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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Verbinden einer ersten Automatisierungskomponente mit einer zweiten Automatisierungskomponente.
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Um Automatisierungskomponenten, wie beispielsweise elektrische oder pneumatische Antriebe, Achsen, Greifer, Greiffinger oder - Backen mechanisch miteinander zu verbinden, werden diese üblicherweise miteinander verschraubt. Dies kann direkt oder über entsprechende Adapterplatten geschehen. In jedem Fall ist dabei jedoch nachteilhaft, dass für das Herstellen der Schraubverbindungen Werkzeuge benötigt werden. Oft ist es auch nötig, zwischen den Automatisierungskomponenten elektrische Energie, Steuersignale und/oder Druckluft zu übertragen. Die Übertragung dieser Medien erfolgt üblicherweise über Kabel, Steuerleitungen oder Bussysteme sowie Schläuche, deren Verbindung mit den Automatisierungskomponenten nach Herstellung der mechanischen Verschraubung der Automatisierungskomponente erfolgt. Dies bedeutet einen zusätzlichen Aufwand.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System und Verfahren zum Verbinden von Automatisierungskomponenten zu schaffen, welche ohne den Einsatz von Werkzeugen und ohne zusätzlichen Kraftaufwand auskommen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf das System durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 und im Hinblick auf das Verfahren durch den Gegenstand des Anspruchs 14 gelöst.
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Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verbindungssystems sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße System zum Verbinden einer ersten Automatisierungskomponente mit einer zweiten Automatisierungskomponente umfasst ein Aufnahmeelement, welches an der ersten Automatisierungskomponente angeordnet ist, und ein Stösselelement, welches an der zweiten Automatisierungskomponente angeordnet ist, zur mechanischen Befestigung am Aufnahmeelement der ersten Automatisierungskomponente. Das Aufnahmeelement weist eine Verriegelungseinheit auf. Das Stösselelement weist ein Verbindungselement zum Bilden einer formschlüssigen Verbindung mit der Verriegelungseinheit auf.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Systems besteht darin, dass die damit ausgerüsteten Automatisierungskomponenten einfach zusammengesteckt werden können. Oder mit anderen Worten, mit dem erfindungsgemäßen System können die damit ausgerüsteten Automatisierungskomponenten ohne den Einsatz von Werkzeugen miteinander verbunden werden. Zudem ist kein zusätzlicher Kraftaufwand notwendig.
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Automatisierungskomponenten sind Komponenten aus der Automatisierungstechnik. Automatisierungskomponenten werden eingesetzt, um technische Vorgänge in Maschinen, Anlagen oder technischen Systemen zu automatisieren. Insbesondere werden Automatisierungskomponenten in Fertigungsanlagen und/oder -straßen eingesetzt. Automatisierungskomponenten umfassen beispielsweise Steuerungs- und Regelungskomponenten, Messkomponenten und Sensorik, Antriebskomponenten, Transportkomponenten und Robotik sowie deren Komponenten. Automatisierungskomponenten können länglich mit rechteckigem Querschnitt sein.
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Formschlüssige Verbindungen entstehen durch das Ineinandergreifen von mindestens zwei Verbindungspartnern. Dadurch können sich die Verbindungspartner auch ohne oder bei unterbrochener KraftÜbertragung nicht lösen. Anders ausgedrückt ist bei einer formschlüssigen Verbindung der eine Verbindungspartner dem anderen im Weg. Erfindungsgemäß ist die Verriegelungseinheit dem Verbindungselement im Weg.
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Eine mechanische Befestigung des Stösselelements am Aufnahmeelement (oder umgekehrt) ist einer Befestigung der ersten Automatisierungskomponente an der zweiten Automatisierungskomponente (oder umgekehrt) gleichzusetzen, da das Stösselelement und das Aufnahmeelement jeweils an einer Automatisierungskomponente angeordnet sind.
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Bei der mechanischen Befestigung des Stösselelements am Aufnahmeelement (oder umgekehrt) kann es sich um eine lösbare mechanische Befestigung handeln.
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Die Verriegelungseinheit kann beweglich an dem Aufnahmeelement angeordnet sein. Die Verriegelungseinheit kann im Wesentlichen aus Aluminium bestehen.
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Das Aufnahmeelement und das Stösselelement können im Wesentlichen aus Aluminium bestehen.
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In einer besonderen Ausführungsform sind das Aufnahmeelement und das Stösselelement jeweils plattenförmig. Oder mit anderen Worten, das Aufnahmeelement kann eine Aufnahmeplatte sein und das Stösselelement kann eine Stösselplatte sein. Wenn das Stösselelement am Aufnahmeelement mechanisch befestigt ist, können sich die beiden Stirnflächen plan gegenüber liegen. Dies führt zu besonders vorteilhaften mechanischen Befestigungsbedingungen. Vorteilhafterweise kann auch das Verbindungselement an einer planen Stirnfläche des Stösselelements angeordnet sein.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das Verbindungselement ein Verbindungsbolzen sein. Solche Verbindungsbolzen lassen sich einfach herstellen. Es ist aber auch möglich, dass das Verbindungselement einen eckigen Querschnitt hat, beispielsweise einen rechteckigen, quadratischen oder sechseckigen Querschnitt.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das Aufnahmeelement eine erste Ausnehmung zur Aufnahme der Verriegelungseinheit und/oder des Verbindungselements aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass die Verriegelungseinheit eine weitere Ausnehmung zur Aufnahme des Verbindungselements aufweisen kann. Die weitere Ausnehmung im Verbindungselement kann beispielsweise ein Rundloch oder ein Langloch sein. Es ist aber auch möglich, dass die weitere Ausnehmung in der Verriegelungseinheit zwei nebeneinander angeordnete und miteinander verbundene Bohrungen unterschiedlichen Durchmessers aufweist, d. h. mit einem ersten Durchmesser und einem zweiten Durchmesser.
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Wenn das Verbindungselement ein Verbindungsbolzen ist, kann der größte Durchmesser des Verbindungsbolzens kleiner oder gleich dem ersten Durchmesser, und der kleinste Durchmesser des Verbindungsbolzen, zum Beispiel der in einer Nut, kleiner oder gleich dem zweiten Durchmesser sein.
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In einer besonderen Ausführungsform weist die Verriegelungseinheit einen Vorsprung auf. Damit lässt sich sehr einfach eine formschlüssige Verbindung mit dem Verbindungselement herstellen. Außerdem kann damit eine lösbare Verbindung zwischen der Verriegelungseinheit und dem Verbindungselement hergestellt werden. Der Vorsprung kann in der weiteren Ausnehmung der Verriegelungseinheit angeordnet sein, die für die Aufnahme des Verbindungselements vorgesehen ist.
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In einer besonderen Ausführungsform umfasst das Aufnahmeelement eine Führungsvorrichtung zur Führung der Verriegelungseinheit. Dadurch wird ermöglicht, dass sich die Verriegelungseinheit relativ zum Verbindungselement bewegen kann, auch wenn das Verbindungselement schon vollständig in die Verriegelungseinheit oder in das Aufnahmeelement eingeführt worden ist. Damit lässt sich besonders einfach eine formschlüssige Verbindung zwischen der Verriegelungseinheit und dem Verbindungselement herstellen. Die Führungsvorrichtung zur Führung der Verriegelungseinheit kann eine lineare Bewegung der Verriegelungseinheit zulassen. Insbesondere kann die Bewegung der Verriegelungseinheit senkrecht zu einer Längsachse des Verriegelungselementes sein. Die Führungsvorrichtung kann einen oder mehrere Führungsstifte aufweisen. Die Führungsvorrichtung kann in der ersten Ausnehmung des Aufnahmeelementes und insbesondere in der ersten Ausnehmung einer Aufnahmeplatte angeordnet sein.
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In einer besonderen Ausführungsform umfasst das Aufnahmeelement eine Feder, die in Wirkverbindung mit der Verriegelungseinheit steht. Damit kann die Verriegelungseinheit in einer Grundposition positioniert werden. Wenn die Verriegelungseinheit in ihrer Grundposition positioniert ist, kann das Verbindungselement in eine erste Ausnehmung des Aufnahmeelements oder in eine weitere Ausnehmung der Verriegelungseinheit eingeführt werden und auch wieder aus ihr entfernt werden, d. h. in ihrer Grundposition bildet die Verriegelungseinheit keine formschlüssige Verbindung mit dem Verbindungselement. Die Feder kann eine Spiralfeder sein.
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In einer besonderen Ausführungsform umfasst das Aufnahmeelement einen Magneten. Der Magnet kann in Wirkverbindung mit dem Verbindungselement stehen, wenn das Verbindungselement in das Aufnahmeelement oder die Verriegelungseinheit eingeführt worden ist. In diesem Fall kann der Magnet über das Verbindungselement eine Kraft auf die Verriegelungsvorrichtung ausüben, die der Kraft, die die erste Feder auf die Verriegelungseinheit ausüben kann, entgegengesetzt ist. Das Verbindungselement kann ferromagnetischen Stahl enthalten. Das Verbindungselement kann aber auch jedes andere ferromagnetische oder magnetische Material enthalten oder einen Elektromagneten. Der erste Magnet kann ein Dauermagnet sein. Der erste Magnet kann aber auch ein Elektromagnet sein. Der erste Magnet kann zusammen mit dem ferromagnetischen oder magnetischen Material, das im oder am Verbindungselement angeordnet ist, derart ausgelegt werden, dass die vom Magneten auf das Verriegelungselement ausgeübte Kraft größer ist als die von der ersten Feder ausgeübten Kraft auf das Verriegelungselement.
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In einer besonderen Ausführungsform umfasst das Aufnahmeelement eine Entriegelungsvorrichtung. Damit kann die mechanische Verbindung des Aufnahmeelements mit dem Stösselelement entriegelt, d. h. lösbar gemacht werden. Insbesondere kann mit der Entriegelungsvorrichtung die formschlüssige Verbindung zwischen der Verriegelungsvorrichtung und dem Verbindungselement gelöst werden. Zum Lösen der vorgenannten formschlüssigen Verbindung kann die Entriegelungsvorrichtung eine Kraft auf die Verriegelungsvorrichtung ausüben, die der Kraft, die durch die erste Feder ausgebildet geübt wird, gleichgerichtet ist, und/oder die der Kraft, die durch den ersten Magneten ausgeübt wird, entgegen gerichtet ist. Die Entriegelungsvorrichtung bietet den Vorteil, dass die mechanische Verbindung des Aufnahmeelements mit dem Stösselelement durch einfaches Drücken der Entriegelungsvorrichtung gelöst werden kann. Die Entriegelungsvorrichtung kann einen Entriegelungsstift aufweisen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das System eine Ausrichteinrichtung zum Ausrichten des Aufnahmeelements relativ zum Stösselelement. Dadurch wird der technische Vorteil erreicht, dass eine präzise Ausrichtung des Aufnahmeelements relativ zum Stösselelement realisiert wird. Dies ist insbesondere beim Verriegeln des Aufnahmeelements mit dem Stösselelement von Bedeutung. Die Ausrichteinrichtung ermöglicht nicht nur die Positionierung des Verbindungselements zur Verriegelungseinheit, sondern stellt zusätzlich sicher, dass das Aufnahmeelement nicht relativ zum Stösselelement verdreht angeordnet ist. Besondere Bedeutung kommt der Ausrichteinrichtung im demjenigen Fall zu in welchem lediglich eine Verriegelungseinheit und nur ein zugeordnetes Verbindungselement eingesetzt werden.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform, ist die Ausrichteinrichtung an dem Verbindungselement angeordnet. Beispielsweise kann das Verbindungselement einen quadratischen Hals aufweisen, welcher mit einer korrespondierenden quadratischen Ausnehmung in der Verriegelungseinheit zusammenwirkt. In der Konsequenz ist ein Verdrehen des Verbindungselements relativ zu der Verriegelungseinheit nicht möglich. Der Querschnitt des Halses muss hier keineswegs quadratisch sein. Ebenso ist jeder verdrehgesicherte Querschnitt für diesen Zweck geeignet.
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In einer besonderen Ausführungsform umfasst das Stösselelement mindestens einen Zentrierstift und das Aufnahmeelement mindestens eine Zentrierbohrung zur Aufnahme des Zentrierstifts. Damit kann eine optimale Positionierung des Aufnahmeelements relativ zum Stösselelement erreicht werden. Diese Ausführungsform erfüllt ebenfalls die Funktion einer Verdrehsicherung des Aufnahmeelements relativ zum Stösselelement.
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Der Zentrierstift kann zumindest teilweise konisch sein oder eine Fase aufweisen, um die optimale Positionierung des Aufnahmeelements relativ zum Stösselelement zu erleichtern. Das Stösselelement kann auch mehrere Zentrierstifte aufweisen. Der Zentrierstift oder die mehreren zentrierte Stifte können länger sein als das Verbindungselement.
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In einer besonderen Ausführungsform weist das Verbindungselement eine Fase und/oder eine Nut auf. Die Fase kann dazu dienen, dass die Verriegelungsvorrichtung aus ihrer Grundposition bewegt wird, wenn das Verbindungselement in das Aufnahmeelement oder die Verriegelungsvorrichtung eingeführt wird. Die Nut des Verbindungselements kann dazu dienen, zusammen mit einem Vorsprung der Verriegelungsvorrichtung eine formschlüssige Verbindung auszubilden. Es ist aber auch möglich, dass das Verbindungselement zusätzlich zur Nut oder anstelle der Nut zwei Abschnitte mit unterschiedlichen Querschnitten aufweist. Anstelle der Nut kann das Verbindungselement auch einen Vorsprung aufweisen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Verbinden einer ersten Automatisierungskomponente mit einer zweiten Automatisierungskomponente die Schritte Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Systems, und mechanisches Befestigen eines Aufnahmeelements, welches an der ersten Automatisierungskomponente angeordnet ist, mit einem Stösselelement, welches an der zweiten Automatisierungskomponente angeordnet ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet eine besonders einfache Verbindung einer ersten Automatisierungskomponente mit einer zweiten Automatisierungskomponente. Es sind hierfür weder Werkzeuge noch ein zusätzlicher Kraftaufwand notwendig.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems,
- 2 eine perspektivische Darstellung einer Verriegelungseinheit des erfindungsgemäßen Systems, und
- 3 eine perspektivische Darstellung einer Automatisierungskomponente in Form eines Greifers mit einem erfindungsgemäßen Stößelelement.
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Die 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems 1 zum Verbinden einer ersten Automatisierungskomponente mit einer zweiten Automatisierungskomponente (Automatisierungskomponenten nicht dargestellt).
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In der linken Hälfte der 1 ist das Aufnahmeelement 100 dargestellt, während in der rechten Hälfte das Stösselelement 200 dargestellt ist. Das Aufnahmeelement 100 in Form einer Aufnahmeplatte weist eine erste Ausnehmung 101 auf zur Aufnahme der Verriegelungseinheit 110, der Führungsvorrichtung 130 (nicht gezeigt), der Feder 140, des Magneten 150 und der Entriegelungsvorrichtung 160 (nicht gezeigt). Des Weiteren weist das Aufnahmeelement 100 eine Zentrierbohrung 102 auf. Die Verriegelungsvorrichtung 110 weist eine weitere Ausnehmung 111 mit einem Vorsprung 112 auf.
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Außerdem gibt es im vorliegenden Fall auf der rechten Seite des Aufnahmeelements 100 noch eine erste Ausnehmung 101 zur Aufnahme noch einer Verriegelungseinheit 110, noch einer Feder 140 und noch einem Magneten 150. In der vorliegenden Darstellung ist die Stirnfläche des Aufnahmeelements 100 nicht erkennbar.
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In der rechten Hälfte der 1 ist das Stösselelement 200 in Form einer Stösselplatte dargestellt. Das Stösselelement 200 weist einen Zentrierstift 202 auf, der zum Einführen in die Zentrierbohrung 102 des Aufnahmeelements 100 vorgesehen ist. Des Weiteren weist das Stösselelement 200 ein Verbindungselement 210 in Form eines Bolzens mit einer Fase 211 und einer Nut 212 auf. Das Verbindungselement 210 ist zum Eingriff in die weitere Ausnehmung 111 der Verriegelungseinheit 110 des Aufnahmeelements 100 vorgesehen. Der Vorsprung 112 der Verriegelungseinheit 110 des Aufnahmeelements 100 ist zum Eingriff in die Nut 212 des Stösselelements 200 vorgesehen, um so eine formschlüssige Verbindung der Verriegelungseinheit 110 mit dem Verbindungselement 210 herzustellen.
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Zum Verbinden des Aufnahmeelements 100 mit dem Stösselelement 200 werden die beiden Elemente 100, 200 aufeinander zu bewegt, bis sich die Stirnflächen 105, 205 (siehe auch 2) der beiden Elemente 100, 200 im Wesentlichen berühren.
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Die 2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Verriegelungseinheit 110 des erfindungsgemäßen Systems 1. Die Verriegelungseinheit 110 befindet sich in einer ersten Ausnehmung 101 (nicht gezeigt) des Aufnahmeelements 100 und dient der Aufnahme des Verbindungselements 210 einer Verriegelungseinheit 110 (nicht gezeigt). Die Verriegelungseinheit 110 umfasst eine Führungsvorrichtung 130 zur Führung der Verriegelungseinheit 110 zwischen zwei Endlagen. Die Führungsvorrichtung 130 umfasst zwei parallel angeordnete Führungsstifte, welche eine Grundplatte mit einer weiteren Ausnehmung 111 und einem Vorsprung 112 verschiebbar lagert. Die Verriegelungseinheit 110 steht sowohl mit einer Feder 140 als auch mit einem Magnet 150 in Wirkverbindung. Feder 140 und Magnet 150 sind auf entgegengesetzten Seiten der weiteren Ausnehmung 111 und des Vorsprungs 112 angeordnet. In der weiteren Ausnehmung 111 befindet sich ein Verbindungselement 210 in Form eines Verbindungsbolzens. Das Verbindungelement 210 wird zunächst in die weitere Ausnehmung 111 der Verriegelungseinheit 110 eingebracht. Dies lässt sich aufgrund der Fase 211, welche am Kopf des Verbindungselements 210 angeordnet ist, besonders einfach handhaben. Die zusätzliche Nut 212 (nicht gezeigt) am Verbindungselement 210 dient dem Eingriff durch den Vorsprung 112. Somit lässt sich eine besonders formschlüssige Verbindung herstellen. Die Feder 140, welche unterhalb der Verriegelungseinheit 110 angeordnet ist, steht in unmittelbarer Wirkverbindung mit der Verriegelungseinheit 110. Damit kann die Verriegelungseinheit 110 in einer Grundposition positioniert werden. Wenn die Verriegelungseinheit 110 in ihrer Grundposition positioniert ist, kann das Verbindungselement 210 in die weitere Ausnehmung 111 der Verriegelungseinheit 110 eingeführt werden und auch wieder aus ihr entfernt werden. Somit bildet die Verriegelungseinheit 110 in ihrer Grundposition keine formschlüssige Verbindung mit dem Verbindungselement 210. Sobald das Verbindungselement 210 in die weitere Ausnehmung 111 eingeführt ist, steht diese mit dem Magnet 150 in Wirkverbindung. Der Magnet 150 übt auf das Verbindungselement 210 eine Kraft aus die der Feder 140 entgegengesetzt und stärker als diese ausgebildet ist. Da der Magnet 150 mit der Verriegelungsvorrichtung 110 fest verbunden ist, wird die gesamte Verriegelungseinrichtung 110 gegen die Kraft der Feder 140 in eine verriegelte Position überführt. Hierbei greift der Vorsprung 112 in die Nut 212 (nicht gezeigt) des Verbindungselements 210 ein, wodurch eine formschlüssige Verbindung entsteht. Hierfür umfasst das Verbindungselement 210 ferromagnetische Eigenschaften, um mit dem Magnet 150 in Wechselwirkung treten zu können.
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Zum Lösen der formschlüssigen Verbindung befindet sich am federseitigen Ende der Verriegelungseinheit ein Entriegelungsvorrichtung 160. Die Entriegelungsvorrichtung 160 ist als Entriegelungsstift ausgebildet und ist innerhalb der spiralförmig ausgeführten Feder 140 angeordnet. Durch Betätigen der Entriegelungsvorrichtung 160 wird die mechanische Verbindung des Aufnahmeelements 100 (nicht gezeigt) mit dem Stösselelement 200 (nichtgezeigt) entriegelt. Die Entriegelungsvorrichtung 160 übt eine Kraft auf die Verriegelungsvorrichtung 110 aus, die der Kraft, die durch die Feder 140 ausgebildet wird, gleichgerichtet ist, und/oder die der Kraft, die durch den Magneten 150 ausgeübt wird, entgegen gerichtet ist. Die mechanische Verbindung des Aufnahmeelements 100 mit dem Stösselelement 200 wird durch einfaches Drücken der Entriegelungsvorrichtung 160 manuell gelöst, wodurch die betreffenden Automatisierungskomponenten voneinander gelöst werden können.
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Parallel zum Verbindungselement 210 befindet sich ein Zentrierstift 202.
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Die 3 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Automatisierungskomponente in Form eines Greifers mit einem erfindungsgemäßen Stösselelement. Die Automatisierungskomponente umfasst das erfindungsgemäße Stösselelement 200, welches zur mechanischen Befestigung am Aufnahmeelement 100 (nicht gezeigt) einer weiteren Automatisierungskomponente zum Bilden einer formschlüssigen Verbindung ausgebildet ist. Auf der Stirnfläche 205 des Stösselelements ist lediglich ein Verbindungselement 210 angeordnet. Das Verbindungselement 210 umfasst eine Nut 212 zum Herstellen einer formschlüssigen Verbindung, eine Fase 211 zum vereinfachten Einführen in eine korrespondierende Verriegelungseinheit 110 (nicht gezeigt) und eine Ausrichteinrichtung 290, welche eine präzise Ausrichtung des Aufnahmeelements 100 (nicht gezeigt) relativ zum Stösselelement 200 ermöglicht.
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Ein Verdrehen des Verbindungselements 210 relativ zu der Verriegelungseinheit 110 ist somit nicht möglich. Es bedarf keines zusätzlichen Zentrierstifts, da durch die Ausrichteinrichtung 290 ein ausreichende Ausrichtung erfolgen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- System
- 100
- Aufnahmeelement
- 101
- erste Ausnehmung
- 102
- Zentrierbohrung
- 105
- Stirnfläche des Aufnahmeelements
- 110
- Verriegelungseinheit
- 111
- weitere Ausnehmung
- 112
- Vorsprung
- 130
- Führungsvorrichtung
- 140
- Feder
- 150
- Magnet
- 160
- Entriegelungsvorrichtung
- 200
- Stösselelement
- 202
- Zentrierstift
- 205
- Stirnfläche des Stösselelements
- 210
- Verbindungselement
- 211
- Fase
- 212
- Nut
- 290
- Ausrichteinrichtung
