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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines ovalen Wälzlagers für ein Spannungswellengetriebe, wobei das Wälzlager ein Innenelement und ein Außenelement aufweist und wobei zwischen dem Innenelement und dem Außenelement Wälzkörper angeordnet werden.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein gemäß dem Verfahren hergestelltes Wälzlager.
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Spannungswellengetriebe, welche auch als Gleitkeilgetriebe oder als Harmonic Drive-Getriebe bezeichnet werden, weisen ein elastisches Übertragungselement, den sog. Flexspline, auf. Das elastische Übertragungselement kann beispielsweise als dünnwandige Stahlbüchse ausgebildet sein. Oft weist der Flexspline eine Außenverzahnung auf.
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Das elastische Übertragungselement wird durch eine Antriebseinrichtung, dem sogenannten Wellengenerator, oft auch Wave-Generator genannt, angetrieben. Der Wellengenerator kann beispielsweise als elliptische Scheibe ausgebildet sein, die koaxial zum Flexspline angeordnet ist. Zwischen dem Wellengenerator und dem Flexspline ist zumeist ein Wälzlager angeordnet, das es ermöglicht, den Wellengenerator innerhalb des Flexsplines zu drehen.
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Die Größe des Wellengenerators ist im Verhältnis zum Flexspline so gewählt, dass der Wellengenerator den Flexspline entsprechend seiner elliptischen Kontur verformt. Eine Rotation des Wellengenerators wird folglich in eine umlaufende Verformung des elastischen Übertragungselements übersetzt.
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Ein Spannungswellengetriebe weist neben dem Wellengenerator und dem Flexspline zusätzlich eine dritte Komponente auf, nämlich wenigstens ein starres Übertragungselement, welches mit dem Flexspline in Wirkverbindung steht. Bei einem Spannungswellengetriebe mit einem innerhalb des Flexsplines angeordneten Wellengenerator ist dieses Übertragungselement üblicherweise als Hohlring mit einer Innenverzahnung ausgebildet, wobei jeweils die Abschnitte der Außenverzahnung des Flexsplines, die durch den Wellengenerator jeweils radial nach außen verformt sind, jeweils mit der Innenverzahnung in Wirkeingriff stehen.
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Der von dem Wellengenerator angetriebene Flexspline wälzt sich demgemäß an der Innenverzahnung des Hohlringes ab. Da die Außenverzahnung des Flexsplines in der Regel weniger Zähne aufweist, wie die Innenverzahnung des Hohlringes kommt es zu einer Relativdrehung des Flexspline relativ zum Hohlring.
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Es ist beispielsweise möglich, ein Spannungswellengetriebe derart auszubilden, dass das starre Übertragungselement relativ zu einem Gehäuse fest angeordnet ist, so dass lediglich der Flexspline von dem Wellengenerator in Drehbewegung gebracht wird. Auf Grund des zumeist geringen Zähnezahlunterschieds zwischen dem Flexspline und dem starren Übertragungselement weisen solche Spannungswellengetriebe sehr große Übersetzungen auf.
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Bei anderen Bauarten des Spannungswellengetriebes können auch zwei starre Übertragungselemente, die auch als Circular Spline bzw. als Dynamic Spline bezeichnet werden, vorgesehen sein, wobei beispielsweise das eine Übertragungselement relativ zu einem Gehäuse fest gehalten sein kann und das andere starre Übertragungselement relativ zu dem Gehäuse drehbar ist oder wobei beide starre Übertragungselemente drehbar sind. Bei einem Spannungswellengetriebe mit innerhalb des Flexsplines liegendem Wellengenerator sind diese beiden starren Übertragungsglieder üblicherweise jeweils als Hohlrad ausgebildet.
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Das Wälzlager eines Spannungswellengetriebes wird üblicherweise zunächst als kreisrundes Wälzlager hergestellt und anschließend auf einen ovalen – zumeist elliptischen – Grundköper eines Wavegenerators aufgepresst und hierdurch in ovale Form gebracht. Sowohl das Herstellen des primären kreisrunden Wälzlagers, als auch das Aufpressen auf den Grundkörper ist aufwändig und entsprechend teuer.
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Der Außenring eines Wälzlagers für ein Spannungswellengetriebe muss, da er zusammen mit dem Flexspline umlaufend verformt wird, elastisch ausgebildet sein. Die Wälzkörper müssen zwischen den Innen- und den Außenring eingebracht werden, wobei das Einbringen der letzten Wälzkörper mit so großen Randbedingungen einhergeht, dass es nicht maschinell, sondern zumeist nur von Hand erfolgen kann.
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Ein nachträgliches Austauschen der Wälzkörper eines Wälzlagers ist nach dem Aufpressen auf den Grundkörper nicht mehr möglich.
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Aus
DE 21 04 063 A ist ein Wälzlagerfüllverfahren bekannt, bei dem ein Außenring durch Krafteinwirkung zu einer Ellipse elastisch verformt wird. Innerhalb des Außenrings wird exzentrisch ein nicht verformter Innenring angeordnet. Im Bereich der kleinen Krümmungsradien des verformten Außenrings – also im Bereich eines Hauptscheitels – werden Wälzkörper eingeführt. Statt der elastischen Verformung des Außenringes kann auch der Innenring elastisch oval verformt werden.
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Aus
DE 455 574 A ist ein Verfahren zum Zusammenbau durch elastische Verbiegung von Kugellagern mit rinnenförmigen Laufringen ohne Ausschnitt zum Einsetzen der Kugeln bekannt. Auch bei diesem Verfahren werden ein Innenring und ein Außenring derart exzentrisch zueinander angeordnet, dass sie sich berühren. Die Berührungsstelle wird nach oben ausgerichtet.
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Darüber hinaus wird der Innenring oval derart verformt, dass die Hauptachse des Ovals lotrecht, also durch die Berührungsstelle verlaufend, ausgerichtet ist. Die Kugeln werden in den unteren Zwischenraum zwischen den beiden Ringen eingebracht.
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Aus
EP 1 925 532 B1 ist ein Lenksystem für Fahrzeuge mit einem Spannungswellengetriebe bekannt.
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Aus
DE 84 26 143 U1 ist ein Zylinderrollenlager mit einem einstückigen Innen- und einem einstückigen Außenlaufring bekannt. Es ist mindestens eine Einfüllnut für die Zylinderrollen vorgesehen.
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Es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagers für ein Spannungswellengetriebe anzugeben, das schneller und kostengünstiger ausführbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass zunächst zumindest das Innenelement in ovale Form gebracht wird und anschließend zwischen das Innenelement und das Außenelement die Wälzkörper eingebracht werden, wobei das Einbringen der Wälzkörper außerhalb des Bereichs eines Hauptscheitels des Innenelements erfolgt und wobei das Innenelement und/oder das Außenelement außerhalb des Bereichs eines Hauptscheitels, vorzugsweise im Bereich eines Nebenscheitels, zumindest mit einer Einfüllnut versehen ist, die das Einbringen der Wälzkörper erleichtert und/oder ermöglicht.
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Ein durch ein solches Verfahren hergestelltes Wälzlager für ein Spannungswellengetriebe ist schneller und auch kostengünstiger herstellbar und erlaubt einen einfachen Austausch der Wälzkörper.
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Klarstellend sei hier erwähnt, dass unter dem Begriff Hauptscheitel der Bereich um eine große Halbachse gemeint ist, und dass mit Nebenscheitel der Bereich um eine kleine Halbachse gemeint ist.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die bisherige Reihenfolge der einzelnen Herstellungsschritte zur Herstellung eines Wälzlagers für ein Spannungswellengetriebe in vorteilhafter Weise derart umgestellt werden kann, dass das Einfüllen der Wälzkörper extrem vereinfacht ist.
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Es hat sich gezeigt, dass die Wälzkörper viel einfacher und gegen wesentlich geringeren Widerstand eingebracht werden können, wenn zunächst das Innenelement des Wälzlagers in elliptische Form gebracht wird. Bei einem Wälzlager, das als Innenelement einen Innenring aufweist, kann dies beispielsweise dadurch geschehen, dass der Innenring auf einen ovalen, insbesondere elliptischen Grundkörper aufgezogen wird. Der Grundkörper kann insbesondere Bestandteil eines Wellengenerators sein. Es ist auch möglich, dass der Grundkörper selbst das Innenelement des Wälzlagers bildet. Hierbei kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass der Grundkörper – insbesondere auf der Außenumfangsfläche – eine Wälzspur, insbesondere eine Kugelwälzspur bereitstellt.
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Nachdem das Innenelement in elliptische Form gebracht ist, kann das Außenelement koaxial zum Innenelement positioniert werden, sodass in die zwischen Innenelement und Außenelement entstehende Nut die Wälzkörper, insbesondere Kugeln, eingebracht werden können. Naturgemäß lassen sich die ersten Wälzkörper besonders leicht einbringen. Aber auch die letzten Wälzkörper können in erfindungsgemäßer Weise einfach eingebracht werden, wenn das Einbringen außerhalb des Bereichs des Hauptscheitels des Innenelements – vorzugsweise im Bereich eines Nebenscheitels des Innenelements – erfolgt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das Außenelement beim Einbringen der Wälzkörper, insbesondere in Richtung der großen Halbachsen des Innenelements verspannt wird, während in Richtung der kleinen Halbachsen zwischen dem Innenelement und dem Außenelement wesentlich kleinere Spannkräfte auftreten. Diesen Effekt nutzt die vorliegende Erfindung aus.
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Um das Einbringen der Wälzkörper, insbesondere der Kugeln, besonders zu vereinfachen, ist vorgesehen, dass das Innenelement und/oder das Außenelement außerhalb des Bereichs eines Hauptscheitels, vorzugsweise im Bereich eines Nebenscheitels, eine Einfüllnut aufweist, die das Einbringen der Wälzkörper erleichtert und/oder ermöglicht.
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Die Einfüllnut kann in vorteilhafter Weise derart ausgeführt sein, dass sie sich zu einer Wälzspur, insbesondere bis zu einer Kugelspur, erstreckt. Die Einfüllnut kann beispielsweise im Wesentlichen in axialer Richtung angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, die Einfüllnut schräg zur Wälzspur anzuordnen; beispielsweise so, dass die Einfüllnut sowohl eine axiale, als auch eine tangentiale Richtungskomponente aufweist.
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Wie bereits erwähnt, kann das Innenelement einen Innenring aufweisen und/oder aus einem Innenring gebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass das Innenelement einen ovalen, insbesondere elliptischen, Grundkörper aufweist und/oder aus einem ovalen, insbesondere elliptischen Grundkörper gebildet ist. Der Grundkörper kann in vorteilhafter Weise Bestandteil des Wellengenerators eines Spannungswellengetriebes sein.
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Bei einer vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass das Außenelement einen Außenring aufweist und/oder aus einem Außenring gebildet ist. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das Außenelement einen Flexspline aufweist und/oder zumindest aus Teilen eines Flexsplines eines Spannungswellengetriebes gebildet ist.
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Das Wälzlager hat den Vorteil, dass es für ein Spannungswellengetriebe, insbesondere für eine Drehlagerung eines Flexsplines relativ zu einem Wavegenerator, geeignet ist, wobei das Wälzlager ein ovales, insbesondere elliptisches, Innenelement und ein Außenelement aufweist und wobei zwischen dem Innenelement und dem Außenelement des Wälzlagers Wälzkörper angeordnet sind.
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Die Erfindung hat nicht nur den Vorteil, dass ein Wälzlager für ein Spannungswellengetriebe einfacher, schneller und damit auch kostengünstiger herstellbar ist. Darüber hinaus ermöglicht es die vorliegende Erfindung ein Spannungswellengetriebe herzustellen, bei dem die Funktion des Innenrings und/oder des Außenrings des Wälzlagers von anderen Bauteilen, beispielsweise von einem ovalen Grundkörper eines Wellengenerators oder von einem Flexspline zusätzlich mit übernommen werden können. Dies insbesondere deshalb, weil durch die vorliegende Erfindung überhaupt erst die Möglichkeit geschaffen ist, bei einer solchen Konstruktion gewissermaßen nachträglich die Wälzkörper einzubringen.
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Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Es zeigen:
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1 schematisch den Herstellschritt des Einbringens der Wälzkörper gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren,
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2 schematisch den Schritt des Einbringens der Wälzkörper in ein Spannungswellengetriebe ohne Innenring und ohne Außenring und
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3 einen ovalen Grundkörper eines Spannungswellengetriebes.
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1 zeigt schematisch einen Teilschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines ovalen Wälzlagers 1 für ein Spannungswellengetriebe.
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Das Wälzlager 1 weist ein Innenelement 2, nämlich einen Innenring 3 auf. Dieser wurde in einem ersten Schritt – beispielsweise durch Aufpressen auf einen ovalen Grundkörper 4 in elliptische Form gebracht. Anschließend wurde ein Außenelement 5, nämlich ein Außenring 6 koaxial derart um den Innenring 3 gelegt, dass zwischen dem Innenring 3 und dem Außenring 6 eine Nut entsteht, in die Wälzkugeln 7 eingebracht werden.
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Die Figur illustriert, dass die Wälzkörper 7 außerhalb des Bereichs eines Hauptscheitels 8, also außerhalb des Bereichs um die großen Halbachsen 9 eingebracht werden. Konkret werden die Wälzkörper 7 im Bereich eines Nebenscheitels 10, also im Bereich um eine der kleinen Hauptachsen 11 des Innenelements eingebracht. In diesem Bereich ist die Spannung zwischen dem Innenring 3 und dem Außenring 6 besonders klein, was ein einfaches Einbringen der Wälzkörper 7 ermöglicht.
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2 zeigt eine Detailansicht eines Spannungswellengetriebes, das ohne einen Innenring und ohne einen Außenring auskommt. Das Innenelement 2 ist bei dieser Ausführungsform unmittelbar durch einen elliptischen Wellengenerator-Grundkörper 12 gebildet. Der Wellengenerator-Grundkörper 12 stellt auf seinem Außenumfang eine Wälzspur 13 für die Wälzkörper 7 bereit.
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Das Außenelement 5 ist bei dieser Ausführungsform direkt durch einen Flexspline 14 gebildet, der auf seinem Innenumfang eine weitere Wälzspur 15 für die Wälzkörper 7 bereitstellt. Das Einbringen der Wälzkörper erfolgt in einem Bereich außerhalb des Hauptscheitels 8, nämlich in einem Bereich eines Nebenscheitels 10 des Wellengenerator-Grundkörpers 12.
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3a zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen Wellengenerator-Grundkörper 12, der eine Wälzspur 13 bereitstellt und der mit einer Einfüllnut 16 im Bereich eines Nebenscheitels 10 ausgerüstet ist, in einer perspektivischen Darstellung.
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3b zeigt den Wellengenerator-Grundkörper 12 in einer Seitendarstellung.
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3c zeigt den Wellengenerator-Grundkörper 12 in axialer Draufsicht. In dieser Ansicht ist die Einfüllnut 16 besonders gut zu erkennen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlager
- 2
- Innenelement
- 3
- Innenring
- 4
- Grundkörper
- 5
- Außenelement
- 6
- Außenring
- 7
- Wälzkörper
- 8
- Hauptscheitel
- 9
- Große Halbachsen
- 10
- Nebenscheitel
- 11
- Kleine Halbachsen
- 12
- Wellengenerator-Grundkörper
- 13
- Wälzspur
- 14
- Flexspline
- 15
- Weitere Wälzspur
- 16
- Einfüllnut
