WO2014032807A1

WO2014032807A1 - Verbindungskonstruktion zwischen konstruktionselementen und konstruktionselement

Info

Publication number: WO2014032807A1
Application number: PCT/EP2013/002609
Authority: WO
Inventors: Christian Lange; Leonhard OSCHÜTZ
Original assignee: Kinematics Gmbh
Priority date: 2012-09-03
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2014-03-06
Also published as: KR102099418B1; KR20150054886A; EP2892626A1; US20150251104A1; DE102012017305A1; ES2623178T3; EP2892626B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungskonstruktion (3) zwischen Konstruktionselementen (1, 1') und ein Konstruktionselement (1, 1'). Die erfindungsgemäße Verbindungskonstruktion (3) ist konstruktiv relativ einfach aufgebaut, so dass sie sich leicht herstellen und wieder lösen lässt. Außerdem ermöglicht sie eine schnelle Änderung der Orientierung der Konstruktionselemente (1, 1') zueinander. Dabei wird zugleich eine Energie- und/oder Informationsübermittlung zwischen den Konstruktionselementen (1, 1') ermöglicht.

Description

Verbindungskonstruktion zwischen Konstruktionselementen

und Konstruktionselement

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungskonstruktion zwischen Konstruktionselementen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Konstruktionselement nach dem Oberbegriff von Anspruch 15.

Konstruktionselemente sind beispielsweise als passive Bauelemente / Bausteine oder auch als aktive Module (Aktoren) von automatisierten Systemen, wo sie bevorzugt Roboter bilden, bekannt.

Beispielsweise beschreibt die DE 10 2010 062 217 AI ein Baukastensystem mit mehreren Modulen, bei denen jedes Modul mit jedem anderen Modul eine durchgängige elektrische und Informationsverbindung aufweist. Diese Kopplung wird mittels einer Klinkenstecker- verbindung hergestellt. Zusätzlich erfolgt die räumliche Festlegung der Module zueinander mittels einer Magnetverbindung, die aus vier Magnetpaaren besteht, die in 90°- Winkelabständen zueinander angeordnet sind, so dass sich die quadratischen Grundflächen der Module in vier verschiedenen Orientierungen zueinander anordnen lassen. In den dazwischen angeordneten 45°-Positionen lassen sich die Module leicht voneinander lösen.

Nachteilig an dieser Ausgestaltung ist es, dass die magnetische Verbindung zwar eine gewisse Last in Richtung der magnetischen Wirkung hält, jedoch gegenüber Scherkräften oder senkrecht zur magnetischen Wirkung ausgerichteten Kräften sehr anfällig ist, wodurch dann auch die Kopplung beschädigt werden könnte. Außerdem lassen sich die magnetischen Kräfte nicht beliebig erhöhen, da Elektromagneten zumeist nicht zum Einsatz kommen können, oder deren Erhöhung behindert die Lösbarkeit der Module.

Aus der WO 99/91261 AI ist eine umbaubare modulare Roboterverbindung bekannt. Hier sind die verschiedenen Module miteinander über korrespondierende Flanschelemente verbunden, die mittels umlaufender Spange mit einander verspannt werden. Hierbei handelt es sich also nicht um eine einbindige Verbindung der beiden Module, sondern eine zwei- bindige, da zusätzliche Verbindungsmittel in Form der Spange notwendig sind.

Nachteilig an dieser Ausgestaltung ist es, dass eine Änderung der Orientierung der Module zueinander nur sehr umständlich und unter Einsatz von Werkzeugen zum Lösen der Span- ge möglich ist. Außerdem gestaltet sich auch das erstmalige Verbinden der Module sehr aufwendig.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Verbindungskonstruktion bereitzustellen, die diese Nachteile behebt. Insbesondere soll sie konstruktiv relativ einfach aufgebaut sein, so dass sie sich leicht herstellen und wieder lösen lässt. Außerdem soll sie bevorzugt eine schnelle Änderung der Orientierung der Konstruktionselemente zu einander ermöglichen. Und es soll bevorzugt zugleich eine Energie- und/oder Informationsübermittlung zwischen den Konstruktionselementen ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Verbindungskonstruktion zwischen Konstruktionselementen noch Anspruch 1 und einem Konstruktionselement nach Anspruch 15. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Der Erfinder hat erkannt, dass sich die gestellte Aufgabe in überraschender Weise besonders einfach dadurch lösen lässt, dass i) die Verbindungskonstruktion eine kraft- und/oder formschlüssige Steckverbindung zwischen zwei damit verbundenen Konstruktionselementen bereitstellt und/oder dass ii) die Verbindungskonstruktion eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen zwei damit verbundenen Konstruktionselementen bereitstellt und weiterhin erste magnetische Verbindungselemente vorgesehen sind. Durch die kraft- und/oder formschlüssige Steckverbindung wird zumindest in einer Richtung senkrecht zur Verbindungsebene zwischen den Konstruktionselemente der Trennung der Verbindung der Konstruktionselemente ein Widerstand entgegengesetzt. Dadurch, dass es sich dabei um eine Steckverbindung handelt, ist diese Verbindung besonders einfach herstellbar.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Verbindungskonstruktion einbindig ausgebildet. Dadurch lässt sie sich besonders einfach benutzen.

Besonders vorteilhaft ist eine Selbstzentrierung vorgesehen, so dass die Verbindung noch einfacherer und irrtumssicher herstellbar ist.

Weiterhin ist es äußerst bevorzugt, wenn die Verbindung in bestimmten Positionen, beispielsweise 90°-Winkelpositionen, einrastet, ein Zusammenfügen jedoch aus allen Positionen möglich ist. In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Verbindungskonstruktion die Konstruktionselemente in ihrer Orientierung zueinander festlegt. Dadurch ist ein Verdrehen der Konstruktionselemente relativ zu einander verhindert und die Gesamtkonstruktion kann somit Drehkräfte übertragen.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Verbindungskonstruktion so ausgebildet ist, dass eine Verbindung zwischen den Konstruktionselementen für mindestens zwei verschiedene Orientierungen der Konstruktionselemente zueinander ermöglicht ist. Dadurch lassen sich vom Benutzer verschiedene Ausrichtungen leicht erzeugen, ohne verschiedene Konstruktionselemente vorsehen zu müssen.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Kraft- und/oder Formschluss die Trennung der Verbindung der miteinander über die Verbindungskonstruktionen verbundenen Konstruktionselemente in einer ersten Richtung - der Sperrrichtung - sperrt, während der Kraft- und/oder Formschluss in einer dazu geneigt, bevorzugt senkrecht ausgebildeten zweiten Richtung - der Lösrichtung - lösbar ausgebildet ist.„Richtung" meint in diesem Zusammenhang nicht nur lineare Richtung sondern auch Drehrichtung.

In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, wenn zumindest eine lösbare Sperre vorgesehen ist, die in der Lösrichtung den Kraft- und/oder Formschluss fixiert. Dadurch kann eine bezüglich aller Lastrichtungen fixierte Verbindung der Konstruktionselemente bereitgestellt werden, die sich unbeabsichtigt nur unter Materialzerstörung wieder löst. Die Materialien und Materialstärken sind diesbezüglich natürlich Lastgemäß auszulegen.

Bevorzugt ist die Sperre zumindest als ein Mittel ausgebildet ist, das aus der Gruppe der folgenden Mittel ausgewählt ist: i) ein in das erste und zweite Konstruktionselement diese verbindend einsteckbares Element, ii) zweite magnetische Verbindungselemente und iii) Rastmittel, die bevorzugt unter Vorspannung stehen und durch Betätigung eines Löseelements entrastbar sind. Dann lässt sich die Sperre besonders einfach umsetzen. Im Fall der zweiten magnetischen Verbindungselemente stellen diese natürlich keine mechanische Sperre dar, sondern eine solche im Rahmen der magnetischen Wirkung.

Zweckmäßig ist der Kraft- und/oder Formschluss über zumindest zwei miteinander korrespondierende Verbindungselemente bereitgestellt, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass ein erstes Verbindungselement an einem ersten Konstruktionselement und ein damit korrespondierendes Verbindungselement an einem zweiten Konstruktionselement angeordnet ist und/oder bevorzugt vorgesehen ist, dass jedes Konstruktionselement zumindest ein erstes Verbindungselement und zumindest ein zweites Verbindungselement aufweist. Im zweiten Fall besitzt also das Konstruktionselement beide Arten von Verbindungselementen und kann somit mit identischen Konstruktionselementen zusammengefügt werden.

In einer diesbezüglich vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Verbindungselement als in das zweite Verbindungselement einsteckbar ausgebildet ist. Um die Verbindung weiter zu verstärken, kann zusätzlich vorgesehen sein, dass auch das zweite Verbindungselement in das erste Verbindungselement einsteckbar ausgebildet ist. In diesem Fall bestehen somit einzelne Bereiche der beiden Verbindungselemente, die Bereiche des anderen Verbindungselements zumindest bereichsweise umschließen.

Besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass das erste Verbindungselement eine n-zählige Drehachse aufweist mit n>0, insbesondere n=4. Dann lassen sich in Abhängigkeit von der Geometrie der Verbindungsfläche besonders einfach verschiedene orientierte Verbindungen der Konstruktionselemente untereinander herstellen. Beispielsweise ist für eine quadratische Fläche eine vierzählige Drehachse, für eine rechteckige Fläche eine zweizählige Drehachse und für eine dreieckige Grundfläche eine drei- zählige Grundfläche zu verwenden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Verbindungselement drehbar, insbesondere um 360° drehbar in dem zweiten Verbindungselement ausgebildet ist. Dann lässt sich die Orientierung der Konstruktionselemente untereinander besonders leicht verändern ohne deren Verbindung lösen zu müssen.

Hierzu bzw. auch für andere Ausgestaltungen kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eines der ersten und zweiten Verbindungselemente zumindest eine Hinterschneidung aufweist und das korrespondierende andere der zweiten und ersten Verbindungselemente zumindest einen zu der Hinterschneidung korrespondierenden Vorsprung aufweist.

Die elektrische oder Informationsverbindung lässt sich dann besonders einfach verwirklichen, wenn zumindest ein erstes und ein zweites Verbindungselement der Verbindungskonstruktion elektrischen Strom leitend ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich können auch zumindest ein Schleifkontakt, bevorzugt 3 oder 4 Schleifkontakte vorgesehen sein. Oder es können statt direkt wirkenden Kontakten indirekte Kontakte verwendet werden, die auf einer Übertragung mittels Sendern und Empfängern beruhen, wie beispielsweise IR-Sendern und IR-Empfängern.

In einer wünschenswerten Fortbildung der erfindungemäßen Verbindungskonstruktion ist die energetische und/oder Informationsverbindung so ausgebildet, dass für zumindest eine erste Orientierung der Konstruktionselemente zueinander eine erste Polung besteht und für zumindest eine zweite Orientierung eine zweite Polung besteht. Dann lässt sich durch Ändern der Orientierung der Konstruktionselemente untereinander auch eine Aktion eines mit den Konstruktionselementen verbundenen Aktors (der zumindest eine der Wirkungen Längenveränderung, Verdrehung, Verschwenkung etc. bereitstellt) verändern, ohne eine spezielle Umprogrammierung vornehmen zu müssen.

Selbständiger Schutz wird beansprucht für das erfindungsgemäße Konstruktionselement, insbesondere Baustein und Modul automatisierter Systeme, das sich dadurch auszeichnet, dass es die erfindungsgemäße Verbindungskonstruktion aufweist. Das Konstruktionselement weist also diejenigen Mittel auf, die zur Verwirklichung der Verbindungskonstruktion an einem der beiden miteinander zu verbindenden Konstruktionselemente vorhanden sein müssen.

Vorzugsweise weist dass Konstruktionselement zumindest eine Seitenfläche auf, die rechteckig, quadratisch, dreieckig oder rund ausgebildet ist, allerdings sind auch Sonderformen wie kreuz- oder sternförmig möglich.

Bevorzugte Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Verbindungskonstruktion sind dabei beispielsweise die folgenden:

1. zwei in Verbindung zu bringende Flächen von zwei Konstruktionselementen weisen jeweils vier Magnetelemente auf, die in Bezug auf die im anderen Konstruktionselement angeordneten Magnetelemente umgekehrt gepolt sind, alternativ sind auch einerseits Magneteelemente und andererseits Metall- bzw. Eisenelemente möglich. Zusätzlich sind ein oder mehrere vier Formschlusselemente in jeder Fläche angeordnet, die eine Verdrehung der Konstruktionselemente weitgehend verhindern, nämlich zum Beispiel vier nutar- tige Vertiefungen in einer Fläche (Mutterfläche) und vier korrespondierende stegartige Erhebungen in der anderen Fläche (Vaterfläche).

2. zwei in Verbindung zu bringende Flächen von zwei Konstruktionselementen weisen die folgende Beschaffenheit auf: die eine Fläche (Vaterfläche) besitzt vier quadratisch angeordnete kreuzförmig ausgebildete Steckelemente und die andere Fläche (Mutterflä- che) weist dazu korrespondierend vier quadratisch angeordnete kreuzförmig ausgebildete Aufnahmen auf. Die Maße von Steckelementen und Aufnahmen sind dabei bevorzugt so gehalten, dass sich eine Presspassung ergibt. Statt kreuzförmiger Elemente sind aber auch andere Geometrien möglich, beispielsweise rund, quadratisch, sternförmig, Torx etc..

3. zwei in Verbindung zu bringende Flächen von zwei Konstruktionselementen weisen die folgende Beschaffenheit auf: in der einen Fläche ist eine zentral angeordnete Nut vorgesehen, die jeweils vier im Abstand von 90° zueinander angeordnete Paare von in der Fläche sich in die Nut hinein erstreckenden Hinterschneidungen aufweist. Dieses ist die Mutterfläche. Die andere Fläche - die Vaterfläche - weist einen zentral angeordneten Ring auf, der mit der Nut korrespondiert. An diesem Ring sind im Abstand von 90° zueinander jeweils vier Paare von gegenüberliegend angeordneten Vorsprüngen angeordnet, die sich in der Fläche erstrecken. Die Elemente der Nut und des Ringes sind dabei maßlich so gehalten, dass sich eine Verspannung der beiden Flächen ergibt. Zusätzlich können in den beiden Flächen verteilt nutartige Vertiefungen und dazu korrespondierende stegartige Erhebungen vorgesehen sein, um eine ungewünschte Rotation der Flächen zueinander zu verhindern.

Diese Ausgestaltungsformen können auch untereinander Kombiniert werden. Bei einem würfelförmigen Konstruktionselement könnten beispielsweise jeweils gegenüberliegend angeordnete Flächen als Vater- und Mutterfläche einer der drei Ausgestaltungen ausgelegt sein.

Insgesamt lassen sich alle erfindungsgemäßen Merkmale ohne weiteres miteinander kombinieren, wenn nichts anderes festgestellt ist.

Hinsichtlich der genauen Ausgestaltung der weiteren Elemente eines Systems aus Konstruktionselementen, ihrer Wirkungen und der damit erzielten Vorteile wird auf die DE 10 2010 062 217 AI verwiesen, deren Inhalt hiermit vollumfänglich einbezogen wird. Die Kennzeichen der vorliegenden Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den Figuren deutlich werden. Dabei zeigen:

Fig. 1 das erfindungsgemäße Konstruktionselement in einer ersten bevorzugten

Ausgestaltung in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 2a, b das erfindungsgemäße Konstruktionselement nach Fig. 1 in zwei Draufsichten auf die Mutterfläche und die Vaterfläche,

Fig. 3 die Verbindungskonstruktion des erfindungsgemäßen Konstruktionselements nach Fig. 1 beim Koppeln und Entkoppeln,

Fig. 4 die Verbindungskonstruktion nach Fig. 3 im gekoppelten Zustand beim Anbringen einer ersten Sperre,

Fig. 5 die Verbindungskonstruktion nach Fig. 3 im gekoppelten Zustand beim Anbringen einer zweiten Sperre,

Fig. 6 das erfindungsgemäße Konstruktionselement in einer zweiten bevorzugten

Ausgestaltung in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 7a, b das erfindungsgemäße Konstruktionselement nach Fig. 6 in zwei Draufsichten auf die Mutterfläche und die Vaterfläche,

Fig. 8 die Verbindungskonstruktion des erfindungsgemäßen Konstruktionselements nach Fig. 6 beim Koppeln,

Fig. 9 die Verbindungskonstruktion eines erfindungsgemäßen Konstruktionselements in einer dritten bevorzugten Ausgestaltung beim Koppeln,

Fig. 10 das erfindungsgemäße Konstruktionselement in einer vierten bevorzugten

Ausgestaltung in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. I Ia, b das erfindungsgemäße Konstruktionselement nach Fig. 10 in zwei Draufsichten auf die Mutterfläche und die Vaterfläche,

Fig. 12 die Verbindungskonstruktion des erfindungsgemäßen Konstruktionselements nach Fig. 10 beim Koppeln und Entkoppeln,

Fig. 13 das erfindungsgemäße Konstruktionselement in einer fünften bevorzugten

Ausgestaltung in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 14a, b das erfindungsgemäße Konstruktionselement nach Fig. 13 in zwei Draufsichten auf die Mutterfläche und die Vaterfläche,

Fig. 15 die Verbindungskonstruktion des erfindungsgemäßen Konstruktionselements nach Fig. 13 beim Koppeln, Fig. 16a, b die Verbindungskonstruktion des erfindungsgemäßen Konstruktionselements nach Fig. 13 in zwei verschieden gepolten Zuständen,

Fig. 17 das erfindungsgemäße Konstruktionselement in einer sechsten bevorzugten

Ausgestaltung in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 18 die Verbindungskonstruktion des erfindungsgemäßen Konstruktionselements nach Fig. 17 beim Koppeln und

Fig. 19 das erfindungsgemäße Konstruktionselement in einer siebenten bevorzugten

Ausgestaltung in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 20 die Verbindungskonstruktion des erfindungsgemäßen Konstruktionselements nach Fig. 19 beim Koppeln.

In den Figuren 1 bis 20 sind dieselben oder gleiche Elemente mit denselben bzw. gleichen Bezugszeichen versehen.

In den Fig. 1 bis 5 ist rein schematisch eine erste bevorzugt Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Konstruktionselements 1, Γ und der damit ermöglichten Verbindungskonstruktion 3 in verschiedenen Ansichten gezeigt.

Es ist zu erkennen, dass das erfindungsgemäße Konstruktionselement 1, Γ Würfelform aufweist und einzelne Flächen 5, 7 aufweist, die als Vaterflächen 5 und Mutterflächen 7 ausgebildet sind.

Die Vaterfläche 5 weist einen ringförmig vorstehenden Steg 9 auf, der im Wesentlichen parallel zu den Würfelkanten mit paarweise angeordneten Vorsprüngen 1 1, 13 versehen ist, die sich parallel zur Fläche 5 erstrecken. Diese Paare von Vorsprüngen 1 1, 13 sind somit ein einem Winkelabstand von 90° rings um das Zentrum der Fläche 5 an dem Ringsteg 9 angeordnet. Konzentrisch mit dem Ringsteg 9 ist ein vorstehender Kupplungsstecker 15 mit drei Steckerkontakten 17, die elastisch federnd ausgebildet sind, vorgesehen. Rings um den Ringsteg 9 sind erhaben vorstehende Stegelemente 19, 21 angeordnet.

Die Mutterfläche 7 weist eine Ringnut 23 auf, die zentral in der Fläche 7 angeordnet ist. Die Ringnut 23 besitzt parallel zu den Würfelkanten, jeweils 90° versetzt zueinander paarweise gegenüberliegend angeordnete Hinterschneidungen 24, 25 auf und um 45° versetzt dazu angeordnete Ausnehmungen 26, 27. Konzentrisch zur Ringnut 23 ist Kupplungsvertiefung 29 mit drei ringförmigen Schleifkontaktflächen 29a, 29b, 29c angeordnet. Die Höhe des vorstehenden Kupplungssteckers 15 und die Tiefe der Kupplungsvertiefung 29 sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass im verbundenen Zustand der Verbindungskonstruktion 3 die Kontakte 17 federnd auf den jeweiligen Schleifkontaktflächen 29a, 29b, 29c aufliegen und so eine elektrische Verbindung zur Übertragung von elektrischer Energie bzw. elektrischen Informationssignalen ermöglicht ist.

Rings um die Ringnut 23 sind nutartige Vertiefungen 31, 33 angeordnet, die mit den vorstehenden Stegelemente 19, 21 korrespondieren. Im verbundenen Zustand der Verbindungskonstruktion 3 greifen die Stegelemente 19, 21 in die gegenüberliegenden nutartigen Vertiefungen 31, 33 ein und verhindern so ein ungewünschtes Verdrehen der Konstruktionselemente 1, gegeneinander, da hierzu der über den Eingriff bereitgestellte Formund Kraftschluss erst überwunden werden muss.

Jedes Konstruktionselement 1, Γ weist jeweils eine Vaterfläche 5 und fünf Mutterflächen 7 auf. Zusätzlich weisen die Mutterflächen 7 noch vier quadratisch angeordnete kreuzförmig ausgebildete Vertiefungen 35 auf, in die weitere Elemente eingefügt werden können.

In Fig. 3 ist rein schematisch das Koppeln (unten gezeigt) und Entkoppeln (oben gezeigt) der erfindungsgemäßen Verbindungskonstruktion 3 der zwei Konstruktionselemente 1, 1 ' nach der ersten bevorzugten Ausgestaltung zu sehen. Es ist zu erkennen, dass die beiden Konstruktionselemente 1, 1 ' beim Koppeln in Bezug auf ihre Kanten um 45° versetzt zueinander gehalten werden und dann die Vaterfläche 5 des einen Konstruktionselements 1 in die Mutterfläche 7 des anderen Konstruktionselements in Richtung A eingeführt wird. Dabei durchdringen sich die Verbindungselemente 9, 1 1, 13, 23, 24, 25, 26, 27, die diesbezüglich passförmig ausgebildet sind. Genauer gesagt greifen die Vorsprünge 1 1 , 13 in die Ausnehmungen 26, 27 ein.

In dieser 45°-Ausrichtung liegen die erhaben vorstehenden Stegelemente 19, 21 der Vaterfläche 5 an der Mutterfläche 7 an, wodurch sich eine gewisse Beabstandung der beiden Flächen ergibt. Anschließend werden die Konstruktionselemente 1, relativ zueinander in Richtung B (oder auch entgegengesetzt) um 45° verdreht. Die Vorsprünge 1 1, 13 und die Hinterschneidung 24, 25 sind leicht gefast ausgebildet. Dadurch lassen sich trotz dieser Beabstandung die Vorsprünge 1 1, 13 hinter die Hinterschneidungen 24, 25 überführen, wobei eine gewisse materialbedingt Elastizität der Vorsprünge 1 1, 13 und Hinterschneidungen 24, 25 genutzt wird, so dass sich kurzfristig eine Presspassung ergibt. Nach voll- ständiger 45°-Drehung sind die Kanten der beiden Konstruktionselemente 1, Γ parallel zueinander orientiert und die Stegelemente 19, 21 greifen in die nutartige Vertiefungen 31, 33, wobei hierbei eine Fügepassung vorliegt. Auch zwischen den Vorsprüngen 1 1, 13 und den Hinterschneidungen 24, 25 bestehen Fügepassungen, wobei alternativ zur Erzeugung einer gewissen Verspannung der Verbindungskonstruktion 3 auch eine Presspassung zwischen den Vorsprüngen 1 1, 13 und den Hinterschneidungen 24, 25 vorgesehen sein kann.

Das Entkoppeln findet einfach dadurch statt, dass die Konstruktionselemente 1, Γ wiederum unter Aufbringung einer Löskraft gegenüber der kraft- und formschlüssigen Verbindung der Stegelemente 19, 21 und nutartigen Vertiefungen 31, 33 um 45° in Richtung C gegeneinander verdreht werden und danach die Vaterfläche 5 von der Mutterfläche 7 in Richtung D gelöst wird.

Aufgrund der durchgehenden Hinterschneidungen 24, 25 lassen sich die Konstruktionselemente 1, im verbundenen Zustand beliebig zueinander verdrehen, nämlich sogar um 360°, so dass die genaue Orientierung der Konstruktionselemente 1 , 1 ' jederzeit verändert werden kann.

Wiegleich die Verbindungskonstruktion 3 schon aufgrund der in die nutartigen Vertiefungen 31, 33 eingreifenden Stegelemente 19, 21 gegen Verdrehen gesichert ist, können weitere Verdrehsperren vorgesehen werden, wie beispielhaft in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist.

In Fig. 4 werden zwei kleine Sperrelemente 37, 37' verwendet, die ihrerseits jeweils vier Mutterflächen 39 besitzen, die jeweils eine kreuzförmige Vertiefungen 35 aufweisen, in die mit Presspassung der kreuzförmig ausgebildete Stift 40 einer der jeweils zwei Vaterflächen 41 einsteckbar ist. Die beiden Sperrelemente 37, 37' werden nun zuerst in Richtung E zusammengesteckt, so dass zwei Vaterflächen 41 ' gemeinsam ausgerichtet sind. Die Stifte (nicht zu sehen) dieser Vaterflächen werden dann in die jeweiligen Vertiefungen 35 der Konstruktionselemente 1, Γ eingesteckt. Dadurch sind die Konstruktionselemente 1, 1 ' auch über die Lösekraft gegenüber der kraft- und formschlüssigen Verbindung der Stegelemente 19, 21 und nutartigen Vertiefungen 31, 33 hinaus gegen ein Verdrehen gesichert. In Fig. 5 ist hierzu eine alternative Lösung dargestellt, die ein Plattenelement 43 umfasst, das seinerseits zwei kreuzförmige Stifte (nicht zu sehen) besitzt, die in die Vertiefungen 35 der Konstruktionselemente pressförmig einsteckbar sind.

In den Fig. 6 bis 8 ist rein schematisch eine zweite bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Konstruktionselemente 50, 50' und der damit verwirklichten Verbindungskonstruktion 51 dargestellt.

Es ist zu erkennen, dass dieses Konstruktionselement 50, 50' ebenfalls eine Vaterfläche 53 und fünf Mutterflächen 55 aufweist, wobei die Vaterfläche 53 vier quadratisch ausgerichtete Stifte 40 mit kreuzförmigen Querschnitt aufweist und die Mutterfläche 55 vier korrespondierend dazu angeordnete kreuzförmige Vertiefungen 35. Die Stifte 40 und Vertiefungen 35 entsprechen in ihrer Ausgestaltung und Dimensionierung vollständige derjenigen 35, 40 aus der ersten bevorzugten Ausführungsform, so dass auch hier eine Presspassung vorliegt. Zusätzlich weist die Vaterfläche 53 den vorstehenden Kupplungsstecker 15 auf und die Mutterfläche besitzt die Kupplungsvertiefung 29 aus dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel.

In Fig. 8 ist die Kopplung der Verbindungskonstruktion 51 gezeigt. Es ist zu erkennen, dass die beiden Konstruktionselemente 50, 50' einfach in einander gesteckt werden, in dem die Stifte 40 der Vaterfläche 53 in die Vertiefungen 35 der Mutterfläche pressförmig eingreift. Dadurch kommen auch die federnd gelagerten Kontakte 17 des Kupplungssteckers 15 auf den jeweiligen Schleifkontaktflächen 29a, 29b, 29c zur Anlage. Diese Verbindungskonstruktion 51 ist ersichtlich gegenüber einem Verdrehen der beiden Konstruktionselemente 50, 50' gegeneinander gesichert und gegenüber einem Ausziehen entgegen der Kupplungsrichtung G mittels des Kraftschlusses der Presspassung der in die Vertiefungen 35 eingesteckten Stifte 40.

In Fig. 9 ist rein schematisch eine dritte bevorzugte Ausgestaltung die erfindungsgemäßen Verbindungskonstruktion 60 gezeigt, bei der die Konstruktionselemente 61, 6Γ, 61 " jeweils eine Vaterfläche 5 und vier Mutterflächen 7 nach der ersten bevorzugten Ausgestaltung und eine Vaterfläche 53 nach der zweiten bevorzugten Ausgestaltung aufweisen. Somit lassen sich hier sowohl reine Steckverbindungen in Richtung G verwirklichen, da die Vaterfläche 53 mit der Mutterfläche 7 kompatibel ausgebildet ist (unten gezeigt), also auch Steck-Drehverbindungen mit den Verbindungsrichtungen A, B (oben dargestellt). In den Fig. 10 bis 12 ist rein schematisch eine vierte bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Konstruktionselemente 70, 70' und der damit verwirklichten Verbindungskonstruktion 71 dargestellt.

Es ist zu erkennen, dass dieses Konstruktionselement 70, 70' ebenfalls eine Vaterfläche 73 und fünf Mutterflächen 75 aufweist, wobei die Vaterfläche 73 vier quadratisch ausgerichtete Magnete 75 aufweist und die Mutterfläche 77 vier korrespondierend dazu angeordnete Magnete 79. Zusätzlich weist die Vaterfläche 73 den vorstehenden Kupplungsstecker 15 auf und die Mutterfläche 77 besitzt eine Kupplungsvertiefung 81 in der anstelle derjenigen aus dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel einzelne Kontakte 83, 85 vorgesehen sind, die unabhängig voneinander verschaltet werden können. Stattdessen könnten auch die Schleifkontakte 29a, 29a, 29c entsprechend der ersten bevorzugten Ausgestaltung verwendet werden. Außerdem besitzen die Mutterflächen 77 Vertiefungen 87, die kreisförmig mit taillenartigen Einschnürungen 89 ausgebildet sind. Stattdessen könnten auch kreuzförmige Vertiefungen 35 entsprechend der ersten bevorzugten Ausgestaltung verwendet werden. Schließlich besitzt die Vaterfläche 73 vier jeweils zwischen zwei Magneten 75 angeordnete erhaben vorstehende Stegelemente 91 und die Mutterfläche besitz vier korrespondierende nutartige Vertiefungen 93.

In Fig. 12 ist die Kopplung (links) und die Entkopplung (rechts) der Verbindungskonstruktion 71 gezeigt. Es ist zu erkennen, dass die beiden Konstruktionselemente 70, 70' einfach aufeinander gefügt werden. Dadurch kommen auch die federnd gelagerten Kontakte 17 des Kupplungssteckers 15 auf den jeweiligen Kontakten 83, 85 zur Anlage. Hier besteht eine zentrale Steckverbindung über den Kupplungstecker 15 und die Kupplungsvertiefung 81, die allerdings weniger anfällig ausgebildet sind als beispielsweise eine Klin- kensteckerverbindung. Dadurch können die Konstruktionselemente 70, 70' in beliebiger Ausrichtung zueinander zusammengefügt werden. Durch die Wirkung der Magnete 75, 79 werden sie stets in die richtige Ausrichtung überfuhrt und es erfolgt gleichzeitig eine Zentrierung durch die konische Ausbildung der Steckverbindung von Kupplungsstecker 15 und Kupplungsvertiefung 81. Diese Zentrierung ist auch bei den bevorzugten ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispielen gegeben.

Diese Verbindungskonstruktion 51 ist ersichtlich gegenüber einem Verdrehen der beiden Konstruktionselemente 50, 50' gegeneinander gesichert und gegenüber einem Ausziehen entgegen der Kupplungsrichtung, also senkrecht zu den Flächen 73, 77, mittels der mag- netischen Wirkung der Magnete, wobei hier besonders starke Magnete verwendet werden können, um diese Lastverträglichkeit zu erhöhen. Bei starken Magneten 75, 79 erfolgt das Entkoppeln über eine 45°-Drehung, wie in Fig. 8 rechts gezeigt. Andernfalls könnte auch einfach ein Abknicken oder Abscheren benutzt werden, um die Verbindungskonstruktion 71 zu lösen.

In den Fig. 13 bis 16b ist rein schematisch eine fünfte bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Konstruktionselemente 100, 100' und der damit verwirklichten Verbindungskonstruktion 101 dargestellt.

Es ist zu erkennen, dass dieses Konstruktionselement 100, 100' ebenfalls eine Vaterfläche 103 und fünf Mutterflächen 105 aufweist, wobei die Vaterfläche 103 neun in einem quadratischen Raster angeordnete Stifte 107 mit kreuzförmigem Querschnitt entsprechend den Stiften 40 aus dem zweiten Ausführungsbeispiel aufweist und die Mutterfläche 105 neun korrespondierend Vertiefungen 109 mit kreuzförmigem Querschnitt, wobei wiederum eine Presspassung vorliegt. Jeder der Stifte 107 und der Vertiefungen 109 ist elektrisch zumindest bereichsweise leitend ausgebildet, so dass darüber zugleich Kontakte für eine Energieversorgung bzw. Signalweiterleitung ausgebildet werden. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die äußeren diagonal gegenüberliegenden Stifte 1 1 1 als„-"-Pol ausgebildet sind und dazu senkrecht die die äußeren diagonal gegenüberliegenden Stifte 1 13 als„+"-Pol der Energieversorgung ausgebildet sind. Dann lässt sich durch ein Verdrehen der Konstruktionselemente 100, 100' um 90° zueinander eine Umpolung erzielen, wie in Fig. 16a und 16b gezeigt ist, wodurch dich die Wirkung von Aktoren einfach verändern lässt, ohne eine Umprogrammierung vornehmen zu müssen.

In den Fig. 17 und 18 ist rein schematisch eine sechste bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Konstruktionselemente 1 10, 1 10' und der damit verwirklichten Verbindungskonstruktion 123 dargestellt.

Es ist zu erkennen, dass dieses Konstruktionselement 1 10, 1 10' ebenfalls eine Vaterfläche 1 1 1 und fünf Mutterflächen 113 aufweist, wobei die Vaterfläche 11 1 vier quadratisch angeordnete T-förmige rotationssymmetrische Stifte 1 15 aufweist und die Mutterfläche 1 13 vier dazu korrespondierende rautenförmig angeordnete T-förmige Nuten 1 17, 1 17', wodurch sich eine Schwalbenschwanzführung ergibt, wobei eine Fügepassung vorliegt. Der Kontakt wird über den Kupplungsstecker bereitgestellt, der mit seinen Steckerkontakten 17 mit dem im Kreuzungspunkt von zwei dazu korrespondierend ausgebildeten Nuten 1 18, 1 18' angeordneten Schleifkontakt 1 19 zusammenwirkt. Dieser Schleifkontakt 1 19 ist im Wesentlichen identisch zu der Kupplungsvertiefung 29 aufgebaut, wobei die Vertiefung hier durch die Nute 1 18, 1 18' gebildet wird.

Beim Verbinden der Konstruktionselemente 1 10, 1 10' zur Verbindungskonstruktion 123 werden die Stifte 1 15 in die jeweiligen Nute 1 17, 1 17' entlang der Verbindungsrichtung H eingeführt. Zum Rasten der Verbindung sind an den Kreuzungspunkten 120 zweier Nute 1 17, 1 17' Verjüngungen 121 vorgesehen, so dass die Kreuzungspunkte 120 von Presspassungen umgeben sind, an dem Kreuzungspunkt 120 selbst jedoch eine Fügepassung vorliegt. Die Verbindungskonstruktion ist somit gegenüber einer Trennung senkrecht zu Vater- 1 1 1 und Mutterfläche 1 13 gesichert und auch eine Lösung in Richtung H ist im Rahmen der Presspassung durch die Verjüngungen 121 unterbunden. Die Änderung der Orientierung der Konstruktionselemente 1 10, 1 10' zueinander erfolgt einfach durch Umstecken.

Neben den Steckerkontakten 17 könnten zumindest einige der Stifte 1 15 ist elektrisch zumindest bereichsweise leitend ausgebildet, so dass darüber zugleich Kontakte für eine Energieversorgung bzw. Signalweiterleitung ausgebildet werden, wobei dann in den Kreuzungspunkten 120 entsprechende Gegenkontakte bereitzustellen wären.

In den Fig. 19 und 20 ist rein schematisch eine siebente bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Konstruktionselemente 130, 130' und der damit verwirklichten Verbindungskonstruktion 121 dargestellt.

Es ist zu erkennen, dass dieses Konstruktionselement 130, 130' ebenfalls eine Vaterfläche 133 und fünf Mutterflächen 135 aufweist, wobei die Vaterfläche 133 neun in einem quadratischen Raster angeordnete T-förmige, rotationssymmetrische Stifte 1 15 entsprechend dem sechsten Ausführungsbeispiel aufweist und die Mutterfläche 135 neun korrespondierend T-förmige Nute 1 17a, 1 17a' entsprechend dem sechsten Ausführungsbeispiel, wodurch sich wiederum eine Schwalbenschwanzführung ergibt, wobei eine Fügepassung vorliegt. Zum Rasten der Verbindung sind ebenfalls an den Kreuzungspunkte 120a zweier Nute 1 17a, 1 17a' Verjüngungen 121 vorgesehen, so dass die Kreuzungspunkte 120a von Presspassungen umgeben sind, an dem Kreuzungspunkt 120a selbst jedoch eine Fügepassung vorliegt. Die elektrischen Kontakte (nicht gezeigt) sind hier in den Kreuzungspunkten 120a ausgebildet und jeder der Stifte 1 15 ist elektrisch zumindest bereichsweise leitend ausgebildet, so dass darüber zugleich Kontakte für eine Energieversorgung bzw. Signalweiterleitung ausgebildet werden. Damit ergeben sind dieselben Möglichkeiten einer Umpolung wie im fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel.

Beim Verbinden der Konstruktionselemente 130, 130' zur Verbindungskonstruktion 131 werden die Stifte 1 15 in die jeweiligen Nute 1 17a, 1 17a' entlang der Verbindungsrichtung I eingeführt. Die Verbindungskonstruktion 131 ist somit gegenüber einer Trennung senkrecht zu Vater- 133 und Mutterfläche 135 gesichert und auch eine Lösung in Richtung I ist im Rahmen der Presspassung durch die Verjüngungen 121 unterbunden. Die Änderung der Orientierung der Konstruktionselemente 130, 130' zueinander erfolgt wiederum einfach durch Umstecken.

Claims

Patentansprüche

1. Verbindungskonstruktion (3; 51; 60; 71; 101; 123; 131) mit Verbindungsmitteln (9, 23; 35, 40; 15, 81, 75, 79; 107, 109; 115, 117, 117'; 115, 117a, 117a') zwischen Konstruktionselementen (1, 1'; 50, 50'; 61, 61', 61"; 70, 70'; 100, 100'; 110, 110'; 130, 130'), insbesondere Bausteinen und Modulen automatisierter Systeme, wobei die Verbindungskonstruktion (3; 51; 60; 71; 101; 123; 131) eine energetische und/oder Informationsverbindung (15, 17, 29, 29a, 29b, 29c; 15, 17, 81, 83, 85; 107, 109; 15, 17, 119; 115; 120a) zwischen zwei mit den Verbindungsmitteln verbundene Konstruktionselemente (1, ; 50, 50'; 61, 61', 61"; 70, 70'; 100, 100'; 110, 110'; 130, 130') bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass i) die Verbindungskonstruktion (3; 51; 60; 101; 123; 131) eine kraft- und/oder formschlüssige Steckverbindung zwischen zwei damit verbundenen Konstruktionselementen (1, 1'; 50, 50'; 61, 61', 61"; 100, 100'; 110, 110'; 130, 130') bereitstellt und/oder dass ii) die Verbindungskonstruktion (71) eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen zwei damit verbundenen Konstruktionselementen (70, 70') bereitstellt und weiterhin erste magnetische Verbindungselemente (75, 79) vorgesehen sind.

2. Verbindungskonstruktion (3; 51; 60; 71; 101; 123; 131) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskonstruktion (3; 51; 60; 71; 101; 123; 131) einbindig ausgebildet ist und/oder dass die Verbindungskonstruktion (3; 51; 60; 71; 101; 123; 131) die Konstruktionselemente (1, Γ; 50, 50'; 61, 61', 61"; 70, 70'; 100, 100'; 110, 110'; 130, 130') in ihrer Orientierung zueinander festlegt.

3. Verbindungskonstruktion (3; 51; 60; 71; 101; 123; 131) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskonstruktion (3; 51; 60; 71; 101; 123; 131) so ausgebildet ist, dass eine Verbindung zwischen den Konstruktionselementen (1, 1'; 50, 50'; 61, 6Γ, 61"; 70, 70'; 100, 100'; 110, 110'; 130, 130') für mindestens zwei verschiedene Orientierungen der Konstruktionselemente (1, 1'; 50, 50'; 61, 6 , 61"; 70, 70'; 100, 100'; 110, 110'; 130, 130') zueinander ermöglicht ist.

4. Verbindungskonstruktion (3; 51; 60; 71; 101; 123; 131) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraft- und/oder Formschluss die Trennung der Verbindung der miteinander über die Verbindungskonstruktionen verbundenen Konstruktionselemente in einer ersten Richtung sperrt, während der Kraft- und/oder Form- schluss in einer dazu geneigt, bevorzugt senkrecht ausgebildeten zweiten Richtung lösbar ausgebildet ist, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass zumindest eine lösbare Sperre (39; 43) vorgesehen ist, die in der zweiten Richtung den Kraft und/oder Formschluss fixiert, wobei die Sperre insbesondere zumindest als ein Mittel ausgebildet ist, das aus der Gruppe der folgenden Mittel ausgewählt ist: i) ein in das erste und zweite Konstruktionselement diese verbindend einsteckbares Element (39, 43), ii) zweite magnetische Verbindungselemente und iii) Rastmittel, die bevorzugt unter Vorspannung stehen und durch Betätigung eines Löseelements entrastbar sind.

5. Verbindungskonstruktion (3; 51 ; 60; 71 ; 101; 123; 131) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraft- und/oder Formschluss über zumindest zwei miteinander korrespondierende Verbindungselemente (9, 23; 35, 40; 15, 81, 75, 79; 107, 109; 1 15, 1 17, 1 17'; 1 15, 1 17a, 1 17a') bereitgestellt ist, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass ein erstes Verbindungselement an einem ersten Konstruktionselement und ein damit korrespondierendes Verbindungselement an einem zweiten Konstruktionselement angeordnet ist und/oder bevorzugt vorgesehen ist, dass jedes Konstruktionselement (1 , Γ; 50, 50'; 61, 6Γ, 61 "; 70, 70'; 100, 100'; 1 10, 110'; 130, 130') zumindest ein erstes Verbindungselement und zumindest ein zweites Verbindungselement aufweist.

6. Verbindungskonstruktion (3; 51 ; 60; 71; 101 ; 123; 131) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verbindungselement als in das zweite Verbindungselement einsteckbar ausgebildet ist, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass das erste Verbindungselement eine n-zählige Drehachse aufweist mit n>0, insbesondere n=4.

7. Verbindungskonstruktion (3; 60; 71 ; 123; 131) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verbindungselement drehbar, insbesondere um 360° drehbar in dem zweiten Verbindungselement ausgebildet ist, und/oder dass eines der ersten und zweiten Verbindungselemente zumindest eine Hinterschneidung aufweist und das korrespondierende andere der zweiten und ersten Verbindungselemente zumindest einen zu der Hinterschneidung korrespondierenden Vorsprung aufweist.

8. Verbindungskonstruktion (71 ; 101 ; 131) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erstes (15; 107; 1 15) und ein zweites Verbindungselement (81 ; 109; 120a) der Verbindungskonstruktion (71; 101; 131) elektrischen Strom leitend ausgebildet ist.

9. Verbindungskonstruktion (3; 51 ; 60; 71; 101 ; 123; 130) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Schleifkontakt (29a, 29b, 29c), bevorzugt 3 oder 4 Schleifkontakte vorgesehen sind und/oder dass die energetische und/oder Informationsverbindung so ausgebildet ist, dass für zumindest eine erste Orientierung der Konstruktionselemente (70, 70'; 100, 100'; 130, 130') zueinander eine erste Polung besteht und für zumindest eine zweite Orientierung eine zweite Polung besteht.

10. Konstruktionselement (1, 1 '; 50, 50'; 61 , 61 ', 61 "; 70, 70'; 100, 100'; 1 10, 1 10'; 130, 130'), insbesondere Baustein und Modul automatisierter Systeme, dadurch gekennzeichnet, dass dieses die Verbindungskonstruktion (3; 51 ; 60; 71 ; 101 ; 123; 131) nach einem der vorherigen Ansprüche aufweist, wobei das Konstruktionselement (1, Γ; 50, 50'; 61, 61 ', 61 "; 70, 70'; 100, 100'; 1 10, 1 10'; 130, 130') bevorzugt zumindest eine Seitenfläche aufweist, die rechteckig, quadratisch, dreieckig oder rund ausgebildet ist.