DE102008014222B3 - Arrangement for wear compensation in particular consisting of plastic so-called. "Harmonic Drive" gears - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Getriebe bestehend aus - koaxial zueinander angeordnet - einem im Querschnitt unrunden Kern (10), einem feststehenden, eine mit einer Innenverzahnung versehene zylindrische Innenfläche aufweisenden Außenzahnring (20) und einem zwischen Kern (10) und Außenzahnring (20) angeordneten, im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders aufweisenden, elastisch verformbaren Zwischenzahnring (30) mit einer zumindest im Bereich des einen axialen Endes seiner Außenfläche vorhandenen Außenverzahnung (31), die hinsichtlich ihrer Zahndimensionen der Innenverzahnung (21) des Außenzahnrings (20) entspricht, jedoch über den Umfang eine geringere Zahnzahl als die Innenverzahnung (21) des Außenzahnrings (20) aufweist, wobei mittels wenigstens eines im Bereich der Außenverzahnung (31) innen an dem Zwischenzahnring (30) angreifenden, am Kern (10) angeordneten Aufspannelementes (11), dessen maximale radiale Erstreckung größer ist als der innere Radius des Zwischenzahnrings (30), der Zwischenzahnring (30) derart verformt wird, dass die Außenverzahnung (31) des Zwischenzahnrings (30) nur in einem oder mehreren Umfangsbereichen mit der Innenverzahnung (21) des Außenzahnrings (20) kämmt, (sog. Harmonic-Drive-Getriebe) vorgeschlagen, bei dem zum Ausgleich von durch Verschleiß erzeugtem Spiel der Zwischenzahnring (30) so ausgebildet ist, dass seine Außenfläche an ihrem von der Außenverzahnung (31) entfernten anderen Ende unabhängig von der Einwirkung des wenigstens einen Aufspannelementes ...It is a gear consisting of - arranged coaxially to each other - a non-circular cross-section core (10), a fixed, provided with an internal toothing cylindrical inner surface having external toothed ring (20) and one between the core (10) and external toothed ring (20), in Substantially in the form of a hollow cylinder, elastically deformable intermediate toothed ring (30) with an existing at least in the region of one axial end of its outer surface outer toothing (31) with respect to their tooth dimensions of the internal toothing (21) of the outer toothed ring (20) corresponds, but over the circumference a smaller number of teeth than the internal toothing (21) of the outer toothed ring (20), wherein by means of at least one in the outer toothing (31) on the inside of the intermediate toothed ring (30) acting on the core (10) arranged Aufspannelementes (11) whose maximum radial Extension is greater than the inner radius of the intermediate toothed ring (30), the Zwis toothed ring (30) is deformed such that the outer toothing (31) of the intermediate toothed ring (30) only in one or more peripheral regions with the internal toothing (21) of the outer toothed ring (20) meshes (so-called. Harmonic drive gear) proposed in which to compensate for wear generated by play the intermediate toothed ring (30) is formed so that its outer surface at its from the outer toothing (31) remote other end regardless of the action of the at least one Aufspannelementes .. ,
Description
Die Erfindung bezieht sich auf Mittel zum Sicherstellen der Spielfreiheit an einem sog. Harmonic-Drive-Getriebe über dessen Lebensdauer, insbesondere bei einem solchen Getriebe mit großer Hohlwelle und aus Kunststoff.The The invention relates to means for ensuring freedom from play on a so-called harmonic drive transmission over its lifetime, in particular in such a transmission with a large hollow shaft and made of plastic.
Harmonic-Drive-Getriebe aus Stahl werden seit Jahren für Anwendungsfälle eingesetzt, die hohe Genauigkeiten und Lebensdauern erfordern (W. C. Musser: „The Harmonic Drive", Machine Design, 1960).Harmonic drive be made of steel for years use cases used, which require high accuracies and lifetimes (W. C. Musser: "The Harmonic Drive ", Machine Design, 1960).
Sog. Harmonic-Drive-Getriebe bestehen im Prinzip aus nur drei Bauteilen: einem unrunden Kern, dem sog. WAVE GENERATOR, einem flexiblen, außenseitig verzahnten Zwischenzahnring, dem sog. FLEXSPLINE, und einem feststehenden, innenverzahnten Außenzahnring, dem sog. CIRCULAR SPLINE.So-called. Harmonic Drive transmissions basically consist of only three components: a non-circular core, the so-called WAVE GENERATOR, a flexible, external one toothed intermediate ring, the so-called FLEXSPLINE, and a fixed, internal toothed ring, the so-called CIRCULAR SPLINE.
Ein zwei diametral gegenüberliegende Aufspannelemente aufweisender Kern als angetriebenes Teil verformt den Zwischenzahnring ellipsenförmig, so dass dieser sich in den gegenüberliegenden Bereichen seiner großen Ellipsenachse mit dem innenverzahnten Außenzahnring im Eingriff befindet. Beim Drehen des Kerns im Uhrzeigersinn verlagern sich die große Ellipsenachse und entsprechend der Zahneingriffsbereich des Zwischenzahnrings. Da der Zwischenzahnring weniger Zähne besitzt als der Außenzahnring, erfolgt pro Umdrehung des Kerns eine Relativbewegung zwischen Zwischenzahnring und Außenzahnring im Gegenuhrzeigersinn.One two diametrically opposite Core having clamping elements deformed as a driven part the intermediate tooth ring elliptical, so that this is in the opposite areas his big one Ellipse shaft with the internal toothed outer ring is engaged. At the Turning the core clockwise will displace the large ellipse axis and according to the tooth engagement portion of the intermediate toothed ring. Since the intermediate toothed ring has fewer teeth than the outer toothed ring, takes place per revolution of the core, a relative movement between the intermediate toothed ring and external teeth ring in the counterclockwise direction.
Dabei wird der Zwischenzahnring verformt, was in der Regel über ein Kugellager erfolgt, dessen Außenring elastisch verformbar ist.there the intermediate toothed ring is deformed, which is usually over Ball bearing takes place, whose outer ring is elastically deformable.
Der Zwischenzahnring ist bei der überwiegenden Zahl der Harmonic-Drive-Getriebe als elastischer Topf ausgebildet, an dessen Boden der Abtrieb angreift. Durch die Verformung des die mit dem Außenzahnring kämmende Verzahnung tragenden „Topfrandes" eines solchen Zwischenzahnringes mittels der Aufspannelemente des Kerns zur Ellipse wird die Wandfläche des Topfes komplex verformt, wobei ein Schnitt durch den Topf in der Achse der großen Ellipsenhalbachse des Kerns die Form eines zur Mittelachse des Topfes symmetrischen Trapezes zeigt, dessen lange Seite am „Topfrand" liegt.Of the Intermediate ring is at the predominant Number of harmonic drive gear designed as an elastic pot, At the bottom of the downforce attacks. Due to the deformation of the with the external tooth ring meshing Gearing bearing "pot edge" of such an intermediate toothed ring by means of the clamping elements of the core to the ellipse, the wall surface of the Potted complex deformed, taking a cut through the pot in the Axle of the large ellipse semiaxis of the core the shape of a symmetrical to the central axis of the pot Trapezes shows whose long side is on the "pot edge".
Alternativ kann der Zwischenzahnring statt des Topfbodens auch einen nach außen gerichteten Flansch, mithin die Form eines „Zylinderhutes ohne Deckel", aufweisen. Auch hier erfolgt die Verformung der Topfwand analog.alternative the intermediate toothed ring may also have an outwardly directed flange instead of the bottom of the pot, hence the shape of a "cylinder hat without cover ". Again, the deformation of the pot wall is analogous.
Bei solchen Getrieben wird momentan über die gesamte Lebensdauer des Getriebes Spielfreiheit sichergestellt, indem zum einen das Kugellager keinen nennenswerten Verschleiß aufweist, zum anderen eventuell auftretender, minimaler Verschleiß in der Verzahnung zwischen Zwischenzahnring und Außenzahnring durch die Federeigenschaften des im interessierenden Umfangsbereich kegelstumpfförmig aufgeweiteten und sich im Bereich der Verzahnung an den zylindrischen Außenzahnring anschmiegenden Zwischenzahnrings ausgeglichen wird.at Such transmissions is currently on the entire life of the transmission on the one hand, the ball bearing has no significant wear, on the other possibly occurring, minimal wear in the Interlocking between intermediate toothed ring and external toothed ring due to the spring properties of the peripheral region of interest frustoconical widened and in the area of the toothing to the cylindrical outer tooth ring contiguous intermediate toothed ring is compensated.
Für große Stückzahlen sind seit einigen Jahren Harmonic-Drive-Getriebe aus Kunststoff auf dem Markt.For large quantities have been plastic Harmonic Drive gearboxes for several years now on the market.
Da
ein Kugellager vergleichsweise teuer ist, werden hier alternative
Kern-Ausführungen
eingesetzt, die sich preiswerter realisieren lassen. Es werden zum
Beispiel Rollen (W. C. Musser: „The Harmonic Drive", Machine Design,
1960) oder Planetenvorstufen verwendet. Eine besonders kostengünstige Ausführung stellt
ein Kern mit Gleitlager dar, wie er z. B. aus der
Bei Verwendung von Gleitlagern am Kern kommt es an der Gleitfläche zwischen Kern bzw. dessen Aufspannelementen und Innenumfang des Zwischenzahnrings im Bereich der Verzahnung zu einer Abnutzung der Gleitfläche, vor allem am Kern oder den Aufspannelementen (aufgrund der höheren Flächenpressung). Gleichzeitig ist die Federwirkung eines Zwischenzahnrings aus Kunststoff deutlich geringer als jene eines Stahl-Zwischenzahnrings. Durch den Verschleiß (Abrieb) nimmt das Aufspannmaß des Kerns mit zunehmender Lebensdauer ab. Gleichzeitig verschleißen die Zahnflanken, wodurch größere Zahnlücken entstehen. Weil der Zwischenzahnring weniger aufgespannt wird, greifen seine Zähne weniger weit in die zusätzlich vergrößerten Zahnlücken des Außenzahnrings ein. Dadurch kommt es zu Spiel, und die Genauigkeit des Getriebes geht verloren.at Use of plain bearings on the core occurs at the sliding surface Core or its clamping elements and inner circumference of the intermediate toothed ring in the area of the toothing to a wear of the sliding surface, before especially on the core or the clamping elements (due to the higher surface pressure). At the same time the spring action of an intermediate toothed ring made of plastic significantly lower than that of a steel idler ring. By the Wear (abrasion) takes the Aufspannmaß the Kerns with increasing life off. At the same time they are wearing out Tooth flanks, resulting in larger tooth gaps. Because the intermediate toothed ring is less tensioned, its teeth grip less far in the extra enlarged tooth gaps of the Outside the ring gear one. This leads to play, and the accuracy of the transmission gets lost.
Ein
Ausgleich des Verschleißes
ist durch radial bewegliche, abgefederte Aufspannelemente am Kern
möglich
(
Gegenstand
der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und kostengünstige Möglichkeit zum Ausgleich des Verschleißes und zur Sicherstellung der Spielfreiheit über die Lebensdauer bei Harmonic-Drive-Getrieben, insbesondere aus Kunststoff, zu schaffen, wobei ein möglichst großer Hohlwellendurchmesser erzielt werden soll.Of the Invention is based on the object, a simple and inexpensive way to compensate for the wear and to ensure freedom of movement over the life of Harmonic Drive gears, in particular of plastic, to create, as possible greater Hollow shaft diameter to be achieved.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst, indem dafür Sorge getragen wird, dass der Kern bzw. dessen Aufspannelemente – im Verlauf der Einsatzdauer des Getriebes – axial verschoben bzw. nachgeführt werden, so dass der Zwischenzahnring zunehmend stärker aufgespannt wird.These Task is according to the invention solved, by doing so Care is taken that the core or its Aufspannelemente - in the course the service life of the gearbox - axial moved or tracked so that the intermediate toothed ring increasingly clamped becomes.
Mit anderen Worten heißt dies, dass im Neuzustand der Kern oder dessen Aufspannelemente am einen, „freien", außenzahnringseitigen, elliptisch stark verformten Ende des konischen Zwischenzahnrings angeordnet sind. Im verschlissenen Zustand sind der Kern oder die Aufspannelemente weiter zum anderen, fest eingespannten, im Wesentlichen rund bzw. hohlzylindrisch bleibenden Ende des Zwischenzahnrings hin verschoben. Dadurch wird das Aufspannmaß hinsichtlich des Zwischenzahnrings vergrößert und der Verschleiß im Bereich der Verzahnung zwischen Zwischenzahnring und Außenzahnring ausgeglichen.With other words means this, that in the new state of the core or its clamping elements on one, "free", outside ring, elliptical strongly deformed end of the conical intermediate toothed ring are arranged. In the worn state, the core or the Clamping elements continue to the other, firmly clamped, essentially round or hollow cylindrical end of the intermediate toothed ring postponed. As a result, the Aufspannmaß regarding the intermediate toothed ring enlarged and the wear in the Area of the toothing between the intermediate toothed ring and the external toothed ring balanced.
Mögliche Ausführungsformen für eine axiale Verstellung des Kerns oder der Aufspannelemente relativ zum Zwischenzahnring werden nachstehend erläutert.Possible embodiments for one axial adjustment of the core or the clamping elements relative to Intermediate ring are explained below.
Die axiale Verschiebung des Kerns und ggf. entsprechend der Aufspannelemente kann durch axiale Federvorspannung des Kerns gegenüber einem Gehäuse erfolgen. Die Federn können metallisch oder aus Kunststoff und zwischen Kern und einem Gehäuse bzw. Gehäuseteil eingelegt oder direkt am Kern angeformt sein. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei kleinen Baugrößen und Kernen aus Kunststoff, die im Spritzgussverfahren hergestellt sind.The axial displacement of the core and possibly according to the Aufspannelemente can be done by axial spring bias of the core relative to a housing. The springs can metallic or plastic and between the core and a housing or housing part inserted or formed directly on the core. This is special advantageous for small sizes and Plastic cores made by injection molding.
Die axiale Verschiebung des Kerns oder der Aufspannelemente im Vergleich zum Zwischenzahnring kann alternativ durch einen Linearaktuator, z. B. einen Pneumatik- oder Hydraulikzylinder erfolgen. Dies ist besonders vorteilhaft bei größeren Baugrößen, bei denen eine genauere Nachstellung erforderlich ist. Der Linearaktuator kann beispielsweise durch ein Sensorsignal geregelt werden, das z. B. durch einen Positions-, Kraft- oder Drehmomentsensor ausgegeben wird.The axial displacement of the core or the clamping elements in comparison to the intermediate toothed ring can alternatively by a linear actuator, z. B. a pneumatic or Hydraulic cylinder done. This is particularly advantageous for larger sizes, at which requires a more accurate readjustment. The linear actuator can be controlled for example by a sensor signal, the z. B. output by a position, force or torque sensor becomes.
Vorteile
der erfindungsgemäßen Getriebe-Ausbildung
sind folgende:
Die axiale Relativverschiebung zwischen Kern
oder Aufspannelementen und Zwischenzahnring bewirkt einen Spielausgleich
und sorgt somit für
Spielfreiheit über
die gesamte Lebensdauer des Getriebes, auch bei einer kostengünstigen
und kompakten Ausführung
mit Gleitlagern, Aufspannelementen und/oder Kern aus Kunststoff.Advantages of the transmission design according to the invention are the following:
The axial relative displacement between the core or Aufspannelementen and intermediate toothed ring causes a clearance compensation and thus provides freedom from play over the entire life of the transmission, even with a cost-effective and compact design with plain bearings, clamping elements and / or plastic core.
Nachdem der Kern oder die Aufspannelemente axial verschoben werden statt radial bewegliche Aufspannelemente zu verwenden, vereinfacht sich die Geometrie des Kerns, insbesondere im Bereich radial innerhalb der Aufspannelemente. Wesentlich ist auch, dass weniger Platz benötigt wird, so dass eine größere Hohlwelle bei gleichem Außendurchmesser realisierbar ist.After this the core or the clamping elements are moved axially instead to use radially movable clamping elements, simplifies the geometry of the core, especially in the area radially inside the clamping elements. It is also essential that less space is needed, leaving a larger hollow shaft at the same outer diameter is feasible.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen.Further Details of the invention will become apparent from the accompanying drawings.
Die
Die
Hierzu
dienen gemäß
Gemäß
Bei
dem Ausführungsbeispiel
der
In
- 1010
- Kerncore
- 1111
- Aufspannelementclamping element
- 11a11a
- Aufspannelement am Kern, verschlissenclamping element at the core, worn
- 1212
- Hohlwellehollow shaft
- 1313
- Federelement, angeformt am KernSpring element, molded on the core
- 2020
- AußenzahnringOuter ring gear
- 2121
- Innenverzahnung am Außenzahnringinternal gearing on the outer ring
- 2222
- Zahn der Innenverzahnung am Außenzahnringtooth the internal toothing on the outer tooth ring
- 22a22a
- Zahn der Innenverzahnung am Außenzahnring, verschlissentooth the internal toothing on the outer tooth ring, worn
- 2323
- stirnseitige Platte am Außenzahnringfrontal Plate on the external teeth ring
- 3030
- ZwischenzahnringBetween annular gear
- 3131
- Außenverzahnung am Zwischenzahnringexternal teeth at the intermediate toothed ring
- 3232
- Zahn der Außenverzahnung am Zwischenzahnringtooth the external toothing at the intermediate toothed ring
- 3333
- Bodenground
- 3434
- Flanschflange
- 4040
- Federelementspring element
- 5050
- Linearaktuatorlinear actuator
- 5151
- Stößeltappet
Claims (11)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200810014222 DE102008014222B3 (en) | 2008-03-16 | 2008-03-16 | Arrangement for wear compensation in particular consisting of plastic so-called. "Harmonic Drive" gears |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200810014222 DE102008014222B3 (en) | 2008-03-16 | 2008-03-16 | Arrangement for wear compensation in particular consisting of plastic so-called. "Harmonic Drive" gears |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE102008014222B3 true DE102008014222B3 (en) | 2009-08-20 |
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ID=40589581
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE200810014222 Active DE102008014222B3 (en) | 2008-03-16 | 2008-03-16 | Arrangement for wear compensation in particular consisting of plastic so-called. "Harmonic Drive" gears |
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Country | Link |
---|---|
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WO (1) | WO2009115219A1 (en) |
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- 2009-03-11 WO PCT/EP2009/001725 patent/WO2009115219A1/en active Application Filing
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Also Published As
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WO2009115219A1 (en) | 2009-09-24 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: HARMONIC DRIVE AG, DE Free format text: FORMER OWNER: HARMONIC DRIVE POLYMER GMBH, 96103 HALLSTADT, DE Effective date: 20121004 |
|
R081 | Change of applicant/patentee |
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|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: DR. MUELLER PATENTANWAELTE, DE |