DE102019131616A1

DE102019131616A1 - Flexibles Getriebebauteil und Verfahren zur Herstellung eines Getriebebauteils

Info

Publication number: DE102019131616A1
Application number: DE102019131616.2A
Authority: DE
Inventors: Marcel Mergenthaler
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2021-05-27
Also published as: US20220397191A1; EP4062083A1; JP2023502492A; CN114729685A; WO2021098903A1; KR20220080185A

Abstract

Ein flexibles Getriebebauteil (1) für ein Wellgetriebe umfasst ein nachgiebiges, als Blechteil ausgebildetes, eine Außenverzahnung (6) aufweisendes Verzahnungselement (2), sowie eine mit dem Verzahnungsbauteil (2) verklebte Leiterplatte (3).

Description

Die Erfindung betrifft ein flexibles Getriebebauteil, welches zur Verwendung in einem Wellgetriebe geeignet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Getriebebauteils.
Ein Wellgetriebe ist beispielsweise aus der DE 10 2017 121 024 A1 bekannt. Dieses Wellgetriebe weist eine Kragenhülse als flexibles, mit einer Verzahnung versehenes Element auf. Der Kragen der Kragenhülse ist fest mit einem Getriebegehäuse verbunden, welches als Ganzes drehbar ist.
Die DE 10 2010 037 226 B4 beschreibt einen Aktuator, welcher ein Spannungswellengetriebe, das heißt Wellgetriebe, sowie ein Steuerungs- und Sensormodul umfasst. Das Wellgetriebe arbeitet in diesem Fall mit einem topfförmigen nachgiebigen Getriebeelement.
Aus der DE 199 43 021 C2 ist ein flachbauender Getriebemotor bekannt, welcher einen Scheibenläufermotor und ein konzentrisch zu diesem angeordnetes Wellgetriebe umfasst.
Die Kombination eines Scheibenläufermotors mit einem Umlaufrädergetriebe, nämlich Planetengetriebe, ist zum Beispiel aus der DE 296 22 874 U1 bekannt. In die damit gebildete Motor-Getriebe-Einheit ist auch eine Ansteuerelektronik integriert.
Die WO 2015/007617 A1 offenbart einen Zahnträger, welcher zur Aufnahme einer Mehrzahl von Zahnsegmenten eines Koaxialgetriebes vorgesehen ist. Der Zahnkäfig ist im Spritzgussverfahren aus Kunststoff hergestellt, wobei Schaltungsträger in den Zahnkäfig eingegossen sein können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, über die mechanische Funktion hinaus gehende Zusatzfunktionen eines flexiblen Getriebebauteils für ein Wellgetriebe bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein flexibles Getriebebauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Getriebebauteils gemäß Anspruch 7. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Herstellungsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt das Getriebebauteil, und umgekehrt.
Das flexible Getriebebauteil umfasst ein nachgiebiges, als Blechteil ausgebildetes Verzahnungselement, welches eine Außenverzahnung aufweist und auch als Getriebebauteil im engeren Sinne bezeichnet wird, sowie eine durch Verklebung mit dem Verzahnungselement verbundene Leiterplatte, allgemein auch als Schaltungsträger bezeichnet. Die Flexibilität des Getriebebauteils ist in typischen Ausgestaltungen ausschließlich oder nahezu ausschließlich im Bereich des Verzahnungselementes gegeben. Die Leiterplatte ist dagegen höchstens in vergleichsweise geringem Maße flexibel. Insbesondere kann die Leiterplatte in gewünschter Weise dazu beitragen, dass das Verzahnungselement in seinem mit der Leiterplatte verklebten Abschnitt eine geringere elastische Nachgiebigkeit als in anderen, von der Leiterplatte beabstandeten Abschnitten aufweist. Insgesamt handelt es sich bei dem flexiblen Getriebebauteil in typischen Anwendungsfällen um ein nicht rotierendes Element eines Getriebes.
Das Verzahnungselement kann entweder vollumfänglich, das heißt um den gesamten Umfang des Verzahnungselementes, oder lediglich in einzelnen, beispielsweise streifenförmigen oder annähernd punktförmigen Bereichen, mit der Leiterplatte verklebt sein. In bevorzugter Ausgestaltung ist das Verzahnungselement als Kragenhülse ausgebildet, wobei der Kragen des Verzahnungselementes mit der Leiterplatte verklebt ist. Die Außenverzahnung befindet sich in diesem Fall an einem zylindrischen Abschnitt des Verzahnungselementes, wobei der minimale Abstand zwischen der Verzahnung und der Leiterplatte vorzugsweise größer als die - ohne aufgelötete oder in sonstiger Weise montierte Bauelemente zu messende - Stärke der Leiterplatte ist.
Das als Verbundbauteil ausgebildete Getriebebauteil ist allgemein in folgenden Schritten herstellbar:

- Bereitstellung eines nachgiebigen Verzahnungselementes, welches als Kragenhülse mit einem zylindrischen, außenverzahnten Abschnitt und einem hieran anschließenden Kragen ausgebildet ist,
- Aufkleben einer Leiterplatte auf den Kragen der Kragenhülse.

Die Leiterplatte kann entweder unter Erwärmung oder bei Raumtemperatur auf die Kragenhülse aufgeklebt werden. Im letztgenannten Fall wird beispielsweise ein Acrylatkleber verwendet. Wird zur Herstellung der Verbindung zwischen dem aus Metall, insbesondere Blech, gefertigten Verzahnungselement und der Leiterplatte dagegen eine thermisch aushärtende Folie verwendet, so erfolgt beispielsweise eine Aufheizung auf ca. 100 °C. In jedem Fall trägt die Klebeverbindung bei thermisch bedingten Ausdehnungen zu einem Spannungsausgleich zwischen dem Verzahnungselement und der Leiterplatte bei.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung befindet sich mindestens eine auf mechanische Beanspruchung reagierende Sensorik, das heißt Kraftsensorik, insbesondere in Form eines Dehnungsmessstreifens, auf dem Kragen des Verzahnungsbauteils. Von dieser Sensorik gelieferte Signale werden vorzugsweise mit Hilfe einer Auswerteelektronik, welche sich auf der Leiterplatte befindet, verarbeitet.
Eine Klebefolie, welche sich beim fertig montierten Getriebebauteil zwischen dem Verzahnungselement und der Leiterplatte befindet, ist vorzugsweise als elektrisch isolierende und zugleich thermisch leitende Klebefolie ausgebildet. Durch die Klebefolie, welche im fertig montierten Getriebebauteil die Leiterplatte mit dem Verzahnungselement verbindet, werden insbesondere Spannungen, die durch Wankbewegungen innerhalb des Verzahnungselementes entstehen, abgebaut. Vor dem Zusammenbau von Leiterplatte und Verzahnungselement kann die Klebefolie durch eine Schutzfolie abgedeckt sein.
Das Getriebebauteil ist beispielsweise zur Verwendung in einem Wellgetriebe eines elektromechanischen Nockenwellenverstellers geeignet. Ebenso kann ein das Getriebebauteil umfassendes Wellgetriebe zum Beispiel als Stellgetriebe in einem Knickarmroboter oder in einer Werkzeugmaschine verwendet werden.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

1 in perspektivischer Ansicht ein Verzahnungselement für ein Wellgetriebe,
2 und 3 in verschiedenen Ansichten eine mit dem Verzahnungselement nach 1 zu verbindende Leiterplatte,
4 ein aus dem Verzahnungselement und der Leiterplatte gebildetes Getriebebauteil in vereinfachter Explosionsdarstellung,
5 und 6 in symbolisierter Darstellung Montageschritte zur Herstellung des flexiblen Getriebebauteils.

Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes flexibles Getriebebauteil ist als Verbundbauteil ausgebildet und zur Verwendung in einem nicht weiter dargestellten Wellgetriebe vorgesehen. Das Getriebebauteil 1 ist aus einem Verzahnungselement 2 und einer Leiterplatte 3 durch Verklebung zusammengesetzt.
In 1 ist das Verzahnungselement 2 isoliert dargestellt. Es handelt sich hierbei um eine Kragenhülse an sich bekannter Grundform. Die Kragenhülse 2 ist als einstückiges Blechteil ausgebildet und beschreibt einen zylindrischen Abschnitt 4 und einen hieran anschließenden Kragen 5, das heißt radial nach außen gerichteten Flansch. Die Mittelachse des zylindrischen Abschnitts 4 stimmt mit der Mittelachse des Wellgetriebes überein. Der zylindrische Abschnitt 4 weist in einem ringförmigen Abschnitt, welcher an die dem Kragen 5 abgewandte Stirnseite des Verzahnungselementes grenzt, eine Außenverzahnung 6 auf. Die in Axialrichtung des Verzahnungselementes 2 und damit des gesamten Getriebebauteils 1 gemessene Breite der Außenverzahnung 6 beträgt weniger als die Hälfte der in derselben Richtung gemessenen Gesamtbreite des zylindrischen Abschnitts 4. Innerhalb des Wellgetriebes rotiert das Verzahnungselement 2 nicht.
Beim Betrieb des Wellgetriebes wird der zylindrische Abschnitt 4 durch einen nicht dargestellten Wellgenerator permanent verformt. Die Verformungen setzen sich in untergeordnetem Maße in den Kragen 5 hinein fort. In seinem äußeren Bereich weist der Kragen 5 eine Vielzahl an Bohrungen 7 auf. Der Bereich des Kragens 5, in welchem sich die Bohrungen 7 befinden, wird als Ringscheibenabschnitt 8 bezeichnet. Innerhalb des Ringscheibenabschnitts 8 treten beim Betrieb des Wellgetriebes praktisch keine Verformungen auf. In weiter innen liegenden Bereichen des Kragens 5 werden mechanische Beanspruchungen des Verzahnungselementes 2 mit Hilfe von Dehnungsmessstreifen 9, die allgemein als Kraftsensorik bezeichnet werden und in 4 symbolisiert dargestellt sind, erfasst.
Die Weiterverarbeitung von Signalen, welche die Kraftsensorik 9 liefert, erfolgt mit Hilfe einer elektronischen Schaltung, die auf der Leiterplatte 3 angeordnet ist. Die in den 2 und 3 isoliert dargestellte Leiterplatte 3 hat eine Ringscheibenform mit vier gleichmäßig am Umfang verteilten, nach außen gerichteten Befestigungslaschen 10.
Die Herstellung des flexiblen Getriebebauteils 1 aus dem Verzahnungselement 2 und der Leiterplatte 3 ist in den 5 und 6 veranschaulicht. Auf der Leiterplatte 3 befindet sich zunächst eine Klebefolie 11, welche durch eine Schutzfolie 12 abgedeckt ist. Das Verzahnungselement 2 wird, mit dem zylindrischen Abschnitt 4 nach unten, auf eine Werkstückauflage 13 aufgelegt, welche mit Hilfe einer Heizvorrichtung 14 beheizbar ist. Der Einsatz der Heizvorrichtung 14 richtet sich nach der Zusammensetzung der Klebefolie 11. Auf das auf der Werkstückauflage 13 aufliegende Werkstück, das heißt Verzahnungselement 2, wird mit Hilfe eines Werkzeugs 15, welches in vertikaler Richtung verfahrbar ist, wie in 6 durch zwei Pfeile angedeutet ist, die Leiterplatte 3 unter moderatem Druck aufgesetzt, wobei eine Klebeverbindung 16 zwischen dem Verzahnungselement 2 und der Leiterplatte 3 hergestellt wird. Ein Lösen der Klebeverbindung 16 ist nicht vorgesehen. Durch die Klebeverbindung 16 ist der Kragen 5 der Kragenhülse 2 dauerhaft stabilisiert. Gleichzeitig ist eine rationell herstellbare, raumsparende, mechanisch dämpfende Verbindung zwischen dem Verzahnungselement 2 und der Leiterplatte 3 gegeben.
Bezugszeichenliste

1: Getriebebauteil
2: Verzahnungselement, Kragenhülse
3: Leiterplatte
4: zylindrischer Abschnitt
5: Kragen
6: Außenverzahnung
7: Bohrung
8: Ringscheibenabschnitt
9: Dehnungsmessstreifen, Kraftsensorik
10: Befestigungslaschen
11: Klebefolie
12: Schutzfolie
13: Werkstückauflage
14: Heizvorrichtung
15: Werkzeug
16: Klebeverbindung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017121024 A1 [0002]
DE 102010037226 B4 [0003]
DE 19943021 C2 [0004]
DE 29622874 U1 [0005]
WO 2015/007617 A1 [0006]

Claims

Flexibles Getriebebauteil (1) für ein Wellgetriebe, mit einem nachgiebigen, als Blechteil ausgebildeten, eine Außenverzahnung (6) aufweisenden Verzahnungselement (2), sowie einer mit dem Verzahnungselement (2) verklebten Leiterplatte (3).
Getriebebauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verzahnungselement (2) vollumfänglich mit der Leiterplatte (3) verklebt ist.
Getriebebauteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verzahnungselement (2) als Kragenhülse ausgebildet ist, wobei deren Kragen (5) mit der Leiterplatte (3) verklebt ist.
Getriebebauteil (1) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Kraftsensorik (9) auf dem Kragen (5) des Verzahnungsbauteils (2).
Getriebebauteil (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftsensorik (9) elektrisch an die Leiterplatte (3) angeschlossen ist.
Getriebebauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine das Verzahnungselement (2) mit der Leiterplatte (3) verbindende, elektrisch isolierende und thermisch leitende Klebefolie (11).
Verfahren zur Herstellung eines Getriebebauteils (1), mit folgenden Schritten: - Bereitstellung eines nachgiebigen Verzahnungselementes (2), welches als Kragenhülse mit einem zylindrischen, außenverzahnten Abschnitt (4) und einem hieran anschließenden Kragen (5) ausgebildet ist, - Aufkleben einer Leiterplatte (3) auf den Kragen (5) der Kragenhülse (2).
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das die Leiterplatte (3) unter Erwärmung auf die Kragenhülse (2) aufgeklebt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das die Leiterplatte (3) bei Raumtemperatur auf die Kragenhülse (2) aufgeklebt wird, wobei ein Acrylatkleber verwendet wird.
Verwendung eines Getriebebauteils (1) nach Anspruch 1 als nicht rotierendes Element in einem als Wellgetriebe ausgebildeten Stellgetriebe.