DE102017216489B3 - Harmonic Drive Getriebe mit einem Planetengetriebe als Wellengenerator - Google Patents

Harmonic Drive Getriebe mit einem Planetengetriebe als Wellengenerator Download PDF

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Michael Schober
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Hanon Systems EFP Deutschland GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H49/00Other gearings
    • F16H49/001Wave gearings, e.g. harmonic drive transmissions

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Spannungswellengetriebe (10), umfassend ein Sonnenradelement (20) mit zumindest einem ersten Zahnradring (24), zumindest zwei Planetenradelemente (30), die mit dem Sonnenradelement (20) in Eingriff stehen, wobei ein Planetenradelement (30) zumindest einen Zahnradring (34, 35) und eine glatte umlaufende Fläche (37, 36) aufweist, die in axialer Richtung benachbart zum Zahnradring (35) angeordnet ist, ein Hohlradelement (40) mit zumindest einem ersten Hohlrad (42), das eine Innenverzahnung (42) aufweist und ein elastisches Flexband (50), das auf der Außenseite eine Verzahnung und auf der Innenseite eine glatte umlaufende Fläche aufweist, die mit der glatten umlaufende Fläche des Planetenradelementes (30) in Kontakt steht, wobei das Flexband (50) zumindest teilweise zwischen dem Planetenradelementen (30) und dem Hohlradelement angeordnet ist, wobei die Planetenradelemente (30) und das Flexband (50) mit dem ersten Hohlrad (42) des Hohlradelements 40 in Eingriff stehen.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Spannungswellengetriebe mit einem Planetengetriebe als Wellengenerator, und insbesondere ein Spannungswellengetriebe mit trägerlosen Planetenrädern.
  • Stand der Technik
  • Ein Spannungswellengetriebe, Wellgetriebe oder Gleitkeilgetriebe, auch nach der englischen Bezeichnung strain wave gear (SWG) genannt, ist ein Getriebe mit einem elastischen Übertragungselement, das sich durch hohe Übersetzung und Steifigkeit auszeichnet. Solche Getriebe werden auch Harmonic Drive genannt.
  • Herkömmliche Spannungswellengetriebe bestehen im Wesentlichen aus drei Elementen, nämlich einer elliptischen Stahlscheibe mit einem dünnem und verformbarem Laufring, dem Wellengenerator, einer verformbaren zylindrischen Stahlbüchse mit Außenverzahnung, dem sogenannten Flexspline und einem starren zylindrischen Außenring mit Innenverzahnung, dem Circular Spline.
  • Die Außenverzahnung der Stahlbüchse hat weniger Zähne als die Innenverzahnung des Außenrings. In der Regel beträgt diese Differenz zwei Zähne. Somit vollführen Flexspline und Circular Spline bei jeder Umdrehung eine Relativbewegung um zwei Zähne. Die angetriebene elliptische Scheibe verformt die dünnwandige Stahlbüchse über den Außenring des Kugellagers. Dadurch greift die Außenverzahnung der Stahlbüchse im Bereich der großen Ellipsenachse in die Innenverzahnung des Außenrings. Hält man den Außenring fest, bleibt bei einer Umdrehung der Antriebsscheibe die Stahlbüchse (der Abtrieb) entsprechend der geringeren Zahl der Zähne gegenüber dem Außenring zurück. Durch hohe Zähnezahlen der feinen Verzahnungen kann man sehr große Untersetzungen erhalten von beispielsweise 1 zu 100 oder mehr erhalten.
  • Ein Spannungswellengetriebe kann allerdings auch durch ein Planetenradgetriebe verwirklicht werden, wobei der Wellengenerator durch die Planetenräder ausgebildet wird, die vom Sonnenrad angetrieben werden. Die Planetenräder übernehmen dann die Funktion der angetriebenen elliptischen Scheibe und drücken das Flexspline an den entsprechenden Stellen gegen das Hohlrad. Eine solches Spannungswellengetriebe ist beispielsweise in der DE 10149255 B4 offenbart und umfasst ein Planetenradantrieb aus wenigstens einem auf einem antriebsseitigen Sonnenrad umlaufenden Planetenrad und aus wenigstens einer mit diesem umlaufenden Planeten-Rolle, die als Wellgenerator längs der Innenmantelfläche eines außen verzahnten, umlaufend radial verformbaren Flexbandes abrollt, das sich axial durch die Innenverzahnungen eines gehäusefesten radial formstabilen Stützringes und eines ebenfalls radial formstabilen, verdrehbar im Gehäuse gelagerten Abtriebsringes erstreckt, wobei die Planetenräder nicht auch mit dem Gehäuse in Drehverbindung stehen sondern drehstarr mit den Planeten-Rollen bestückt sind.
  • Die DE 199 14 556 A1 offenbart ein Spannungswellengetriebe, bestehend aus einem feststehenden innenverzahnten Hohlrad, einem drehbaren innenverzahnten Hohlrad, einem flexiblen Zahnrad, das von mindestens zwei Planetenrädern, die sich gleichmäßig über den Innenumfang des flexiblen Zahnrades verteilen, mit Verzahnungen der beiden innenverzahnten Hohlräder in Eingriff gehalten wird und ein Sonnenrad, das von einer Eingangswelle angetrieben wird und die Planetenräder antreibt, wobei das Sonnenrad und die Planetenräder mit einem verzahnten Umfangsbereich und einem unverzahnten Umfangsbereich versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die verzahnten Bereiche der Planetenräder einstückig mit den unverzahnten Bereichen der Planetenräder sind, ein verzahnter Bereich des Sonnenrades einstückig mit einem unverzahnten Umfangsbereich des Sonnenrades ist, die Verzahnungen des Sonnenrades und der Planetenräder miteinander in Eingriff sind, das feststehende Hohlrad eine zweite Innenverzahnung aufweist, die mit dem verzahnten Umfangsbereich der Planetenräder in Eingriff ist, der Teilkreis der Verzahnung am verzahnten Bereich des Sonnenrades auf dem inneren Rollkreis des unverzahnten Bereichs der Planetenräder liegt, der Teilkreis der zweiten Innenverzahnung des feststehenden Hohlrades auf dem äußeren Rollkreis des unverzahnten Bereichs der Planetenräder liegt und dass beide Hohlräder, das flexible Zahnrad, die Planetenräder, der Planetenträger, das Sonnenrad und die Gehäuseteile aus spritzgusstechnisch verarbeitbarem Kunststoffmaterial herstellbar sind.
  • Aus der DE 200 07 853 U1 ist ein Untersetzungsgetriebe mit einem durch mehrere Planetenräder gebildeten Wavegenerator bekannt, mit einem von diesem beaufschlagten, durch einen flexiblen und radial deformierbaren, im wesentlichen zylindrischen Teil gebildeten Flexspline, welcher einen inneren Zahnkranz zum Zusammenwirken mit einer Aussenverzahnung der Planetenräder und insbesondere koaxial dazu einen äusseren Zahnkranz hat, der mit einem als innenverzahntes Hohlrad ausgebildeten Circularspline zusammenwirkt, wobei die Planetenräder durch ein zentrales Sonnenrad oder Sonnenritzel antreibbar sind.
  • Aus der DE 296 22 185 U1 ist ein Untersetzungsgetriebe bekannt, bestehend aus einem starren Stützring mit einer Innenverzahnung und einem radial flexiblen Abrollring mit einer Außenverzahnung, die eine kleinere Zähnezahl aufweist als die.Innenverzahnung des Stützringes, wobei ein oder mehrere Abschnitte der Außenverzahnung durch ein innerhalb des Abrollringes drehbar angeordnetes und von einer Antriebswelle drehend angetriebenes exzentrisches Übertragungselement in fortlaufendem Wechsel mit der Innenverzahnung des Stützrings in Eingriff gehalten sind.
  • Aus der GB 2 496 455 A ist bekannt einen harmonischen Antrieb aufzubauen, der eine Mehrzahl von angeflanschten Planetenrädern, die durch ein angeflanschtes Eingangszahnrad angetrieben werden und mit inneren Zähnen an einem angeflanschten flexiblen Hohlrad kämmen, das äußere Zähne aufweist, die mit inneren Zähnen an einem gebördelten Ausgangshohlrad kämmen, umfasst. In diesen Ausführungsformen greifen die Planetenräder nicht selbst in das Hohlrad ein, sondern ausschließlich das Flexspline, da die unterschiedliche Zähnezahl der Außenverzahnung des Flexbands und der Planetenräder als Hindernis für einen gleichzeitigen Eingriff in die Verzahnung des Hohlrads angesehen wurden.
  • Darstellung der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es daher ein einfach konstruiertes aber stabiles Spannungswellengetriebe bereitzustellen, das gleichzeitig eine stabile Konstruktion der Planetenräder gewährleistet.
  • Ein erfindungsgemäßes Spannungswellengetriebe, umfasst ein Sonnenradelement mit zumindest einem ersten Zahnrad, zumindest zwei Planetenradelemente, die mit dem Sonnenradelement in Eingriff stehen, wobei ein Planetenrad zumindest ein Zahnrad und eine glatte umlaufende Fläche aufweist, die in axialer Richtung benachbart zum Zahnrad angeordnet ist, eine Hohlradelement mit zumindest einem ersten Hohlrad, das eine Innenverzahnung aufweist und ein elastisches Flexband, das auf der Außenseite eine Verzahnung und auf der Innenseite eine glatte umlaufende Fläche aufweist, die mit der glatten umlaufende Fläche des Planetenrades in Kontakt steht, wobei das Flexband zumindest teilweise zwischen dem Planetenradelementen und dem Hohlradelement angeordnet ist und wobei die Planetenradelemente und das ringförmige Flexband mit dem ersten Hohlrad des Hohlradelements in Eingriff stehen. Dadurch dass sowohl das Flexband als auch die Planetenradelemente gleichzeitig mit dem Hohlrad in Eingriff stehen, werden die Planetenradelemente sicher abgestützt, ohne dass ein zusätzliches Hohlrad bereitgestellt werden muss.
  • Das Sonnenradelement und die Planetenradelemente weisen erfindungsgemäß jeweils einen weiteren Zahnradring auf, der axial zum ersten Zahnrad beabstandet ist. Durch die weiteren Zahnradringe wird der Lauf des Sonnenradelements und der Planetenradelemente stabilisiert und gegen ein Verkippen abgesichert.
  • An den Zahnrädern des Sonnenradelements können in axialer Richtung zueinander ausgerichtete Anschlagflächen für die Planetenradelemente vorgesehen sein oder an den Planetenradelementen können Anschlagflächen für das Sonnenradelement vorgesehen sein. Dadurch werden die Planetenradelemente am Sonnenrad in axialer Richtung festgelegt.
  • Am Sonnenradelement und an jedem Planetenradelement sind vorzugsweise jeweils zumindest eine Lauffläche vorgesehen und die Lauffläche des Sonnenradelements mit den Laufflächen der Planetenradelemente in Kontakt steht. Durch solche Stützflächen wird der Lauf des Sonnenradelements und der Planetenradelemente weiter stabilisiert.
  • Die zumindest eine Lauffläche des Sonnenradelements und der Planetenradelemente im Wesentlichen dem Wälzkreisdurchmesser der jeweiligen Verzahnung entsprechen. Dadurch wird die Stützwirkung und der Gleichlauf der Elemente verbessert.
  • Insbesondere sind die Planetenradelemente freilaufend. Das heißt, dass es keine Verbindungen wie beispielsweise einen Steg zwischen den einzelnen Planetenrädern gibt, sondern dass die Planetenradelemente als einzelne Elemente nur von Sonnenrad, Hohlrad und/oder Flexband gehalten werden. Dadurch kann das Spannungswellengetriebe einfacher und leichter gebaut werden, da ein Planetensteg weggelassen werden kann und so Gewicht gespart werden kann.
  • In axialer Richtung benachbart zum Sonnenradelement kann eine Laufrolle vorgesehen sein. Diese kann als Ersatz für die oben genannte Lauffläche des Sonnenradelements dienen, oder in Kombination mit dieser verwendet werden. Durch die Laufrolle stützen sich die Planetenradelemente aneinander ab.
  • Ferner weisen die Zähne des Flexbandes und der Zahnradring der Planetenradelemente, der in das erste Hohlrad eingreift, vorzugsweise eine identische Zahngeometrie auf. Dadurch wird der gleichzeitige Eingriff des Flexbands und der Planetenradelemente in den Zahnring des Hohlrads vereinfacht. Ein gleichzeitiger Eingriff in das erste Hohlrad von Flexband und Planetenradelementen ist grundsätzlich aber auch mit unterschiedlicher Zahngeometrie möglich.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann das Hohlradelement ein zweites Hohlrad aufweisen, das axial neben dem ersten Hohlrad angeordnet ist, wobei das Flexband in beide Hohlräder eingreift, so dass das Flexband das zweite Hohlrad antreibt. Wenn statt des Flexbands ein zweites Hohlrad für den Abtrieb verwendet wird, kann dadurch die Übersetzung entsprechend angepasst werden.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine isometrische Ansicht eines Spannungswellengetriebes;
    • 2 zeigt eine Vorderansicht auf das Spannungswellengetriebe aus 1;
    • 3 zeigt eine Längsschnittansicht des Spannungswellengetriebes aus 1 mit einer Vergrößerung eines Abschnitts des Planetenradelements;
    • 4a und 4b zeigen Querschnittansichten, die in 3 angezeigt sind;
    • 5 zeigt eine isometrische Ansicht eines Sonnenradelements;
    • 6 zeigt eine isometrische Ansicht eines Planetenradelements; und
    • 7 zeigt eine isometrisch dargestellte Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Spannungswellengetriebes.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Im Folgenden werden die Begriffe radial, axial und umfänglich verwendet. Axial ist dabei eine Richtung entlang der Drehachse der einzelnen Elemente (in 3 eine links-rechts Richtung), radial eine Richtung senkrecht zur Drehachse (in 3 in z.B. eine oben-unten Richtung) und umfänglich ein Richtung um die Achse herum.
  • Das erfindungsgemäße Spannungswellengetriebe 10 ist in den 1 bis 4b in verschiedenen Ansichten dargestellt. Es ist als Planetenradgetriebe ausgebildet und umfasst ein Sonnenradelement 20, zumindest 2 oder mehr Planetenradelemente 30, ein Hohlradelement 40 und ein Flexband 50.
  • 5 zeigt ein Sonnenrad der in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform. Generell weist ein Sonnenradelement 20 eine Antriebswelle 22 und zumindest einen Zahnradring 24 auf, der für den Eingriff in einen entsprechenden Zahnradring 34 der Planetenradelemente 30 vorgesehen ist. Das Sonnenradelement 20 kann ferner in axialer Richtung zum Zahnradring 24 benachbart, insbesondere direkt benachbart (ohne Abstand), eine glatte, umlaufende Fläche 26 aufweisen. Um eine Stabilisierung beim Antrieb der Planetenradelemente 30 zu ermöglichen, kann am Sonnenrad auch ein zusätzlicher Zahnradring 24' und vorzugsweise auch eine zusätzliche umlaufende Fläche 26' vorgesehen sein, die ebenso benachbart zum Zahnradring 24' angeordnet sein kann. Diese wirken vorzugsweise mit entsprechenden Zahnkränzen 34, 34' und umlaufenden Flächen 36, 36' an den Planetenradelementen 30 zusammen und stabilisieren so als Stützflächen den Lauf des Spannungswellengetriebes 10. Die umlaufenden Flächen 26, 26' sind vorzugsweise in Axialrichtung jeweils auf der Seite zwischen den Zahnkränzen 24, 24' angeordnet und insbesondere voneinander beabstandet. Die Axialflächen 23, 23' der umlaufenden Flächen 26, 26' können so als Anschlag für entsprechende Vorsprünge 33, 33' an den Planetenradelementen 30 dienen und können so die Planetenradelemente 30 axial festlegen und gegen ein Verkippen absichern. Gleichzeitig können die umlaufenden Flächen mit entsprechenden umlaufenden Flächen 36, 36' der Planetenradelemente 30 in Kontakt stehen und so als Stützflächen dienen. Wenn diese umlaufenden Flächen als Stützflächen verwendet werden entspricht der Radius der Stützflächen 26, 26', 36, 36' vorzugsweise dem Wälzkreisdurchmesser der benachbarten Zahnkränze 24, 24, 34, 34'. Diese Ausgestaltung ist bspw. In den 1 bis 6 dargestellt. In einer anderen Ausführungsform (siehe 7) des Sonnenradelements 20 können alternativ die umlaufenden Flächen in Radialrichtung auch über den Zahnradring 24 hervorstehen, wobei dann in den Planetenradelementen 30 eine Aussparung 39 vorgesehen sein kann, um den oben beschriebenen Anschlag umgekehrt auszuführen (dass das Sonnenradelement 20 an den Planetenradelementen 30 anschlägt). Hier ist dies durch eine separate Laufrolle 27 verwirklicht, die allerdings auch einstückig mit dem Sonnenradelement ausgebildet sein kann. Die umlaufende Fläche 26 der Laufrolle 27 wirkt als Stützfläche für die Lauffläche 37 der Planetenradelemente 30. Eine solche Ausführungsform des Sonnenrads ist in 7 dargestellt. Dort ist ein Sonnenradelement 20 mit einem Zahnradring 24 gezeigt, wobei die Lauffläche 26 nicht einstückig mit dem Zahnradring 24 ausgebildet ist, sondern als eigenes Element 27 bereitgestellt wird.
  • In 6 ist ein einzelnes Planetenradelement 30 gezeigt. Das Planetenradelement 30 umfasst zumindest einen Zahnradring 35 mit einer axial benachbarten glatten Lauffläche 37. Der Zahnradring 35 greift mit dem Zahnring 42 des Hohlradelements 40 ein und kann auch direkt vom Sonnenradelement 20 angetrieben werden. Es ist nämlich auch möglich nur einen Zahnradring 34, 35 am Planetenradelement 30 vorzusehen, der sowohl mit dem Sonnenradelement 20 als auch mit dem Hohlradelement 40 eingreift. Die Lauffläche 37 steht in Kontakt mit der glatten Innenseite des Flexbands 50 und drückt dieses in die Verzahnung des Hohlradelements 40. Bevorzugt weist ein Planetenradelement 30 zumindest einen zusätzlichen Zahnradring 34 auf, der speziell für den Eingriff mit dem oder den entsprechenden Zahnkränzen 24, 24' des Sonnenrads 20 vorgesehen ist. Wenn das Sonnenrad 20 zwei Zahnkränze 24, 24' für den Eingriff mit dem Planetenradelement 30 aufweist, sind also auch am Planetenradelement 30 zwei entsprechende Zahnkränze 34, 34' vorgesehen. Weiter vorzugsweise umfasst ein Planetenradelement 30 auch die umlaufenden Flächen 36, 36', die als Stützflächen für die entsprechenden Stützflächen 26, 26' des Sonnenradelements 20 verwendet werden können.
  • Die einzelnen Planetenradelemente 30 können mit einem Steg miteinander verbunden und im Gehäuse gelagert sein. Vorzugsweise laufen die Planetenradelemente jedoch frei zwischen Sonnenrad 20 und Hohlradelement 40, d.h. sie sind nicht über einen Steg miteinander verbunden und werden nur von Hohlradelement 40 und Sonnenradelement 20 gelagert. Der Freiheitsgrad der Drehung der Planeten um die eigene Achse, sowie der Freiheitsgrad der Position der Planetenradelemente 30 auf deren Umlaufbahn wird dann durch die Zahneingriffe der Planetenverzahnungen an den Zahnradringen 34, 34', 35 mit dem Hohlradelement 40 und dem Sonnenradelement 20 festgelegt.
  • Vorzugsweise sind drei Planetenradelemente vorgesehen, es können aber auch nur zwei Planetenradelemente oder mehr als drei Planetenradelemente sein.
  • Das Flexband 50 ist vorzugsweise als topfförmiger Körper ausgebildet, der eine elastische Seitenwand 52 aufweist, die zwischen dem Hohlradelement 40 und den Planetenradelementen 30 angeordnet ist. Auf der Außenseite zum Hohlradelement 40 hin weist die Seitenwand 52 einen Zahnradring 54 auf, der mit dem Zahnradring 42 des Hohlradelements 40 eingreift. Auf der Innenseite ist eine glatte Lauffläche 53 vorgesehen, die mit der Lauffläche 37 der Planetenradelemente 30 in Kontakt steht. An diesen Stellen wird die elastische Seitenwand 52 gegen das Hohlradelement 40 gedrückt und die Wellenbewegung erzeugt, die die Relativbewegung zwischen Hohlradelement 40 und Flexband bewirkt. Die Zahngeometrie des Zahnradringes 54 des Flexbands ist insbesondere identisch mit der Zahngeometrie des Zahnradringes 35 der Planetenradelemente 30 um den gleichlauf sicherer gewährleisten zu können. Der Boden 55 des topfförmigen Körpers weist vorzugsweise eine dickere Wandstärke als die Seitenwände 52 auf. Der Übergang 51 von Seitenwand zu Boden 55 ist bevorzugt noch in einer geringeren Wandstärke ausgebildet. Der Topf ist am verdickten Boden vorzugsweise mit einer Ausgangswelle 56 verbunden, über die das Drehmoment abgegeben wird.
  • In einer anderen Ausführungsform ist das Flexband 50 als einfacher Streifen ausgebildet. Diese Ausführungsform des Flexbands 50 ist in 7 dargestellt. Dabei wird das Flexband 50 auf der Lauffläche 37 der Planetenradelemente 30 gehalten, indem die Lauffläche 37 leicht in radialer Richtung in das Planetenradelement 30 abgesenkt sind.
  • Das Hohlradelement 40 ist umfänglich um die anderen Elemente des Spannungswellengetriebes 10 angeordnet und kann einstückig mit dem Gehäuse verbunden sein oder direkt in das Gehäuse integriert sein. Das Hohlradelement 40 greift mit dem Zahnradring gleichzeitig in die Zahnkränze der Planetenradelemente 30 und des Flexbandes 50 ein. Das Gehäuse lagert die Ausgangswelle, in der Ausführungsform der 1 bis 4 also das Flexband und den angeschlossenen Topf. Dafür werden vorliegend Wälzlager wie beispielsweise Kugel, Rollen oder Nadellager verwendet. Wenn ein streifenförmiges Flexband 50 verwendet wird, ist das Hohlradelement bevorzugt zweiteilig ausgebildet, so dass ein zweiter Zahnradring am Hohlradelement befestigt ist, der relativ zum ersten Zahnradring drehbar ist. Das Flexband 50 überlappt dann in Axialrichtung beide Hohlräder, so wie es in 7 dargestellt ist. Das erste Hohlrad ist wie oben beschreiben fest mit dem Gehäuse verbunden und das zweite Hohlrad wird dann als Abtriebsrad verwendet, über das das Drehmoment aus dem Spannungswellengetriebe abgeleitet wird.
  • Sowohl die Planetenräder 30 und/oder das Sonnenradelement 20 sind hohl ausgeführt, um Gewicht einzusparen.
  • In Bezug auf die konkret in den 1 bis 6 gezeigte Ausführungsform wird nun die Funktion des Spannungswellengetriebes 10 beschrieben. Wenn das Sonnenradelement 20 über die Antriebswelle 22 angetrieben wird, wird das Drehmoment über die voneinander beabstandeten Zahnradringe 24, 24' an die Zahnradringe 34, 34' der Planetenradelemente 30 übertragen. Die Planetenradelemente 30 liegen mit den Stützflächen 36, 36' an den Stützflächen 26, 26' an und stützen sich an diesen ab, so dass ein Verkippen der Planetenradelemente 30 in Bezug auf das Sonnenradelement nicht möglich ist. Ebenso wird die axiale Position der Planetenradelemente 30 durch die Anschläge 23, 23' am Sonnenradelement und die Gegenanschläge 33, 33' an den Planetenradelementen 30 festgelegt. Die Planetenräder sind steglos ausgeführt. Wenn Sie angetrieben werden, drehen sie sich um das Sonnenradelement 20, wobei sie mit dem Zahnradring 35 in den Zahnradring 42 des Hohlradelements eingreifen und gleichzeitig mit den Laufflächen 37 das die Zähne des Flexbandes 50 in den Zahnradring 42 des Hohlradelements drücken (Siehe 4a). Dadurch werden die Teile des elastischen Flexbandes 50 gedehnt und vom Hohlrad weg bewegt, was den wellenartigen Vortrieb des Flexbandes 50 am Hohlradelement erzeugt.
  • Die zylindrische Stützfläche 37 am Planetenradelement 30 rollt nicht wie im Stand der Technik suggeriert wird an dem Flexband wie bei einem Wälzkontakt zwischen zweier, als Starrkörper ausgebildeter Rollen ab. Deshalb stimmt die Vorstellung nicht, dass die entsprechende Verzahnung auf dem Planetenrad einen Wälzkreisdurchmesser entsprechend dem Durchmesser der zylindrischen Stützfläche 1 am Planetenradelement einnehmen sollte. Das ist kinematisch widersprüchlich und führt getriebeintern zu hohen Belastungen und erhöhter Reibung und folglich zu geringerem Wirkungsgrad. Vielmehr rollt das Flexband 50, in dem Bereich, in dem er von der Stützfläche 37 des Planetenradelements 30 in die Hohlradverzahnung 42 gedrückt wird, wie ein Riemen auf dieser zylindrischen Stützfläche 37 ab. D.h. es gibt hier keine „herz'sche Flächenpressung“ (Linienberührung), sondern einen flächigen Kontakt. Innerhalb dieses Bereichs ist anzunehmen, dass der Flexspline seine Krümmung beibehält. Nimmt man weiter an das es kein „Rutschen“ in diesem Kontakt gibt verhält sich das Flexband 50 in diesem Bereich wie ein zum Planetenradelement 30 zugehöriger Festkörper. Das Flexband 50 dreht sich also durch die wellenförmige Bewegung relativ zum Hohlrad und erzeugt so eine Drehbewegung, die über die Abtriebswelle 26 aus dem Spannungswellengetriebe 10 abgeführt wird.
  • Die in 7 gezeigte Ausführungsform funktioniert im Wesentlichen ebenso, hat aber ein paar konstruktive Unterschiede. Das Sonnenradelement 20 weist hier nur einen Zahnradring 24 auf und ferner eine unabhängige Laufrolle 27. Die Laufrolle 27 stützt die Lauffläche 37 des Planetenradelements 30 und ragt in das Planetenradelement 30 hinein, damit die Planetenradelemente 30 in axialer und in radialer Richtung festgelegt sind und ebenfalls kein Verbindungssteg benötigt wird. Der Abtrieb wird in dieser Ausführungsform über ein separates zweites Hohlrad 43 verwirklicht, das relativ zum ersten Hohlrad 42 des Hohlradelements 40 drehbar ist. Das Flexband 50 ist hier als Streifen ausgebildet, der in beide Zahnradringe der Hohlräder 42, 43 eingreift und so ein Drehmoment an das zweite Hohlrad überträgt, das als Abtriebsrad dann das Drehmoment aus dem Spannungswellengetriebe 10 abgibt. Das streifenförmige Flexband liegt auf der Laufläche 37 der Planetenradelemente 30 auf und wird axial von seitlichen Anschlägen an den Zahnradringen 34, 34' festgelegt.
  • Bezugszeichenliste
  • Spannungswellengetriebe 10
    Sonnenradelement 20
    Antriebswelle 22
    Axialflächen 23, 23'
    Zahnradring 24, 24'
    umlaufende (Stütz-)Fläche 26, 26'
    Laufrolle 27
    Planetenradelemente 30
    Zahnkranz 34, 34'
    umlaufende (Stütz-)Fläche 36, 36'
    Lauffläche 37
    Aussparung am Planetenradelement 39
    Hohlradelement 40
    erstes Hohlrad/ Zahnradring 42
    zweites Hohlrad/ Zahnradring 43
    Flexband 50
    Übergang 51
    elastische Seitenwände 52
    glatte Innenfläche 53
    Zahnräder 54
    Boden 55
    Ausgangswelle 56

Claims (8)

  1. Spannungswellengetriebe (10), umfassend: ein Sonnenradelement (20) mit zumindest einem ersten Zahnradring (24); zumindest zwei Planetenradelemente (30), die mit dem Sonnenradelement (20) in Eingriff stehen, wobei ein Planetenradelement (30) zumindest einen Zahnradring (34, 35) und eine glatte umlaufende Fläche (37, 36) aufweist, die in axialer Richtung benachbart zum Zahnradring (35) angeordnet ist; ein Hohlradelement (40) mit zumindest einem ersten Hohlrad (42), das eine Innenverzahnung (42) aufweist; und ein elastisches Flexband (50), das auf der Außenseite eine Verzahnung und auf der Innenseite eine glatte umlaufende Fläche aufweist, die mit der glatten umlaufenden Fläche des Planetenradelementes (30) in Kontakt steht, wobei das Flexband (50) zumindest teilweise zwischen den Planetenradelementen (30) und dem Hohlradelement angeordnet ist; die Planetenradelemente (30) und das Flexband (50) mit dem ersten Hohlrad (42) des Hohlradelements (40) in Eingriff stehen, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenradelement (20) und die Planetenradelemente (30) jeweils einen weiteren Zahnradring (24', 34') aufweisen, der axial zum ersten Zahnradring (24, 34) beabstandet ist.
  2. Spannungswellengetriebe (10) nach Anspruch 1, bei dem an den Zahnradringen des Sonnenradelements (20) in axialer Richtung zueinander ausgerichtete Anschlagflächen für die Planetenradelemente (30) oder an den Zahnradringen der Planetenradelemente (30) Anschlagflächen für das Sonnenradelement vorgesehen sind.
  3. Spannungswellengetriebe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem am Sonnenradelement (20) und an jedem Planetenradelement (30) zumindest eine Lauffläche vorgesehen ist und die Lauffläche des Sonnenradelements (20) mit den Laufflächen der Planetenradelemente (30) in Kontakt steht.
  4. Spannungswellengetriebe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zumindest eine Lauffläche des Sonnenradelements (20) und der Planetenradelemente (30) im Wesentlichen dem Wälzkreisdurchmesser der jeweiligen Verzahnung entsprechen.
  5. Spannungswellengetriebe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Planetenradelemente (30) freilaufend sind.
  6. Spannungswellengetriebe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend eine separate Laufrolle (27), die in axialer Richtung benachbart zum Sonnenradelement (20) angeordnet ist.
  7. Spannungswellengetriebe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Zähne des Flexbandes und der Zahnradring des Planetenradelements, der in das erste Hohlrad eingreift, eine identische Zahngeometrie aufweisen.
  8. Spannungswellengetriebe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Hohlradelement ein zweites Hohlrad aufweist, das axial neben dem ersten Hohlrad angeordnet ist, und das Flexband in beide Hohlräder eingreift, so dass das Flexband das zweite Hohlrad antreibt.
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