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Die
Erfindung bezieht sich auf ein elektrisch angetriebenes Spannungswellen-Getriebe
mit einer eine Verzahnung aufweisenden starren Einheit und einer,
ebenfalls eine Verzahnung aufweisenden, flexiblen Einheit, wobei
zwischen den beiden Einheiten wirkende, veränderliche magnetische Kräfte die
flexible Einheit dynamisch derart deformieren, daß die Verzahnung
der flexiblen Einheit mit der Verzahnung der starren Einheit stets
in zwei getrennten Bereichen in Eingriff gebracht wird, so daß sich die
flexible Einheit relativ zur starren Einheit bewegt.
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Die
bekannten, auf einer flexiblen Einheit basierenden Spannungswellen-Getriebe,
auch als Harmonic-Drive-Getriebe bezeichnet, dienen der kinematischen
Kopplung zweier Rotationsachsen und weisen ein konstantes Übersetzungsverhältnis auf. Typische
Untersetzungen einer Getriebestufe liegen bei 1:30 bis 1:320. In 1 ist anhand einer möglichen Ausführungsform
das Funktionsprinzip eines Spannungswellen-Getriebes dargestellt.
Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform
mit radialer Verzahnung ist ein innenverzahnter starrer Ring, die sogenannten
Circular Spline CS, vorgesehen, in dessen Innerem sich koaxial dazu
ein ringförmiges
außenverzahntes
flexibles Element, die sogenannte Flex Spline FS, befindet. Im Inneren
der Flex Spline ist ein Auslenkgenerator, der sogenannte Wave-Generator
WG vorgesehen, der die Flex Spline FS ellipsenförmig so deformiert, daß ihre Außenverzahnung wie
dargestellt mit der Innenverzahnung der Circular Spline CS im Bereich
der großen
Ellipsenachse an zwei gegenüberliegenden
Stellen in Eingriff kommt. Der Wave-Generator WG kann sich relativ
zur Flex Spline FS in der in 1.1 und 1.2 als Bildsequenz dargestellten Weise drehen,
wobei die Zahneingriffsbereiche rotatorisch umlaufen. Typischerweise
ist der Wave-Generator WG als elliptische Scheibe mit aufgezogenem
Kugellager ausgeführt
und die Innenverzahnung der Circular Spline CS weist zwei Zähne mehr
auf als die Außenverzahnung
der Flex Spline FS. Infolge der in 1 dargestellten
Drehung des Wave-Generators WG um 90° im Uhrzeigersinn um die Rotationsachse
dreht sich die Flex Spline FS um eine halbe Zahnbreite relativ zur
Circular Spline CS zurück,
was sich anhand des schwarz markierten Zahnes der Flex Spline FS
und des Markierungspfeiles auf der Circular Spline CS erkennen läßt.
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Die
Vorteile des Spannungswellen-Getriebes sind eine hohe Übersetzung
in einer Getriebestufe bei kompaktem Bauraum, geringem Spiel und
hoher Steifigkeit. Typische Einsatzgebiete umfassen Vorschub- und
Roboterantriebe, die fein auflösende Weggeber
benöti gen.
Ein Beispiel hierfür
findet sich in der
DE
35 22 336 A1 . Meist wird der Wave-Generator WG von einem elektrischen
Servomotor oder Schrittmotor angetrieben, während die Circular Spline CS
mit dem Gehäuse
und die Flex Spline FS mit der Abtriebswelle verbunden ist. Elektrische
Schrittmotoren verursachen geringe Kosten und ermöglichen
eine hohe Positioniergenauigkeit der Abtriebswelle, erzeugen aber
nur begrenzte Drehmomente. Bei Schrittverlusten geht die Information über die
Positionierung der Abtriebswelle verloren. Elektrische Servomotoren
benötigen
Lagemeßsysteme
und geeignete Ansteuerungen, wodurch sich hohe Systempreise ergeben.
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Zur
Vermeidung dieser Nachteile wird in der
DE 197 47 566 C1 vorgeschlagen,
den Wave-Generator WG durch Piezoaktoren zu ersetzen, die die Flex
Spline FS deformieren. Aufgrund der begrenzten Längenänderungen von Piezostapelaktoren,
die bei ca. 1 Promille der Aktorlänge liegen, wird eine Kombination
von Piezostapelaktoren mit Wegübersetzungseinheiten
oder der Einsatz von Piezobiegeaktoren vorgesehen. Nachteilig ist
dabei, daß infolge der
unvermeidbaren Elastizitäten
in den Wegübersetzungseinheiten
ein Teil der von den Piezostapelaktoren erzeugten Längenänderungen
verloren geht, während
die Piezobiegeaktoren nur geringe Kräfte generieren. Daneben ergibt
sich ein aufwendiger Aufbau, da neben der Circular Spline CS und
der Flex Spline FS weitere Teile mitsamt Lagerstellen erforderlich
sind bzw. die elektrische Energie den mitrotierenden Piezoaktoren
zugeführt
werden muß.
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Ein
weiterer Nachteil einer oben beschriebenen Antriebseinheit, bestehend
aus einem elektrischen Schritt- bzw. Servomotor und einem Spannungswellen-Getriebe,
liegt in dem Massenträgheitsmoment
der mit der hohen Antriebsdrehzahl rotierenden, antriebsseitigen
Komponenten, wie z.B. der Rotor des Schritt- bzw. Servomotors und
der Wave-Generator WG. Aufgrund der hohen Untersetzung überwiegt
dieses Massenträgheitsmoment
meist das auf die Antriebsseite reduzierte Massenträgheitsmoment der
abtriebsseitig mit der Flex Spline FS gekoppelten Komponenten und
begrenzt damit die Dynamik des Antriebs. Daneben ergibt sich ein
aufwendiger Aufbau mit einer Lagerung der Schritt- bzw. Servomotorwelle,
einer Lagerung, die eine Rotation des Wave-Generators WG relativ
zur Flex Spline FS ermöglicht
und einer Lagerung der Abtriebswelle. Ein geringes Winkelspiel der
Antriebseinheit muß durch enge
Fertigungstoleranzen sichergestellt werden.
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In
der
DE 11 35 259 C wird
vorgeschlagen, eine Spannungswelle durch elektromagnetische Mittel
fortzupflanzen, beispielsweise unter Verwendung von Elektromagneten, welche
fortschreitend auf eines der Ringräder der Getriebekombination
(d.h. die flexible Einheit) wirken und um dieses verteilt sind. Weiterhin
wird vorgeschlagen, die magnetische Kupplung durch magnetisch aufnahmefähige Stäbe oder
Ketten zu verstärken,
um den magnetischen Widerstand des Kraftlinienweges herabzusetzen.
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In
der
DE 14 88 749 B wird
vorgeschlagen, zum Treiben des ausbiegbaren Ringgliedes (d.h. der flexiblen
Einheit) im Umfang nacheinander erregte Paare im Kreis nebeneinander
liegender Magnetspulen entgegengesetzter Polarität im Stator anzuordnen, die
zusammen mit jeweils einem diametrisch gegenüberliegenden Paar in kreisförmig fortschreitender
Bewegung erregt werden. Gegen das Innere des ausbiegbaren Ringgliedes
liegt eine Spiralfeder aus magnetischem Bandmaterial, ähnlich einer
Uhrmacherfeder an. Durch diese Ausführung behält der Anker seine radiale
Ausbiegbarkeit bei und nachteilig wirkender mechanischer Widerstand
wird herabgesetzt.
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Sowohl
in der
DE 11 35 259
C als auch in der
DE
14 88 749 B wird die flexible Einheit dünnwandig ausgeführt, um
die dynamische Verformung zu ermöglichen.
Eine Führung
der magnetischen Kraftlinien entlang der dünnen Wandung ist aufgrund der
geringen Querschnitte nur bedingt möglich. Daher stehen zusätzliche
Teile, z.B. magnetisch aufnahmefähige
Stäbe,
Ketten oder eine Spiralfeder mit der flexiblen Einheit in Kontakt
und führen
die magnetischen Kraftlinien bzw. besitzen die erforderlichen Querschnitte,
um den magnetischen Widerstand zu reduzieren. Die Magnetkräfte greifen überwiegend
an diesen zusätzlichen
Teilen an und werden an die flexible Einheit weitergeleitet. An
den Kontaktstellen zwischen den zusätzlichen Teilen und der flexiblen
Einheit entstehen Reibung, die eine dynamische Verformung der flexiblen
Einheit erschwert und Verschleiß. Z.B.
führen
bei der in der
DE 14
88 749 B vorgeschlagenen Anordnung Magnetkräfte zu verstärkten Kontaktkräften und
damit erhöhter
Reibung zwischen den einzelnen Lagen der Spiralfeder und zwischen der
Spiralfeder und der flexibler Einheit. Magnetische Kraftlinien verlaufen
durch die Wandung der flexiblen Einheit und zum Teil senkrecht zu
den einzelnen Lagen der Spiralfeder, was bei der Verwendung von elektrisch
leitenden Materialien unerwünschte
Wirbelströme
hervorruft. Die Kraftlinien müssen
zusätzlich
zum Luftspalt zwischen flexibler und starrer Einheit den magnetischen
Widerstand der Wandung der flexiblen Einheit überwinden, was eine entsprechend erhöhte Durchflutung
bzw. Amperewindungszahl erfordert und zu erhöhten Kupferverlusten in den
Magnetspulen führt.
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In
der
JP 07012181 A und
der
JP 02275146 A wird
vorgeschlagen, die ringförmige
flexible Einheit eines Spannungswellen-Getriebes mit Hilfe einer magnetischen
Flüssigkeit,
die sich im Inneren der flexiblen Einheit befindet, auszulenken.
Dazu wird mit Hilfe von Elektromagneten ein magnetisches Feld erzeugt,
das die magnetische Flüssigkeit
an zwei am Umfang der flexiblen Einheit diametrisch gegenüberliegenden
Stellen anzieht und die flexible Einheit somit ellipsenförmig verformt.
Durch Rotation des magnetischen Feldes entsteht eine dynamische
Verformung der flexiblen Einheit bzw. eine Spannungswelle.
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Bei
beiden Ausführungen
befindet sich magnetische Flüssigkeit
im Innern der flexiblen Einheit, die erforderliche Abdichtung der
flexiblen Einheit ist konstruktiv aufwendig bzw. erschwert die dynamische
Verformung. Die viskose magnetische Flüssigkeit wirkt insbesondere
bei höheren
Umfangsgeschwindigkeiten der Spannungswelle dämpfend, was den Wirkungsgrad
herabsetzt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein elektrisch angetriebenes
Spannungswellen-Getriebe gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 so auszubilden, daß ein einfacher Aufbau aus
einer flexiblen Einheit und einer starren Einheit gebildet wird,
wobei auf zusätzliche
Elemente, die zusätzlich träge Massen,
Reibung, Verschleiß und
Dämpfung liefern,
wie z.B. eine elliptische Scheibe mit aufgezogenem Kugellager als
Wave-Generator,
Piezostellelemente mit Lagerstellen, eine Spiralfeder die mit der flexiblen
Einheit in Kontakt steht oder ein magnetisches Fluid, verzichtet
wird. Damit ergibt sich ein spielfreier, robuster, verschleißarmer elektrischer
Antrieb mit hoher Dynamik. Die dynamische Verformung der flexiblen
Einheit wird von veränderlichen magnetischen
Kräften,
die zwischen der flexiblen Einheit und der starren Einheit wirken,
erzeugt. Die magnetischen Kräfte
werden von magnetischen Flüssen
erzeugt, die über
die starre Einheit, Luftspalte und erfindungsgemäß über einen dafür vorgesehenen
flußführenden
Bereich der flexiblen Einheit verlaufen.
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Um
die erforderliche elastische dynamische Deformation der flexiblen
Einheit zu erreichen, ist die Grundstruktur der flexiblen Einheit
dünnwandig
ausgeführt.
Eine Führung
des magnetischen Flusses entlang der Grundstruktur der flexiblen
Einheit ist aufgrund der dünnwandigen
Ausführung
mit den folglich geringen Querschnittsflächen nur bedingt möglich. Daher
verläuft
der magnetische Fluß erfindungsgemäß über einen
dafür vorgesehenen
flußführenden Bereich
der flexiblen Einheit, der die zur Führung der magnetischen Flüsse erforderlichen
Querschnittsflächen
bildet und entsprechend ausgestaltet ist. Der flußführende Bereich
der flexiblen Einheit besteht aus einem permanentmagnetischen oder
weichmagnetischen Material mit geringer mechanischer Steifigkeit
und geringer mechani scher Hysterese, z.B. aus kunststoffgebundenen
Hartferriten, um die dynamische Verformung der flexiblen Einheit
nicht zu behindern. Alternativ dazu kann der flußführende Bereich der flexiblen
Einheit aus weichmagnetischen oder permanentmagnetischen Lamellen
aufgebaut sein, wobei die Lamellen so auf der flexiblen Einheit
ausgerichtet sind, daß die
Lamellen die dynamische Deformation der flexiblen Einheit nicht
behindern. Z.B. werden die Längsachsen
der Lamellen bei der in 1 dargestellten
Ausführungsform
eines Spannungswellen-Getriebes mit radialer Verzahnung parallel
zur Rotationsachse ausgerichtet, beim axialen Spannungswellen-Getriebe
mit axialer Verzahnung dagegen radial zur Rotationsachse. In beiden
Fällen werden
die Längsachsen
der Lamellen in Richtung der Längsachsen
der Zähne
der Verzahnung der flexiblen Einheit ausgerichtet. Nach „Taschenbuch
der Elektrotechnik und Elektronik", 7. Auflage, München; Wien: Fachbuchverlag
Leipzig im Carl-Hanser-Verlag, 1998, Seite 93, beträgt die Zugkraft
eines Elektromagneten ca. 80 Newton je Quadratzentimeter Gesamtpolfläche bei
einer im Elektromaschinenbau üblichen
Flußdichte
von 1 Tesla. Mit magnetischen Kräften
dieser Größenordnung
läßt sich
die erforderliche dynamische Deformation der flexiblen Einheit erreichen.
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Mit
nur zwei Teilen, einer starren Einheit und einer flexiblen Einheit,
ergibt sich ein robuster Aufbau, ein möglicher Verschleiß kann nur
an einer zwischen der starren Einheit und der flexiblen Einheit evtl.
erforderlichen Lagerung und an den Verzahnungen auftreten. Bei der üblichen
Bauweise eines Spannungswellen-Getriebes wird der Verformungsweg.
bzw. die Geometrie der Deformation der Flex Spline z.B. von einer
elliptischen Scheibe als Wave-Generator vorgegeben. Geringes Verzahnungsspiel
muß durch
enge Fertigungstoleranzen sichergestellt werden.
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Beim
erfindungsgemäßen elektrisch
angetriebenen Spannungswellen-Getriebe wirken magnetische Kräfte auf
die flexible Einheit, die elastische Deformation der flexiblen Einheit
kann sich den Geometrien der Verzahnungen entsprechend einstellen, wodurch
sich ein spielfreier Aufbau mit minimiertem Verschleiß und geringer
Reibung in den Verzahnungen erreichen läßt. Bei geeigneter Vorgabe
der magnetischen Kräfte
kann das zwischen der flexiblen Einheit und der starren Einheit
entstehende Drehmoment, das als Abtriebsdrehmoment genutzt wird,
mit hoher Auflösung
und aufgrund der geringen Massenträgheiten mit hoher Dynamik vorgegeben
werden. Ein entsprechendes elektrisch angetriebenes Spannungswellen-Getriebe
kann z.B. als Stellglied bei hochdynamischen Roboterantrieben bzw.
zur Kraftregelung von Roboterarmen vorteilhaft eingesetzt werden.
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Die
Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
anhand von erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
beschrieben. Es zeigen:
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1 prinzipieller Aufbau eines Spannungswellen-Getriebes,
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2 erfindungsgemäßes elektrisch angetriebenes
Spannungswellen-Getriebe mit einem flußführenden Bereich der flexiblen
Einheit, der aus weichmagnetischen Lamellen besteht,
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3 erfindungsgemäßes elektrisch angetriebenes
Spannungswellen-Getriebe mit einem flußführenden Bereich der flexiblen
Einheit, der aus permanentmagnetischen Lamellen besteht.
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Die 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
eines elektrisch angetriebenen Spannungswellen-Getriebes, bei dem
die flexible Einheit 1 topfförmig und elastisch verformbar
ausgebildet, einstückig
mit der Abtriebswelle 2 verbunden und mit einer Außenverzahnung 3 versehen
ist. Die starre Einheit 8 ist koaxial zur flexiblen Einheit 1 angeordnet,
mit einer Innenverzahnung 9 versehen und mit mindestens
drei Spulenpaaren einstückig
verbunden. Die drei Spulenpaare bestehen aus je zwei am Umfang gegenüberliegenden,
zur Vermeidung von Wirbelströmen
geblechten Spulenkörpern 10 und 11 bzw. 12 und 13 sowie 14 und 15 mit
zugehörigen Wicklungen.
Eine zwischen der flexiblen Einheit 1 und der starren Einheit 8 eingebrachte
Lagerung 7 ermöglicht
eine Rotationsbeweglichkeit der flexiblen Einheit 1 relativ
zur starren Einheit 8 um die Abtriebswelle 2.
Die flexible Einheit 1 besitzt parallel zur Rotationsachse
ausgerichtete, über
den Umfang verteilte, radial nach außen zeigende Rippen 4,
die einstückig
mit weichmagnetischen Lamellen 5 verbunden sind. Die weichmagnetischen
Lamellen 5 bilden den flußführenden Bereich der flexiblen
Einheit 1 und sind zur Vermeidung von Wirbelströmen geblecht
ausgeführt.
Die Längsachsen
der Lamellen 5 sind parallel zur Rotationsachse ausgerichtet.
Dadurch und in Verbindung mit den Rippen 4 wird eine ellipsenförmige Deformation
der flexiblen Einheit 1, durch welche die Außenverzahnung 3 der
flexiblen Einheit 1 wie dargestellt mit der Innenverzahnung 9 der
starren Einheit 8 im Bereich der großen Ellipsenachse an zwei gegenüberliegenden
Stellen in Eingriff kommt, nicht behindert. Die ellipsenförmige Deformation
der flexiblen Einheit 1 ergibt sich durch das Bestromen der
Wicklungen zweier am Umfang gegenüberliegender Spulenkörper 10, 11,
was zu magneti sche Flüssen 16, 17 und
zu radial nach außen
wirkenden magnetischen Kräften
auf die im Bereich der Spulenkörper 10, 11 befindlichen
Lamellen 5 führt.
Die große Ellipsenachse
liegt in der durch die Rotationsachse verlaufenden, gemeinsamen
Symmetrieebene der beiden Spulenkörper 10, 11.
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Durch
Bestromen der Wicklungen der Spulenkörper 12, 13 und
Beenden der Bestromung der Wicklungen der Spulenkörper 10, 11 ändert sich
die ellipsenförmige
Deformation der flexiblen Einheit 1, die große Ellipsenachse
dreht sich um 60° im
Uhrzeigersinn um die Rotationsachse und liegt dann in der durch
die Rotationsachse verlaufenden, gemeinsamen Symmetrieebene der
beiden Spulenkörper 12, 13.
Da die Innenverzahnung 9 der starren Einheit 8 zwei
Zähne mehr
aufweist als die Außenverzahnung 3 der
flexiblen Einheit 1, dreht sich die flexible Einheit 1 dabei
um 1/3 Zahnbreite relativ zur starren Einheit 8 zurück. Das
zeitlich aufeinanderfolgende Bestromen unterschiedlicher Spulenpaare
erzeugt eine dynamische ellipsenförmige Deformation der flexiblen Einheit 1 wobei
sich die große
Ellipsenachse um die Rotationsachse dreht und es ergibt sich eine
relative Verdrehung der flexiblen Einheit 1 gegen die starre Einheit 8 um
die Rotationsachse. Das Ein- und Ausschalten der Bestromung der
Wicklungen führt
zu einer Schrittmotorcharakteristik. Mit mehr als drei Spulenpaaren
läßt sich
die Winkelauflösung
an der Abtriebswelle 2 verbessern. Mit geeigneten Ansteuereinrichtungen 18,
die die Stromstärken
der Wicklungsströme
variabel vorgeben können
bzw. der gleichzeitigen Bestromung von mehr als einem Spulenpaar
lassen sich auch Deformationen der flexiblen Einheit 1 erzeugen,
bei denen die große
Ellipsenachse nicht in der durch die Rotationsachse verlaufenden,
gemeinsamen Symmetrieebene eines Spulenpaares liegt, was zu einer
verbesserten Winkelauflösung
führt,
daneben kann die Geometrie der Deformation der flexiblen Einheit 1 geeignet
variiert werden, so daß Reibungsverluste
in den Verzahnungen minimal werden. Indem entsprechend der bei Drehstrommotoren
eingesetzten Sehnung jede Wicklung mehrere Spulenkörper umfaßt, kann
der Aufwand für die
Ansteuereinrichtungen 18 der Wicklungsströme verringert
werden. Die Ansteuerung der Wicklungsströme kann auf Basis der Signale
von vorzugsweise berührungslos
arbeitenden Abstandssensoren 6, wie z.B. induktiven Abstandssensoren,
erfolgen, die am Umfang der starren Einheit 8 verteilt
angeordnet sind und den geometrischen Verformungszustand der flexiblen
Einheit 1 erfassen. Durch Aufaddieren der Umläufe der
großen
Ellipsenachse kann auf den Rotationswinkel der Abtriebswelle 2 geschlossen
werden.
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Ein
Durchgleiten der flexiblen Einheit 1 relativ zur starren
Einheit 8 im unbestromten Zustand aller Wicklungen läßt sich
vermeiden, indem die Spulenkörper
eines Spulenpaa res, zum Beispiel die Spulenkörper 10, 11,
mit Permanentmagneten versehen werden. Im unbestromten Zustand der
Wicklungen entstehen magnetische Flüsse 16 und 17,
die zu radial nach außen
wirkenden magnetischen Kräften
auf die im Bereich der Spulenkörper 10, 11 befindlichen Lamellen 5 führen. Es
entsteht eine elastische Deformation der flexiblen Einheit 1,
die große
Ellipsenachse liegt in der durch die Rotationsachse verlaufenden,
gemeinsamen Symmetrieebene der Spulenkörper 10, 11.
Eine Rotation der flexiblen Einheit 1 relativ zur starren
Einheit 8 wird verhindert, auf eine zusätzliche Feststellbremse kann
so verzichtet werden.
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Die 3 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
eines elektrisch angetriebenen Spannungswellen-Getriebes, im Gegensatz
zu dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
bestehen die geblechten Lamellen 19 aus einem permanentmagnetischen
Material und weisen in Richtung der Längsachse entgegenliegende magnetische
Nordpole N und magnetische Südpole
S auf, wobei die magnetischen Nordpole N aller Lamellen 19 in
Richtung der Lagerung 7 zeigen. Die Ansteuereinrichtungen 21 können die
Stromrichtungen bei der Bestromung der Wicklungen der Spulenkörper 10 bis 15 umkehren.
Der übrige
Aufbau entspricht dem Ausführungsbeispiel
aus 2. Durch geeignete Wahl der Stromrichtung
bei der Bestromung der Wicklungen der Spulenkörper 10 bis 15 lassen
sich magnetische Anziehungskräfte
und magnetische Abstoßungskräfte erzeugen.
Die auf die Lamellen 19 wirkenden Anziehungskräfte sind
radial nach außen
gerichtet und werden im Bereich der großen Ellipsenachse der Deformation
der flexiblen Einheit 1 genutzt. Die auf die Lamellen 19 wirkenden
Abstoßungskräfte sind
radial nach innen gerichtet und wirken im Bereich der kleinen Ellipsenachse.
Die Nutzung von zusätzlichen
Abstoßungskräften ermöglicht eine
höhere
Leistungsdichte und bildet eine weitere Eingriffsmöglichkeit,
um die Geometrie der Deformation der flexiblen Einheit 1 im
Bezug auf die Reibungsverluste in den Verzahnungen 3, 9 günstig zu beeinflussen.
Im unbestromten Zustand aller Wicklungen wirken radial nach außen, gerichtete
Anziehungskräfte
auf die permanentmagnetischen Lamellen 19. Diese Anziehungskräfte sind
von der Dicke der Luftspalte 20 zwischen den permanentmagnetischen
Lamellen 19 und den Spulenkörpern bzw. vom Abstand der
permanentmagnetischen Lamellen 19 zu den Spulenkörpern abhängig. Bei
kleiner werdendem Abstand erhöhen
sich die Anziehungskräfte. Eine
ellipsenförmige
Deformation der flexiblen Einheit 1 führt im Bereich der großen Ellipsenachse
zu höheren
radial nach außen
gerichteten Anziehungskräften
auf die Lamellen 19 als im Bereich der kleinen Ellipsenachse.
Dies erhält
die ellipsenförmige
Deformation der flexi blen Einheit 1 auch im unbestromten Zustand
aller Wicklungen und verhindert ein Durchgleiten der flexiblen Einheit 1 relativ
zur starren Einheit 8. Eine Vorzugsrichtung der großen Ellipsenachse
der ellipsenförmigen
Deformation entsteht nicht. Eine geeignete Bestromung der Wicklungen
der Spulenkörper 10 bis 15 liefert
zusätzliche
magnetische Kräfte,
die zu einem Drehmoment an der Abtriebswelle 2 führen, aber
nicht zur Erhaltung der ellipsenförmigen Deformation der flexiblen
Einheit 1 beitragen. Damit sind, verglichen mit dem Ausführungsbeispiel
nach 2 mit weichmagnetischen Lamellen 5, die
erforderlichen Wicklungsströme
geringer, es entstehen weniger Kupferverluste und eine geringere Verlustwärme.
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Die
Wirkung einer Feststellbremse kann erreicht werden, indem die Spulenkörper eines
Spulenpaares, zum Beispiel die Spulenkörper 10, 11,
mit Permanentmagneten versehen werden. Die große Ellipsenachse der ellipsenförmige Deformation
der flexiblen Einheit 1 erhält dadurch im unbestromten Zustand
aller Wicklungen eine Vorzugsrichtung.
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Auch
bei dieser Ausführungsform
lassen sich mit mehr als drei Spulenpaaren, mit Ansteuereinrichtungen 21,
die die Stromstärken
der Wicklungsströme
variabel vorgeben können
bzw. mit der gleichzeitigen Bestromung von mehr als einem Spulenpaar
die Winkelauflösung
an der Abtriebswelle 2 verbessern und die Geometrie der
Deformation der flexiblen Einheit 1 so verändern, daß Reibungsverluste
in den Verzahnungen minimal werden.
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Bei
den Ausführungsbeispielen
nach 2 und 3 wird
der innerhalb der flexiblen Einheit 1 befindliche Bauraum
nicht genutzt. Es bietet sich daher an, die flexible Einheit 1 mitsamt
der Abtriebswelle 2 als Hohlzylinder auszuführen. Die
beiden Ausführungsbeispiele
können
dann vorteilhaft als Hohlwellenantriebe mit großem Innendurchmesser eingesetzt
werden. Damit lassen sich z.B. hochintegrierte Roboterachsen realisieren.