DE102004037540B4

DE102004037540B4 - Getriebering eines Spannungswellengetriebes

Info

Publication number: DE102004037540B4
Application number: DE200410037540
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dr.-Ing. Degen
Original assignee: Micromotion GmbH
Current assignee: Micromotion GmbH
Priority date: 2004-08-03
Filing date: 2004-08-03
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2024-08-04
Also published as: DE102004037540A1

Abstract

Getriebering (1, 1') eines Spannungswellengetriebes (80), welcher mit Zähnen (3) und Zahnlücken (4) zum Kämmen mit dem Flexspline (42) des Spannungswellengetriebes (80) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Getriebering (1, 1') in wenigstens einer Zahnlücke (4) mindestens eine sich in den Grundkörper (2) des Getrieberings (1, 1') erstreckende Hinterschneidung (5) aufweist, die in radialer Richtung im Bereich des Fußkreises liegt und deren Tiefe kleiner als die Zahnhöhe ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Getriebering eines Spannungswellengetriebes, welcher mit Zähnen und Zahnlücken zum Kämmen mit dem Flexspline des Spannungswellengetriebes ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein solches Spannungswellengetriebe.
Technologischer Hintergrund und Stand der Technik
Zahnräder dienen der Übertragung von Drehmomenten und Drehbewegungen von einer Welle auf eine andere Welle, in dem ein auf der einen Welle festgelegtes Zahnrad mit seinen Zähnen nacheinander in die Zähne eines anderen, auf der anderen Welle fixierten Gegenzahnrades eingreifen. Um eine möglichst gleichmäßige Bewegungsübertragung zu gewährleisten, muss die Zahnform der miteinander kämmenden Zahnräder entsprechend aufeinander abgestimmt sein. Eine solche Abstimmung ist beispielsweise bei der Evolventenverzahnung und der Zykloidenverzahnung verwirklicht, welche aufgrund ihrer weiten Verbreitung heute quasi einen Standard darstellen. Heute übliche Zahnräder gehen beispielsweise aus der DE 40 04 757 C2 , GB 2 275 318 A , DE 200 12 228 U1 und DE 397 646 A hervor.
Unter Zahnräder werden im Zuge dieser Anmeldung Zahnräder mit einer Innenverzahnung und/oder einer Außenverzahnung sowie zylindrische Ringe mit einer Innenverzahnung und/oder Außenverzahnung verstanden.
Bekannt ist es, zur Verbesserung der Übertragungseigenschaften und zur Vereinfachung der Herstellung der Verzahnungen von den vorstehenden Standardverzahnungen im Bereich des Zahnfußes und/oder des Zahnkopfes abzuweichen. Solche Verzahnungen sind beispielsweise die sogenannte Kreisbogenverzahnung, die Hybridverzahnung oder die IH-Verzahnung. Letztgenannte Verzahnung ist besonders für Spannungswellengetriebe, im Folgenden auch Harmonic-Drive-Getriebe genannt, geeignet, da sie speziell auf die Kinematik des Harmonic Drive-Getriebes optimiert ist.
Bekannt ist es ferner, von den Standardverzahnungen in der Weise abzuweichen, dass die Zahndicke des einen Zahnrades erhöht und die Zahndicke des mit dem Zahnrad kämmenden Gegenzahnrades soweit verringert wird, dass ein gleichförmiges Einlaufen des Zahnradpaares erzielt und Stöße sowie ein Einklemmen aufgrund statischer Überbestimmtheit der Verzahnung vermieden ist. Das Vergrößern der Zahndicke ist jedoch nur begrenzt möglich. Dies ist darauf zurückzuführen, dass mit Zunahme der Zahndicke die Elastizität des Zahnes abnimmt, so dass beim Kämmen der Zahnräder höhere mechanische Spannungen in den kämmenden Zähnen auftreten. Diese Spannungen können derart hohe Werte annehmen, dass es zu einer Zerstörung des Zahnrades kommt.
Aus DEGEN, R.; MICHEL, F.: Das Harmonic Drive^® der Micromotion GmbH: Ein Präzisionsmikrogetriebe für Positionieraufgaben. In: F & M. Carl Hanser Verlag, München, 2001, Jg. 109, Heft 6, S. 48–50 ist ein Getriebering der hier angesprochenen Art bekannt, welcher nämlich Teil eines Spannungswellengetriebes ist und darüber hinaus zum Kämmen mit dem Flexspline des Spannungswellengetriebes ausgebildet ist.
Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Getriebering mit den eingangs genannten Merkmalen zu schaffen, welcher zum Kämmen mit dem Flexspline des Spannungswellengetriebes ausgebildet ist und durch den eine Gestaltung des Flexsplines mit größeren Zahnlücken als bisher realisierbar ist.
Erfindung und vorteilhafte Wirkungen
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Getriebering in wenigstens einer Zahnlücke mindestens eine sich in den Grundkörper des Getrieberings erstreckende Hinterschneidung aufweist, die in radialer Richtung im Bereich des Fußkreises liegt und deren Tiefe kleiner als die Zahnhöhe ist.
Unter einer Hinterschneidung, die im Folgenden auch als Hinterschnitt bezeichnet wird, ist im Sinne der Erfindung eine hinter einer Eintrittsöffnung befindliche Kontur zu verstehen, welche größer als die Eintrittsöffnung ist. Durch den Hinterschnitt lassen sich Spannungen im Zahnrad, insbesondere im Zahnfuß beziehungsweise Zahnkopf, minimieren. Durch den Hinterschnitt wird der wirksame Teil der Zahnflanke nicht verändert, so dass die Tragfähigkeit des Zahnrades beziehungsweise die Verzahnung vollständig erhalten bleibt. Dadurch unterscheidet sich der Hinterschnitt wesentlich von dem „gefährlichen" Unterschnitt, welcher ungewollt durch die Werkzeugbewegung hervorgerufen wird und den wirksamen Teil des Fußes beziehungsweise der Fußflanke verkürzt.
Der Getriebering kann als Circular Spline oder Dynamic Spline des Spannungswellengetriebes oder als ringförmiges Planetenrad des Wave Generators des Spannungswellengetriebes ausgebildet sein.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Zähne im Bereich des Zahnkopfes mindestens eine Hinterschneidung aufweisen. Mittels der Hinterschneidung im Zahnkopfbereich ist es möglich, die Elastizität des Zahnkopfes zu erhöhen, so dass beim Auftreten von Stößen während der Bewegungsübertragung diese durch elastische Deformation des Zahnkopfes quasi federnd aufgenommen werden können und damit die Gefahr der Zerstörung des Zahnkopfes durch die Stöße vermindert ist.
Durch die Hinterschneidung können Deformationen des Zahnrades bzw. Getrieberinges, insbesondere im Bereich der Zähne, welche beispielsweise beim Kämmen der Zahnräder auftreten, aufgenommen werden. Mit anderen Worten wird durch die Hinterschneidung die Elastizität des Zahnrades, insbesondere im Bereich der Zähne beziehungsweise des Zahnfußes, erhöht, da die Zahndicke aufgrund des Hinterschnitts verkleinert ist. Dadurch werden beim Kämmen der Zahnräder mechanische Spannungen weitgehend vermieden beziehungsweise soweit herausgenommen, dass die auftretenden Spannungswerte unterhalb des kritischen, zu einer Zerstörung des Zahnrades führenden Spannungsbereichs bleiben. Durch die Hinterschneidung ist es somit möglich, die Zahndicke der Zahnräder auf solche Werte zu vergrößern, welche bisher beim Kämmen der Zahnräder zu Schäden geführt haben. Durch die Hinterschneidung können also die Federeigenschaften des Zahnrades, insbesondere in radialer Richtung, weitgehend unabhängig von der Zahngeometrie festgelegt werden.
Die Hinterschneidung ist dazu geeignet, eine Verzahnung bereit zu stellen, bei der einerseits das die Hinterschneidungen aufweisende Zahnrad eine große Zahndicke besitzt und das mit diesem kämmende Gegenzahnrad eine entsprechend große Zahnlückenweite und Zähne mit einer geringen Zahndicke aufweist. Beispielsweise ist es möglich, dass der Zahnkopf stark zurückgenommen und der Winkel, in dem das Gegenzahnrad nicht mehr geführt ist, extrem verkleinert wird. Dadurch ist der Überdeckungsgrad zwischen dem Zahnrad und dem Gegenzahnrad erheblich vergrößert, so dass dadurch bereits bei der Getriebeauslegung definiert werden kann, ab welchem Eingriffswinkel eine Zahnführung beziehungsweise Zahneingriff erfolgt beziehungsweise nicht mehr gegeben ist. Bereits durch die Getriebeauslegung kann somit ein so großes Zahnkopfspiel vorgegeben werden, dass ein gleichförmiges Einlaufen der Zahnradpaare erzielt und Stöße sowie ein Klemmen aufgrund statischer Überbestimmtheit vermieden wird. Darüber hinaus ist durch die kleinere Zahngestaltung beim Gegenzahnrad der Volumenanteil des Grundkörpers, relativ zum Zahnvolumen vergrößert, so dass der Grundkörper im Vergleich zu einem Zahnrad ohne die erfindungsgemäßen Hinterschneidungen steifer ist und dadurch höhere Kräfte überträgt.
Indem die Hinterschneidung in der Zahnlücke sich in den Grundkörper des Zahnrades erstreckt, kommt es durch die Hinterschneidung somit auch im Grundkörper, zumindest in dem von der Hinterschneidung erreichten Bereich des Grundkörpers, zu einer Verringerung der mechanischen Spannungen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Hinterschneidung in axialer Richtung des Getrieberings als Durchgangsöffnung ausgebildet ist. Die Hinterschneidung ist dadurch in einfacher Weise, beispielsweise durch Stanzen aber auch Ätzen, herstellbar.
Ferner kann es vorgesehen sein, dass die Hinterschneidung in der Zahnlücke symmetrisch bezüglich der Mittelachse der Zahnlücke und die Hinterschneidung im Bereich des Zahnkopfes symmetrisch bezüglich der Mittelachse des Zahnes ausgebildet ist. Dadurch kann trotz dem Vorhandensein der Hinterschneidung eine gleichmäßige Last- beziehungsweise Spannungsverteilung im Zahnrad gewährleistet werden. Darüber hinaus ist durch die Maßnahme die Gefahr einer durch die Hinterschneidung erzeugten Unwucht vermieden.
Je nach Anwendungsfall kann vorgesehen sein, dass die Hinterschneidung im Querschnitt eckig, rund oder als Freiformfläche ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Hinterschneidung im Querschnitt als Viereck, Polygon oder kreisförmig zu gestalten, da diese Formen in einfacher Weise herstellbar sind.
Ferner kann bei einem als Circular Spline oder Dynamic Spline ausgebildeten Getriebering mit mindestens einer im Querschnitt runden Hinterschneidung der Radius der Hinterschneidung einen Wert von 0,12 mal Verzahnungsmodul aufweisen, wobei die Erstreckung der Hinterschneidung in den Grundkörper zwischen 0,2 und 0,35 mal dem Verzahnungsmodul und die Größe der Eintrittsöffnung der Hinterschneidung in den Grundkörper zwischen 0,15 und 0,3 mal dem Verzahnungsmodul beträgt.
Nach einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Hinterschneidung eine Vielzahl von Kapillaren, beispielsweise zum Bevorraten von Gleitmittel beziehungsweise Schmierstoff, aufweist. Unter Kapillaren sind kapillare Hohlräume zu verstehen, bei denen durch Wirken von Adhäsionskräften ein sich im Hohlraum befindlicher Schmierstoff festgehalten wird. Anstelle von Schmierstoff können alternativ beliebige andere flüssige Medien verwendet werden. Die Kapillare bilden quasi eine Depot für den Schmierstoff. Beim Kämmen kommt es aufgrund der im kämmenden Zahnbereich auftretenden Deformationen auch zu einer Deformation der Kapillaren, wodurch der dort deponierte Schmierstoff aus den Kapillaren nach und nach herausgedrückt wird und in den kämmenden Verzahnungsbereich gelangt. Mittels der Kapillaren kann somit die Verzahnung während des Kämmens der Zahnräder mit Schmierstoff versorgt werden. Die Kapillare können als Röhrchen ausgebildet sein. Ebenso ist eine spaltförmige Ausbildung des kapillaren Hohlraumes möglich.
Es empfiehlt sich, die Kapillaren so anzuordnen, dass sie sich von dem Hohlraum der Hinterschneidung radial nach außen erstrecken. Durch diese Maßnahme kann eine besonders wirkungsvolle Schmierung der Verzahnung bei Rotation der Zahnräder erreicht werden. Die Kapillare können beispielsweise an eckigen wie auch an runden Querschnitten des Hohlraumes angrenzen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Hinterschneidung in der Zahnlücke sich mit einem Abschnitt bis in den Zahnfuß erstreckt. Durch diese Maßnahme kann die Elastizität des Zahnrades im Bereich des Zahnfußes weiter erhöht werden. Auch empfiehlt es sich, den Zahnfußabschnitt bezüglich seiner Höhe flach auszubilden, um eine ausreichend tragende Zahnfußfläche realisieren zu können.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Hinterschneidung kreissegmentförmig ausgebildet ist. Dadurch ist es je nach Wölbungsrichtung des Kreissegments möglich, die Hinterschneidung zum einen von der Zahnlücke bis in den Zahn, zumindest bis in den Zahnfuß, zu erstrecken. Zum anderen ist es bei entgegengesetzter Wölbungsrichtung möglich, dass die Hinterschneidung nicht in den Zahn, sondern in den unterhalb des Zahnes liegenden Bereich des Grundkörpers verläuft.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Hinterschneidung sich vom Zahnfuß entlang der Zahnflanke in Richtung des Zahnkopfes erstreckt. Die Hinterschneidung hinterläuft dadurch mindestens einen Teilbereich der Zahnflanke, so dass dadurch die Zahnflanke selbst federnde Eigenschaften erhält. Eine solche federnde Zahnflankengeometrie ist insbesondere im Bereich des Zahnfußes von Vorteil, da es dort beim Kämmen zu einem Anstoßen der Zähne des Gegenzahnrades kommt, welches nun durch die Hinterschneidung beziehungsweise die dadurch erzeugte federnde Zahnflanke vermieden ist.
Um die Federwirkung im Bereich der Zahnflanke zu verbessern, empfiehlt es sich, die Hinterschneidung im Bereich des seitlichen Endes des Zahnfußabschnittes zu erweitern. Dadurch ist die Zahnflanke im Bereich des Zahnfußes soweit hinterschnitten, dass sie einen in Richtung des Zahninneren elastisch federnder Steg bildet, dessen Ende eine Seite der Öffnung der Hinterschneidung bildet.
Auch kann alternativ oder ergänzend dazu die Hinterschneidung im Zahnkopf entlang der Zahnflanke angeordnet sein, so dass dadurch die Zahnflanke im Bereich des Zahnkopfes als elastisch federnder Steg vorliegt. Mittels der federnden Zahnflanken beziehungsweise der federnden Stege ist in einfacher Weise ein Ausgleich von etwaigen Herstellungs- und Montagetoleranzen bei den Verzahnungen möglich.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass in dem Hohlraum der Hinterschneidung wenigstens ein Sensor, insbesondere ein Drucksensor, ein Temperatursensor, ein Strömungssensor, ein Schwingungssensor, ein Drehzahlsensor und/oder ein Beschleunigungssensor, angeordnet ist. Es wird die Hinterschneidung also als Bauraum für Sensoren genutzt, wobei je nach Anwendungsfall die Hinterschneidungsgeometrie direkt ein Bestandteil der Sensorgeometrie sein kann. Durch den Sensor ist eine Erfassung unterschiedlicher Betriebsparameter im Betrieb möglich. Mittels des Drucksensors kann beispielsweise die Zahnbelastung bestimmt werden. Als Drucksensoren können hierfür zum Beispiel Dehnungsmessstreifen verwendet werden. Mittels des Temperatursensors ist beispielsweise die Bestimmung der Schmierstofftemperatur und/oder der Zahnflankentemperatur möglich. Die Verwendung des Strömungssensors ermöglicht eine Erfassung der Schmierstoffdosierung. Mittels des Schwingungssensors ist eine Geräuschanalyse möglich, das heißt es können geräuschentwickelnde Schwingungen im Zahnbereich bestimmt werden. Dadurch ist wiederum eine Überwachung des Zahnrades auf mögliche Störungen und Alterungserscheinungen durchführbar, so dass Hinweise auf bevorstehende Wartungen des Zahnrades bzw. Getriebes gegeben werden können.
Die Drehzahlbestimmung durch des Drehzahlsensors kann beispielsweise mittels optische, kapazitive und/oder induktive Verfahren durchgeführt werden, bei denen beispielsweise die Zahneingriffe gezählt werden. Die Übertragung der Messwerte der Sensoren auf ein Datenerfassungssystem kann beispielsweise kontaktlos durch Oberflächenwellen, das heißt auf der Materialoberfläche sich ausbreitenden akustischen Wellen (survey acustic way-Prinzip), oder Funk erfolgen.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Sensor als kapazitiver Sensor ausgebildet ist mit einem, sich innerhalb des Hohlraums erstreckenden und zu Schwingungen anregbaren Wandungsabschnitt des Zahnrades und einem in Abstand dazu angeordneten, gegenüber dem Zahnrad elektrisch isolierten Plattenteil, zwischen welchen gegebenenfalls ein Dielektrikum angeordnet sein kann. Der Sensor ist in diesem Ausführungsbeispiel als Kondensator ausgebildet. Durch den Sensor können beispielsweise Schwingungen des Zahnrades im Bereich der Zähne sowie die Beschleunigung der Schwingungen beim Kämmen erfasst werden. Dies geschieht in der Art und Weise, dass durch die Getriebe- oder Zahnrad-Schwingungen der Wandabschnitt des Sensors seinerseits zu Schwingungen angeregt wird und die dadurch hervorgerufenen Abstandsänderungen des Wandabschnittes zum Plattenteil als Kapazitätsänderungen erfasst werden. Die Messsignale des Sensors können dabei beispielsweise kontaktlos durch Oberflächenwellen oder Funk an ein Datenerfassungssystem übermittelt werden. Um die Kondensatorwirkung des Sensors sicherzustellen, ist das Plattenteil aufzuladen. Dies kann beispielsweise durch eine außerhalb des Zahnrades liegende Spannungsversorgung oder durch eine im Zahnrad angeordnete Spannungsversorgung erfolgen. Auch ist es möglich, dass das Plattenteil permanent aufgeladen ist.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es vorgesehen, dass die äußere Begrenzung der Hinterschneidung einen Biegebalken bildet. Mittels der äußeren Begrenzung ist es möglich, Deformationen im Zahnbereich, insbesondere im Bereich der Zahnflanke zu erfassen. Dafür ist es vorgesehen, dass der Biegebalken auf seiner Innenseite mit piezoresistivem Material beschichtet ist. Mittels dieses Materials wird die mechanische Verformung des Biegebalkens in ein elektrisches Signal umgewandelt, welches einem Datenerfassungssystem zuleitbar ist.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass die Hinterschneidung wenigstens zwei ineinander greifende Kammelemente zur Erfassung von Zahndeformationen aufweist. Um Deformationen des Zahnes beim Kämmen erfassen zu können, sind die Kammelemente in der Weise in der Hinterschneidung angeordnet, dass eine Deformation des Zahnes mit einer Änderung des Abstandes der Kammelemente zueinander einhergeht. Dadurch sind die sich verändernden Abstände der beiden Kammelemente zueinander oder die Veränderung des Überlappungsbereiches der beiden Kammelemente als Maß für die Deformation des Zahnes zu verwenden.
Nach einem anderen Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass die Hinterschneidung wenigstens ein Kammelement mit Kammfingern unterschiedlicher Länge aufweist. Das Kammelement ist hier in der Weise in der Hinterschneidung angeordnet, dass durch eine Deformation des Zahnes die Kammfinger zu Schwingungen angeregt werden. Aufgrund der unterschiedlichen Längen der Kammfinger werden diese, abhängig von ihrer Eigenfrequenz, unterschiedlich stark angeregt, so dass auf diese Weise beispielsweise eine Frequenzanalyse erfolgen kann.
Es ist vorgesehen, dass das Kammelement beziehungsweise die Kammelemente mit piezoresitivem Material und/oder kapazitivem Material beschichtet ist beziehungsweise sind Hierdurch ist es möglich, die mechanisch erfasste Verformung des Zahnes beim Kämmen in ein elektrisches Signal umzuwandeln und dann, beispielsweise kontaktlos durch Oberflächenwellen oder Funk, an ein Datenerfassungssystem weiterzugeben.
Von Vorteil ist, wenn die Kammelemente im Zahnfuß und/oder entlang der Zahnflanke angeordnet sind. Sie sind dort unmittelbar den Orten des Zahnes zugeordnet, welche beim Kämmen eine hohe Belastung erfahren und deren Überwachung sich daher besonders anbietet.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Öffnung durch einen als Diaphragma ausgebildeten Steg geschlossen ist. Unter einem Diaphragma ist eine elastisch verformbare dünne Wand (Steg) zu verstehen. Das Diaphragma kann aus dem Zahnrad gebildet sein, so dass es in diesem Fall einstückig mit den die Öffnung begrenzenden Seitenwänden verbunden ist. Dadurch, dass das Diaphragma durch das Kämmen der Zahnräder regelmäßig elastisch deformiert wird, bietet sich deren Einsatz als Antriebselement an. Beispielsweise kann durch die Bewegung des Diaphragmas eine Strömungsbewegung von Schmierstoff erzeugt werden. In diesem Fall nimmt das Diaphragma quasi die Funktion einer Ölpumpe ein. Auch kann beispielsweise die Diaphragmabewegung zur Erzeugung einer elektrischen Spannung genutzt werden, in dem durch die Diaphragmabewegung ein Druck auf einen Piezosensor ausgeübt wird, beispielsweise um eine Spannungsversorgung für in der Hinterschneidung angeordnete Sensoren bereit zu stellen.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Hinterschneidung mindestens ein durch Druck betätigbares Durchlasselement aufweist, um beispielsweise während des Kämmens Schmierstoff aus einem Schmierstoffdepot in die Verzahnung zu führen. Durch diese Ausgestaltung der Hinterschneidung kann in einfacher Weise ein Schmierstoffversorgungssystem für die Verzahnung bereit gestellt werden.
Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels ist vorgesehen, dass die Hinterschneidung eine Verstelleinrichtung zum Verändern des Flankenwinkels aufweist. In diesem Fall bildet die Hinterschneidung den Bauraum für ein separates Antriebselement, also ein Antriebselement, welches nicht aus dem Material des Zahnrades selbst gebildet ist. Durch die Verstelleinrichtung ist es möglich, die Verzahnungseigenschaften an das jeweils benötigte Antriebsverhalten aktiv anzupassen, in dem beispielsweise zur Steigerung der Steifigkeit des Zahnes der Flankenwinkel vergrößert wird. Auch ist dadurch eine Nachregelung der Zahnflankenkontur zum Ausgleich von Verschleißerscheinungen von außerhalb aktiv möglich. Schließlich kann mittels der Verstelleinrichtung die Position der Zähne zumindest geringfügig verändert werden (Feinpositionierung), so dass eine gezielte Ausrichtung jedes einzelnen Zahnes in der Verzahnung im Hinblick auf optimale Laufeigenschaften möglich ist.
Es ist vorgesehen, dass die Verstelleinrichtung einen Antrieb, vorzugsweise Piezoantrieb, und mindestens ein mit diesem wirkverbundenes Verstellelement aufweist. Es ist ferner vorgesehen, dass der Antrieb im Bereich des Zahnfußes und das Verstellelement entlang der Zahnflanke angeordnet sind.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Hinterschneidung elektrische, optische, magnetische und/oder isolierende Schichten aufweist. Durch das Vorhandensein von magnetischen Schichten ist es beispielsweise möglich, Partikel mit magnetischen Eigenschaften, wie beispielsweise Abriebartikel oder Schmutzpartikel, in der Hinterschneidung zu binden.
Auch ist es nach einem weiteren Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Hinterschneidung als Angussstelle, beispielsweise bei der Herstellung des Zahnrades durch Spritzgießen ausgebildet ist. Dadurch kann beim Spritzgießen des Zahnrades sichergestellt werden, dass der Anguss unterhalb des Zahneingriffes gezielt innerhalb des Bereichs der Hinterschneidung abbricht. Die Hinterschneidung ermöglicht es, dass das Zahnrad radial angespritzt werden kann, wodurch das Formfüllverhalten – gerade bei sehr dünnen Wandstärken des Zahnrades und hohem Aspektverhältnis aufgrund der kurzen Fließwege verbessert ist. Unter Aspektverhältnis wird vorliegend das Verhältnis von der Zahnbreite (Zahnausdehnung in axialer Richtung) zur Ringdicke bezüglich der Stirnfläche des Zahnrades verstanden.
Es ist vorgesehen, dass die Hinterschneidung im Bereich des Zahnkopfes wie auch die Hinterschneidung in der Zahnlücke durch photolithographische Verfahren, Ätzverfahren, Räumverfahren, Erodierverfahren, Stanzen und/oder Urformverfahren hergestellt wird.
Der Getriebering findet Anwendung in einem Spannungswellengetriebe mit mindestens einem solchen Getriebering.
Dabei bietet es sich an, dass der Circular Spline, der Dynamic Spline und die beiden Planetenräder des Wave Generators des Spannungswellengetriebes jeweils als Hinterschneidungen aufweisender Getriebering ausgebildet sind, wobei die Hinterschneidungen des Circular Splines und des Dynamic Splines jeweils sich im Querschnitt rund und die Hinterschneidungen der Planetenräder im Querschnitt länglich mit jeweils in Richtung des Zahnfußes erstreckendem Ende ausgebildet sind.
Ausführungsbeispiele
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung.
Es zeigen:
1 bis 21 verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Zahnrades anhand einer schematischen Darstellung des Zahnprofils,
22 ein Spannungswellengetriebe mit den erfindungsgemäßen Zahnrädern in schematischer Darstellung und
23 das Zahnprofil der Zahnräder gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 22.
1 zeigt das Zahnprofil eines außenverzahnten Zahnrades 1. Dargestellt sind mehrere am Umfang des Grundkörpers 2 des Zahnrades 1 nebeneinander angeordnete Zähne 3. Das Zahnrad 1 weist jeweils zwischen den Zähnen 3 eine Zahnlücke 4 auf, in der eine Hinterschneidung 5 symmetrisch bezüglich der Mittelachse 6 der Zahnlücke 4 angeordnet ist. Die Hinterschneidung 5 weist eine Eintrittsöffnung 7 in der Zahnlücke 4 auf, welche ebenfalls symmetrisch bezüglich der Mittelachse 6 der Zahnlücke 4 angeordnet ist.
Die Hinterschneidung 5 ist in axialer Richtung als (hier nicht dargestellte) gleichförmige Durchgangsöffnung ausgebildet, das heißt sie ist in axialer Richtung an den beiden (hier nicht dargestellten) Endseiten offen. Die Eintrittsöffnung 7 ist in axialer Richtung über die gesamte Länge der Hinterschneidung 5 ausgebildet. Bei dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Hinterschneidung 5 in den Grundkörper 2, wobei der Querschnitt der Hinterschneidung 5 als Viereck 8 ausgebildet ist.
2 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß 1, wobei das Zahnrad hier ein innenverzahntes Zahnrad 1' ist. Bauteile, die mit denen der 1 gleich sind, werden mit gleichen Bezugszeichen versehen; insoweit wird auf die Beschreibung zu 1 verwiesen.
Die 3 bis 8 zeigen weitere Querschnittsformen der Hinterschneidung 5 jeweils für das außenverzahnte Zahnrad 1 und das innenverzahnte Zahnrad 1'. So kann die Hinterschneidung 5 im Querschnitt beispielsweise als Polygon 12 (3 und 4) oder kreisförmig (5 und 6) ausgebildet sein. Auch ist eine Gestaltung der Hinterschneidung 5 quasi als Freiformfläche in einer beliebig wählbaren Querschnittsform möglich.
Gemäß der 7 und 8 kann eine solche Freiformfläche beispielsweise kreissegmentförmig ausgebildet sein. In diesem Fall erstreckt sich die Hinterschneidung 5 mit seinen beiden von der Mittelachse 6 ausgehenden Abschnitten 9 und 10 jeweils von der Zahnlücke 4 bis in den Bereich des (gestrichelt dargestellten) Zahnfußes 11. Die im Querschnitt kreissegmentförmige Hinterschneidung 5 ist nach außen gewölbt ausgebildet, das heißt der äußere Teil des jeweiligen Abschnitts 9, 10 der Hinterschneidung 5 ist nach innen gerichtet. Die Hinterschneidung 5 ist mit den Abschnitten 9 und 10 im Grundkörper 2 angeordnet, wobei sie jeweils im Bereich des seitlichen Endes 15 beziehungsweise 16 den Zahnfuß 11 quasi unterläuft. Die Abschnitte 9 beziehungsweise 10 sind jeweils bezüglich ihrer Höhe 14 flach ausgebildet.
Die 9 und 10 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel des Zahnrades 1 beziehungsweise 1'. Die Hinterschneidung 5 weist hier eine Vielzahl von Kapillaren 17 auf. Im Querschnitt des Zahnrades 1 gesehen, erstrecken sich die Kapillaren 17 von dem durch die Hinterschneidung 5 gebildeten Hohlraum 18 radial nach außen. In axialer Richtung sind die Kapillare 17 als (hier nicht dargestellte) Durchgangsöffnung ausgebildet. Dadurch weist jede Kapillare 17 eine sich in axialer Richtung erstreckende Schlitzform auf.
Die Kapillaren 17 ermöglichen eine Speicherung von Schmierflüssigkeit, welche beim Kämmen aufgrund der durch die Hinterschneidung 5 stattfindenden Deformation des Zahnes 3 aus den Kapillaren 17 herausgedrückt wird und zum Schmieren der Verzahnung im gerade kämmenden Bereich dient.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Zahnrades 1 beziehungsweise 1' zeigen die 11 und 12. Die in der Zahnlücke 4 angeordnete Hinterschneidung 5 erstreckt sich hier vom Zahnfuß 11 entlang der Zahnflanke 19 in Richtung des Zahnkopfes 20. Die Zahnflanke 19 ist durch die Hinterschneidung 5 quasi in Richtung des Zahnfußes 11 als elastisch federnder Steg 33 ausgebildet, dessen freies Ende eine Seite der Eintrittsöffnung 7 der Hinterschneidung 5 bildet. Zusätzlich zu der Hinterschneidung 5 in der Zahnlücke 4 weist der Zahn 3 eine Hinterschneidung 5' im Bereich des Zahnkopfes 20 auf. Die Hinterschneidung 5' ist in axialer Richtung – wie die Hinterschneidung 5 – als (hier nicht dargestellte) Durchgangsöffnung ausgebildet. Die Eintrittsöffnung 7' der Hinterschneidung 5' ist nach außen gerichtet, das heißt sie zeigt vom Zahn 3 weg. Die Hinterschneidung 5' ist symmetrisch bezüglich der Mittelachse 21 des Zahnes 3 ausgebildet und weist im Querschnitt eine runde Form auf.
Die Hinterschneidung 5' erstreckt sich bei diesem Ausführungsbeispiel entlang der Zahnflanke 19, so dass quasi durch die Hinterschneidung 5' ein von der Mitte der Zahnflanke 19 zum Zahnkopf 20 sich erstreckender elastisch federnder Steg 34 gebildet ist, dessen Ende eine Seite der Eintrittsöffnung 7' bildet. Es ist somit durch die Hinterschneidung 5 beziehungsweise 5' ein Zahn 3 geschaffen, dessen Zahnflanke 19 im Bereich des Zahnkopfes 20 sowie im Bereich des Zahnfußes 11 elastisch federnde Eigenschaften aufweist (spielfreie Verzahnung).
13 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zahnrades 1, bei dem die Hinterschneidung 5 einen Teil eines Sensors 23 bildet. Die Hinterschneidung 5 erstreckt sich hier vom Zahnfuß 11 entlang der Zahnflanke 19 bis etwa in die Hälfte der Höhe des Zahnes 3, so dass im Bereich des Zahnfußes 11 der elastisch federnde Steg 33 quasi als Biegebalken gebildet ist. Dabei wird die Deformation des Steges 33 durch eine piezoresistive Schicht 35 erfasst, welche auf der der Zahnflanke 19 zugewandten Seite der Hinterschneidung 5 aufgebracht ist.
14 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Hinterschneidung 5 – wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß 13 – ein Bestandteil der Sensorgeometrie ist. In diesem Fall ist der Sensor 23 als kapazitiver Sensor ausgebildet. Der Sensor 23 weist einen sich innerhalb des Hohlraumes 18 erstreckenden und zu Schwingungen anregbaren Wandungsabschnitt 37 und einen in Abstand dazu angeordneten Plattenteil 38 auf. Zwischen dem Plattenteil 38 und der Hinterschneidung 5 ist eine elektrische Isolatorschicht 39 zur Abschirmung des Plattenteils 38 gegenüber dem Zahnrad 1 angeordnet.
Eine weiteres Ausführungsbeispiel des Zahnrades 1 ist in den 15 und 16 dargestellt, in denen zwei ineinandergreifende Kammelemente 26 in der Hinterschneidung 5 angeordnet sind. Die Kammelemente 26 sind aus dem Zahn 3 gebildet, das heißt jeweils einstückig mit dem Zahn 3 verbunden.
Die Kammelemente 26 sind in 15 im Bereich des Zahnfußes 11 entlang der Zahnflanke 19 angeordnet, so dass durch sie die Bewegung des elastisch federnden Steges 33 erfasst werden kann. Dazu sind die Kammfinger 71 der Kammelemente 26 jeweils etwa in rechtem Winkel zur Zahnflanke 19 angeordnet. Bei einer elastischen Bewegung des Steges 33 kommt es zu einem relativen Verschieben der Kammfinger 71 des einen Kammelementes 26 gegenüber den Kammfingern 71 des anderen Kammelementes 26, so dass beispielsweise durch die Veränderung der Abstände zwischen den Kammelementen 26 der Grad der Deformation der Zahnflanke 19 ermittelt werden kann.
In 16 erstreckt sich die Hinterschneidung 5 weitgehend nur in dem Bereich des Zahnfußes 11. In der Hinterschneidung 5 ist ein Kammelement 26' angeordnet, dessen Kammfinger 71' jeweils eine unterschiedliche Länge aufweisen. Die Längen der einzelnen Kammfinger 71' sind in der Weise gestaltet, dass die Kammfinger 71' in der Mittelachse 6 der Zahnlücke 4 am kürzesten und an dem Ende 15, 16 des Abschnittes 9, 10 der Hinterschneidung 5 am längsten sind und über die Länge der Abschnitte 9, 10 ein quasi kreissegmentförmiges Kammprofil erzeugen, welches eine radial nach innen gerichtete Wölbung aufweist. Beim Kämmen des Zahnrades 1 werden die Kammfinger, abhängig ihrer Resonanzfrequenz, 71' unterschiedlich stark zu Schwingungen angeregt, so dass auf diese Weise eine Frequenzanalyse erfolgen kann.
In 17 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Eintrittsöffnung 7 der Hinterschneidung 5 durch einen als Diaphragma ausgebildeten Steg 27 geschlossen ist. Die Hinterschneidung 5 erstreckt sich bis in den Bereich des Zahnfußes 11. Dadurch kommt es beim Kämmen zu einer elastischen Deformation des Zahnfußes 11 im Bereich der Hinterschneidung 5, wodurch das Diaphragma eine Bewegung erfährt. Diese Bewegung kann beispielsweise dazu benutzt werden, Schmierstoff zu fördern. In diesem Fall nimmt das Diaphragma quasi die Funktion einer Ölpumpe ein. Auch kann das Diaphragma zur Erzeugung einer elektrischen Spannung genutzt werden, beispielsweise um eine Spannungsversorgung für in der Hinterschneidung 5 angeordnete Sensoren bereit zu stellen.
18 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Hinterschneidung 5 durch Druck betätigbare Durchlasselemente 28 aufweist. Die Hinterschneidung 5 erstreckt sich hier von der Zahnlücke 4 bis in die Zahnflanke 19, wobei sie durch eine Trennwand 49 in zwei radial hintereinander liegende Kammern 50, 51 geteilt ist. DassDurchlasselement 28 ist zum einen in der Trennwand 49 vorgesehen und zum anderen als zweites Durchlasselement im Bereich der Eintrittsöffnung 7, wobei durch das zweite Durchlasselement 28 die Kammer 50 nach außen hin verschließbar ist. Die Kammer 51 dient bei diesem Ausführungsbeispiel als Depot für Schmierstoff. Die beim Kämmen des Zahnrades 1 deformierte Hinterschneidung 5 bewirkt ein Öffnen der Durchlasselemente 28, so dass der Schmierstoff aus der Kammer 51 in die Kammer 50 gelangt und von dort nach außen in die Verzahnung durchgelassen wird. Eine Schmierstoffversorgung der Verzahnung kann dadurch sichergestellt werden.
19 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Hinterschneidung 5 sich von der Zahnlücke 4 entlang der Zahnflanke 19 bis in den Zahnkopf 20 erstreckt. In dem durch die Hinterschneidung 5 geschaffenen Hohlraum 18 ist eine Verstelleinrichtung 30 angeordnet. Sie weist einen Antrieb 52 auf, der hier als mehrere Piezoschichten aufweisender Piezoantrieb ausgebildet ist und der sich im Bereich des Zahnfußes 11 der Hinterschneidung 5 befindet. Dieser Antrieb 52 erzeugt eine translatorische Bewegung, hier beispielsweise aufgrund einer hervorgerufenen Dickenänderung der Piezoschichten. Mittels des Piezoantriebes und seiner Anordnung im Bereich des Zahnfußes kann die Verstelleinrichtung 30 betätigt werden, ohne dass eine separate Spannungsversorgung des Antriebes 52 von außerhalb des Zahnrades zu erfolgen hat. Die Spannungsversorgung erfolgt hier alleine aufgrund des Piezoprinzips, bei dem die mechanische Deformation des Zahnrades ausgenutzt wird. Die Verstelleinrichtung 30 weist ferner ein Verstellelement 53 auf, welches mit dem Antrieb 52 verbunden ist. Das Verstellelement 53 ist baumartig aufgebaut, das heißt an einem verschiebbaren Hauptträger 54 befinden sich jeweils auf beiden Seiten in Reihe angeordnete Verstellstege 55, welche gelenkig mit dem Hauptträger 54 verbunden sind. Über den Antrieb 52 wird der Hauptträger 54 translatorisch in Richtung des Zahnkopfes 20 verschoben, wobei dadurch die sich gegen die Seitenwandungen der Hinterschneidung 5 abstützenden Verstellstege 55 in ihrem Winkel zum Hauptträger 54 derart verändert werden, dass es zu einem Aufrichten der Verstellstege 55 gegenüber dem Hauptträger 54 kommt und sich die Zahndicke vergrößert. In gleicher Weise ist durch entsprechendes Bewegen des Hauptträgers 54 in die andere Richtung ein Schrägstellen der Verstellstege 55 zum Hauptträger 54 möglich, wodurch sich die Zahndicke verringert.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel kann es vorgesehen sein, dass die Hinterschneidung 5 gleichzeitig eine Kombination aus elektrisch, optisch oder magnetisch leitenden und isolierenden Schichten enthält. Das Ausführungsbeispiel gemäß 20 zeigt beispielsweise eine in der Hinterschneidung 5 angeordnete Schicht 32, welche sich aus zwei aufeinander liegenden Einzelschichten 56, 57 zusammensetzt, von denen die eine Einzelschicht 56 elektrisch leitend und die andere Einzelschicht 57 elektrisch isolierend wirkt. Die Hinterschneidung 5 ist hier entlang der Zahnflanke 19 bis in den Zahnkopf 20 ausgebildet. In der Hinterschneidung 5 ist jeweils auf der der Zahnflanke 19 zugewandten Seite wie auch auf der gegenüberliegenden Seite eine solche Schicht 32 angeordnet, wobei die elektrisch isolierende Einzelschicht 57, jeweils mit der Wandung der Hinterschneidung 5 in Berührungskontakt steht, so dass sich die elektrisch leitenden Einzelschichten 56 gegenüberstehen.
21 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Hinterschneidung 5 als Angussstelle, beispielsweise bei einer Herstellung des Zahnrades durch Spritzgießen, ausgebildet ist. Mittels der Hinterschneidung 5 wird in diesem Fall beim Spritzgießen des Zahnrades 1 sichergestellt, dass der Anguss unterhalb des Zahneingriffes gezielt im Bereich der Hinterschneidung 5 abbricht, also dort ein Angussabriss 70 erzeugt wird.
22 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zahnrades in einem Harmonic Drive-Getriebe beziehungsweise Spannungswellengetriebe 80. Das Spannungswellengetriebe 80 weist einen Circular Spline 40 und einen Dynamic Spline 41 auf, wobei der Circular Spline 40 gehäusefest und der Dynamic Spline 41 mit einer (hier nicht dargestellten) Abtriebswelle verbindbar ist. Ferner weist das Spannungswellengetriebe 80 einen Flexspline 42 auf, der mit einer Außenverzahnung 45 und einer Innenverzahnung 46 versehen ist und bei dem ein Außenumfangsabschnitt 43 jeweils mit dem Circular Spline 40 und dem Dynamic Spline kämmt.
Weiterhin weist das Spannungswellengetriebe 80 einen Wave Generator 44 auf, welcher ein mit einer (hier nicht dargestellten) Antriebswelle verbindbares Sonnenrad 47 und zwei über den Umfang des Sonnenrades 47 angeordnete Planetenräder 48 enthält, wobei die Planetenräder 48 zum Erzeugen einer umlaufenden Welle jeweils mit dem Sonnenrad 47 und dem Flexspline 42 kämmen.
Der Flexspline 42 ist ein dünnwandiger, verformbarer Ring mit Außenverzahnung. Der Circular Spline 40 ist ein zylindrischer Ring mit Innenverzahnung, der mehr Zähne besitzt als der außenverzahnte Flexspline 42. Der Dynamic Spline 41 ist schließlich ein zylindrischer Ring mit Innenverzahnung, der die gleiche Zähnezahl wie der Flexspline 42 hat.
Zur Verdeutlichung der Zahnform der jeweiligen Zahnräder des Spannungswellengetriebes 80 ist in 23 jeweils ein Segment der Zahnräder des Spannungswellengetriebes 80 dargestellt. Die Zähne 3 des Flexsplines 42 weisen eine geringe Zahndicke und eine große Zahnlückenbreite auf. Dadurch ist die Ringdicke des Flexsplines 42 verstärkt und der Flexspline 42 ist als Bauteil steifer, so dass größere Drehmomente über ihn übertragen werden können.
Der Circular Spline 40 und der Dynamic Spline 41 weisen in jeder Zahnlücke 4 eine Hinterschneidung 5 auf. Die Hinterschneidung 5 ist jeweils im Querschnitt rund ausgebildet. Bei dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Radius des runden Hohlraums der Hinterschneidung 5 0,12 mal dem Verzahnungsmodul, wobei die Breite der Hinterschneidung, das heißt der Abstand der von der Mittelachse der Zahnlücke ausgehenden Abschnittsenden, 0,23 mal dem Verzahnungsmodul beträgt. Darüber hinaus liegt die Höhe der Hinterschneidung 5, das heißt die Erstreckung der Hinterschneidung in den Grundkörper 2, in einem Bereich zwischen 0,2 mal Verzahnungsmodul und 0,35 mal Verzahnungsmodul, wobei die Größe der Eintrittsöffnung zwischen 0,15 mal Verzahnungsmodul und 0,3 mal Verzahnungsmodul liegt.
Bei dem mit der Innenverzahnung 46 des Flexsplines 42 kämmenden Planetenrad 48 ist ebenfalls eine Hinterschneidung 5 in der Zahnlücke 4 vorgesehen. Die Hinterschneidung 5 ist hier im Querschnitt länglich ausgebildet und erstreckt sich mit seinen Abschnitten in Richtung des Zahnfußes 11.
Dadurch, dass die Zahnhöhe der Flexspline vergrößert ist, wird der Überdeckungsgrad zwischen den Zähnen des Flexsplines 42 und den Zähnen des Cirular Splines 40 sowie zwischen den Zähnen des Flexsplines 42 und den Zähnen des Dynamic Splines 41 verlängert. Es sind somit mehr Zähne im Eingriff, wodurch die Übertragungsgenauigkeit und die Drehmomentkapazität verbessert werden. Aufgrund der höheren Steifigkeit, des größeren Überdeckungsbereichs und der größeren Zahnhöhe muss der Flexspline 42 mit wesentlich höheren Kräften stärker deformiert werden, bis er außer Zahneingriff beim Dynamic Spline 41 oder dem Circular Spline 40 kommt. Somit wird die Ratchetingkapazität, das heißt die Überlastfähigkeit des Getriebes gesteigert.
Durch die geringe Zahndicke der Zähne des Flexsplines 42 ergibt sich eine große Zahnlücke und ein kleinerer Pressungswinkel. Dadurch kann die Ringdicke des Flexsplines 42 vergrößert werden, wodurch wiederum seine Steifigkeit ansteigt und seine Drehmomentbelastbarkeit zunimmt.
Durch die lokale Zahnfußfreimachung im Dynamic Spline 41 und im Circular Spline 40 kann der Winkel, ab dem die Zähne des Flexsplines 42 keine Berührung mit den Zähnen des Circular Splines 40 und den Zähnen des Dynamic Splines 41 haben, bestimmt und minimiert werden. Dadurch steigt der Überdeckungsgrad zwischen Flexspline 42 und Dynamic Spline 41 beziehungsweise zwischen Flexspline 42 und Circular Spline 40, wodurch der Anteil an Zähnen, der gleichzeitig in Zahneingriff ist, zunimmt. Es wird der Flexspline 42 in einem größeren Bereich durch den Circular Spline 40 und den Dynamic Spline 41 geführt und somit die Geometrie der Deformation des Flexsplines 42 in einem größeren Bereich vorgegeben. Eine Zahnfußfreimachung zwischen den kämmenden Zahnrädern ist notwendig, damit kein statisch überbestimmter Zustand entsteht und der Zahnkopf des Flexsplines 42 nicht auf den Zahnfuß des Dynamic Splines 41 beziehungsweise des Circular Splines 40 stößt.

1: außenverzahntes Zahnrad
1': innenverzahntes Zahnrad
2: Grundkörper
3: Zahn
4: Zahnlücke
5: Hinterschneidung
5': Hinterschneidung
6: Mittelachse der Zahnlücke
7: Eintrittsöffnung
7': Eintrittsöffnung
8: Viereck
9: Abschnitt
10: Abschnitt
11: Zahnfuß
12: Polygon
13: Kreis
14: Höhe
15: Ende
16: Ende
17: Kapillare
18: Hohlraum
19: Zahnflanke
20: Zahnkopf
21: Mittelachse des Zahnkopfes
22: Kreis
23: Sensor
24: piezoresistiver Sensor
25: seismischer Sensor
26: Kammelemente
26': Kammelement
27: Steg, Diaphragma
28: Durchlasselement
29: Schmierstoffdepot
30: Verstelleinrichtung
31: Flankenwinkel
32: Schichten
33: Steg
34: Steg
35: piezoresistive Schicht
37: Wandungsabschnitt
38: Plattenteil
39: Isolatorschicht
40: Circular Spline
41: Dynamic Spline
42: Flexspline
43: Außenumfangsabschnitt
44: Wave Generator
45: Außenverzahnung
46: Innenverzahnung
47: Sonnenrad
48: Planetenrad
49: Trennwand
50: Kammer
51: Kammer
52: Antrieb
53: Verstellelement
54: Hauptträger
55: Verstellsteg
56: Schicht
57: Einzelschicht
70: Angussabriss
71: Kammfinger
71': Kammfinger
80: Spannungswellengetriebe

Claims

Getriebering (1, 1') eines Spannungswellengetriebes (80), welcher mit Zähnen (3) und Zahnlücken (4) zum Kämmen mit dem Flexspline (42) des Spannungswellengetriebes (80) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Getriebering (1, 1') in wenigstens einer Zahnlücke (4) mindestens eine sich in den Grundkörper (2) des Getrieberings (1, 1') erstreckende Hinterschneidung (5) aufweist, die in radialer Richtung im Bereich des Fußkreises liegt und deren Tiefe kleiner als die Zahnhöhe ist.
Getriebering nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er als Circular Spline (40) oder Dynamic Spline (41) des Spannungswellengetriebes (80) oder als ringförmiges Planetenrad (48) des Wave Generators des Spannungswellengetriebes (80) ausgebildet ist.
Getriebering nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (3) im Bereich des Zahnkopfes (20) mindestens eine Hinterschneidung (5') aufweisen.
Getriebering nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Hinterschneidung (5, 5') in axialer Richtung als Durchgangsöffnung durch den Getriebering (1, 1') erstreckt.
Getriebering nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (5, 5') symmetrisch bezüglich der Mittelachse (6) der Zahnlücke (4) oder der Mittelachse (21) des Zahnes (3) ausgebildet ist.
Getriebering nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (5, 5') im Querschnitt rund, vorzugsweise kreisförmig ausgebildet ist.
Getriebering nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem als Circular Spline (40) oder Dynamic Spline (41) ausgebildeten Getriebering (1') mit mindestens einer im Querschnitt runden Hinterschneidung (5) der Radius der Hinterschneidung (5) einen Wert von 0,12 mal Verzahnungsmodul aufweist, wobei die Erstreckung der Hinterschneidung (5) in den Grundkörper (2) zwischen 0,2 und 0,35 mal dem Verzahnungsmodul und die Größe der Eintrittsöffnung der Hinterschneidung (5) in den Grundkörper (2) zwischen 0,15 und 0,3 mal dem Verzahnungsmodul beträgt.
Getriebering nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (5, 5') im Querschnitt eckig, vorzugsweise als Viereck (8) oder Polygon (12), ausgebildet ist.
Getriebering nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (5, 5') eine Vielzahl von Kapillaren (17), beispielsweise zum Bevorraten von Schmierstoff, aufweist.
Getriebering nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillaren (17) sich von dem durch die Hinterschneidung (5, 5') gebildeten Hohlraum (18) radial nach außen erstrecken.
Getriebering nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1, 2, 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (5) sich mit einem Abschnitt (9, 10) bis in den Zahnfuß (11) erstreckt.
Getriebering nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnfußabschnitt (9, 10) bezüglich seiner Höhe (14) flach ausgebildet ist.
Getriebering nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (5) sich im Bereich des seitlichen Endes (15, 16) des Zahnfußabschnittes (9, 10) erweitert.
Getriebering nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (5) kreissegmentförmig ausgebildet ist.
Getriebering nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (5) sich vom Zahnfuß (11) entlang der Zahnflanke (19) in Richtung des Zahnkopfes (20) erstreckt.
Getriebering nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 6 und 9, 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (5') entlang der Zahnflanke (19) angeordnet ist.
Getriebering nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohlraum (18) der Hinterschneidung (5, 5') wenigstens ein Sensor (23), insbesondere ein Drucksensor, ein Temperatursensor, ein Strömungssensor, ein Schwingungssensor, ein Drehzahlsensor und/oder ein Beschleunigungssensor, angeordnet ist.
Getriebering nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (23) als kapazitiver Sensor ausgebildet ist mit einem, sich innerhalb des Hohlraumes (18) erstreckenden und zu Schwingungen anregbaren Wandungsabschnitt (37) des Getrieberings (1, 1') und einem in Abstand dazu angeordneten, gegenüber dem Getriebering (1, 1') elektrisch isolierten Plattenteil (28), zwischen welchen gegebenenfalls ein Dielektrikum angeordnet ist.
Getriebering nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Begrenzung der Hinterschneidung (5, 5') einen Biegebalken (58) bildet.
Getriebering nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegebalken (58) auf seiner Innenseite mit piezoresistivem Material (35) beschichtet ist.
Getriebering nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (5, 5') wenigstens zwei ineinander greifende Kammelemente (26) zur Erfassung von Zahndeformationen aufweist.
Getriebering nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammelemente (26) derart in der Hinterschneidung (5, 5') angeordnet sind, dass eine Deformation des Zahnes (3) mit einer Änderung des Abstandes der Kammelemente (26) zueinander einhergeht.
Getriebering nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (5, 5') wenigstens ein Kammelement (26') mit Kammfingern (71') unterschiedlicher Länge aufweist.
Getriebering nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Kammelement (26') derart in der Hinterschneidung (5, 5') angeordnet ist, dass durch eine Deformation des Zahnes (3) die Kammfinger (71') zu Schwingungen angeregt werden.
Getriebering nach einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Kammelement (26') beziehungsweise die Kammelemente (26) mit piezoresistivem Material und/oder kapazitivem Material beschichtet ist beziehungsweise sind.
Getriebering nach einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammelemente (26) im Zahnfuß (11) und/oder entlang der Zahnflanke (19) angeordnet sind.
Getriebering nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (7, 7') der Hinterschneidung (5, 5') durch einen als Diaphragma ausgebildeten Steg (27) geschlossen ist.
Getriebering nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (5, 5') mindestens ein durch Druck betätigbares Durchlasselement (28) aufweist.
Getriebering nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (5, 5') eine Verstelleinrichtung (30) zum Verändern des Flankenwinkels (31) aufweist.
Getriebering nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (30) einen eine translatorische Bewegung erzeugenden Antrieb (52), vorzugsweise einen Piezoantrieb, und mindestens ein mit diesem wirkverbundenes Verstellelement (53) aufweist.
Getriebering nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (52) im Bereich des Zahnfußes (11) und das Verstellelement (53) entlang der Zahnflanke (19) angeordnet sind.
Getriebering nach Anspruch 30 oder 31 dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellelement (53) einen mit dem Antrieb (52) verbundenen Hauptträger (54) und gelenkig mit dem Hauptträger (54) verbundene Verstellstege (55) aufweist, welche sich gegen die Seitenwandungen der Hinterschneidung (5) abstützen und durch eine translatorische Bewegung des Hauptträgers (54) relativ zu diesem verschwenkbar sind.
Getriebering nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (5, 5') elektrisch leitende, optische, magnetische und/oder elektrisch isolierende Schichten (32) aufweist.
Getriebering nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (5, 5') als Angussstelle, beispielsweise bei einer Herstellung des Zahnrades (1, 1') durch Spritzgießen ausgebildet ist.
Getriebering nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung durch photolithographische Verfahren, Ätzverfahren, Räumverfahren, Erodierverfahren, Stanzen und/oder Urformverfahren hergestellt ist.
Spannungswellengetriebe (80), gekennzeichnet durch mindestens einen Getriebering (1, 1') nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Spannungswellengetriebe nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass der Circular Spline (40), der Dynamic Spline (41) und die beiden Planetenräder (48) des Wave Generators des Spannungswellengetriebes (80) jeweils als Hinterschneidungen (5) aufweisender Getriebering (1, 1') ausgebildet sind, wobei die Hinterschneidungen (5) des Circular Splines (40) und des Dynamic Splines (41) jeweils im Querschnitt rund und die Hinterschneidungen (5) der Planetenräder (48) im Querschnitt länglich mit jeweils sich in Richtung des Zahnfußes (11) erstreckendem Ende ausgebildet sind.