-
Die Erfindung betrifft die Antriebstechnik, insbesondere ein Hohlgetriebe.
-
Im Stand der Technik besteht ein bekanntes Wellgetriebe 10, wie aus 1 ersichtlich, aus einem Wellengenerator 11, einer flexiblen Zahnscheibe 12 und einem starren Innenrad 13. Dabei ist der Wellengenerator 11, ausgebildet durch ein Ovalrad 111 mit einem umhüllenden flexiblen Kugellager 112, von der flexiblen Zahnscheibe 12 umhüllt, wobei die flexible Zahnscheibe 12 von dem starren Innenrad 13 umhüllt ist. Das Ovalrad 111 des Wellengenerators 11 ist mit dem Drehmomenteingang (Triebkrafteingang) fest verbunden. Während das Ovalrad 111 zum Drehen angetrieben wird, weitet das Ovalrad 111 die flexible Zahnscheibe 12 so auf, dass die flexible Zahnscheibe 12 teilweise in das starre Innenrad 13 eingreift, wobei die Zähnezahldifferenz zwischen der flexiblen Zahnscheibe 12 und dem starren Innenrad 13 zur Abbremsung führt. Das so ausgeführte Wellgetriebe stellt zwar die Abbremsungs- und Antriebsfunktionen zur Verfügung, ist aber als eine massive Komplettkonstruktion ausgebildet und hat deshalb keinen Hohlraum für die Verkabelung verfügbar.
-
Zum Verbessern der oben genannten Ausführungsform ist ein weiteres Hohlgetriebe 20 (siehe 2 und 3) entworfen, in dessen Hohlrohrteil 21 ein Stützrad 22 gelenkartig eingebaut ist. Das Stützrad 22 ist von einer Bremszahnscheibe 23 umhüllt. Auf dem Stützrad 22 ist ein Stützring 24 zum Drehmomentübertragen (Kraftübertragen) fixiert. Die Antriebsquelle 25 ist mit dem Stützrad 22, der Bremszahnscheibe 23 und dem Stützring 24 dezentriert in den Hohlrohrteil 21 eingesteckt und anschließend in die Bremszahnscheibe 23 eingerastet. Das Drehmoment (die Triebkraft) lässt sich somit aus der Antriebsquelle 25 über die Bremszahnscheibe 23 und das Stützrad 22 an den Stützring 24 abgebremst übertragen, was einen Bremsantrieb darstellt, wobei der Hohlrohrteil 21 zur Aufnahme der durchgehenden Verkabelung dient. Da die Antriebsquelle 25 in dem Hohlrohrteil 21 tief eingesteckt ist und mit der Bremszahnscheibe 23 eine dezentrierte Kupplung bildet, wird nicht nur das komplette Volumen vergrößert, sondern die Zusammensetzung auch erschwert. Des Weiteren wurde wegen der Probleme, die durch die Umkehrspanne beim Antrieb der Bremszahnscheibe 23 durch das Ritzel der Antriebsquelle 25 verursacht wurden, die Zähnezahl erhöht. Ein vernünftiges Rückspielmaß ist sowohl für die Schmierung als auch für den Abgleich der Fertigungstoleranzen erforderlich, aber ein Übermaß des Rückenspiels kann zu falschem Antrieb, zu Schwingungen und zu einer erhöhten Übertragungswinkeldifferenz des Moderators führen. Darüber hinaus können die Schwingungen weiterhin zum beschleunigten Verschleiß der Zahnräder führen. Beim Anwenden der Zahnräder als Triebwelle zum Antrieb eines präzisen Moderators müssen die Fertigungs- und Montagegenauigkeitsanforderung in diesem Fall intensiviert werden, was den Montagebetrieb erschwert und die Fertigungskosten erhöht.
-
Die
DE 297 02 710 U1 beschreibt ein Untersetzungsgetriebe, bei dem ein Eingriffshalter, der mit hohen Drehzahlen antreibbar ist, einen ellipsenförmigen Käfigring aufweist, in welchem ein radial elastisches Wälzlager angeordnet ist, das seinerseits einen Abrollring umgibt. Der Abrollring weist eine erste und eine zweite Innenverzahnung auf, die durch eine radiale Ringrippe voneinander getrennt sind, welche der Stabilisierung zum Vermeiden einer Deformierung dient. Ein zentrales Stützrad weist eine Außenverzahnung auf, die in Eingriff mit der ersten Innenverzahnung des Abrollrings steht, wobei die Außenverzahnung des Stützrades eine geringere Zähnezahl hat als die erste Innenverzahnung.
-
Die
DE 11 2012 000 058 T5 offenbart ein hohles Wellgetriebe, bei dem ein festes, innenverzahntes Zahnrad und ein Wellgenerator ein außenverzahntes Zahnrad von außen an einander benachbarten Positionen umschließen. Der Wellgenerator drückt einen zylindrischen Bereich in eine elliptische Form, wodurch die Außenverzahnung des außenverzahnten Zahnrades teilweise in die Innenverzahnung des festen, innenverzahnten Zahnrades eingreift.
-
Das Dokument
US 2007/0039414 A1 betrifft ein Getriebe, bei dem ein ringförmiger Spline eine Außenverzahnung hat und ein außerhalb desselben angeordneter flexibler Spline eine Innenverzahnung hat, die unter der Wirkung eines Rotors in die Außenverzahnung des ringförmigen Splines so eingreift, dass sich eine Eingriffsposition beim Drehen des Rotors ebenfalls dreht.
-
Das
US-Patent 4,840,090 offenbart ein Getriebe mit einem ringförmigen Spline, der eine Außenverzahnung aufweist, und einem diesen umgebenden flexiblen Spline, der eine Innenverzahnung aufweist, die mehr Zähne hat als die Außenverzahnung des ringförmigen Splines. Durch eine elliptische Innenwand eines Wellengenerators, welcher den flexiblen Spline umgibt, wird dieser verformt, so dass die Verzahnungen der beiden Splines ineinander eingreifen.
-
Die
EP 1 961 997 A2 betrifft ein weiteres Getriebe, bei dem ein flexibler Spline mit einer Innenverzahnung in eine elliptische Form gebracht wird und so mit seinen Zähnen in eine Außenverzahnung eines ringförmigen Splines eingreift.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hohlgetriebe bereitzustellen, welches die Probleme der herkömmlichen Ausführungsformen, wie eine komplizierte Baugruppe, eine schwierige Montage sowie das Problem, dass keine Aufnahme der durchgehenden Verkabelung möglich ist, löst.
-
Zum Lösen der Aufgabe umfasst das erfindungsgemäße Hohlgetriebe die Merkmale des Patentanspruchs 1.
-
Die konzentrische Zusammensetzung des Hohlwellengenerators, des flexiblen Lagerrings, des Flexsplines und des starren Zahnrads bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform ermöglicht nicht nur den Bremsantrieb, sondern auch kompakte Bauteile, vereinfachte Montage und somit niedrigere Fertigungskosten bzw. erhöhte Mehrwertschöpfung.
-
1 Schnittansicht eines herkömmlichen Wellgetriebes
-
2 Explosionszeichnung eines herkömmlichen Hohlgetriebes
-
3 Schnittansicht eines zusammengesetzten herkömmlichen Hohlgetriebes
-
4 Explosionszeichnung des erfindungsgemäßen Hohlgetriebes
-
5 Ansicht des zusammengesetzten Hohlgetriebes der erfindungsgemäßen Ausführungsform
-
6 Schnittansicht des zusammengesetzten Hohlgetriebes der erfindungsgemäßen Ausführungsform
-
Das erfindungsgemäße Hohlgetriebe weist vorzugsweise folgendermaßen, wie aus 4 bis 6 ersichtlich, auf:
einen Hohlwellengenerator 30, dessen eines Ende mit einem Wellenerzeugungsteil 31 ausgebildet ist und dessen anderes Ende mit einem Drehmomenteingang (Triebkrafteingang) 32 ausgebildet ist, wobei an dem von dem Drehmomenteingang 32 abgewendeten Ende des Wellenerzeugungsteils 31 eine Ovalnut 311 ausgeformt ist, welche mit einer Umfangsfläche versehen ist, an dem von dem Wellenerzeugungsteil 31 abgewendeten Ende des Drehmomenteingangs 32 eine Nabenöffnung (ein Triebkraft-Koppelloch) 321 ausgeformt ist, welche ein Rundloch 322 und eine Keilnut 323 umfasst, der Hohlwellengenerator 30 ferner mit einem in die Ovalnut 311 und das Rundloch 322 durchgehenden Hohlkanal 33 versehen ist, der Hohlkanal 33 und das Rundloch 322 in die beiden Enden des Hohlwellengenerators 30 durchgehen, zwischen den beiden Enden des Drehmomenteingangs 32 des Hohlwellengenerators 30 eine Außenumfangsfläche 324 ausgeformt ist, welche mit mindestens einem in den Hohlkanal 33 durchgehenden Seitenloch 325 versehen ist, wobei in der vorliegenden Ausführungsform zwei elliptische Seitenlöcher 325 mit einem bestimmten Abstand vorgesehen sind;
einen flexiblen Lagerring 40, welcher mit einer Innenfläche und einer Außenfläche als ein Lagerring aus einem Außenring 41, einem Innenring 42 sowie mehreren Lagerkugeln 43 ausgebildet ist, wobei der Innenring 42 in dem Außenring 41 eingesetzt ist, während die einzelnen Lagerkugeln 43 zwischen dem Außenring 41 und dem Innenring 42 gleitend eingesetzt sind, die Innenfläche eine von dem Außenring 41 abgewendete Fläche des Innenrings 42 ist, während die Außenfläche eine von dem Innenring 42 abgewendete Fläche des Außenrings ist, wobei in der vorliegenden Ausführungsform der flexible Lagerring 40 als ein flexibel verformbares beziehungsweise verziehbares Kugellager ausgebildet ist, der flexible Lagerring 40 in der Ovalnut 311 des Hohlwellengenerators 30 so eingesetzt ist, dass die Außenfläche des Außenrings 41 des flexiblen Lagerrings 40 an der Ovalnut 311 liegt und sich der flexible Lagerring 40 somit durch die Ovalnut 311 zum Bewegen mitnehmen lässt;
einen Flexspline 50, welcher als ein flexibel verformbarer beziehungsweise verziehbarer Ring mit einem Innenverzahnungsteil 51 an einem Ende und einem Abtriebsring 52 an dem anderen Ende ausgebildet ist, wobei der Innenverzahnungsteil 51 eine Innenumfangsfläche und eine Außenumfangsfläche aufweist, wobei die Innenumfangsfläche mit mehreren Innenverzahnungen 511 versehen ist, der Abtriebsring 52 mit mehreren Fixierlöchern 521 zur Montage der Abtriebsbauteile versehen ist, zwischen dem Innenverzahnungsteil 51 und dem Abtriebsring 52 eine Ringfläche 53 angeordnet ist, die Außenumfangsfläche des Innenverzahnungsteils 51 in dem Flexspline 50 die Innenfläche des Innenrings 42 des flexiblen Lagerrings 40 umhüllt, der Flexspline 50 durch den Innenring 42 des flexiblen Lagerrings 40 eingesetzt ist und an der Innenfläche gelegt ist, so dass sich der Flexspline durch den flexiblen Lagerring 40 zum Drehen mitnehmen lässt, und die Ringfläche 53 des Flexsplines 50 an dem flexiblen Lagerring 40 liegt;
ein starres Zahnrad 60, dessen ringförmige Außenumfangsfläche mit mehreren Außenverzahnungen 61 versehen ist, deren Zähnezahl von den Innenverzahnungen 511 des Innenverzahnungsteils 51 des Flexsplines 50 unterschiedlich ist, wobei das starre Zahnrad 60 in dem Innenverzahnungsteil 51 des Flexsplines 50 eingesetzt ist, so dass die Außenverzahnungen 61 des starren Zahnrads 60 teilweise in die Innenverzahnungen 511 des Flexsplines 50 eingreifen.
-
In den obigen Abschnitten sind die konstruktive Konfiguration und die Merkmale des erfindungsgemäßen Hohlgetriebes erläutert. Beim praktischen Gebrauch muss das starre Zahnrad 60 befestigt werden und anschließend der Flexspline 50 in das starre Zahnrad 60 so eingesetzt, dass der Innenverzahnungsteil 51 des Flexsplines 50 in die Außenverzahnungen 61 des starren Zahnrads 60 eingreift. Nach dem Zusammensetzen des starren Zahnrads 60 mit dem Flexspline 50 wird der flexible Lagerring 40 in der Ovalnut 311 des Hohlwellengenerators 30 eingesetzt, so dass sich der flexible Lagerring 40 elliptisch verformt. Zuletzt werden der Wellengenerator 30 und der flexible Lagerring 40 in den Innenverzahnungsteil 51 des Flexsplines 50 eingesetzt. Die einzelnen Fixierlöcher 521 des Flexsplines 50 dienen zum Fixieren der Abtriebsbauteile. In der vorliegenden Ausführungsform sind die einzelnen Fixierlöcher 521 jeweils als eine Gegenbohrung ausgebildet, damit die Schraubenbolzen nicht hervorragen und somit keine gegenseitige Störung unter den Bauteilen entsteht. Die Nabenöffnung 321 in dem Drehmomenteingang 32 des Hohlwellengenerators 30 dient zum Fixieren der Abtriebswelle X. Die Abtriebswelle X ist als eine Rundwelle X1 mit einem Anschlagkeil X2 ausgebildet. Die Rundwelle X1 und der Anschlagkeil X2 der Abtriebswelle X sind in das Rundloch 322 und die Keilnut 323 der Nabenöffnung 321 eingesteckt. Aufgrund derartiger Konfiguration des Rundlochs 322 mit der Keilnut 323 kann die Abtriebswelle die Triebkraft an den Drehmomenteingang 32 übertragen, um den Hohlwellengenerator 30 zum Drehen mitzunehmen. Bei dem erfindungsgemäßen Hohlgetriebe lässt sich die Verkabelung Y in das starre Zahnrad 60, den Flexspline 50, den flexiblen Lagerring 40, den Hohlkanal 33 des Hohlwellengenerators 30 einstecken und zuletzt von dem Seitenloch 325 ausziehen. Das Seitenloch 325 ist als ein Ovalloch zum Bereitstellen eines größeren Raums für die Verkabelung ausgebildet. Es sei bemerkt, dass das erfindungsgemäße Hohlgetriebe insbesondere für die Manipulatoren mit einer Bewegungsweite 150°–250° geeignet ist, ggf. auch für eine größere Bewegungsweite, wenn ein zusätzlicher Schwenkadapter dazu eingesetzt wird.
-
Im Betrieb wird der Hohlwellengenerator 30 durch die Abtriebswelle X angetrieben und nimmt somit den flexiblen Lagerring 40 sowie den Flexspline 50 ebenfalls zum Drehen mit. Aufgrund der Zähnezahldifferenz des Flexsplines 50 zu dem starren Zahnrad 60 wird die Triebkraft abgebremst ausgegeben. Im Betrieb wird der Hohlwellengenerator 30 durch die Abtriebswelle X angetrieben und nimmt somit den flexiblen Lagerring 40 sowie den Flexspline 50 zum Drehen ebenfalls mit. Aufgrund der Zähnezahldifferenz des Flexsplines 50 zu dem starren Zahnrad 60 wird das Antriebsmoment entsprechend reduziert.
-
Das erfindungsgemäße Hohlgetriebe ermöglicht den Bremsantrieb mit der einfachen Zusammensetzungsmöglichkeit der Bauteile. So können nicht nur die Fertigungskosten sondern auch die Montageschwierigkeit aufgrund der konzentrisch zusammengesetzten Bauteile reduziert werden. Da die einzelnen erfindungsgemäßen Bauteile hohl konstruiert sind und zudem noch ein Seitenloch in dem Hohlwellengenerator 30 angeordnet ist, kann die Verkabelung in das erfindungsgemäße Hohlgetriebe verlegt werden, was eine erhöhte Eignung und Mehrwertschöpfung erbringt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Wellgetriebe
- 11
- Wellengenerator
- 111
- Ovalrad
- 112
- flexibles Kugellager
- 12
- flexible Zahnscheibe
- 13
- starres Innenrad
- 20
- Hohlgetriebe
- 21
- Hohlrohrteil
- 22
- Stützrad
- 23
- Bremszahnscheibe
- 24
- Stützring
- 25
- Antriebsquelle
- 30
- Hohlwellengenerator
- 31
- Wellenerzeugungsteil
- 311
- Ovalnut
- 32
- Drehmomenteingang
- 321
- Nabenöffnung
- 322
- Rundloch
- 323
- Keilnut
- 324
- Außenumfangsfläche
- 325
- Seitenloch
- 33
- Hohlkanal
- 40
- flexibler Lagerring
- 41
- Außenring
- 42
- Innenring
- 43
- Lagerkugel
- 50
- Flexspline
- 51
- Innenverzahnungsteil
- 511
- Innenverzahnung
- 52
- Abtriebsring
- 521
- Fixierloch
- 53
- Ringfläche
- 60
- starres Zahnrad
- 61
- Außenverzahnung
- X
- Abtriebswelle
- X1
- Rundwelle
- X2
- Anschlagkeil
- Y
- Verkabelung
