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Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe für eine Robotergetriebeanordnung, umfassend ein Sonnenrad, ein Hohlrad sowie einen Planetenträger mit mindestens drei drehbar daran gelagerten Planetenrädern, die auf einem jeweiligen Planetenbolzen angeordnet sind und in Zahneingriff mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad stehen. Ferner betrifft die Erfindung eine Robotergetriebeanordnung mit einem solchen Planetengetriebe.
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Roboter benötigen Präzisionsgetriebe, die im Wesentlichen spielfrei ausgebildet sind. Mit anderen Worten muss ein Zahneingriff zwischen zwei Zahnrädern derart ausgeführt sein, dass kein oder nur geringes Spiel zwischen den Zahnflanken der Zahnräder vorliegt. Spiel zwischen den Zahnflanken von Zahnrädern ist in den Präzisionsgetrieben für Robotik Anwendungen unerwünscht, weil dadurch Ungenauigkeiten beim Bewegungsablauf erzeugt werden. Ferner können aufgrund von Spiel stoßartige Kontaktvorgänge beim Zahneintritt und Zahnaustritt zu unerwünschten Drehmomentspitzen und Geräuschen führen.
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Die
EP 27 35 767 A1 offenbart ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad und mit einem Hohlrad, die mit zumindest einem ersten Planetenrad einer Planetenstufe kämmen. Die Planetenstufe weist einen ersten Planetenträger auf, an dem das erste Planetenrad drehbar gelagert ist, wobei ferner in der Planetenstufe zumindest ein zweites Planetenrad vorhanden ist, das ebenfalls mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad kämmt, wobei das zweite Planetenrad an einem zweiten Planetenträger der Planetenstufe drehbar gelagert ist, wobei die beiden Planetenträger in Umfangsrichtung des Sonnenrades so gegeneinander vorgespannt sind, dass auch das erste Planetenrad gegenüber dem zweiten Planetenrad in Umfangsrichtung des Sonnenrades verspannt ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein gattungsgemäßes Planetengetriebe dahingehend weiterzuentwickeln, dass ein Zahnflankenspiel verhindert oder zumindest weiter reduziert wird. Diese Aufgabe wird durch ein Planetengetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Ein erfindungsgemäßes Planetengetriebe für eine Robotergetriebeanordnung umfasst ein Sonnenrad, ein Hohlrad sowie einen Planetenträger mit mindestens drei drehbar daran gelagerten Planetenrädern, die auf einem jeweiligen senkrecht zum Planetenträger angeordneten Planetenbolzen angeordnet sind und in Zahneingriff mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad stehen, wobei zumindest ein erstes Planetenrad in eine erste Umfangsrichtung vorgespannt ist und/oder zumindest ein zweites Planetenrad in eine zweite Umfangsrichtung vorgespannt ist, wobei der jeweilige erste Planetenbolzen des jeweiligen in die erste Umfangsrichtung vorgespannten ersten Planetenrades zumindest teilweise in die zweite Umfangsrichtung elastisch verformbar ist und/oder der jeweilige zweite Planetenbolzen des jeweiligen in die zweite Umfangsrichtung vorgespannten Planetenrades zumindest teilweise in die erste Umfangsrichtung elastisch verformbar ist, und wobei die beiden Umfangsrichtungen entgegengesetzt zueinander angeordnet sind. Mit anderen Worten ist der Planetenträger mit den daran angeordneten Planetenbolzen und Planetenrädern zumindest in eine, vorzugsweise in beide Umfangsrichtungen derart vorbelastet, dass in eine erste und/oder zweite Drehrichtung eine Verhinderung oder zumindest eine Reduzierung eines Zahnflankenspiels zwischen den Planetenrädern und dem Hohlrad bzw. zwischen den Planetenrädern und dem Sonnenrad erreicht wird. Mithin wird ein sogenannter „Backlash“ innerhalb des Planetengetriebes verhindert bzw. reduziert. Die Planetenräder sind dabei radial zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad angeordnet.
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Vorzugsweise sind die Planetenbolzen zumindest teilweise in einer jeweiligen Ausnehmung des Planetenträgers aufgenommen. Unter einer Ausnehmung ist insbesondere eine axial durchgehende Öffnung am Planetenträger zu verstehen, die jeweils einen Planetenbolzen zumindest teilweise aufnimmt. Auf dem jeweiligen Planetenbolzen ist das entsprechende Planetenrad axialfest angeordnet und drehbar gelagert. Die Ausnehmungen bilden am Planetenträger einen Lochkreis, wobei über die relative Anordnung der Ausnehmungen zueinander eine elastische Vorspannung des jeweiligen Planetenrades gegenüber dem Hohlrad und dem Sonnenrad erzeugt wird. Mithin sind die Ausnehmungen nicht gleichmäßig am Umfang verteilt angeordnet, sondern auf einem gemeinsamen Kreis in Abhängigkeit der zu erzielenden Vorspannung in die erste bzw. zweite Umfangsrichtung mit variierenden Bogenlängen beabstandet zueinander angeordnet.
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Zur Vorspannung des jeweiligen ersten Planetenrades in die erste Umfangsrichtung ist die jeweilige erste Ausnehmung in Richtung der ersten Umfangsrichtung tangential positioniert. Am Beispiel eines einzigen in die erste Umfangsrichtung vorgespannten ersten Planetenrades ist die Bogenlänge der jeweiligen ersten Ausnehmung mit dem darin aufgenommenen ersten Planetenbolzen zum in der ersten Umfangsrichtung benachbarten Planetenrad kleiner als die Bogenlänge zum in der entgegengesetzten Umfangsrichtung benachbarten Planetenrades, wodurch das zumindest eine erste Planetenrad in die erste Umfangsrichtung vorspannt. Im montierten Zustand des Planetengetriebes wird der jeweilige erste Planetenbolzen dabei in die zweite Umfangsrichtung zumindest teilweise elastisch verformt, wodurch sich die elastische Vorspannung des zweiten Planetenrades einstellt. Dabei verformt der erste Planetenbolzen zumindest teilweise quer zu dessen Längsachse, das heißt es erfolgt eine parallele Umlenkung des jeweiligen ersten Planetenbolzens.
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Während der Montage des zumindest einen ersten Planetenrades in die erste Ausnehmung kommen die Zähne des zumindest einen ersten Planetenrades mit einer ersten Zahnflanke an einer ersten Zahnflanke der Zähne des Sonnenrades sowie an einer ersten Zahnflanke der Zähne des Hohlrades zur Anlage. Dies bedeutet, dass während des Betriebs des Planetengetriebes die Zähne des zumindest einen ersten Planetenrades stets mit den Zähnen des Hohlrades und des Sonnenrads kämmen, wobei die ersten Zahnflanken der Zähne des zumindest einen ersten Planetenrades dabei über die ersten Zahnflanken der Zähne des Hohlrades bzw. des Sonnenrades abgleiten.
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Ergänzend oder alternativ ist zur Vorspannung des jeweiligen zweiten Planetenrades in die zweite Umfangsrichtung die jeweilige zweite Ausnehmung in Richtung der zweiten Umfangsrichtung tangential positioniert. Am Beispiel eines einzigen in die zweite Umfangsrichtung vorgespannten zweiten Planetenrades ist der Abstand der jeweiligen zweiten Ausnehmung mit dem darin aufgenommenen zweiten Planetenbolzen zum in der zweiten Umfangsrichtung benachbarten Planetenrad kleiner als der Abstand zum in der entgegengesetzten Umfangsrichtung benachbarten Planetenrad, wodurch das zumindest eine zweite Planetenrad in die zweite Umfangsrichtung vorspannt. Im montierten Zustand des Planetengetriebes wird der jeweilige zweite Planetenbolzen dabei in die erste Umfangsrichtung zumindest teilweise elastisch verformt, wodurch sich die Vorspannung des zweiten Planetenrades einstellt. Dabei verformt der zweite Planetenbolzen zumindest teilweise quer zu dessen Längsachse, das heißt es erfolgt eine parallele Umlenkung des jeweiligen zweiten Planetenbolzens.
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Während der Montage des zumindest einen zweiten Planetenrades in die zweite Ausnehmung kommen die Zähne des zumindest einen zweiten Planetenrades mit einer zweiten Zahnflanke an einer zweiten Zahnflanke der Zähne des Sonnenrades und des Hohlrades zur Anlage. Damit stehen während des Betriebs des Planetengetriebes die Zähne des zumindest einen zweiten Planetenrades stets mit den Zähnen des Hohlrades und des Sonnenrads in Zahneingriff, wobei die zweiten Zahnflanken der Zähne des zumindest einen zweiten Planetenrades dabei über die zweiten Zahnflanken der Zähne des Hohlrades bzw. des Sonnenrades abgleiten.
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Dabei gilt für alle in Wirkverbindung stehenden Bauteile, also das zumindest eine erste Planetenrad, das zumindest eine zweite Planetenrad, das Hohlrad sowie das Sonnenrad, dass die erste Zahnflanke eines Zahnes gegenüberliegend zu der zweiten Zahnflanke eines in Umfangsrichtung nachfolgenden Zahnes des jeweiligen Rades angeordnet ist.
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Ferner ist denkbar, dass sowohl eines oder mehrere Planetenräder in die erste Umfangsrichtung als auch eines oder mehrere Planetenräder in die zweite Umfangsrichtung vorgespannt sind. Dadurch wird erreicht, dass ein Zahnflankenspiel drehrichtungsunabhängig verhindert oder zumindest reduziert wird. Dabei können die in die erste Umfangsrichtung vorgespannten Planetenräder bzw. die in die zweite Umfangsrichtung vorgespannten Planetenräder am Umfang benachbart, abwechselnd, paarweise oder in einer anderen willkürlichen Weise zueinander am Planetenträger angeordnet werden.
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Bevorzugt sind die Planetenbolzen ortsfest am Planetenträger fixiert. Die ortsfeste Fixierung der Planetenbolzen erfolgt während der Montage der Planetenbolzen in den Planetenträger. Zur Realisierung der ortsfesten Fixierung ist denkbar, den jeweiligen Planetenbolzen mit Hilfe weiterer geeigneter Bauteile, beispielsweise Lagerbuchsen, ortsfest und drehfest gegenüber dem Planetenträger anzuordnen.
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Ferner bevorzugt ist zumindest ein drittes Planetenrad vorgesehen ist, das nicht vorgespannt. Mit anderen Worten ist das zumindest eine dritte Planetenrad nicht vorbelastet. Die Anzahl der vorgespannten oder nicht vorgespannten Planetenräder ist abhängig von den Anforderungen an das Planetengetriebe. Die nicht vorgespannten Planetenräder können ferner auf einem jeweiligen starren bzw. nicht oder nur in geringem Maß elastisch verformbaren Planetenbolzen gelagert sein.
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Alternativ sind alle Planetenräder des Planetengetriebes vorzugsweise in die erste Umfangsrichtung oder in die zweite Umfangsrichtung vorgespannt. Für eine gleichmäßige Vorspannung und Lasteinleitung bzw. Lastweiterleitung ist von Vorteil, wenn die Anzahl der in die erste Umfangsrichtung vorgespannten Planetenräder der Anzahl der in die zweite Umfangsrichtung vorgespannten Planetenräder entspricht. Mithin können Fertigungstoleranzen ausgeglichen und eine effiziente und gleichmäßige Lastverteilung innerhalb des Planetengetriebes erzielt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Planetenräder einen zumindest teilweise tassenförmig ausgebildeten Träger auf, wobei die elastisch verformbaren Planetenbolzen an einem ersten freien Ende mit dem Träger des jeweiligen Planetenrades und an einem zweiten freien Ende mit dem Planetenträger verbunden sind. Die Planetenbolzen sind somit als Kragarme bzw. als sogenannte „Flex-Pins“ ausgebildet, die koaxial zu den Planetenrädern angeordnet sind. Mithin werden die Planetenbolzen zumindest teilweise durch den jeweiligen tassenförmigen Träger hindurchgeführt. Die Träger weisen ferner bevorzugt eine im Wesentlichen parallel zum Planetenträger ausgebildete Stirnwandung auf, wobei der jeweilige Planetenbolzen an der Stirnwandung des Trägers angeschlossen ist.
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Vorzugsweise sind die Träger dazu eingerichtet, an ihren Außenumfangsflächen ein jeweiliges Zahnrad aufzunehmen. Anders gesagt bestehen die Planetenräder jeweils zumindest aus einem Träger und einem Zahnrad. Das Zahnrad ist dabei axial- und drehfest am Träger angeordnet. Alternativ können der jeweilige Träger und das dazugehörige Zahnrad zur Ausbildung des jeweiligen Planetenrades einteilig ausgebildet sein.
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Die Erfindung umfasst ferner eine Robotergetriebeanordnung mit einem erfindungsgemäßen Planetengetriebe.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen
- 1 eine schematische Querschnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Planetengetriebes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform,
- 2 eine schematische Detailschnittdarstellung eines ersten Planetenrades des erfindungsgemäßen Planetengetriebes gemäß 1,
- 3 eine schematische Detailschnittdarstellung eines zweiten Planetenrades des erfindungsgemäßen Planetengetriebes gemäß 1,
- 4 eine schematische Längsschnittdarstellung des ersten Planetenrades gemäß 2 in einem unverformten Zustand,
- 5 eine stark vereinfachte, schematische Längsschnittdarstellung des ersten Planetenrades gemäß 2, und
- 6 eine stark vereinfachte, schematische Längsschnittdarstellung des zweiten Planetenrades gemäß 3.
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Gemäß den 1 und 4 umfasst ein Planetengetriebe 1 für eine - hier nicht dargestellte - Robotergetriebeanordnung ein Sonnenrad 2, ein Hohlrad 3 sowie einen Planetenträger 4 mit sechs drehbar daran gelagerten Planetenrädern 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, die auf einem jeweiligen elastisch verformbaren Planetenbolzen 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f angeordnet sind. Mithin ist jedes Planetenrad 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f am dazugehörigen Planetenbolzen 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f drehbar gelagert, wobei die Planetenbolzen 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f ortsfest und drehfest in einer jeweiligen Ausnehmung 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f am Planetenträger 4 befestigt sind. Die Planetenräder 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f sind räumlich zwischen dem Sonnenrad 2 und dem Hohlrad 3 angeordnet und stehen jeweils in Zahneingriff mit dem Sonnenrad 2 und dem Hohlrad 3. Die Ausnehmungen 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f bilden ein Lochkreis aus und sind um eine Drehachse 20 des Planetenträgers 4 ungleichmäßig verteilt auf einem gemeinsamen Kreis 23 angeordnet. Anders gesagt sind die Ausnehmungen 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f in Abhängigkeit der Vorspannungsparameter mit variierenden Bogenlängen beabstandet zueinander angeordnet.
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In der Detaildarstellung gemäß 2 ist das erste Planetenrad 5a in eine erste Umfangsrichtung 7 vorgespannt. Dazu ist die relative Position der ersten Ausnehmung 9a relativ zu den dazu benachbarten Ausnehmungen 9b, 9f in die erste Umfangsrichtung 7 derart angeordnet, dass eine Bogenlänge zwischen der ersten und zweiten Ausnehmung 9a, 9b größer als die Bogenlänge zwischen der ersten und sechsten Ausnehmung 9a, 9b ist. Nach der Montage des ersten Planetentrades 5a kommen die Zähne 13 des ersten Planetenrades 5a mit einer ersten Zahnflanke 14 an einer ersten Zahnflanke 15 der Zähne 21 des Sonnenrades 2 sowie an einer ersten Zahnflanke 16 der Zähne 22 des Hohlrades 3 zur Anlage. Dabei wird der erste Planetenbolzen 6a ferner ortsfest und drehfest zum Planetenträger 4 befestigt, sodass das erste Planetenrad 5a in die erste Umfangsrichtung 7 vorgespannt ist.
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Nach 3 ist das zweite Planetenrad 5b in eine zweite Umfangsrichtung 8 vorgespannt. Dazu ist die relative Position der zweiten Ausnehmung 9b relativ zu den dazu benachbarten Ausnehmungen 9a, 9c in die zweite Umfangsrichtung 8 derart angeordnet, dass eine Bogenlänge zwischen der ersten und zweiten Ausnehmung 9a, 9b größer als die Bogenlänge zwischen der zweiten und dritte Ausnehmung 9b, 9c ist. Nach der Montage des zweiten Planetentrades 5a kommen die Zähne 13 des zweiten Planetenrades 5b mit einer zweiten Zahnflanke 17 an einer zweiten Zahnflanke 18 der Zähne 21 des Sonnenrades 2 sowie an einer zweiten Zahnflanke 19 der Zähne 22 des Hohlrades 3 zur Anlage. Dabei wird der zweite Planetenbolzen 6a ferner ortsfest und drehfest zum Planetenträger 4 befestigt, sodass das zweite Planetenrad 5b in die zweite Umfangsrichtung 8 vorgespannt ist.
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In der vorliegenden Ausführungsform sind analog zum ersten Planetenrad 5a auch das dritte und fünfte Planetenrad 5c, 5e ebenfalls in die erste Umfangsrichtung 7 vorgespannt. Ferner sind auch das vierte und sechste Planetenrad 5d, 5f analog zum zweiten Planetenrad 5b in die zweite Umfangsrichtung vorgespannt. Mithin sind alle Planetenräder 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f entweder in die erste Umfangsrichtung 7 oder in die zweite Umfangsrichtung 8 vorgespannt. Dadurch wird eine gleichmäßige Lastverteilung innerhalb des Planetengetriebes 1 bewirkt. Durch die Vorspannung des ersten, dritten und fünften Planetenrades 5a, 5c, 5e in die erste Umfangsrichtung 7 und des zweiten, vierten und sechsten Planetenrades 5b, 5d, 5f in die zweite Umfangsrichtung 8 wird ein Zahnflankenspiel des Planetengetriebes 1 verhindert oder zumindest reduziert.
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Alternativ ist denkbar, dass zumindest das dritte Planetenrad 5c und ferner alternativ auch das sechste Planetenrad 5f nicht vorgespannt werden. Mit anderen Worten sind die dazugehörigen Ausnehmungen 9c, 9f derart zu den jeweils anderen Ausnehmungen 9a, 9b, 9d, 9e am Kreis 23 angeordnet, dass in einem lastfreien Zustand die Zähne 13 dieser beiden Planetenräder 5c, 5f nicht mit dem Hohlrad 3 bzw. dem Sonnenrad 2 kämmen. Erst unter einer einwirkenden Last treten die Planetenräder 5c, 5f in Kontakt mit dem Hohlrad 3 bzw. dem Sonnenrad 2.
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Gemäß den 4 bis 6 ist exemplarisch das erste Planetenrad 5a dargestellt, welches nach 4 zweiteilig aus einem Träger 11 und einem Zahnrad 12 ausgebildet ist. Der Träger 11 ist tassenförmig ausgebildet und weist mit dessen geöffneten Seite zum Planetenträger 4. Ferner ist das an einer Außenumfangsfläche 10 des Trägers 11 angeordnete Zahnrad 12 mittels eines Sicherungselements 24 axialfest und drehfest zum Träger 11 angeordnet. Der erste Planetenbolzen 6a ist an einem ersten freien Ende mit dem Träger 11 des ersten Planetenrades 5a und an einem zweiten freien Ende mit dem Planetenträger 4 verbunden. Alle anderen Planetenräder 5b, 5c, 5d, 5e, 5f und Planetenbolzen 6b, 6c, 6d, 6e, 6f sind analog dazu ausgebildet.
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Nach 4 ist der erste Planetenbolzen 6a in einem unbelasteten bzw. nicht vorgespannten Zustand dargestellt, wobei der erste Planetenbolzen 6a als Kragarm koaxial zum ersten Planetenrad ausgebildet ist und eine parallele Umlenkung des ersten Planetenbolzens 6a ermöglicht, damit eine elastische Vorspannung des ersten Planetenrades 5a relativ zum Hohlrad 3 und Sonnenrad 2 in der beschriebenen Weise erfolgen kann.
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5 zeigt das erste Planetenrad 5a gemäß 2 nach einer Montage, wonach das erste Planetenrad 5a in die erste Umfangsrichtung 7 elastisch vorgespannt ist und der erste Planetenbolzen 6a dabei in die zweite Umfangsrichtung 8 elastisch verformt.
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6 zeigt demgegenüber das zweite Planetenrad 5b gemäß 3, wonach das zweite Planetenrad 5b in die zweite Umfangsrichtung 8 elastisch vorgespannt ist und der zweite Planetenbolzen 6a in die erste Umfangsrichtung 7 elastisch verformt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Planetengetriebe
- 2
- Sonnenrad
- 3
- Hohlrad
- 4
- Planetenträger
- 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f
- Planetenrad
- 6
- Planetenbolzen
- 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f
- Planetenbolzen
- 7
- Erste Umfangsrichtung
- 8
- Zweite Umfangsrichtung
- 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f
- Ausnehmung
- 10
- Außenumfangsfläche
- 11
- Träger
- 12
- Zahnrad
- 13
- Zahn des Planetenrades
- 14
- Erste Zahnflanke des Planetenrades
- 15
- Erste Zahnflanke des Sonnenrades
- 16
- Erste Zahnflanke des Hohlrades
- 17
- Zweite Zahnflanke des Planetenrades
- 18
- Zweite Zahnflanke des Sonnenrades
- 19
- Zweite Zahnflanke des Hohlrades
- 20
- Drehachse
- 21
- Zahn des Sonnenrades
- 22
- Zahn des Hohlrades
- 23
- Kreis
- 24
- Sicherungselement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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