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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden eines Steckverbinders eines Kabels mit einem Gegen-Steckverbinder eines Geräts.
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Bei der Anwendung von bestimmten Produkten, z. B. aus der Kommunikations- oder HF-Messtechnik, besteht die Notwendigkeit, hochfrequente Signale an standardisierten HF-Schnittstellen zu kontaktieren. Dabei bestehen für diese Anschlüsse besondere Anforderungen hinsichtlich ihres Übertragungsverhaltens: HF-Signale sollen mit möglichst geringer Dämpfung und reflexionsarm übertragen werden. Daraus resultiert die Forderung, dass die Kontaktstelle zwischen Stecker und Buchse möglichst ohne Stoßstelle und Sprung in der Impedanz realisiert ist.
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Vor allem bei hohen Frequenzen größer 5 GHz ergeben sich hieraus hohe Anforderungen an die geometrische Maßhaltigkeit und Passung an der Kontaktstelle zwischen Stecker und Buchse. Aus diesem Grund haben sich gerade für den höheren Frequenzbereich koaxiale Steckverbindungen mit Schraubverriegelung durchgesetzt, deren Überwurfmutter bisher ausschließlich von Hand und mit genau spezifiziertem Drehmoment bis zum Kontaktschluss angezogen wird. Hierfür werden Drehmomentschlüssel verwendet.
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Der Vorgang des Anschraubens von HF-Kabeln bleibt bis heute vielfach der letzte, manuell durchzuführende Rüstvorgang, der einer Vollautomatisierung vieler Prozesse (z. B. der Endprüfung von HF-Geräten) entgegensteht. In der Vergangenheit gab es zwar verschiedene Ansätze, den Kontakt an solchen HF-Schnittstellen durch reine Steckvorgänge nachzubilden. Ohne Anschrauben sind solche Pressverbindungen an der Kontaktstelle häufig unzuverlässig und führen vor allem bei Frequenzen größer 5 GHz zu nicht tolerierbaren Unsicherheiten der Schnittstelle. Insbesondere sind Messergebnisse nicht reproduzierbar.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Vorgang des Anschließens von HF-Kabeln zu erleichtern.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Verbinden eines Steckverbinders eines Kabels mit einem Gegen-Steckverbinder eines Geräts vorgesehen, mit einem Roboterarm, mit dem ein Zungenvorsatzgetriebe angeordnet ist, das eine Mitnahmebauteil aufweist, das an einem Bauteil des Steckverbinders angreifen kann, wobei der Roboterarm dafür eingerichtet ist, den Steckverbinder zu greifen und durch Betätigen des Mitnahmebauteils am Gegen-Steckverbinder zu verriegeln. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das Anschließen von HF-Kabeln beispielsweise an Messgeräte, auch im Rahmen einer Serienproduktion, automatisiert werden. Hierdurch ist eine vollautomatisierte Endprüfung möglich. Das Zungenvorsatzgetriebe hat den Vorteil, dass es sehr schmal und flach baut, sodass auch bei eng nebeneinander angeordneten Steckverbindern es möglich ist, diese anzubringen und zu verriegeln. Das Mitnahmebauteil ermöglicht es dabei, die zum zuverlässigen Kontaktieren nötige Schraubverbindung herzustellen, beispielsweise indem eine Überwurfmutter des Steckverbinders so weit auf ein Gegengewinde aufgeschraubt wird, dass die geforderte Verriegelungskraft erreicht wird.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Zungenvorsatzgetriebe zum Betätigen des Mitnahmebauteils einen Antriebsriemen oder mehrere Antriebszahnräder auf, sodass ein Antriebsmotor in vergleichsweise großem Abstand vom Mitnahmebauteil angeordnet werden kann, also in einem Bereich, in dem mehr Platz zur Verfügung steht als in der Nähe des Mitnahmebauteils.
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Die Vorrichtung kann einen Greifer aufweisen, mit dem das Kabel gegriffen werden kann. Dies ermöglicht es, auch komplexere Kabel zu greifen, die beispielsweise mit einem Richtkoppler mit zwei Leistungsmessköpfen oder einem Leistungsteiler mit Leistungsmesskopf versehen sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Mitnahmebauteil austauschbar. Hierdurch ergibt sich eine hohe Flexibilität, um unterschiedliche Kabel mit unterschiedlichen Verriegelungselementen oder Überwurfmuttern anschließen zu können.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Roboterarm dafür ausgelegt, das Kabel zu greifen und den Steckverbinder im Mitnahmebauteil zu positionieren. Hierdurch ist eine vollautomatisierte Zuordnung der Kabel und ein vollautomatisiertes Anschließen beispielsweise an einem zu testenden Gerät möglich.
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Es kann ein Drehmomentsensor vorgesehen sein, der dafür ausgelegt ist, das auf das Mitnahmebauteil aufgebrachte Drehmoment zu erfassen. Mit dem Drehmomentsensor kann gewährleistet werden, dass der Steckverbinder mit einer vorgeschriebenen Kraft reproduzierbar am Gegen-Steckverbinder verriegelt wird, sodass auch die Messergebnisse jederzeit reproduzierbar sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:
- - 1 in einer perspektivischen Ansicht eine Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- - 2 in einer perspektivischen, teilgeöffneten Ansicht ein Zungenvorsatzgetriebe, das bei der Vorrichtung von 1 verwendet wird;
- - 3 eine Explosionsansicht des Zungenvorsatzgetriebes von 2;
- - 4 eine Seitenansicht des Zungenvorsatzgetriebes von 2;
- - 5 die in 1 gezeigte Ausführungsform in einem anderen Anwendungsbeispiel;
- - 6 eine Ausführungsvariante zur ersten Ausführungsform;
- - 7 schematisch einen ersten Schritt beim Vorgang des Anschließens eines Kabels,
- - 8 schematisch einen zweiten Schritt beim Vorgang des Anschließens eines Kabels;
- - 9 schematisch einen dritten Schritt beim Anschließen eines Kabels;
- - 10 in einer schematischen, perspektivischen Ansicht eine alternative Ausgestaltung des Zungenvorsatzgetriebes;
- - 11 eine schematische Schnittdarstellung des Zungenvorsatzgetriebes von 10;
- - 12 schematisch zwei anzuschließende Kabel mit Steckverbindern;
- - 13 die Kabel von 12 mit aufgepresstem Zahnkranz;
- - 14 in einer perspektivischen Ansicht eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- - 15 eine Vorderansicht der Vorrichtung von 14; und
- - 16 eine Rückansicht der Vorrichtung von 14.
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In den 1 bis 5 ist eine erste Vorrichtung zum Verbinden eines Steckverbinders eines Kabels mit einem Gegen-Steckverbinder eines Geräts gezeigt. Beim Gegen-Steckverbinder kann es sich um einen Signalanschluss, beispielsweise an einem Messgerät, handeln. Die Vorrichtung dient dazu, Kabel automatisiert mit dem Gegen-Steckverbinder des Geräts zu verbinden, beispielsweise um das Gerät im Rahmen einer Endkontrolle nach der Produktion zu testen.
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Die Vorrichtung weist einen Roboterarm 10 auf, der hier nur schematisch angedeutet ist. Er dient dazu, eine Greif- und Verriegelungsvorrichtung 12 in der gewünschten Weise bewegen zu können.
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Die Greif- und Verriegelungsvorrichtung 12 weist eine Anbindung 14 auf, die zur Anbindung eines Trägerteils 16 an den Roboterarm 10 dient. Am Trägerteil 16 ist ein Antrieb 18 angebracht, insbesondere ein Elektromotor, Servomotor oder Schrittmotor.
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Der Antrieb 18 wirkt auf ein Zungenvorsatzgetriebe 20 (siehe insbesondere die 2 bis 4) ein, an dem ein Mitnahmebauteil 22 angebracht ist.
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Der Begriff „Zungenvorsatzgetriebe“ bezeichnet ein Getriebe, das eine Drehung des Mitnahmebauteils um seine Drehachse herbeiführen kann, wobei das Zungenvorsatzgetriebe, betrachtet in einer Richtung parallel zur Drehachse des Mitnahmebauteil, einen geringen Bauraum hat (also ähnlich einer Zunge flach baut).
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Das Mitnahmebauteil 22 dient allgemein dazu, ein Drehmoment auf eine Überwurfmutter 24 eines Steckverbinders 26 eines anzuschließenden Kabels 28 zu übertragen.
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Zu diesem Zweck weist das Mitnahmebauteil 22 außenseitig eine Verzahnung 30 auf, an der verschiedene Zahnräder eines Getriebes 32 angreifen können, sodass das Mitnahmebauteil 22 mittels des Antriebs 30 in der gewünschten Weise gedreht werden kann.
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Es kann auch ein Drehmomentsensor vorgesehen sein, sodass das vom Mitnahmebauteil 22 ausgeübte Drehmoment überwacht und geregelt werden kann.
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Das Mitnahmebauteil 22 ist geschlitzt ausgeführt, sodass eine Eintrittsöffnung 34 für das anzuschließende Kabel gebildet ist.
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Innenseitig ist das Mitnahmebauteil 22 mit einer Mitnahmegeometrie 36 versehen, die komplementär zur Außenkontur der Überwurfmutter 24 ausgebildet ist.
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Am Träger 16 ist noch eine Greifvorrichtung 40 angeordnet, mit der das Kabel 28 gegriffen und geführt werden kann, sodass der Steckverbinder 26 optimal ausgerichtet im Mitnahmebauteil 22 aufgenommen ist und nicht von der Last des Kabels schräggestellt wird.
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Der Greifer 40 kann sowohl in der Richtung des Pfeils P entlang des Trägers 16 verstellt werden, um an unterschiedliche Kabel angepasst zu werden, als auch hinsichtlich der Greifbreite angepasst werden. In 5 ist zu sehen, dass mittels des Greifers ein Kabel 28 gehalten ist, das mit einem Leistungssplitter und einem Leistungsmesskopf versehen ist.
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In 6 ist eine Ausführungsvariante gezeigt, die sich von der ersten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass der Träger als verlängerte Schiene ausgeführt ist, sodass der Greifer 40 über einen längeren Weg verstellt werden kann. Im gezeigten Anwendungsbeispiel ermöglicht es die Vorrichtung, einen Richtkoppler mit zwei Leistungsrichtköpfen automatisiert zu greifen und mit einem Gegen-Steckverbinder zu verriegeln.
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Anhand der 7 bis 9 wird nachfolgend erläutert, wie ein Steckverbinder 26 mit Kabel 28 im Mitnahmebauteil 22 angeordnet wird.
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Das Mitnahmebauteil 22 wird relativ zum Steckverbinder 26 so angeordnet, dass es sich im Bereich des Kabels 28 befindet. Dann werden das Mitnahmebauteil 22 und das Kabel 28 relativ zueinander so bewegt, dass das Kabel 28 in (bezogen auf die Drehachse des Mitnahmebauteils 22) radialer Richtung durch den Durchtrittsschlitz 34 in das Innere des Mitnahmebauteils 22 gelangt. Dieser Zustand ist in 8 zu sehen.
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Anschließend wird das Kabel 28 zusammen mit dem Steckverbinder 26 relativ zum Mitnahmebauteil 22 in axialer Richtung verstellt, sodass die Überwurfmutter 24 des Steckverbinders 26 im Mitnahmebauteil 22 zu liegen kommt und dort formschlüssig in die Mitnahmegeometrie 36 des Mitnahmebauteils 22 eingreift (siehe 9).
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Anschließend kann durch Drehen des Mitnahmebauteils 22 die Überwurfmutter 24 in der gewünschten Weise angezogen oder auch gelöst werden.
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Das Mitnahmebauteil 12 ist austauschbar, so dass unterschiedliche Kabel bzw. unterschiedliche Steckverbinder am Gegen-Steckverbinder befestigt werden können. Zu diesem Zweck kann das Mitnahmebauteil 12 selbst ausgetauscht werden, oder es wird das Zungenvorsatzgetriebe 20 ausgetauscht. Wie in 4 zu sehen ist, kann hierfür am oberen Ende des Zungenvorsatzgetriebes eine Schnittstelle 21 vorgesehen sein.
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In den 10 und 11 ist eine alternative Ausgestaltung des Zungenvorsatzgetriebes 20 gezeigt. Für die von der ersten Ausführungsform bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insofern auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
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Der Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Ausführungsform besteht darin, dass bei der zweiten Ausführungsform ein Zahnriemengetriebe verwendet wird, um das Mitnahmebauteil 22 anzutreiben.
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Das Zahnriemengetriebe weist einen Zahnriemen 50 auf, der von einem Antriebsrad 52 in Drehung versetzt werden kann. Das Antriebsrad 52 ist mit dem Antrieb 18 gekoppelt. Der Zahnriemen wird über verschiedene Umlenkrollen 54 geleitet und umschlingt auch die Außenfläche des Mitnahmebauteils 22 so, dass auf das Mitnahmebauteil 22 ein Drehmoment übertragen werden kann.
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In 10 ist noch ein Positionssensor 56 zu sehen, mit dem die Drehposition des Mitnahmebauteils erfasst werden kann, um zum Zwecke des Aufnehmens oder Freigebens des Kabels zu gewährleisten, dass sich der Durchtrittsschlitz 34 in der gewünschten Position befindet.
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Anhand der 12 bis 16 wird eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung zum Verbinden eines Steckverbinders eines Kabels mit einem Gegen-Steckverbinder eines Geräts beschrieben.
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In 12 sind beispielhaft zwei verschiedene Steckverbinder 26 an einem Kabel 28 gezeigt. Beide Steckverbinder 26 sind Koaxial-Steckverbinder, wobei der obere der beiden Steckverbinder eine Überwurfmutter mit einer Außengeometrie hat, die grundsätzlich von Hand angezogen werden kann, während der untere Steckverbinder eine Überwurfmutter mit einem Sechskant-Profil hat, das mit einem Schraubenschlüssel angezogen wird.
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In 13 ist zu sehen, dass auf die Überwurfmuttern der beiden Steckverbinder 26 jeweils ein Zahnkranz 60 aufgepresst ist, wobei jeder Zahnkranz 60 eine an die entsprechende Überwurfmutter 24 angepasste Innengeometrie aufweist, aber außenseitig mit derselben Verzahnung 62 versehen ist.
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Allgemein ausgedrückt sind die Kabel 28 mittels der Zahnkränze 30 „standardisiert“, sodass zum Zwecke der Endkontrolle sehr viele unterschiedliche Kabel vorgehalten werden können, diese aber hinsichtlich der zu betätigenden Überwurfmutter vereinheitlicht sind.
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In den 14 bis 16 ist eine Vorrichtung gezeigt, die dazu dient, diese standardisierten Kabel anzuschließen.
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Im Unterschied zur ersten Ausführungsform weist die dritte Ausführungsform ein Zungenvorsatzgetriebe 20 auf, das durch drei Zahnräder 70, 72 gebildet ist, von denen das Zahnrad 70 ein Antriebszahnrad ist, das mit dem Antrieb 18 gekoppelt ist, und die Zahnräder 72 zwei Stützzahnräder sind, die an zwei im Abstand voneinander verstellbaren Haltearmen 74 gelagert sind (siehe insbesondere 15). Das Mitnahmebauteil 22 ist hier also durch die Zahnräder 70, 72 gebildet.
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Wie in 16 zu sehen ist, weist die Vorrichtung auch einen Greifer 40 auf, mit dem das Kabel 26 gestützt wird.
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Um das Kabel anzuschließen, muss hier nicht das Mitnahmebauteil 22 so ausgerichtet werden, dass das Kabel durch den Durchtrittsschlitz 34 geführt werden kann, sondern es werden die beiden Haltearme 74 so auseinandergefahren, dass der Zahnkranz 60 zwischen den Zahnrädern 70, 72 aufgenommen und abgestützt wird. Wenn dann die Haltearme 74 wieder zusammengefahren werden, ist der Zahnring 60 so zuverlässig zwischen den Zahnrädern aufgenommen, dass durch Antreiben des Antriebszahnrads 70 die Überwurfmutter in der gewünschten Richtung gedreht werden kann.
