DE102019119981A1

DE102019119981A1 - Wave generator for a wave drive and method for producing a wave generator

Info

Publication number: DE102019119981A1
Application number: DE102019119981.6A
Authority: DE
Inventors: Tobias Preuss
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-07-24
Filing date: 2019-07-24
Publication date: 2021-01-28
Anticipated expiration: 2039-07-25
Also published as: DE102019119981B4

Abstract

Ein Wellgenerator (1) für ein Wellgetriebe ist zur Verformung eines flexiblen Getriebeelementes (11) vorgesehen und umfasst ein Gleitlager (2) mit einem elliptischen, nicht kreisrunden Innenring (3), welcher aus einem metallischen Stützring (5) und einem diesen umgebenden nichtmetallischen Gleitring (6) gebildet ist.A wave generator (1) for a wave drive is intended to deform a flexible gear element (11) and comprises a sliding bearing (2) with an elliptical, non-circular inner ring (3), which consists of a metallic support ring (5) and a surrounding non-metallic sliding ring (6) is formed.

Description

Die Erfindung betrifft einen für die Verwendung in einem Wellgetriebe ausgebildeten Wellgenerator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Wellgenerators eines Wellgetriebes.The invention relates to a wave generator designed for use in a wave drive according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a method for producing a wave generator of a wave drive.

Ein gattungsgemäßer Wellgenerator als Komponente eines Wellgetriebes ist beispielsweise aus der DE 10 2017 105 318 A1 bekannt. Das bekannte Wellgetriebe weist ein topfförmiges, verformbares Getriebeelement auf, wobei der zu dessen Verformung vorgesehene Wellgenerator ein Gleitlager umfasst.A generic wave generator as a component of a wave gear is, for example, from DE 10 2017 105 318 A1 known. The known harmonic drive has a cup-shaped, deformable gear element, the wave generator provided for its deformation comprising a slide bearing.

Ein weiteres, in diesem Fall als Spannungswellengetriebe bezeichnetes Wellgetriebe, dessen Wellgenerator ein Gleitlager umfasst, ist in der DE 10 2016 222 884 A1 beschrieben. Eine Komponente des Gleitlagers ist hierbei als Konturelement mit verstellbaren Außenabmessungen abgebildet.Another wave drive, referred to in this case as a stress wave drive and whose wave generator includes a plain bearing, is shown in FIG DE 10 2016 222 884 A1 described. One component of the plain bearing is shown here as a contour element with adjustable external dimensions.

Weitere Wellgetriebe, die einen Wellgenerator umfassen, der mit einem Gleitlager arbeitet, sind in den Dokumenten DE 10 2017 109 304 A1 und DE 10 2016 220 918 A1 offenbart. Im letztgenannten Fall sind Gleitlagerflächen, die unter anderem an einem verformbaren Getriebeelement gebildet sind, mechanisch geglättet.Further wave gears, which include a wave generator that works with a slide bearing, are in the documents DE 10 2017 109 304 A1 and DE 10 2016 220 918 A1 disclosed. In the latter case, sliding bearing surfaces, which are formed, among other things, on a deformable gear element, are mechanically smoothed.

In der DE 10 2017 103 985 B3 sind verschiedene Varianten von Wellgetrieben beschrieben, wobei entweder ein Wälzlager oder ein Gleitlager in das Wellgetriebe integriert sein kann.In the DE 10 2017 103 985 B3 different variants of wave drives are described, whereby either a roller bearing or a plain bearing can be integrated into the wave drive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wellgetriebe, welches einen Wellgenerator umfasst, der eine Gleitlagerung zwischen einem in sich starren und einem nachgiebigen Element vorsieht, gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere unter fertigungstechnischen Aspekten weiterzuentwickeln.The invention is based on the object of further developing a harmonic drive, which comprises a wave generator which provides a sliding bearing between an inherently rigid and a flexible element, compared to the stated prior art, in particular under manufacturing aspects.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen für die Verwendung in einem Wellgetriebe geeigneten Wellgenerator mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Wellgenerators gemäß Anspruch 7. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Herstellungsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt den Wellgenerator, und umgekehrt.According to the invention, this object is achieved by a wave generator suitable for use in a wave drive with the features of claim 1. The object is also achieved by a method for producing a wave generator according to claim 7. In the following in connection with the production method, embodiments and advantages of the The invention also apply mutatis mutandis to the device, that is to say the wave generator, and vice versa.

Der zur Verformung eines flexiblen Getriebeelementes des Wellgetriebes vorgesehene Wellgenerator umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption ein Gleitlager mit einem elliptischen, nicht kreisrunden Innenring. Erfindungsgemäß ist der Innenring mehrteilig aufgebaut, nämlich aus einem metallischen Stützring und einem diesen umgebenden nichtmetallischen Gleitring.The wave generator provided for deforming a flexible gear element of the wave gear unit comprises, in a basic concept known per se, a plain bearing with an elliptical, non-circular inner ring. According to the invention, the inner ring is constructed in several parts, namely from a metallic support ring and a surrounding non-metallic sliding ring.

Der metallische Stützring verleiht dem Innenring eine ausreichende mechanische Stabilität, wobei durch den Stützring keine Gleitoberfläche bereitgestellt wird. Dementsprechend sind im Vergleich zu typischen Komponenten von Gleit- oder Wälzlagern durch die Oberfläche des Stützrings nur vergleichsweise geringe Anforderungen zu erfüllen. Insbesondere ist kein Schleifen der vom Gleitring umgebenen Außenumfangsfläche des Stützrings erforderlich.The metallic support ring gives the inner ring sufficient mechanical stability, with no sliding surface being provided by the support ring. Accordingly, compared to typical components of plain or roller bearings, the surface of the support ring only has to meet relatively low requirements. In particular, there is no need to grind the outer circumferential surface of the support ring, which is surrounded by the sliding ring.

Allgemein umfasst das Verfahren zur Herstellung des für die Verwendung in einem Wellgetriebe ausgebildeten Wellgenerators folgende Merkmale:

- Verbindung eines metallischen, insbesondere aus Stahl gefertigten Stützrings mit einem diesen umgebenden nichtmetallischen Gleitring, welcher eine elliptische, nicht kreisrunde Außenkontur aufweist,
- Komplettieren der aus dem Stützring und dem Gleitring gebildeten Gleitlagerkomponente mit einer nachgiebigen Gleitlagerkomponente, insbesondere einem dünnwandigen Außenring, zu einem Wellgenerator.

In general, the method for producing the wave generator designed for use in a wave gear unit comprises the following features:

- Connection of a metallic, in particular made of steel, support ring with a surrounding non-metallic sliding ring which has an elliptical, non-circular outer contour,
- Completing the plain bearing component formed from the support ring and the sliding ring with a flexible plain bearing component, in particular a thin-walled outer ring, to form a wave generator.

Die elliptische, nicht kreisrunde Außenkontur des Innenrings, welcher aus dem Gleitring und dem Stützring gebildet ist, kann dadurch entstehen, dass auf einem Stützring mit kreisrunder Außenkontur ein Gleitring mit um seinen Umfang uneinheitlicher Dicke aufgebracht wird. Alternativ ist es möglich, einen Stützring bereitzustellen, dessen Außenkontur bereits nicht kreisrund ist, und hierauf einen Gleitring mit einheitlicher Querschnittsgestaltung aufzubringen. Insbesondere in diesem Fall kann die gesamte Oberfläche des Gleitrings oder einen Teil dieser Oberfläche die Form einer Hüllkurve haben, welche um gedachte Kugeln eines das Gleitlager ersetzenden Kugellagers gelegt ist. Auch könnte der Stützring eine sonstige Außenkontur, beispielsweise eine polygonförmige oder eine verzahnte Außenkontur, aufweisen.The elliptical, non-circular outer contour of the inner ring, which is formed from the sliding ring and the support ring, can arise in that a sliding ring with a non-uniform thickness around its circumference is applied to a support ring with a circular outer contour. Alternatively, it is possible to provide a support ring, the outer contour of which is already not circular, and to apply a sliding ring with a uniform cross-sectional design to it. In this case in particular, the entire surface of the sliding ring or part of this surface can have the shape of an envelope curve which is placed around imaginary balls of a ball bearing replacing the sliding bearing. The support ring could also have some other outer contour, for example a polygonal or a toothed outer contour.

Zur Herstellung des Stützrings eignen sich prinzipiell bekannte rationelle, spanlose Verfahren, insbesondere Stanzen. Der Gleitring kann je nach gewähltem Werkstoff spritzgusstechnisch erzeugt und zugleich formschlüssig mit dem Stützring verbunden werden.In principle, known, efficient, non-cutting processes, in particular stamping, are suitable for producing the support ring. Depending on the material selected, the sliding ring can be produced by injection molding and, at the same time, connected to the support ring in a form-fitting manner.

Die formschlüssigen Verbindungen zwischen dem Stützring und dem Gleitring können beispielsweise als Schwalbenschwanzverbindungen, das heißt Nut-Feder-Verbindungen, ausgebildet sein. Derartige Verbindungen kommen auch dann in Betracht, wenn der Gleitring nicht unmittelbar auf dem Stützring erzeugt, sondern auf den Stützring aufgeschoben wird.The form-fitting connections between the support ring and the sliding ring can be designed, for example, as dovetail connections, that is to say tongue and groove connections. Such connections are also possible when the sliding ring is not directly on the Support ring generated, but is pushed onto the support ring.

Um eine Gleitlagerung mit geringem Reibungswiderstand bereitzustellen, kann der Gleitring reibungsmindernd, insbesondere mit Polytetrafluorethylen, beschichtet sein. Ebenso ist die Herstellung des kompletten Gleitrings aus Polytetrafluorethylen (PTFE) oder einem PTFE enthaltenden Werkstoff möglich. Als Herstellungsverfahren kommt unter anderem ein Press-Sinter-Verfahren in Betracht.In order to provide a sliding bearing with low frictional resistance, the sliding ring can be coated to reduce friction, in particular with polytetrafluoroethylene. It is also possible to manufacture the complete sliding ring from polytetrafluoroethylene (PTFE) or a material containing PTFE. A press-sintering process comes into consideration as a manufacturing process.

Insgesamt stellt der Innenring des Wellgenerators eine Gleitlagerkomponente dar, die beim Betrieb des Wellgenerators nicht signifikant verformt wird. Im Gegensatz hierzu ist die zweite Gleitlagerkomponente, das heißt die den Innenring umgebende Komponente, beim Betrieb des Wellgenerators Verformungen ausgesetzt. Beispielsweise handelt es sich bei der weiteren, nachgiebigen Gleitlagerkomponente um einen Außenring mit einer rillenförmigen Vertiefung, in die der Innenring eingreift, wobei die Außenumfangsfläche des Gleitrings eine dem Krümmungsradius der Rille im Außenring angepasste Wölbung aufweist.Overall, the inner ring of the wave generator represents a sliding bearing component that is not significantly deformed when the wave generator is in operation. In contrast to this, the second sliding bearing component, that is to say the component surrounding the inner ring, is subject to deformations during operation of the wave generator. For example, the further, flexible sliding bearing component is an outer ring with a groove-shaped recess in which the inner ring engages, the outer peripheral surface of the sliding ring having a curvature adapted to the radius of curvature of the groove in the outer ring.

Alternativ ist eine Komponente des Gleitlagers unmittelbar durch das zu verformende flexible Getriebeelement gebildet. Bei dem nachgiebigen Getriebeelement handelt es sich beispielsweise um einen Flexring oder um ein topfförmiges Element, das heißt einen Flextopf. In abgewandelten Bauformen können auch nachgiebige Getriebeelemente, welche eine Hut- oder Kragenform beschreiben, zum Einsatz kommen.Alternatively, a component of the plain bearing is formed directly by the flexible gear element to be deformed. The flexible gear element is, for example, a flex ring or a pot-shaped element, that is to say a flex pot. In modified designs, flexible gear elements that describe a hat or collar shape can also be used.

Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass der Wellgenerator zum einen ohne Wälzlager arbeitet und zum anderen durch den mehrteiligen Aufbau eines Gleitlagerteils sowohl hinsichtlich seiner mechanischen Belastbarkeit als auch hinsichtlich der fertigungstechnischen Anforderungen für eine große Bandbreite an Anwendungsfällen eine praxisgerechte Lösung darstellt. Besonders eignet sich der Wellgenerator für Verwendungen ohne extreme Anforderungen an Genauigkeit und Festigkeit. Ein den Wellgenerator umfassendes Wellgetriebe kann beispielsweise zur Verstellung einer Welle innerhalb eines vorgegebenen Stellbereichs genutzt werden.The advantage of the invention lies in the fact that the wave generator on the one hand works without roller bearings and on the other hand represents a practical solution due to the multi-part structure of a plain bearing part, both with regard to its mechanical load capacity and with regard to the manufacturing requirements for a wide range of applications. The wave generator is particularly suitable for uses without extreme demands on accuracy and strength. A harmonic drive comprising the wave generator can be used, for example, to adjust a shaft within a predetermined setting range.

Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

1 einen Wellgenerator eines Wellgetriebes in schematischer Schnittdarstellung,
2 eine Gleitlagerkomponente eines weiteren Wellgenerators in perspektivischer Ansicht,
3 die Gleitlagerkomponente nach 2 in geschnittener Ansicht,
4 ausschnittsweise ein die Gleitlagerkomponente nach 2 umfassendes Wellgetriebe in einer Schnittdarstellung.

Two exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to a drawing. Show here:

1 a wave generator of a wave gear in a schematic sectional view,
2 a plain bearing component of another wave generator in perspective view,
3 the plain bearing component according to 2 in cut view,
4th a section of the plain bearing component after 2 comprehensive harmonic drive in a sectional view.

Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf beide Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.Unless otherwise stated, the following explanations relate to both exemplary embodiments. Parts which correspond to one another or have the same effect in principle are identified in all figures with the same reference symbols.

Ein in den Figuren lediglich ausschnittsweise gezeigter Wellgenerator 1 ist Teil eines als Stellgetriebe verwendbaren Wellgetriebes, hinsichtlich dessen prinzipieller Funktion auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen wird. Der Wellgenerator 1 umfasst ein Gleitlager 2, welches aus einer ersten Gleitlagerkomponente 3 und einer zweiten Gleitlagerkomponente 4, 11 gebildet ist. Bei der ersten Gleitlagerkomponente 2 handelt es sich in beiden Fällen um einen Innenring 3. Insgesamt ist das Gleitlager 2 hauptsächlich oder ausschließlich zur Aufnahme von Radiallasten ausgebildet.A wave generator only partially shown in the figures 1 is part of a harmonic drive that can be used as an adjusting gear, with regard to its basic function reference is made to the prior art cited at the beginning. The wave generator 1 includes a plain bearing 2 , which consists of a first plain bearing component 3 and a second sliding bearing component 4th , 11 is formed. With the first plain bearing component 2 in both cases it is an inner ring 3 . Overall, the plain bearing 2 mainly or exclusively designed to absorb radial loads.

Der Innenring 3 ist zusammengesetzt aus einem Stützring 5 aus Metall, nämlich Stahl, und einem auf dem Stützring 5 gehaltenen Gleitring 6. Die Außenumfangsfläche des Gleitrings 6 beschreibt in beiden Ausführungsbeispielen im Querschnitt (1, 4) eine konvexe Krümmung. Im Ausführungsbeispiel nach 1 greift die Außenumfangsfläche des Gleitrings 6 in eine Rille 7 an der Innenumfangsfläche eines Außenrings 4 ein. Der Außenring 4 weist als dünnwandiger Metallring eine für den Betrieb des Wellgenerators 1 erforderliche Nachgiebigkeit auf. Im Ausführungsbeispiel nach 1 ist der Außenring 4 von einem nicht dargestellten außenverzahnten flexiblen Getriebeelement umgeben, bei welchem es sich beispielsweise um eine Kragenhülse oder um einen Flexring, das heißt ein einfaches zylindrisches Bauteil ohne jegliche radial nach innen oder außen gerichtete Fortsätze, handelt.The inner ring 3 is composed of a support ring 5 made of metal, namely steel, and one on the support ring 5 held slip ring 6 . The outer peripheral surface of the slip ring 6 describes in both exemplary embodiments in cross section ( 1 , 4th ) a convex curvature. In the embodiment according to 1 engages the outer peripheral surface of the slip ring 6 into a groove 7th on the inner peripheral surface of an outer ring 4th a. The outer ring 4th has a thin-walled metal ring for operating the wave generator 1 required compliance. In the embodiment according to 1 is the outer ring 4th surrounded by an externally toothed flexible gear element, not shown, which is, for example, a collar sleeve or a flex ring, that is, a simple cylindrical component without any extensions directed radially inwards or outwards.

Der Gleitring 6 ist aus Kunststoff gefertigt und im Spritzgussverfahren an den Stützring 5 angeformt. Hierbei sind formschlüssige Verbindungen in der Gestalt von Schwalbenschwanzverbindungen 8, das heißt Nut-Feder-Verbindungen, gebildet. In den Ausführungsbeispielen existieren jeweils vier solcher Schwalbenschwanzverbindungen 8 zwischen dem Stützring 5 und dem Gleitring 6. Jede Schwalbenschwanzverbindung 8 ist gebildet durch eine Ausnehmung 9 im Stützring 5 und einen in die Ausnehmung 9 eingreifenden Haltevorsprung 10 des Gleitrings 6.The slip ring 6 is made of plastic and is injection molded to the support ring 5 molded. Here, positive connections are in the form of dovetail connections 8th , that is tongue-and-groove connections. In the exemplary embodiments there are four such dovetail connections 8th between the support ring 5 and the slip ring 6 . Any dovetail joint 8th is formed by a recess 9 in the support ring 5 and one in the recess 9 engaging retaining projection 10 of the slip ring 6 .

Im Ausführungsbeispiel nach 4 kontaktiert der Innenring 3 keinen gesonderten Außenring, sondern ein flexibles Getriebeelement 11, welches in diesem Fall als Flextopf ausgebildet ist. Eine mit 12 bezeichnete Außenverzahnung des flexiblen Getriebeelements 11 greift beim Betrieb des Wellgetriebes in an sich bekannter Weise partiell in eine nicht dargestellte Innenverzahnung eines weiteren, in sich starren Getriebeelementes, nämlich Abtriebselementes, ein. Die zwischen dem Innenring 3 und dem flexiblen Getriebeelement 11 gegebene Gleitlagerung hat im Fall von 4 eine reine Radiallagerfunktion. Dies bedeutet, dass geringfügige axiale Verlagerungen zwischen dem Innenring 3 und dem Flextopf 11 ohne Beeinträchtigung der Funktion des Wellgenerators 1 möglich sind.In the embodiment according to 4th contacts the inner ring 3 no separate outer ring, but a flexible gear element 11 , which in this case is designed as a flexible pot. One with 12th designated external toothing of the flexible gear element 11 When the harmonic drive is in operation, it partially engages, in a manner known per se, an internal toothing, not shown, of a further, inherently rigid gear element, namely an output element. The one between the inner ring 3 and the flexible gear element 11 given plain bearing has in the case of 4th a pure radial bearing function. This means that there will be slight axial displacements between the inner ring 3 and the flex pot 11 without impairing the function of the wave generator 1 possible are.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: WellgeneratorWave generator
22: Gleitlagerbearings
33: InnenringInner ring
44th: AußenringOuter ring
55: StützringSupport ring
66th: GleitringSlip ring
77th: Rillegroove
88th: SchwalbenschwanzverbindungDovetail connection
99: AusnehmungRecess
1010: HaltevorsprungRetaining protrusion
1111: Flexibles Getriebeelement, FlextopfFlexible gear element, flexible pot
1212: AußenverzahnungExternal toothing

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102017105318 A1 [0002]
DE 102016222884 A1 [0003]
DE 102017109304 A1 [0004]
DE 102016220918 A1 [0004]
DE 102017103985 B3 [0005]

Claims

Wave generator (1) for a wave gear, which is provided for deforming a flexible gear element (11) and comprises a sliding bearing (2) with an elliptical, non-circular inner ring (3), characterized in that the inner ring (3) consists of a metallic support ring (5) and a surrounding non-metallic sliding ring (6) is formed.

Wave generator (1) Claim 1 , characterized in that the support ring (5) is positively connected to the sliding ring (6).

Wave generator (1) Claim 2 , characterized in that dovetail connections (8) are formed between the support ring (5) and the sliding ring (6).

Wave generator (1) according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the sliding bearing (2) has a flexible outer ring (4) with a groove (7) into which the inner ring (3) engages.

Wave generator (1) according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that one component of the sliding bearing (2) is formed by the flexible gear element (11).

Wave generator (1) Claim 5 , characterized in that the flexible gear element (11) is designed as a flexible pot.

Method for the production of a wave generator (1) of a wave gear, with the following features: - Connection of a metallic support ring (5) with a surrounding non-metallic sliding ring (6) which has an elliptical, non-circular outer contour, - Completing the sliding bearing component formed from the support ring (5) and the sliding ring (6) with a flexible sliding bearing component (4, 11) to form a wave generator (1).

Procedure according to Claim 7 , characterized in that the metallic support ring (5) is produced without cutting, in particular by punching.

Procedure according to Claim 7 or 8th , characterized in that the sliding ring (6) is produced by injection molding and at the same time is positively connected to the support ring (5).