenen Zustand über führt. Dies ist bei der Ausgestaltung gemäß den FIG 3 bis 5 der Fall, wenn der Kolben 23 des Druckzylinders 22 innerhalb des Loseteils 2 so weit wie möglich vom Festteil 1 weg ver fahren ist. Durch das Überführen des beweglichen Halteele ments 19 in den geschlossenen Zustand wird das Loseteil 2 von der Zwischenstellung in die Verbindungsstellung überführt. Weiterhin wird durch diese Bewegung die Zusatzpositionierhil fe 14 in die Vertiefung 16 eingeführt. In diesem Zustand - d.h. dann, wenn sich das Loseteil 2 bereits in der Verbin dungsstellung befindet und das bewegliche Halteelement 19 im geschlossenen Zustand befindet - wird das Loseteil 2 am Fest teil 1 verriegelt gehalten. Ein Lösen des Loseteils 2 ist nicht möglich, bis das bewegliche Halteelement 19 wieder in den geöffneten Zustand überführt wird.

Zum Überführen des Loseteils 2 von der Verbindungsstellung in die Trennstellung wird der Aktor 22 derart angesteuert, dass er das bewegliche Halteelement 19 in den geöffneten Zustand überführt. Sodann wird mittels des Industrieroboters das Lo seteil 2 von der Verbindungsstellung in die Trennstellung überführt .

Es sind Ausgestaltungen möglich, bei denen ein Überführen des beweglichen Halteelements 19 vom geöffneten in den geschlos senen Zustand und umgekehrt ausschließlich durch Ansteuern des Aktors 22 möglich ist. Es kann jedoch geschehen, dass die Energieversorgung des Aktors 22 ausfällt. Um in einem derar tigen Fall - wenn also der Aktor 22 kraftlos wird - dennoch das Loseteil 2 vom Festteil 1 lösen zu können, ist der Aktor 22 vorzugsweise derart ausgebildet, dass im kraftlosen Zu stand des Aktors 22 das bewegliche Halteelement 19 durch äu ßere Krafteinwirkung auf das Loseteil 2 vom geschlossenen in den geöffneten Zustand überführbar ist. Beispielsweise kann im Falle der Ausgestaltung gemäß den FIG 3 bis 5 durch Ziehen am Loseteil 2 das Loseteil 2 entgegen der Fügerichtung z vom Festteil 1 gelöst werden, wobei die Position des Aktors 22 relativ zum Festteil 1 zunächst erhalten bleibt und somit beispielsweise der Kolben 23 innerhalb des Loseteils 2 ver fahren wird. Dadurch wird das bewegliche Halteelement 19 in seine Öffnungsstellung überführt, so dass danach das Loseteil 2 vom Festteil 1 entfernt werden kann.

Um in einem derartigen Fall das Entfernen des Loseteils 2 vom Festteil 1 nicht zu behindern, ist es von erheblichem Vor teil, dass die Hauptpositionierhilfen 4, 5 und gegebenenfalls auch die Zusatzpositionierhilfen 14, 15 derart ausgebildet sind, dass sie nicht selbsthemmend wirken, d.h dass sie das Loseteil 2 nicht am Festteil 1 halten, wenn eine äußere Kraft auf das Loseteil 2 ausgeübt wird, die vom Festteil 1 weg ge richtet ist. Dies soll auch bei einem Verkanten oder derglei chen gelten. Dies ist durch die obenstehend erläuterten kon kreten Ausgestaltungen (Hauptpositionierhilfen 4, 5 als Ke gelschaft und Kegelhülse ausgebildet und Zusatzpositionier hilfen 14, 15 als Kugel oder Zylinder und sich verjüngende Kontur ausgebildet) gewährleistet. Es sind aber auch andere geeignete Ausgestaltungen möglich.

In vielen Fällen verläuft die Fügerichtung z exakt oder zu mindest im Wesentlichen waagrecht. In diesem Fall kann bei spielsweise innerhalb der zur z-Richtung orthogonalen xy- Ebene die x-Richtung mit der Vertikalen korrespondieren und die y-Richtung waagrecht verlaufen. Um bei einem im Wesentli chen waagrechten Verlauf der Fügerichtung z im kraftlosen Zu stand des Aktors 22 ein Abfallen des Loseteils 2 vom Festteil 1 zu verhindern, können (siehe beispielsweise FIG 1 und 2) beidseitig der Hauptpositionierhilfe 4 am Festteil 1 Rückhal teelemente 24 angeordnet sein. Die Rückhalteelemente 24 am Festteil 1 können beispielsweise als Haltedorne ausgebildet sein. Am Loseteil 2 sind in diesem Fall korrespondierende Rückhalteelemente 25 angeordnet, beispielsweise entsprechende Aufnahmeringe . Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbeson dere wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung gewähr leistet, dass die Bewegung des Loseteils 2 beim Überführen von der Trennstellung in die Verbindungsstellung nicht mehr exakt in der Fügerichtung z erfolgen muss. Kleinere, in der Praxis oftmals nicht vermeidbare Winkelabweichungen von bis zu 3°, mindestens aber bis zu 2°, sind ohne weiteres tole rierbar. Dennoch kann ein zuverlässiges Überführen in die Verbindungsstellung erfolgen. Ein analoger Sachverhalt ergibt sich für das Überführen des Loseteils 2 von der Verbindungs stellung in die Trennstellung. Ebenso ist auch die anfängli che Positionierung quer zur Fügerichtung z durch den Indust rieroboter unkritisch. Eine anfängliche Positioniergenauig keit auf ca. 10 mm genau ist völlig ausreichend. Auch hohe Temperaturunterschiede von bis zu 200 °C zwischen dem Fest teil 1 und dem Loseteil 2 beim Verbinden sind unkritisch.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge schränkt und andere Varianten können vom Fachmann hieraus ab geleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu ver lassen .

Bezugszeichenliste

1 Festteil

2 Loseteil

3 Endstück

4 Hauptpositionierhilfe/Kegelschaft

5 Hauptpositionierhilfe/Kegelhülse

6, 7 Auflägeflächen

8, 9 Elemente zum Führen eines gasförmigen Mediums 10, 11 Elemente zum Führen eines elektrischen Signals 12 Kanäle

13 Fügeachse

14, 15 Zusatzpositionierhilfen

16 Vertiefung

17 feststehendes Halteelement

18 nutförmige Hinterschneidung

19 bewegliches Halteelement

20 Spannhülse

21 Greiffinger

22 Aktor

23 Kolben

24, 25 Rückhalteelemente d Durchmesser

w lichte Weite

Vertikale

y Horizontale

z Fügerichtung a, ß Öffnungswinkel