DE10302411B4 - Kupplung zur Verbindung eines Werkstückgreifers mit einer Handhabungseinrichtung - Google Patents

Abstract

Kupplung (10) zur Verbindung eines Werkstückgreifers (12) mit einer Handhabungseinrichtung, wobei die Kupplung (10) eine betätigbare Spanneinheit (14) zur zerstörungsfrei trennbaren, reibschlüssigen Fixierung eines rohrförmigen Anschlussteils (16) des Werkstückgreifers (12) sowie zusätzlich eine betätigbare, mit dem Anschlussteil (16) in Formschlussverbindung bringbare Anschlussteil-Blockiereinheit (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinheit (14) als Kegelspanneinheit ausgebildet ist, die einen Kegelsegmentring (48) aufweist, der eine Mehrzahl an voneinander beabstandet angeordneten Spannsegmenten (50) aufweist, die mit der Außenfläche (52) des rohrförmigen Anschlussteils (16) kraftschlüssig verbindbar sind, wobei die Spannsegmente (50) mit ihren in Kegelsteigungsrichtung außenliegenden Stirnseiten (56) an einer Anschlageinheit (58) anliegen.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Kupplung zur Verbindung eines Werkstückgreifers mit einer Handhabungseinrichtung, wobei die Kupplung eine betätigbare Spanneinheit zur zerstörungsfrei trennbaren, reibschlüssigen Fixierung eines rohrförmigen Anschlussteils des Werkstückgreifers sowie zusätzlich eine betätigbare, mit dem Anschlussteil in Formschlussverbindung bringbare Anschlussteil-Blockiereinheit aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Kupplungen der eingangs genannten Art sind bekannt. Die DE 198 09 371 A1 offenbart eine gattungsgemäße Kupplung, welche insbesondere für Roboter vorgesehen ist. Die Kupplung ist mit einer Spannzange versehen, die zur zerstörungsfrei trennbaren, reibschlüssigen Fixierung eines rohrförmigen Anschlussteils eines Werkstückgreifers, beispielsweise in Form eines Blechsauggreifers oder eines Blechklammergreifers, dient. Die Spannzange ist als Büchse aus gehärtetem Stahl ausgebildet, welche eine Mehrzahl an über den Umfang verteilten und sich über den größten Teil der Spannzangenlänge erstreckenden Schlitzen aufweist. Die längsgeschlitzte Büchse ist somit mit elastisch biegbaren Spannelementen versehen, wobei die Büchse zur Herstellung einer das Anschlussteil fixierenden Kegelverbindung mit dem Kupplungsgehäuse relativ zu selbigem in axialer Richtung verschiebbar ist. Bei dieser Spannbewegung wird auch das Anschlussteil des Werkstückgreifers in axialer Richtung bewegt und in einem Teilbereich der geschlitzten Büchse mittels der elastisch gebogenen Spannelemente gespannt sowie gleichzeitig an seinem freien Ende mittels geeigneter Konusflächen der Kupplung zentriert.
• Die DE 43 21 691 A1 offenbart eine automatische Wechselkupplung für ein Werkzeug und einen Manipulator. An einer Kupplungshälfte ist eine Arretiervorrichtung vorgesehen, welche einen steuerbaren Antrieb für ein oder mehrere als Kugeln ausgebildete Sperrorgane enthält zur zeitweisen Sperrung einer gegenseitigen Drehung von Funktionselementen.
• Die EP 0 288 148 A1 offenbart eine Schnelllösekupplung zum Verbinden eines Werkzeugs mit einer Maschine. Die Schnelllösekupplung ist derart aufgebaut, dass mittels eines axial bewegbaren Kolbens Sperrglieder in einer Koppelstellung blockierbar sind.
• Die DE 32 14 025 A1 offenbart eine zweiteilige Einrichtung, bestehend aus einer an einer Maschine oder einem Apparat angebauten Kegelhülse und einem in die Kegelhülse aufzunehmenden Kegelschaft eines Arbeitsgerätes, wobei die Einrichtung in die Kegelhülse eingebaute Verriegelungsbolzen aufweist, die automatisch ein- und ausfahrbar sind, um einen am Kegelschaft vorhandenen Kegelkörper zu lösen oder zu verriegeln.
• Die CH-PS 333 634 betrifft ein Verfahren zur reibungsschlüssigen lösbaren Festlegung eines an einer Führung verstellbaren Maschinenteils an dieser Führung und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die reibschlüssige Verbindung wird durch einen Balg aus elastischem Werkstoff gewährleistet, in welchen zur Erzielung eines geeigneten Drucks hydraulisches oder pneumatisches Druckmittel zugeführt wird.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kupplung der eingangs genanten Art zu schaffen, die eine handhabungsfreundliche und betriebssichere Verbindung eines Werkstückgreifers mit einer Handhabungseinrichtung ermöglicht.
• Zur Lösung der Aufgabe ist eine Kupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen. Die erfindungsgemäße Kupplung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinheit als Kegelspanneinheit ausgebildet ist, die einen Kegelsegmentring aufweist, der eine Mehrzahl an voneinander beabstandet angeordneten Spannsegmenten aufweist, die mit der Außenfläche des rohrförmigen Anschlussteils kraftschlüssig verbindbar sind, wobei die Spannsegmente mit ihren in Kegelsteigungsrichtung außenliegenden Stirnseiten an einer Anschlageinheit anliegen.
• Die zusätzliche formschlüssige Verbindung zwischen der Kupplung und dem Anschlussteil des Werkstückgreifers gewährleistet eine lagegenaue Positionierung des Anschlussteils in der Kupplung. Eine nicht erwünschte Bewegung des Werkstückgreifers relativ zur Kupplung während der reibschlüssigen Fixierung des Anschlussteils wird mittels der Formschlussverbindung zuverlässig verhindert. Darüber hinaus dient die Formschlussverbindung als zusätzliches Sicherungssystem bei gegebenenfalls nicht effektiver Reibschlussverbindung zwischen dem Anschlussteil und der Kupplung. Dabei ist es möglich, die von einander unterschiedlichen Verbindungssysteme automatisiert zur betätigen, sodass eine handhabungsfreundliche und schnelle Aktivierung bzw. Deaktivierung der Kupplung möglich ist.
• Die Spanneinheit ist vorteilhaft als Kegelspanneinheit ausgebildet. Eine Kegelspanneinheit ermöglicht eine konstruktiv besonders kompakte Ausgestaltung der Kupplung und gleichzeitig eine betriebssichere Betätigung derselben. Die Kegelspanneinheit weist vorzugsweise einen Kegelsegmentring auf. Dabei kann der Kegelsegmentring eine Mehrzahl an voneinander beabstandet angeordneten Spannsegmenten aufweisen, die mit der Außenfläche des rohrförmigen Anschlussteils kraftschlüssig verbindbar sind. Ein derartig ausgebildeter Kegelsegmentring erlaubt eine Übertragung von Spannkräften auf das rohrförmige Anschlussteil über dessen nahezu kompletten Umfang.
• Die Spannsegmente liegen mit ihren in Kegelsteigungsrichtung außenliegenden Stirnseiten an einer Anschlageinheit an. Die Anschlageinheit dient somit dazu, eine richtungsdefinierte Bewegung der Spannsegmente bei Betätigung der Spanneinheit zur gewährleisten. Dabei erstreckt sich die Anschlageinheit vorzugsweise in rein radialer Richtung. Gegebenenfalls kann die Anschlageinheit auch unter einem Winkel in Bezug auf die rein radiale Richtung angeordnet sein, sodass auch die Spannsegmente bei Betätigung der Spanneinheit nicht in rein radialer Richtung, sondern unter einem entsprechenden Winkel bewegt werden, da sie bei einer Spannbewegung an der Anschlageinheit stirnseitig anliegen und somit von selbiger geführt werden.
• Mit Vorteil weist die Anschlussteil-Blockiereinheit eine Mehrzahl an relativ zu einer Längsachse des rohrförmigen Anschlussteils in radialer Richtung bewegbaren Blockierelementen auf. Mittels derartig bewegbarer Blockierelemente der Kupplung ist eine präzise Positionierung des Anschlussteils des Werkstückgreifers in eine lagedefinierte Spannstellung möglich. Dabei können die Blockierelemente beispielsweise voneinander beabstandete, über den Umfang des rohrförmigen Anschlussteils gleichmäßig verteilt angeordnete Blockierkugeln sein, die in zugehörigen Ausnehmungen des rohrförmigen Anschlussteils unter Einnahme einer jeweiligen Blockierstellung formschlüssig aufnehmbar sind. Die in radialer Richtung bewegbaren Blockierkugeln haben aufgrund ihrer gekrümmten Kontaktflächen einen autozentrierenden Einfluss in Bezug auf das in Kupplungsstellung zu positionierende Anschlussteil.
• Die Blockierelemente sind vorzugsweise mittels eines in axialer Richtung bewegbaren Verriegelungselements in Bezug auf das rohrförmige Anschlussteil aus einer Freigabestellung in eine Blockierstellung bringbar. Mittels des bewegbaren Verriegelungselements wird somit gewährleistet, dass alle Blockierelemente gleichzeitig in eine Formschlussverbindung mit dem rohrförmigen Anschlussteil gebracht werden, sodass eine sichere Blockierung des Werkstückgreifers mittels der Kupplung gewährleistet ist.
• Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform weist das rohrförmige Anschlussteil an seinem freien Ende eine Vorzentrierungsausnehmung auf zur Aufnahme eines in Bezug auf die Blockierelemente definiert angeordneten Vorzentrierungselements der Kupplung. Mittels eines derartigen Vorzentrierungssystems wird gewährleistet, dass das rohrförmige Anschlussteil des Werkstückgreifers handhabungsfreundlich und sicher in eine definierte Spannstellung in der Kupplung positioniert wird, sodass beispielsweise die Blockierkugeln mittels des Verriegelungselements störungsfrei in die zugehörigen Ausnehmungen des rohrförmigen Anschlussteils bewegt werden können unter Ausbildung der erwünschten Formschlussverbindung.
• In Weiterbildung der Erfindung ist das Vorzentrierungselement ein radialer Vorsprung mit autozentrierender Kontaktfläche. Dabei kann die autozentrierende Kontaktfläche beispielsweise halbkreisförmig ausgebildet sein und bei Einnahme der definierten Spannstellung des Anschlussteils mit einer entsprechend ausgebildeten Kontaktfläche der Vorzentrierungsausnehmung in Anlagekontakt kommen. Gegebenenfalls kann auch eine Mehrzahl an Vorzentrierungselementen und eine entsprechende Anzahl an Vorzentrierungsausnehmungen vorgesehen sein. Mittels des Autozentrierungseffekts wird die Einnahme einer korrekt ausgerichteten Spannstellung des rohrförmigen Anschlussteils in der Kupplung erleichtert.
• Mit Vorteil weist das Verriegelungselement eine Mehrzahl an sich in axialer Richtung erstreckenden Verriegelungsbolzen auf, wobei jedem Blockierelement ein Verriegelungsbolzen zugeordnet ist. Ein derartig ausgebildetes Verriegelungselement ist fertigungstechnisch verhältnismäßig einfach realisierbar und ermöglicht eine kompakte Ausgestaltung der Kupplung bei gleichzeitig handhabungsfreundlicher Kupplungsbetätigung.
• Die Verriegelungsbolzen sind vorzugsweise mittels einer Kolben-Zylinder-Einheit in axialer Richtung verschiebbar. Dabei wird zur Verschiebung der Verrieglungsbolzen das Verriegelungselement in axialer Richtung bewegt, wobei die Bewegung des Verriegelungselements durch eine gesteuerte Kolbenverschiebung der Kolben-Zylinder-Einheit hervorgerufen wird.
• Die Kolben-Zylinder-Einheit enthält vorzugsweise eine die Kolbenverriegelungsstellung begünstigende Sicherungsfeder. Die Sicherungsfeder kann als Druckfeder ausgebildet sein, welche sich am Zylinder abstützt und den Kolben aufgrund ihrer wirkenden Federkraft in eine Verriegelungsausgangsstellung bewegt beziehungsweise dort positioniert hält. Die Sicherungsfeder dient insbesondere dazu, bei Ausfall des Betätigungssystems der Kolben-Zylinder-Einheit eine Aufrechterhaltung der Formschlussverbindung zwischen dem Anschlussteil und der Kupplung zu gewährleisten. Somit kann die Kupplung erst dann in eine Freigabestellung gebracht werden, wenn eine Kolbenverschiebung in axialer Richtung unter Überwindung einer federelastisch wirkenden Rückstellkraft der Sicherungsfeder erfolgt, wobei die Kolbenverschiebung lediglich mittels geeigneter Aktivierung des Betätigungssystems der Kolben-Zylinder-Einheit ausgelöst werden kann.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit mittels eines schaltbaren Pneumatik-Verstellsystems in axialer Richtung bewegbar. Ein Pneumatik-Verstellsystem eignet sich besonders zum schnellen und sicheren Schalten der Kupplung, wobei übliche Handhabungseinrichtungen in der Regel bereits mit einer Pneumatikeinrichtung versehen sind. Ferner sind die Werkstückgreifer zum Beispiel zum Greifen von Blechteilen mit pneumatischen Sauggreifern und/oder Klammergreifern versehen, sodass auch für die Greiferbetätigung bereits pneumatische Betriebssysteme vorgesehen sind. Die erfindungsgemäße Kupplung erfordert somit nicht den Einsatz eines speziellen zusätzlichen Betriebsmit tels, das noch nicht bei traditionellen Handhabungseinrichtungen und Werkstückgreifern bereits vorgesehen ist.
• Die Kupplung ist vorzugsweise mit einem in Bezug auf die Position des Verriegelungselements wirksamen Ermittlungssystem ausgestattet. Das Ermittlungssystem dient dazu, die jeweilige Betriebsposition des Verriegelungselementes festzustellen. Dies ist von Bedeutung, um ein betriebssicheres Erzeugen beziehungsweise Trennen der reibschlüssigen Verbindung zwischen dem rohrförmigen Anschlussteil und der Spanneinheit zu gewährleisten. Zum korrekten Kuppeln beziehungsweise Entkuppeln des Anschlussteils des Werkstückgreifers wird die reibschlüssig wirkende Spanneinheit lediglich bei Vorliegen einer Formschlussverbindung zwischen dem Anschlussteil und den Blockierelementen betätigt. Das Ermittlungssystem kann beispielsweise als eine elektrische Stellungsabfrageeinheit ausgebildet sein.
• Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform sind die Spannsegmente in radialer Richtung aus einer Freigabeposition in eine Spannposition bewegbar unter Ausbildung einer in axialer Richtung im Wesentlichen gleichförmigen Flächenspannwirkung auf die Außenfläche des rohrförmigen Anschlussteils. Die Spannsegmente sind somit vollständig, das heißt in ihrer gesamten Axialerstreckung, in radialer Richtung bewegbar, sodass eine möglichst große Spannsegmentfläche in Presskontakt mit dem entsprechenden Kontaktbereich der Außenfläche des rohrförmigen Anschlussteils treten kann zur Ausbildung einer effektiven Spannwirkung mit möglichst großem axialen Wirkungsbereich.
• Mit Vorteil sind die Spannsegmente jeweils mittels einer elastischen Zwischenschicht insbesondere aus Kunststoffmaterial miteinander verbunden. Dies ermöglicht eine stets an die Außenfläche des rohrförmigen Anschlussteils angepasste und somit gegebenenfalls voneinander unterschiedliche Bewegung der Spannsegmente in radialer Richtung zur Gewährleistung ei ner korrekten reibschlüssigen Fixierung des rohrförmigen Anschlussteils des Werkstückgreifers in der Spanneinheit.
• Mit Vorteil weist die Anschlageinheit eine Mehrzahl an jeweils den Spannsegmenten zugeordneten, frei drehbar gelagerten und mit den entsprechenden Stirnseiten der Spannsegmente in Rollkontakt stehenden Führungskugeln auf. Hierdurch wird gewährleistet, dass bei einer Relativbewegung zwischen den Spannsegmenten und der Anschlageinheit eine möglichst geringe Reibungskraft zwischen deren Kontaktflächen auftritt, die zusätzlich beim Herstellen oder Lösen einer Kegelverbindung überwunden werden muss.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Spanneinheit einen Kegelspannring auf, der zur zerstörungsfrei lösbaren Herstellung einer Kegelverbindung mit den Spannsegmenten in axialer Richtung bewegbar ist. Somit können die einzelnen Spannsegmente mittels einer axialen Bewegung des Kegelspannrings aus einer Freigabeposition in eine Spannposition und mittels einer entgegengesetzten axialen Bewegung wieder zurück in die Freigabeposition bewegt werden. Eine derartige Bewegung in axialer Richtung des Kegelspannrings ist beispielsweise mittels eines schaltbaren Pneumatikverstellsystems zuverlässig und schnell realisierbar.
• In Weiterbildung der Erfindung ist ein Betriebsmittel-Anschlusssystem in der Kupplung vorgesehen zur Verbindung eines Betriebsmittel-Leitungssystems des Werkstückgreifers mit einem Betriebsmittel-Versorgungssystem. Bei dem Betriebsmittel handelt es sich insbesondere um Druckluft, welche in an sich bekannter Weise zur Betätigung des Werkstückgreifers genutzt werden kann. Dabei kann gegebenenfalls das gleiche Betriebsmittel auch zur Betätigung der Kupplung herangezogen werden.
• Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung.
• Die Erfindung wird anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine schematische Zeichnung näher erläutert.
• Dabei zeigen:
• 1 eine schematische Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Kupplung im geöffneten Betriebszustand;
• 2 die Kupplung der 1 im geschlossenen Betriebszustand mit gespanntem Anschlussteil eines Werkstückgreifers;
• 3 eine schematische Perspektivansicht auf ein Detail einer Anschlussteil-Blockiereinheit der Kupplung der 1 in vergrößertem Maßstab während einer Vorzentrierungsphase;
• 4 das Detail der 3 nach Abschluss der Vorzentrierungsphase;
• 5 eine schematische Schnittdarstellung eines Details einer Spanneinheit der Kupplung der 1 in vergrößertem Maßstab;
• 6 eine schematische Perspektivdarstellung eines Kegelsegmentrings der Kupplung der 1 in vergrößertem Maßstab und
• 7 eine schematische Außenansicht der Kupplung der 2 in Perspektivdarstellung.
• Die 1 zeigt in schematischer Schnittdarstellung eine allgemein mit 10 bezeichnete Kupplung, die zur Verbindung eines Werkstückgreifers 12 mit einer Handhabungseinrichtung, beispielsweise in Form eines Roboters (nicht in den Figuren dargestellt), dient. Der Werkstückgreifer 12 kann zum Bei spiel zum Befördern von Blechteilen vorgesehen und hierzu mit Sauggreifern und/oder Klammergreifern versehen sein. Die Kupplung 10 enthält eine Spanneinheit 14 sowie eine Blockiereinheit 18. Die Spanneinheit 14 dient zur zerstörungsfrei trennbaren, reibschlüssigen Fixierung eines rohrförmigen Anschlussteils 16 des Werkstückgreifers 12, während die Blockiereinheit 18 zur zusätzlichen Herstellung einer Formschlussverbindung der Kupplung 10 mit demselben Anschlussteil 16 herangezogen wird.
• Die Blockiereinheit 18 weist hierzu eine Mehrzahl an relativ zu einer Längsachse 20 des rohrförmigen Anschlussteils 16 in radialer Richtung 22 bewegbaren Blockierelementen 24 auf. Die Blockierelemente sind als Blockierkugeln ausgebildet und voneinander beabstandet über den Umfang des rohrförmigen Anschlussteils 16 gleichmäßig verteilt angeordnet. Zur Herstellung einer Formschlussverbindung ist das rohrförmige Anschlussteil 16 mit einer entsprechenden Anzahl an Ausnehmungen 26 versehen, wobei in jeder Ausnehmung 26 jeweils eine Blockierkugel 24 formschlüssig aufnehmbar ist unter Einnahme einer Blockierstellung (siehe auch 2). Zur Bewegung der Blockierkugeln 24 in radialer Richtung 22 aus einer Freigabestellung gemäß 1 in eine Blockierstellung gemäß 2 ist ein in axialer Richtung 28 bewegbares Verriegelungselement 30 vorgesehen, das bezüglich des rohrförmigen Anschlussteils 16 aus einer Freigabestellung (siehe 1) in eine Verriegelungsstellung (siehe 2) verschoben werden kann. Das Verriegelungselement 30 enthält eine Mehrzahl an sich in axialer Richtung 28 erstreckenden Verriegelungsbolzen 40, wobei für jede Blockierkugel 24 ein Verriegelungsbolzen 40 vorgesehen ist. Die Verriegelungsbolzen 40 sind mit einem Kolben 74 einer Kolben-Zylinder-Einheit 42 verbunden, wobei der Kolben 74 mittels eines schaltbaren Pneumatikverstellsystems 70 innerhalb einer Zylinderkammer 78 in axialer Richtung 28 ver schiebbar ist. Zur Begrenzung der Axialbewegung des Kolbens 74 weist die Kolben-Zylinder-Einheit 42 einen ortsfesten Zylinderdeckel 72 auf.
• In 1 ist das Verrieglungselement 30 in Freigabestellung dargestellt, sodass die Verriegelungsbolzen 40 nicht mit den Blockierkugeln 24 in Wirkkontakt stehen und der Kolben 74 dementsprechend bei vorliegendem Anlagekontakt mit dem Zylinderdeckel 72 in einer ersten Extremstellung angeordnet ist. In 2 ist das Verriegelungselement 30 in Verriegelungsstellung dargestellt, sodass die Verriegelungsbolzen 40 mit den Blockierkugeln 24 in Wirkkontakt stehen und selbige somit in ihrer Blockierstellung hält unter Ausbildung der Formschlussverbindung der Blockiereinheit 18 mit dem Anschlussteil 16. Gleichzeitig befindet sich der Kolben 74 in einer zweiten, vom Zylinderdeckel 72 beabstandeten Extremstellung innerhalb der Zylinderkammer 78. Die jeweils vorliegende Betriebsendstellung des Verriegelungselements 30 (Freigabestellung oder Verriegelungsstellung) kann automatisiert mittels eines geeigneten Ermittlungssystems 46 beispielsweise in Form einer Lichtschranke detektiert werden. Ferner ist die Kolben-Zylinder-Einheit 42 mit einer Sicherungsfeder 44 versehen, die als Druckfeder ausgebildet ist und den Kolben 74 mit dem Zylinder 72 derart wirkverbindet, dass aufgrund der permanent vorliegenden Federdruckkraft der Kolben 74 die in 2 dargestellte und vom Zylinderdeckel 72 beabstandete Extremstellung als Grundstellung einnimmt. Dies hat zur Folge, dass das mit dem Kolben 74 verbundene Verriegelungselement 30 als Grundstellung die in 2 dargestellte Verriegelungsstellung einnimmt. Somit wird bei gegebenenfalls nicht aktivem Pneumatikverstellsystem 70 die Blockiereinheit 18 mittels der Sicherungsfeder 44 selbsttätig mit dem rohrförmigen Anschlussteil 16 in Formschlussverbindung gehalten.
• Im Gegensatz zur Blockiereinheit 18, die zur Herstellung einer Formschlussverbindung dient, ist die Spanneinheit 14 zur zerstörungsfrei trennbaren, reibschlüssigen Fixierung desselben Anschlussteils 16 des Werkstückgreifers 12 vorgesehen. Die Spanneinheit 14 ist als Kegelspanneinheit ausgebildet und weist einen Kegelsegmentring 48 auf. Der Kegelsegmentring 48 enthält eine Mehrzahl an voneinander beabstandet angeordneten Spannsegmenten 50, die mit der Außenfläche 52 des rohrförmigen Anschlussteils 16 kraftschlüssig in Wirkverbindung bringbar sind. In 1 sind die Spannsegmente 50 in ihrer jeweiligen Freigabeposition dargestellt, während 2 dieselben Spannsegmente 50 in ihrer Spannposition zeigt. Zur Bewegung der Spannsegmente 50 in radialer Richtung 20 ist ein Kegelspannring 62 vorgesehen, der zur Herstellung einer zerstörungsfrei lösbaren Kegelverbindung mit den Spannsegmenten 50 in axialer Richtung 28 bewegbar ist. Der Kegelspannring 62 ist in einem Gehäuse 11 der Kupplung 10 unter Ausbildung der beiden Kammern 80, 82 aufgenommen, welche mit einem schaltbaren Pneumatikverstellsystem 64 (siehe auch 7) verbunden sind. Die Kammern 80, 82 dienen dazu, bei entsprechender Druckluftbeaufschlagung mittels des Pneumatikverstellsystems 64 den Kegelspannring 62 in axialer Richtung 28 zu bewegen. Somit wird bei einer Bewegung des Kegelspannrings 62 bei einer Druckluftbeaufschlagung der Kammer 80 mittels des Pneumatikverstellsystems 24 in axialer Richtung 28 (gemäß der 2 nach rechts) relativ zu den Spannsegmenten 50 bewegt, sodass an den Kontaktflächen zwischen dem Kegelspannring 62 und den Spannsegmenten 50 eine reibschlüssige Kegelverbindung hergestellt wird. Gleichzeitig mit Herstellung der Kegelverbindung werden die Spannsegmente 50 aus ihrer Freigabeposition in radialer Richtung 22 in die in 2 dargestellte Spannposition bewegt, sodass das rohrförmige Anschlussteil 16 des Werkstückgreifers 12 im Bereich der Spannsegmente 50 von selbigen reibschlüssig in der Kupplung 10 fixiert wird.
• Im dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Spannbewegung der Spannsegmente 50 in rein radialer Richtung 22. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Spannsegmente 50 mit ihren in Kegelsteigungsrichtung außenliegenden Stirnseiten 56 (siehe auch 5) an einer Anschlageinheit 58 anliegen. Die Anschlageinheit 58 enthält eine Mehrzahl an jeweils den Spannsegmenten 50 zugeordneten, frei drehbar gelagerten und mit den entsprechenden Stirnseiten 56 der Spannsegmente 50 in Rollkontakt stehenden Führungskugeln 60. Die Spannsegmente 50 sind untereinander mittels einer jeweiligen elastischen Zwischenschicht 54 (siehe auch 6) verbunden, wobei die Zwischenschicht 54 insbesondere aus Kunststoffmaterial besteht. Aufgrund der elastischen Einbettung der Spannsegmente 50 unter Ausbildung des Kegelsegmentrings 48 und ihrer stirnseitigen Führung in radialer Richtung 22 mittels der Anschlageinheit 58 wird eine im Wesentlichen gleichförmige Spannwirkung der Spannsegmente 50 auf die Außenfläche 52 des rohrförmigen Anschlussteils 16 ermöglicht. Dabei wird durch die Möglichkeit einer flexiblen Ausrichtung eines jeweiligen Spannsegments 50 relativ zur Außenfläche 52 des rohrförmigen Anschlussteils 16 eine effektive Spannwirkung über einen relativ großen Bereich des Anschlussteils 16 insbesondere in axialer Erstreckung gewährleistet.
• Das rohrförmige Anschlussteil 16 ist gemäß den 3 und 4 an seinem freien Ende 32 mit einer Vorzentrierungsausnehmung 34 versehen, in welcher ein Vorzentrierungselement 36 der Kupplung 10 beziehungsweise der Blockiereinheit 18 formschlüssig aufgenommen werden kann zur Gewährleistung einer korrekten Ausrichtung des rohrförmigen Anschlussteils 16 relativ zur Blockiereinheit 18 der Kupplung 10. Dabei wird mittels der korrekten Ausrichtung des Anschlussteils 16 eine störungsfreie Formschlussbildung zwischen den Blockierkugeln 24 der Blockiereinheit 18 und den Ausnehmungen 26 des Anschlussteils 16 gewährleistet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Vorzentrierungselement 36 ein radialer Vorsprung mit kreisförmiger Außenkontur, die als autozentrierende Kontaktfläche 38 dient. Die Vorzentrierungsausnehmung 34 ist trichterartig und randoffen ausgebildet. Die 3 zeigt das Anschlussteil 16 in einer noch nicht exakt vorzentrierten Übergangsstellung, während gemäß 4 das Anschlussteil 16 in einer vorzentrierten Kupplungsstellung angeordnet ist.
• Entsprechend den 1 und 2 ist die Kupplung 10 mit einem Betriebsmittel-Anschlusssystem 68 versehen, mit welchem ein im Werkstückgreifer 12 beziehungsweise im rohrförmigen Anschlussteil 16 integriertes und mit Druckluft- beziehungsweise Vakuumanschlüssen versehenes Betriebsmittel-Leitungssystem 66 verbindbar ist. Wie aus 2 hervorgeht, wird das Betriebsmittel-Leitungssystem 66 des Anschlussteils 16 automatisch bei Einnahme der definierten Kupplungsstellung des Anschlussteils 16 in der Kupplung 10 mit dem Betriebsmittel-Anschlusssystem 68 verbunden unter Ausbildung einer lösbaren Steckverbindung. Das Betriebsmittel-Leitungssystem 66 kann gemäß Darstellung der 7 auch außerhalb des rohrförmigen Anschlussteils 16 des Werkstückgreifers 12 weitergeführt werdenn.
• Während in den 3 und 4 schematisch das Pneumatikverstellsystem 70 der Blockiereinheit 18 dargestellt ist, zeigt die 7 das Pneumatikverstellsystem 64 der Spanneinheit 14. Die Kupplung 10 weist gemäß den 1,2 und 7 einen Verbindungsflansch 76 auf, der zur Verbindung des Gehäuses 11 der Kupplung 10 mit einer nicht in den Figuren dargestellten Handhabungseinrichtung, zum Beispiel ein Roboterarm, dient. Die Verbindung wird gemäß vorliegendem Ausführungsbeispiel in Form einer zerstörungsfrei trennbaren Schraubverbindung realisiert.
• Zum Verbinden des Werkstückgreifers 12 mit einer Handhabungseinrichtung mittels der Kupplung 10 wird das rohrförmige Anschlussteil 16 des Werkstückgreifers 12 gemäß 1 in axialer Richtung 28 (in 1 nach links) in die Kupplung 10 bewegt und gegebenenfalls durch geeignete Drehbewegungen des Anschlussteils 16 um die Längsachse 20 eine korrekte Vorzentrierung (Formschluss zwischen Vorzentrierungselement 36 und Vorzentrierungsausnehmung 34) erzielt zur Einnahme einer exakten Kupplungsposition des Anschlussteils 16 in der Kupplung 10. Anschließend wird mittels des Pneumatikverstellsystems 70 eine Verschiebung des Verriegelungselements 30 in axialer Richtung 28 (in 1 nach rechts) bewirkt zur Positionierung des Verriegelungselements 30 in die Verriegelungsstellung gemäß 2 unter Ausbildung der Formschlussverbindung zwischen den Blockierelementen 24 der Blockiereinheit 18 und den Ausnehmungen 26 des rohrförmigen Anschlussteils 16 entsprechend einem Kugelrastmechanismus. Mittels des Ermittlungssystems 46 wird die Verriegelungsstellung des Verriegelungselements 30 festgestellt und eine Betätigung der Spanneinheit 14 mittels des Pneumatikverstellsystems 64 eingeleitet. Das Pneumatikverstellsystem 64 verursacht eine Bewegung des Kegelspannrings 62 in axialer Richtung 28 (in 2 nach rechts), sodass zwischen dem Kegelspannring 62 und den Spannsegmenten 50 eine Kegelverbindung gebildet wird. Die Spannsegmente 50 werden dabei in radialer Richtung 22 auf die Außenfläche 52 des Anschlussteils 16 bewegt unter Ausbildung der gewünschten reibschlüssigen Fixierung des rohrförmigen Anschlussteils 16 des Werkstückgreifers 12 in der Kupplung 10. Der Werkstückgreifer 12 ist nun betriebssicher in der Kupplung 10 fixiert.
• Zum Lösen der Kupplung 10 wird zunächst der Kegelspannring 62 mittels des Pneumatikverstellsystems 64 in axialer Richtung 28 (in 2 nach links) bewegt, sodass die Kegelverbindung zwischen dem Kegelspannring 62 und den Spannsegmenten 50 zerstörungsfrei gelöst wird. Damit wird auch die reibschlüssige Verbindung zwischen den Spannsegmenten 50 und der Außenfläche 52 des Anschlussteils 16 aufgehoben. Nun ist das Anschlussteil 16 des Werkstückgreifers 12 lediglich mittels der Blockiereinheit 18 mit der Kupplung 10 verbunden. Zum vollständigen Lösen des Werkstückgreifers 12 von der Kupplung 10 wird mittels des Pneumatikverstellsystems 70 eine Bewegung des Verriegelungselements 30 in axialer Richtung 28 (in 2 nach links) entgegen der federelastischen Rückstellkraft der Sicherungsfeder 44 bewirkt, sodass die Blockiereinheit 18 die Betriebsstellung gemäß 1 einnimmt unter Freigabe der formschlüssigen Verbindung zwischen den Blockierelementen 24 der Blockiereinheit 18 und den Ausnehmungen 26 des Anschlussteils 16. Nun kann der Werkstückgreifer 12 aus der Kupplung 10 in axialer Richtung 28 (in 1 nach rechts) herausgezogen werden, wobei durch diese Bewegung auch die Verbindung zwischen dem Betriebsmittel-Anschlusssystem 68 der Kupplung 10 und dem Betriebsmittel-Leitungssystem 66 des Werkstückgreifers 12 getrennt wird.
• Die Kupplung 10 zeichnet sich dadurch aus, dass der Werkstückgreifer 12 zentrisch und spielfrei in der Kupplung 10 ohne Axialverschiebung des Anschlussteils 16 während des Spannvorgangs in der Kupplung 10 geklemmt werden kann. Aufgrund zweier voneinander unabhängiger und unterschiedlicher Fixierungsmechanismen wird eine maximale Betriebssicherheit gegen ein unerwünschtes Verdrehen, Verschieben und/oder Herausfallen des Werkstückgreifers 12 relativ zur Kupplung 10 insbesondere bei einem plötzlich auftretenden Betriebsmittelausfall, das heißt bei nicht mehr zur Verfügung stehender Druckluft, gewährleistet. Die Kupplung zeichnet sich durch eine hohe Wiederholgenauigkeit hinsichtlich der Positionierung des Werkstückgreifers 12 in eine lagedefinierte Kupplungsstellung aus, was besonders wichtig bei Handhabungseinrichtungen im Rahmen einer automatisierten Fertigung ist.

Claims (17)

1. Kupplung (10) zur Verbindung eines Werkstückgreifers (12) mit einer Handhabungseinrichtung, wobei die Kupplung (10) eine betätigbare Spanneinheit (14) zur zerstörungsfrei trennbaren, reibschlüssigen Fixierung eines rohrförmigen Anschlussteils (16) des Werkstückgreifers (12) sowie zusätzlich eine betätigbare, mit dem Anschlussteil (16) in Formschlussverbindung bringbare Anschlussteil-Blockiereinheit (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinheit (14) als Kegelspanneinheit ausgebildet ist, die einen Kegelsegmentring (48) aufweist, der eine Mehrzahl an voneinander beabstandet angeordneten Spannsegmenten (50) aufweist, die mit der Außenfläche (52) des rohrförmigen Anschlussteils (16) kraftschlüssig verbindbar sind, wobei die Spannsegmente (50) mit ihren in Kegelsteigungsrichtung außenliegenden Stirnseiten (56) an einer Anschlageinheit (58) anliegen.
2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussteil-Blockiereinheit (18) eine Mehrzahl an relativ zu einer Längsachse (20) des rohrförmigen Anschlussteils (16) in radialer Richtung (22) bewegbaren Blockierelementen (24) aufweist.
3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Blockierelemente (24) voneinander beabstandete, über den Umfang des rohrförmigen Anschlussteils (16) gleichmäßig verteilt angeordnete Blockierkugeln sind, die in zugehörigen Ausnehmungen (26) des rohrförmigen Anschlussteils (16) unter Einnahme einer Blockierstellung formschlüssig aufnehmbar sind.
4. Kupplung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Blockierelemente (24) mittels eines in axialer Richtung (28) bewegbaren Verriegelungselements (30) in Bezug auf das rohrförmige Anschlussteil (16) aus einer Freigabestellung in eine Blockierstellung bringbar sind.
5. Kupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Anschlussteil (16) an seinem freien Ende (32) eine Vorzentrierungsausnehmung (34) aufweist zur Aufnahme eines in Bezug auf die Blockierelemente (24) definiert angeordneten Vorzentrierungselements (36) der Kupplung (10).
6. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorzentrierungselement (36) ein radialer Vorsprung mit autozentrierender Kontaktfläche (38) ist.
7. Kupplung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (30) eine Mehrzahl an sich in axialer Richtung (28) erstreckenden Verriegelungsbolzen (40) aufweist, wobei jedem Blockierelement (24) ein Verriegelungsbolzen (40) zugeordnet ist.
8. Kupplung Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungsbolzen (40) mittels einer Kolben- Zylinder-Einheit (42) in axialer Richtung (28) verschiebbar sind.
9. Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben-Zylinder-Einheit (42) eine die Kolbenverriegelungsstellung begünstigende Sicherungsfeder (44) aufweist.
10. Kupplung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (74) der Kolben-Zylinder-Einheit (42) mittels eines schaltbaren Pneumatikverstellsystems (70) in axialer Richtung (28) bewegbar ist.
11. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein in Bezug auf die Position des Verriegelungselements (30) wirksames Ermittlungssystem (46) vorgesehen ist.
12. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannsegmente (50) in radialer Richtung (22) aus einer Freigabeposition in eine Spannposition bewegbar sind unter Ausbildung einer in axialer Richtung (28) im Wesentlichen gleichförmigen Flächenspannwirkung auf die Außenfläche (52) des rohrförmigen Anschlussteils (16).
13. Kupplung nach Anspruch 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannsegmente (50) jeweils mittels einer elastischen Zwischenschicht (54) insbesondere aus Kunststoffmaterial miteinander verbunden sind.
14. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlageinheit (58) eine Mehrzahl an jeweils den Spannsegmenten (50) zugeordneten, frei drehbar gelagerten und mit den entsprechenden Stirnseiten (56) der Spannsegmente (50) in Rollkontakt stehenden Führungskugeln (60) aufweist.
15. Kupplung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinheit (14) einen Kegelspannring (62) aufweist, der zur zerstörungsfrei lösbaren Herstellung einer Kegelverbindung mit den Spannsegmenten (50) in axialer Richtung (28) bewegbar ist.
16. Kupplung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelspannring (62) mittels eines schaltbaren Pneumatikverstellsystems (64) in axialer Richtung (28) bewegbar ist.
17. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebsmittel-Anschlusssystem (68) in der Kupplung (10) vorgesehen ist zur Verbindung eines Betriebsmittel-Leitungssystems (66) des Werkstückgreifers (12) mit einem Betriebsmittel-Versorgungssystem.