-
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit, mit einem Schneckengetriebe, das eine durch einen elektrischen Antriebsmotor zu einer Antriebs-Drehbewegung um ihre Längsachse antreibbare Schnecke und ein mit der Schnecke kämmendes, durch die Schnecke zu einer Abtriebs-Drehbewegung um seine Längsachse antreibbares Schneckenrad aufweist, das drehfest mit einer Abtriebswelle verbindbar oder verbunden ist, wobei die Schnecke quer zu ihrer Längsachse relativ zu dem Schneckenrad beweglich ist und durch eine über Federmittel verfügende Vorspanneinrichtung mit der Verzahnung des in einem Getriebegehäuse drehbar gelagerten Schneckenrades selbstnachstellend verspannt ist.
-
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung mindestens einer solchen Antriebseinheit in einem Gelenkarm eines Roboters.
-
Ferner betrifft die Erfindung einen Roboter vom SCARA-Typ, mit einem Sockel und mit einem an dem Sockel verschwenkbar gelagerten Gelenkarm, wobei der Gelenkarm wenigstens zwei durch eine ein Schneckengetriebe aufweisende Antriebseinheit gelenkig miteinander verbundene Armglieder aufweist.
-
Aus der
WO 2012/007461 A1 ist eine Antriebseinheit der vorstehend genannten Art im Zusammenhang mit der Positionierung eines Sonnenkollektors bekannt. Die Antriebseinheit hat ein Schneckengetriebe mit einer von einem Antriebsmotor zu einer Antriebs-Drehbewegung um ihre Längsachse antreibbaren Schnecke, die mit einem Schneckenrad in Verzahnungseingriff steht, das über eine Abtriebswelle mit einem dem Sonnenlauf nachzuführenden Sonnenkollektor verbunden ist. Das Schneckengetriebe enthält eine Vorspanneinrichtung, durch die die quer zu ihrer Längsachse relativ zu dem Schneckenrad bewegliche Schnecke selbstnachstellend mit der Verzahnung des Schneckenrades verspannt ist. Die Beweglichkeit der Schnecke äußert sich je nach Ausgestaltung der Vorspanneinrichtung in einer Linearbewegung ohne Veränderung der räumlichen Ausrichtung oder in einer Kippbewegung um ein eine Winkelbeweglichkeit zulassendes Lager mit sich verändernder Neigung der Längsachse der Schnecke.
-
Aus der
EP 1 279 860 B1 ist ein selbstnachstellendes Schneckengetriebe bekannt, bei dem die Schnecke eine mit der Verzahnung des Schneckenrades verspannte Außenverzahnung hat, die bezüglich einer die Schnecke tragenden Antriebswelle federelastisch aufgehängt ist.
-
Aus der
DE 20 2013 003 594 U1 ist ein insbesondere als SCARA-Roboter ausgebildeter Roboter bekannt, der über einen an einem Sockel verschwenkbar gelagerten Gelenkarm verfügt, der durch eine ein Armgelenk definierende Antriebseinheit in zwei schwenkbeweglich miteinander verbundene Armglieder unterteilt ist. Die Antriebseinheit ist mit einem Schneckengetriebe ausgestattet, das eine mit einem Antriebsmotor gekoppelte Schnecke und ein mit der Schnecke kämmendes Schneckenrad umfasst. Die Schnecke ist einschließlich des Antriebsmotors um eine zur Längsachse der Schnecke rechtwinkelige Achse verschwenkbar, um die Schnecke wahlweise in einer das Schneckenrad antreibenden Position oder in einer weiteren Position, in der eine Relativbewegung zwischen der Schnecke und dem Schneckenrad verhindert wird, zu positionieren. Der Begriff SCARA ist eine Abkürzung für „Selective Compliance Assembly Robot Arm“.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu treffen, die bei einer mit einem Schneckengetriebe ausgestatteten Antriebseinheit in Verbindung mit kompakten Abmessungen eine präzise Drehbewegungsübertragung ermöglichen.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit einer Antriebseinheit der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die Schnecke um ihre Längsachse verdrehbar in einem Schneckenträger gelagert ist, der bezüglich des Getriebegehäuses um eine zur Längsachse der Schnecke beabstandete und parallele Schneckenträger-Schwenkachse verschwenkbar ist, sodass mit einer Schwenkbewegung des Schneckenträgers um die Schneckenträger-Schwenkachse eine Nachstell-Schwenkbewegung der Schnecke mit bezüglich des Schneckenrades konstanter räumlicher Ausrichtung einhergeht, wobei die Federmittel bezüglich der Schneckenträger-Schwenkachse ein Drehmoment auf den Schneckenträger ausüben.
-
Eine derart ausgebildete Antriebseinheit wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung in einem Gelenkarm eines Roboters verwendet, wobei es sich bei dem Roboter insbesondere um einen SCARA-Roboter handelt.
-
Die Aufgabe wird ferner durch einen im Sinne der eingangs genannten Merkmale ausgebildeten Roboter des SCARA-Typs gelöst, bei dem die zwei Armglieder des Gelenkarms gelenkig miteinander verbindende Antriebseinheit in dem vorgenannten Sinne ausgebildet ist.
-
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist die Schnecke ständig in einen Eingriff mit der Verzahnung des Schneckenrades vorgespannt, wobei die Vorspannkraft durch Federmittel aufgebracht wird, die ein Drehmoment auf den Schneckenträger ausüben, an dem die Schnecke beabstandet zu einer Schneckenträger-Schwenkachse gelagert ist, um die der Schneckenträger relativ zu dem das Schneckenrad lagernden Getriebegehäuse verschwenkbar ist. Ungeachtet einer verschleißbedingten Abnutzung wird die Schnecke somit ständig in einem spielfreien Verzahnungseingriff mit dem Schneckenrad gehalten. Herstellungs- und montagebedingte Fertigungstoleranzen werden durch die Vorspanneinrichtung selbsttätig ausgeglichen, ohne dass es einer manuellen Nachjustierung bedürfte. Da sich die räumliche Ausrichtung der Schnecke bezüglich des Schneckenrades bei der Nachstell-Schwenkbewegung nicht verändert, bleibt ungeachtet eines sich bei einem Nachstellvorgang verändernden Abstandes zwischen den Längsachsen der Schnecke und des Schneckenrades der Verzahnungseingriff gleichförmig und mit uneingeschränkter Flankenüberdeckung, sodass stets eine sehr präzise Umsetzung der Antriebs-Drehbewegung der Schnecke in die Abtriebs-Drehbewegung des Schneckenrades erfolgt. Aufgrund der Schwenklagerung des Schneckenträgers kann eine spielfreie Nachstell-Schwenkbewegung ohne Verkantungsgefahr gewährleistet werden. Durch entsprechende Auslegung der Federmittel lässt sich das auf den Schneckenträger ausgeübte Drehmoment und somit die zwischen der Schnecke und dem Schneckenrad wirksame Vorspannkraft äußerst einfach bedarfsgemäß vorgeben.
-
In Verbindung mit einem Roboter, insbesondere einem Roboter vom SCARA-Typ, bietet die Antriebseinheit eine einfache Möglichkeit, um bei geringem Gewicht eine präzise relative Schwenkpositionierung zwischen zwei durch die Antriebseinheit gelenkig miteinander verbundenen Armgliedern zu bewirken.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
-
Vorzugsweise sind die Längsachsen der Schnecke und des Schneckenrades rechtwinkelig zueinander ausgerichtet. Dadurch ist eine flache Bauweise des Getriebes möglich, bei der die Schnecke mit dem Schneckenrad zumindest im Wesentlichen in einer gemeinsamen, zur Längsachse des Schneckenrades rechtwinkeligen Schneckenradebene liegt.
-
Zur Vorgabe der Schneckenträger-Schwenkachse ist der Schneckenträger zweckmäßigerweise über eine Scharniereinrichtung direkt an dem Getriebegehäuse verschwenkbar gelagert. Beispielsweise sind an dem Getriebegehäuse oder an dem Schneckenträger zwei zueinander beabstandete Lageraugen ausgebildet, die von einem Lagerbolzen durchsetzt sind und die außerdem einen zwischen die beiden Lageraugen eingreifenden Lagerungsfortsatz durchsetzen, der ein Bestandteil der anderen der beiden schwenkbeweglich aneinander zu lagernden Komponenten ist.
-
Vorzugsweise ist der Schneckenträger in der weiter oben erwähnten Schneckenradebene liegend seitlich neben dem Getriebegehäuse angeordnet. Die in der Achsrichtung der Längsachse des Schneckenrades gemessene Bauhöhe des Getriebegehäuses und des Schneckenträgers ist zweckmäßigerweise zumindest im Wesentlichen gleich.
-
Die Schneckenträger-Schwenkachse ist zweckmäßigerweise mit paralleler Ausrichtung zu der vorgenannten Schneckenradebene mit Abstand zu der Schneckenradebene angeordnet. Die Schnecke ist dabei insbesondere derart am Schneckenträger gelagert, dass ihre Längsachse zumindest im Wesentlichen in der Schneckenradebene liegt.
-
Die Schnecke ist zweckmäßigerweise koaxial und drehfest an einer Schneckenlagerwelle angeordnet, die beidseits der Schnecke über jeweils eine Drehlagereinrichtung an dem Schneckenträger drehbar gelagert ist. Die Schnecke kann als separate Komponente drehfest auf der Schneckenlagerwelle sitzen. Ebenso ist eine einstückige Ausgestaltung von Schnecke und Schneckenlagerwelle möglich.
-
Der Angriffspunkt der Federmittel an dem Schneckenträger hat zweckmäßigerweise einen größeren Abstand zur Schneckenträger-Schwenkachse als die Längsachse der Schnecke. Dadurch lässt sich die Vorspannkraft optimal dosieren.
-
Die Vorspanneinrichtung ist bevorzugt so ausgebildet, dass die durch die Federmittel hervorgerufene Vorspannkraft variabel einstellbar ist. Dies insbesondere durch eine variable Einstellbarkeit der durch die Federmittel aufgebrachten Federkraft.
-
Bevorzugt enthält die Vorspanneinrichtung mindestens eine Vorspanneinheit, die eine den Schneckenträger radial spielbehaftet durchsetzende und in das Getriebegehäuse eingeschraubte Vorspannschraube umfasst und die außerdem über eine zu den Federmitteln gehörende Druckfedereinrichtung verfügt, die unter Vorspannung zwischen den Schneckenträger und einen auf der dem Getriebegehäuse abgewandten Seite des Schneckenträgers befindlichen Schraubenkopf der Vorspannschraube eingegliedert ist. Die mindestens eine Vorspanneinheit ist wie die Längsachse der Schnecke beabstandet zur Schneckenträger-Schwenkachse angeordnet. Über das gewählte Anzugsmoment für die Vorspannschraube lässt sich die Vorspannung der Druckfedereinrichtung und somit die zwischen der Schnecke und dem Schneckenrad wirksame Vorspannkraft stufenlos justieren.
-
Ein für die Erzeugung der Antriebs-Drehbewegung der Schnecke zuständiger elektrischer Antriebsmotor ist zweckmäßigerweise als ein Bestandteil der Antriebseinheit ausgebildet und an dem Schneckenträger befestigt, sodass er die durch die Federmittel verursachte Nachstell-Schwenkbewegung des Schneckenträgers unmittelbar mitmacht. Auf diese Weise hat die Nachstell-Schwenkbewegung keinen Einfluss auf die Relativposition zwischen dem Antriebsmotor und der Schnecke, was die Ausgestaltung des den Antriebsmotor mit der Schnecke verbindenden Antriebsstranges vereinfacht und keine Nachjustierungen der zwischen dem Antriebsmotor und der Schnecke vorhandenen Relativposition erfordert.
-
Der Antriebsmotor hat zweckmäßigerweise eine mit der Schnecke antriebsmäßig verbundene Antriebswelle und ist derart an dem Schneckenträger fixiert, dass die Längsachse der Antriebswelle die gleiche axiale Ausrichtung hat wie die Längsachse der Schnecke.
-
Prinzipiell kann der Antriebsmotor getriebelos mit der Schnecke verbunden sein. Beispielsweise kann die Antriebswelle koaxial zu der Schnecke angeordnet sein, wobei die vorteilhafte Möglichkeit besteht, die Schnecke einstückig an der Antriebswelle des Antriebsmotors vorzusehen.
-
Eine hiervon abweichende, als besonders vorteilhaft angesehene Bauform sieht vor, dass der Antriebsmotor über eine Getriebe-Eingangsstufe antriebsmäßig mit der Schnecke gekoppelt ist. Über diese Getriebe-Eingangsstufe kann eine drehmomentmäßige und/oder drehzahlmäßige Übersetzung zwischen dem Antriebsmotor und der Schnecke vorgenommen werden, um das Schneckengetriebe ohne Vornahme anderweitiger Maßnahmen an unterschiedliche Anwendungsfälle anzupassen.
-
Besonders zweckmäßig ist eine Ausgestaltung der Getriebe-Eingangsstufe als Zahnriemengetriebe. Das Zahnriemengetriebe enthält eine zum Antriebsmotor gehörende Antriebs-Riemenscheibe und eine drehfest mit der Schnecke verbundene Abtriebs-Riemenscheibe und darüber hinaus einen um die beiden Riemenscheiben herumgeschlungenen Zahnriemen. Der Zahnriemen hat eine Verzahnung mit in der Längsrichtung des Zahnriemens aufeinanderfolgend angeordneten Zähnen, die beim Umlaufen um eine Riemenscheibe in eine darin ausgebildete Riemenscheiben-Verzahnung formschlüssig eingreift. Dadurch ist eine schlupffreie und somit äußerst präzise Drehbewegungsübertragung zwischen dem Antriebsmotor und der Schnecke realisierbar.
-
Der Antriebsmotor ist zweckmäßigerweise bezüglich der Längsachse der Schnecke quer verstellbar und in unterschiedlichen Relativpositionen an dem Schneckenträger fixierbar. Insbesondere im Zusammenhang mit einem Zahnriemengetriebe bietet dies die vorteilhafte Möglichkeit, die Riemenspannung nach Bedarf einzustellen.
-
Der Schneckenträger ist zweckmäßigerweise mehrteilig ausgebildet, wobei er einen Lagerkörper besitzt, in dem die Schnecke drehbar gelagert ist, und außerdem eine Tragplatte aufweist, die an dem Lagerkörper befestigt ist und an der der Antriebsmotor sitzt. Eine bezüglich der Längsachse der Schnecke gewünschte Justierbarkeit des Antriebsmotors kann sehr einfach durch eine entsprechende Justierbarkeit der Tragplatte bezüglich des Lagerkörpers realisiert werden.
-
Das Getriebegehäuse hat bevorzugt zwei rechtwinkelig zueinander ausgerichtete Außenflächen, die jeweils eine zur Längsachse des Schneckenrades rechtwinkelige Normalenrichtung haben. Der Schneckenträger ist dabei zweckmäßigerweise im Bereich der einen Außenfläche angeordnet, während der Antriebsmotor im Bereich der anderen Außenfläche platziert ist. Daraus resultiert ein besonders raumsparender Aufbau der Antriebseinheit.
-
Um eine exakte drehwinkelmäßige Positionierung der Abtriebswelle vornehmen zu können, ist es vorteilhaft, wenn dem Antriebsmotor ein Encoder zur Erfassung der Drehbewegung einer mit der Schnecke in Drehantriebsverbindung stehenden Antriebswelle des Antriebsmotors zugeordnet ist. Dieser Encoder sitzt vorzugsweise platzsparend und gut zugänglich an einer der Antriebswelle entgegengesetzten Rückseite des Antriebsmotors.
-
Die Antriebseinheit ist zweckmäßigerweise mit einer elektronischen Steuereinheit zur betriebsmäßigen Ansteuerung des Antriebsmotors ausgestattet. Diese Steuereinheit ist zweckmäßigerweise in axialer Verlängerung des Schneckenrades am Getriebegehäuse des Schneckengetriebes fixiert.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
- 1 im Längsschnitt einen Roboter, der einen möglichen Anwendungsgegenstand für die erfindungsgemäße Antriebseinheit verkörpert, wobei eine bevorzugte Ausgestaltung der Antriebseinheit in einem strichpunktiert umrahmten Ausschnitt „A“ abgebildet ist,
- 2 eine Einzeldarstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebseinheit, die insbesondere der in 1 in dem Ausschnitt II illustrierten Antriebseinheit entspricht, in einer Seitenansicht mit Blickrichtung gemäß Pfeil II aus 3,
- 3 einen Längsschnitt der Antriebseinheit aus 2 gemäß Schnittlinie III-III,
- 4 einen Querschnitt der Antriebseinheit gemäß Schnittlinie IV-IV aus 2, wobei die Schnittebene die Längsachse des Schneckenrades enthält, und
- 5 einen weiteren Querschnitt der Antriebseinheit gemäß Schnittlinie V-V aus 2 im Bereich einer Vorspanneinheit der integrierten Vorspanneinrichtung.
-
In 1 ist ein Längsschnitt eines Roboters 1 gezeigt, der insbesondere vom sogenannten SCARA-Typ ist, wobei „SCARA“ eine Abkürzung für „Selective Compliance Assembly Robot Arm“ ist.
-
Der Roboter 1 hat einen Sockel 2 und einen bezüglich des Sockels 2 unter Ausführung einer Arm-Schwenkbewegung 3a um eine Arm-Schwenkachse 3 verschwenkbaren Gelenkarm 4, der von der Arm-Schwenkachse 3 radial wegragt. Der Gelenkarm 4 ist durch mindestens ein Armgelenk 5 in mehrere Armglieder 6 unterteilt, wobei aufeinanderfolgend angeordnete Armglieder 6 durch jeweils ein Armgelenk 5 unter Ausführung einer Armgelenk-Schwenkbewegung 7a um eine Armgelenk-Schwenkachse 7 relativ zueinander verschwenkbar sind. Jede Armgelenk-Schwenkachse 7 verläuft parallel zu der Arm-Schwenkachse 3. Am äußeren Endbereich des Gelenkarmes 4 befindet sich eine Montageschnittstelle 8, an der ein schematisch angedeuteter Endeffektor 12 befestigt oder befestigbar ist, der mittels des Roboters 1 zu bewegen und zu positionieren ist. Exemplarisch ist als Endeffektor 12 eine Greifvorrichtung illustriert.
-
Die Montageschnittstelle 8 kann sich an dem bezüglich des Sockels 2 abgewandten äußeren Armglied 6a befinden. Bevorzugt ist sie allerdings an einem zusätzlich zu den Armgliedern 6 vorhandenen Kopfstück 13 des Gelenkarmes 4 angeordnet, das an dem äußeren Armglied 6a über ein Kopfstückgelenk 14 unter Ausführung einer Kopfstück-Schwenkbewegung 15a um eine Kopfstück-Schwenkachse 15 verschwenkbar gelagert ist. Diese Kopfstück-Schwenkachse 15 ist zweckmäßigerweise quer und dabei insbesondere rechtwinkelig zu der Arm-Schwenkachse 3 und zu jeder Armgelenk-Schwenkachse 7 ausgerichtet.
-
Der Gelenkarm 4 ist mit seinem sockelnahen inneren Armglied 6, 6b zweckmäßigerweise unter Zwischenschaltung einer Linearantriebseinheit 16 mit dem Sockel 2 gekoppelt. Diese Linearantriebseinheit 16 gestattet es, den Gelenkarm 4 und somit auch die Montageschnittstelle 8 zu einer linearen Verfahrbewegung 17 in der Achsrichtung der Arm-Schwenkachse 3 anzutreiben. Auf diese Weise ergeben sich besonders viele Freiheitsgrade für die Bewegung und Positionierung der Montageschnittstelle 8 und des daran angeordneten Endeffektors 12.
-
Der Roboter 1 ist mit Antriebsmitteln 18 ausgestattet, durch die die erwähnten Schwenkbewegungen 3a, 7a, 15a und die optional mögliche lineare Verfahrbewegung 17 hervorrufbar sind. Diese Antriebsmittel 18 sind bevorzugt von einer elektrisch betätigbaren Art.
-
Die Montageschnittstelle 8 kann beweglich an dem Kopfstück 13 angeordnet sein und kann sich insbesondere an einer drehbeweglichen Welle des Kopfstückes 13 befinden, sodass sie zu einer Drehbewegung antreibbar ist.
-
Jedes Armgelenk 5 und zweckmäßigerweise auch das optionale Kopfstückgelenk 14 sind bei dem Roboter 1 unmittelbar von einer als Drehantriebseinheit konzipierten Antriebseinheit 22 gebildet. Diese Antriebseinheit 22 wird nachfolgend anhand der 2 bis 5 in einer bevorzugten Ausführungsform näher beschrieben. Die Antriebseinheit 22 ist in ihrer Verwendung allerdings nicht auf einen Roboter 1 beschränkt, sondern kann für beliebige Anwendungsfälle genutzt werden, in denen zwei Komponenten relativ zueinander zu verdrehen oder zu verschwenken sind.
-
Die Antriebseinheit 22 hat als einen Hauptbestandteil ein Schneckengetriebe 23. Zu dem Schneckengetriebe 23 gehört ein Getriebegehäuse 24, das beispielsweise plattenförmig oder blockförmig ausgebildet ist und in dem ein Schneckenrad 25 um seine Längsachse 26 verdrehbar gelagert ist. Exemplarisch ist das Schneckenrad 25 in einem Gehäuseinnenraum 27 des Getriebegehäuses 24 aufgenommen und mit einer bezüglich des Schneckenrades 25 koaxial angeordneten Abtriebswelle 28 drehfest verbunden, die mit einem Abtriebsabschnitt 31 an einer Abtriebsseite 29 aus dem Getriebegehäuse 24 herausragt. Zur Drehlagerung sind exemplarisch zwei bevorzugt als Wälzlagereinheiten ausgebildete Drehlagereinheiten 30 vorhanden, die axial beidseits des Schneckenrades 25 auf die axial beidseits über das Schneckenrad 25 vorstehende Abtriebswelle 28 aufgesetzt und im Getriebegehäuse 24 abgestützt sind.
-
Abweichend vom Ausführungsbeispiel können das Schneckenrad 25 und die Abtriebswelle 28 auch einstückig miteinander ausgebildet sein.
-
Zur bezüglich des Getriebegehäuses 24 axial unbeweglichen Fixierung der aus dem Schneckenrad 25 und der Abtriebswelle 28 bestehenden Baueinheit sind die beiden Drehlagereinheiten 30 an den voneinander abgewandten Axialseiten durch jeweils ein im Getriebegehäuse 24 verankertes Stützelement 33a, 33b axial abgestützt. Das eine der beiden Stützelemente 33a ist beim Ausführungsbeispiel ein in einer Nut des Getriebegehäuses 24 fixierter Sicherungsring, während das andere Stützelement 33b als ein mit einem Außengewinde versehener Schraubring ausgeführt ist, der von der Abtriebsseite 29 her in das Getriebegehäuse 24 eingeschraubt ist.
-
Das Schneckenrad 25 erstreckt sich in einer zu der Längsachse 26 rechtwinkeligen Schneckenradebene 34. An seinem bezüglich der Längsachse 26 radial nach außen orientierten Außenumfang 35 hat das Schneckenrad 25 eine ringsumlaufende Verzahnung 36.
-
Zu dem Schneckengetriebe 23 gehört ferner eine ständig mit der Verzahnung 36 des Schneckenrades 25 kämmende Schnecke 37. Die Schnecke 37 ist im Bereich des Außenumfanges 35 des Schneckenrades 25 platziert und über eine Schneckenlagerwelle 38 in einem Lagerkörper 42 eines bezüglich des Getriebegehäuses 24 separat ausgebildeten Schneckenträgers 43 um ihre Längsachse 44 verdrehbar gelagert.
-
Abgesehen von dem durch die Drehlagerung gewährleisteten Rotationsfreiheitsgrad um ihre Längsachse 44 ist die Schnecke 37 relativ zum Schneckenträger 43 unbeweglich abgestützt.
-
Die Längsachse 44 der Schnecke 37 ist zur Längsachse 26 des Schneckenrades 25 beabstandet und erstreckt sich in einer Ebene, die zu einer die Längsachse 26 des Schneckenrades 25 enthaltenden Ebene parallel verläuft. Bevorzugt sind die Längsachsen 26, 44 des Schneckenrades 25 und der Schnecke 37 rechtwinkelig zueinander ausgerichtet.
-
Zumindest der Lagerkörper 42 des Schneckenträgers 43 ist im Bereich einer ersten Außenfläche 45a des Getriebegehäuses 24 neben dem Getriebegehäuse 24 platziert. Im Bereich dieser ersten Außenfläche 45a hat das Getriebegehäuse 24 eine Wanddurchbrechung 46, durch die hindurch die Schnecke 37 mit einer an ihrem Außenumfang ausgebildeten schraubenwendelförmigen Schneckenstruktur 47 mit der Verzahnung 36 des Schneckenrades 25 in Verzahnungseingriff steht bzw. kämmt.
-
Der Schneckenträger 43 ist also zweckmäßigerweise in der Schneckenradebene 34 liegend neben dem Getriebegehäuse 24 angeordnet.
-
Die Schnecke 37 wird axial beidseits von der Schneckenlagerwelle 38 überragt. Jedem der beiden daraus resultierenden ersten und zweiten Endabschnitte 38a, 38b der Schneckenlagerwelle 38 ist eine Drehlagereinheit 48 zugeordnet, über die die Schneckenlagerwelle 38 drehbar und zugleich radial und axial unbeweglich im Lagerkörper 42 des Schneckenträgers 43 gelagert ist. Bei den Drehlagereinheiten 48 handelt es sich vorzugsweise um Wälzlagereinheiten.
-
Während beim Ausführungsbeispiel die Schnecke 37 und die Schneckenlagerwelle 38 gesonderte Bauteile sind, ist bei einer alternativen Ausführungsform eine einstückige Ausführung von Schnecke 37 und Schneckenlagerwelle 38 vorgesehen. Exemplarisch ist die Schnecke 37 als hülsenförmiger Hohlkörper ausgebildet und auf die Schneckenlagerwelle 38 aufgesteckt, auf der sie durch geeignete Befestigungsmaßnahmen fixiert ist, beispielsweise durch Aufschrumpfen oder durch gesonderte Befestigungsmittel.
-
Die Antriebseinheit 22 umfasst des Weiteren einen elektrischen Antriebsmotor 52, der mit der Schnecke 37 in Antriebsverbindung steht, sodass er in der Lage ist, die Schnecke 37 zu einer Antriebs-Drehbewegung 53 um ihre Längsachse 44 anzutreiben. Aus der Antriebs-Drehbewegung 53 resultiert aufgrund des Verzahnungseingriffes zwischen der Schnecke 37 und dem Schneckenrad 25 eine Abtriebs-Drehbewegung 54 des Schneckenrades 25 und der drehfest damit verbundenen Abtriebswelle 28 um die Längsachse 26 des Schneckenrades 25.
-
Der Antriebsmotor 52 verfügt über ein Motorengehäuse 55, mit dem er zweckmäßigerweise an dem Schneckenträger 43 befestigt ist. Exemplarisch sitzt der Antriebsmotor 52 an einer an dem Lagerkörper 42 befestigten Tragplatte 56 des Schneckenträgers 43. Die Tragplatte 56 erstreckt sich bevorzugt entlang einer zu der ersten Außenfläche 45a rechtwinkeligen zweiten Außenfläche 45b des Getriebegehäuses 24. Beide Außenflächen 45a, 45b haben bevorzugt eine zur Längsachse 26 des Schneckenrades 25 rechtwinkelige Normalenrichtung. Die Normalenrichtungen der beiden Außenflächen 45a, 45b sind bevorzugt ihrerseits rechtwinkelig zueinander ausgerichtet.
-
In der Achsrichtung der Längsachse 26 des Schneckenrades 25 betrachtet, hat der Schneckenträger 43 bevorzugt eine L-förmige Gestalt, wobei einer der L-Schenkel von dem Lagerkörper 42 und der andere L-Schenkel von der Tragplatte 56 gebildet ist.
-
Der Antriebsmotor 52 hat eine rotativ bidirektional antreibbare Antriebswelle 57 mit einer Längsachse 58. Die Längsachse 58 definiert die Drehachse der Antriebswelle 57 bei infolge einer Betätigung des Antriebsmotors 52 rotierender Antriebswelle 57. Die Längsachse 58 der Antriebswelle 57 hat zweckmäßigerweise die gleiche axiale Ausrichtung wie die Längsachse 44 der Schnecke 37.
-
Gemäß einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel ist die Antriebswelle 57 koaxial zur Schnecke 37 beziehungsweise deren Schneckenlagerwelle 38 angeordnet. Dabei ist die Antriebswelle 57 getriebelos mit der Schnecke 37 verbunden, sodass die Drehbewegung 62 der Antriebswelle 57 direkt und ohne Übersetzung auf die Schnecke 37 übertragen wird und die Antriebs-Drehbewegung 53 mit der Drehbewegung 62 der Antriebswelle 57 des Antriebsmotors 52 identisch ist.
-
Bevorzugt ist der Antriebsmotor 52 jedoch über eine zusätzlich zu dem Schneckengetriebe 23 vorhandene Getriebe-Eingangsstufe 63 antriebsmäßig mit der Schnecke 37 verbunden. Über die Getriebe-Eingangsstufe 63 lässt sich eine beliebige Übersetzung realisieren, um die Drehzahl und/oder das Drehmoment der Schnecke 37 bedarfsgemäß anzupassen.
-
Gemäß einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Getriebe-Eingangsstufe 63 als Zahnradgetriebe ausgebildet. Vorteilhafter ist jedoch die beim Ausführungsbeispiel realisierte Bauform als ein Zahnriemengetriebe 64. Das Zahnriemengetriebe 64 ist besonders verschleißarm und geräuscharm.
-
Zur Realisierung des Zahnriemengetriebes 64 ist exemplarisch auf der Antriebswelle 57 des Antriebsmotors 52 drehfest eine Antriebs-Riemenscheibe 65 angeordnet. In der gleichen, zu der Längsachse 58 der Antriebswelle 57 rechtwinkeligen Ebene wie die Antriebs-Riemenscheibe 65 befindet sich eine Abtriebs-Riemenscheibe 66 des Zahnradgetriebes 64, die drehfest mit der Schnecke 37 verbunden und koaxial zu der Schnecke 37 angeordnet ist. Exemplarisch ist die Abtriebs-Riemenscheibe 66 drehfest auf dem ersten Endabschnitt 38a der Schneckenlagerwelle 38 angeordnet, vorzugsweise axial zwischen der Schnecke 37 und der dem ersten Endabschnitt 38a der Schneckenlagerwelle 38 zugeordneten Drehlagereinheit 48.
-
Um die beiden Riemenscheiben 65, 66 ist ein Zahnriemen 67 des Zahnriemengetriebes 64 herumgeschlungen, der eine Innenverzahnung hat, die mit einer Außenverzahnung einer jeweiligen Riemenscheibe 65, 66 formschlüssig in Eingriff steht. Dadurch kann die Drehbewegung 62 der Antriebswelle 57 schlupffrei in die Antriebs-Drehbewegung 53 der Schnecke 37 umgesetzt werden.
-
Zweckmäßigerweise ist der Antriebsmotor 52 bezüglich der Längsachse 44 der Schnecke 37 quer und insbesondere rechtwinkelig verstellbar. Dadurch lässt sich die Riemenspannung des Zahnriemens 67 nach Bedarf einstellen.
-
Diese Verstellbarkeit ist exemplarisch dadurch realisiert, dass der Antriebsmotor 52 mit dem Motorgehäuse 55 an der Tragplatte 56 unverrückbar fixiert ist, während die Tragplatte 56 an dem Lagerkörper 42 so befestigt ist, dass eine durch einen Doppelpfeil angedeutete Verstellbewegung 68 der Tragplatte 56 bezüglich des Lagerkörpers 42 vorgenommen werden kann.
-
Beispielsweise ist die Tragplatte 56 mittels mehrerer Befestigungsschrauben 69 an den Lagerkörper 62 angeschraubt, wobei die Tragplatte 56 über von den Befestigungsschrauben 69 durchsetzte Langlöcher verfügt. Zur Ausführung der sich auf die Riemenspannung auswirkenden Verstellbewegung 68 können die Befestigungsschrauben 69 gelöst und anschließend die Tragplatte 56 bezüglich des Lagerkörpers 42 verschoben werden. In der eingestellten Relativposition lässt sich die Tragplatte 56 mit dem Antriebsmotor 52 durch Festziehen der Befestigungsschrauben 69 lösbar fixieren.
-
Zweckmäßigerweise hat das Getriebegehäuse 24 eine zu der zweiten Außenfläche 45b hin offene Gehäuseausnehmung 72, in die die Antriebswelle 57 hineinragt und in der die Antriebs-Riemenscheibe 65 angeordnet ist. Die Gehäuseausnehmung 72 ist auch zu der ersten Außenfläche 45a hin offen, in deren Bereich die Abtriebs-Riemenscheibe 66 angeordnet ist, sodass der Zahnriemen 67 aus der Gehäuseausnehmung 72 heraustreten und um die Abtriebs-Riemenscheibe 66 herumlaufen kann.
-
Eine Besonderheit des Schneckengetriebes 23 besteht darin, dass es mit einer Vorspanneinrichtung 73 ausgestattet ist, durch die die Schnecke 37 beziehungsweise deren Schneckenstruktur 47 mit der Verzahnung 36 des Schneckenrades 23 selbstnachstellend verspannt ist.
-
Zu der Vorspanneinrichtung 73 gehört der Schneckenträger 43, der um eine als Schneckenträger-Schwenkachse 74 bezeichnete Schwenkachse verschwenkbar an dem Getriebegehäuse 24 gelagert ist. Die Schneckenträger-Schwenkachse 74 verläuft parallel zur Längsachse 44 der Schnecke 37. Die Schnecke 37 ist mit ihrer Längsachse 44 beabstandet zu der Schneckenträger-Schwenkachse 74 am Schneckenträger 43 gelagert, sodass mit einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Schwenkbewegung 75 des Schneckenträgers 43 eine synchrone, als Nachstell-Schwenkbewegung 76 bezeichnete und ebenfalls durch einen Doppelpfeil angedeutete Schwenkbewegung der Schnecke 37 bezüglich des Getriebegehäuses 24 und des darin gelagerten Schneckenrades 25 einhergeht. Bei dieser Nachstell-Schwenkbewegung 76 verändert sich die räumliche Ausrichtung der Schnecke 37 bezüglich des Schneckenrades 25 nicht. Die Parallellage der Längsachse 44 der Schnecke 37 bleibt ungeachtet der jeweiligen Schwenkposition bezüglich der Schneckenträger-Schwenkachse 74 konstant. Allerdings verändert sich der Abstand zwischen der Längsachse 44 der Schnecke 37 und der Längsachse 26 des Schneckenrades 25.
-
Die Vorspanneinrichtung 73 ist mit Federmitteln 77 ausgestattet, die ständig derart zwischen dem Schneckenträger 43 und dem Getriebegehäuse 24 wirksam sind, dass bezüglich der Schneckenträger-Schwenkachse 74 ein Drehmoment auf den Schneckenträger 43 ausgeübt wird, durch das die Schnecke 37 mit ihrer Schneckenstruktur 47 gegen den Außenumfang 35 und somit gegen die Verzahnung 36 des Schneckenrades 25 federelastisch vorgespannt ist.
-
Die in der Zeichnung durch einen Pfeil illustrierte Vorspannkraft FV, durch die die Schnecke 37 mit dem Schneckenrad 25 verspannt ist, hängt von dem vorgenannten Drehmoment und somit von der Federkraft FF ab, mit der die Federmittel 77 auf den Schneckenträger 43 einwirken. Selbstverständlich sind weitere, die Vorspannkraft FV beeinflussende Faktoren der einen ersten Hebelarm definierende Abstand zwischen der Schneckenträger-Schwenkachse 74 und dem Angriffsbereich 78 der Federmittel 77 am Schneckenträger 43 und der einen zweiten Hebelarm definierende Abstand zwischen der Schneckenträger-Schwenkachse 74 und der Längsachse 44 der Schnecke 37.
-
Vorzugsweise ist der erste Hebelarm größer als der zweite Hebelarm, sodass sich zwischen der Federkraft FF und der Vorspannkraft FV eine Kraftverstärkung ergibt.
-
Bevorzugt liegt die Längsachse der Schnecke 37 zumindest im Wesentlichen in der weiter oben schon definierten Schneckenradebene 34. Die Schneckenträger-Schwenkachse 74 verläuft insbesondere parallel und beabstandet zu dieser Schneckenradebene 34. Der Angriffsbereich 78 der Federmittel 77 ist zu der Schneckenradebene 34 bevorzugt ebenfalls beabstandet.
-
Zur Vorgabe der Schneckenträger-Schwenkachse 74 ist zweckmäßigerweise eine Scharniereinrichtung 79 zwischen den Schneckenträger 43 und das Getriebegehäuse 24 eingegliedert. Die Scharniereinrichtung 79 umfasst beispielsweise einen Scharnierbolzen 83, der sich rechtwinkelig zur Schneckenträger-Schwenkachse 74 überlappende Schwenklagerlaschen 84, 85 durchsetzt.
-
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält die Vorspanneinrichtung 43 zweckmäßigerweise mehrere und insbesondere zwei Vorspanneinheiten 86, die beabstandet zu der Schneckenträger-Schwenkachse 74 angeordnet sind. Jede Vorspanneinheit 86 enthält eine Vorspannschraube 87, die eine abgestufte Durchbrechung 88 des Lagerkörpers 42 von der dem Getriebegehäuse 24 entgegengesetzten Außenseite her mit radialem Spiel durchsetzt und die mit einem Gewindeschaft 89 in eine mit der Durchbrechung 88 fluchtende Gewindebohrung 92 des Getriebegehäuses 24 eingeschraubt ist. In der Durchbrechung 88 ist eine Druckfeder 93 platziert, die sich einerseits an einer durch die erwähnte Abstufung erzeugten Ringschulter 94 des Lagerkörpers 42 abstützt und andererseits an einem Schraubenkopf 95 der Vorspannschraube 87, der auf der dem Getriebegehäuse 24 abgewandten Seite des Schneckenträgers 43 angeordnet ist. Der Schraubenkopf 95 ist zweckmäßigerweise versenkt in der Durchbrechung 88 angeordnet.
-
Der Schraubenkopf 95 hat einen von der dem Getriebegehäuse 24 abgewandten Rückseite her zugänglichen Werkzeugangriffsabschnitt 96, an dem ein zur Einleitung eines Drehmoments geeignetes Werkzeug ansetzbar ist, beispielsweise ein Außenmehrkantschlüssel, wenn der Werkzeugangriffsabschnitt 96 als ein Innenmehrkant realisiert ist.
-
Beim Einschrauben der Vorspannschraube 87 in die Gewindebohrung 92 wirkt der Schraubenkopf 95 unter Zwischenschaltung der Druckfeder 93 auf die den oben erwähnten Angriffsbereich 78 definierende Ringschulter 94, woraus die oben erwähnte Federkraft FF resultiert, die zur Erzeugung eines Drehmoments auf den Schneckenträger 43 einwirkt. Je nachdem, wie stark die Druckfeder 93 durch Wahl einer entsprechenden Einschraubposition der Vorspannschraube 87 komprimiert ist, ergibt sich eine unterschiedliche Federkraft FF, sodass die vorteilhafte Möglichkeit besteht, die durch die Federmittel 77 hervorgerufene Vorspannkraft FV der Vorspanneinrichtung 73 zu variieren.
-
Die beiden Vorspanneinheiten 86 sind zweckmäßigerweise mit gleichem Abstand zu der Schneckenträger-Schwenkachse 74 angeordnet, wobei sie in der Achsrichtung der Schneckenträger-Schwenkachse 74 zueinander beabstandet sind.
-
Vorzugsweise liegen die beiden Vorspanneinheiten 86 auf entgegengesetzten Seiten einer Referenzebene 97, die mit der Längsachse 26 des Schneckenrades 25 zusammenfällt und gleichzeitig rechtwinkelig zur Schneckenträger-Schwenkachse 74 ausgerichtet ist.
-
Dadurch, dass der Antriebsmotor 52 an dem Schneckenträger 43 angeordnet ist, macht er ebenso wie die optional vorhandene Getriebe-Eingangsstufe 63 die Schwenkbewegung 75 des Schneckenträgers 43 mit. Lageveränderungen des Schneckenträgers 43 bezüglich des Getriebegehäuses 24 beeinflussen daher nicht die Relativposition zwischen dem Antriebsmotor 52 und der Schnecke 37, sodass insbesondere die eingestellte Vorspannung des Zahnriemens 67 durch die Schwenkbewegung 75 des Schneckenträgers 43 unbeeinflusst bleibt.
-
Durch die Vorspanneinrichtung 73 ist gewährleistet, dass die Schnecke 37 ungeachtet von Fertigungs- und Montagetoleranzen sowie betriebsbedingtem Verschleiß stets in exaktem Eingriff mit der Verzahnung des Schneckenrades 25 bleibt. Bei einem auftretenden Verschleiß kann durch Verschwenken des Schneckenträgers 43 die Längsachse 44 der Schnecke 37 näher an den Außenumfang 35 des Schneckenrades 25 heranrücken und dadurch den Verzahnungseingriff uneingeschränkt aufrechterhalten. Durch die Federmittel 77 hat der Schneckenträger 43 einschließlich der daran drehgelagerten Schnecke 37 die Möglichkeit, unter Beibehaltung der winkelmäßigen Relativlage zur Schneckenradebene 34 sich in Richtung zum Schneckenrad 25 oder auch in der Gegenrichtung zu bewegen.
-
Da die Schnecke 37 somit stets exakt mit dem Schneckenrad 25 kämmt, kann eine exakte Drehpositionserfassung der Abtriebswelle 28 ohne weiteres durch Erfassung der Drehposition der Antriebswelle 57 des Antriebsmotors 52 durchgeführt werden. Dementsprechend ist bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Encoder 98 zur Erfassung der Drehbewegung der Antriebswelle 57 des Antriebsmotors 52 vorhanden. Dieser Encoder 98 ist zweckmäßigerweise an den Antriebsmotor 52 angebaut und sitzt insbesondere an einer der Antriebswelle 57 entgegengesetzten Rückseite 99 des Antriebsmotors 52.
-
Die Antriebseinheit 22 ist zweckmäßigerweise mit einer elektronischen Steuereinheit 100 ausgestattet, die für die betriebsmäßige Ansteuerung des Antriebsmotors 52 zuständig ist und die in der Lage ist, Rückmeldesignale des Encoders 98 zu empfangen und zu verarbeiten. Die elektronische Steuereinheit 100 kann mit einer nicht abgebildeten externen elektronischen Steuereinrichtung kommunizieren, durch die der Betrieb der Antriebseinheit 22 überwacht und gesteuert wird und die insbesondere in der Lage ist, die Abtriebs-Drehbewegung 54 mit der gewünschten Drehrichtung und mit dem gewünschten Drehwinkel vorzugeben.
-
Die Antriebseinheit 22 ist in Verbindung mit einem Roboter 1 so installiert, dass das Getriebegehäuse 24 an der einen und die Abtriebswelle 28 an der anderen der beiden jeweils relativ zu verschwenkenden Roboterkomponenten 2, 6, 14 befestigt ist. Dadurch können die besagten Roboterkomponenten 2, 6, 14 individuell zu den gewünschten rotativen Bewegungen angetrieben werden.
-
Die Schneckenträger-Schwenkachse 74 und die mindestens eine Vorspanneinheit 86 sind zweckmäßigerweise auf einander entgegengesetzten Seiten der Schneckenradebene 34 angeordnet.
-
Bei dem elektrischen Antriebsmotor 52 handelt es sich bevorzugt entweder um einen Schrittmotor oder um einen Servomotor.
-
Durch eine aufeinander abgestimmte Wahl unterschiedlicher Durchmesser der beiden Riemenscheiben 65, 66 lässt sich jede gewünschte Übersetzung der Getriebe-Eingangsstufe 63 vorgeben. Beim Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser der Antriebs-Riemenscheibe 65 kleiner als derjenige der Abtriebs-Riemenscheibe 66, sodass die Schnecke 37 mit geringerer Drehzahl, gleichzeitig aber mit größerem Drehmoment rotiert als die Antriebswelle 57 des Antriebsmotors 52.
-
Die Abtriebsseite 29, an der der Abtriebsabschnitt 31 der Abtriebswelle 28 zugänglich ist oder herausragt, ist zweckmäßigerweise rechtwinkelig zu den beiden ersten und zweiten Außenflächen 45a, 45b orientiert. Die elektronische Steuereinheit 100 ist bevorzugt an einer weiteren Außenfläche 45c des Getriebegehäuses 24 angebaut, die der Abtriebsseite 29 entgegengesetzt ist.
-
Der Lagerkörper 42 des Schneckenträgers 43 ist bevorzugt blockförmig ausgebildet. Zweckmäßigerweise hat der Lagerkörper 42 eine fensterartige Durchbrechung 101, in der sich die Schnecke 37 erstreckt und die zu der ersten Außenfläche 45a des Getriebegehäuses 24 hin sowie zur entgegengesetzten Seite hin offen ist. Auch die Abtriebs-Riemenscheibe 66 befindet sich zweckmäßigerweise innerhalb dieser fensterartigen Durchbrechung 101. Die beiden Drehlagereinheiten 48 sitzen in Endabschnitten des Lagerkörpers 42, die die fensterartige Durchbrechung 101 an den beiden in der Achsrichtung der Schneckenträger-Schwenkachse 74 orientierten Seiten begrenzen.
-
Bei der Nachstell-Schwenkbewegung 76 bewegt sich die Schnecke 37 beziehungsweise deren Längsachse 44 entlang eines Kreisbogens mit der Schneckenträger-Schwenkachse 74 als Zentrum. Da die Nachstell-Schwenkbewegung 76 nur zur selbsteinstellenden Gewährleistung eines gleichbleibend intensiven Verzahnungseingriffes zwischen der Schnecke 37 und dem Schneckenträger 43 vorgesehen ist, ist die Bogenlänge der Nachstell-Schwenkbewegung 76 in der Praxis relativ gering.
-
Zur Fixierung der Antriebseinheit 22 zwischen zwei relativ zueinander zu verschwenkenden Komponenten, beispielsweise zwei Roboterkomponenten, weist zum einen das Getriebegehäuse 24 mindestens eine geeignete Befestigungsschnittstelle auf, die beispielsweise von Gewindebohrungen gebildet ist. Mindestens eine Befestigungsschnittstelle ist bevorzugt auch an der Abtriebswelle 28 vorgesehen, bei der es sich beispielsweise um die Außenumfangsfläche der Abtriebswelle 28 handeln kann, an der eine rotativ zu bewegende Komponente beispielsweise festklemmbar ist. Die Abtriebswelle 28 kann aber beispielsweise auch mit einer Flanschplatte zum Festschrauben einer zu verschwenkenden Roboterkomponente versehen sein.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2012/007461 A1 [0004]
- EP 1279860 B1 [0005]
- DE 202013003594 U1 [0006]
