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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spannungswellengetriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
WO 2018/157910 A1 ist ein Spannungswellengetriebe bekannt, das im Wesentlichen aus drei Bauteilen besteht. Das erste Bauteil ist ein elliptisches Antriebsbauteil das auch als Wellengenerator oder Wavegenerator bezeichnet wird. Das zweite Bauteil ist ein flexibles, außenverzahntes Übertragungsbauteil, auch Flexspline genannt. Das dritte Bauteil ist ein Getriebebauteil, das auch Circularspline genannt wird und eine kreisringförmige Innenverzahnung aufweist. Das elliptische Antriebsbauteil verformt das flexible Übertragungsbauteil so in eine elliptische Form, dass sich dessen Außenverzahnung in gegenüberliegenden Bereichen mit der Innenverzahnung des Getriebebauteils im Eingriff befindet. Durch das Drehen des Antriebsbauteils verlagern sich die große Ellipsenachse und der Eingriffsbereich zwischen der Außenverzahnung und der Innenverzahnung. Die Innenverzahnung des Getriebebauteils weist weniger Zähne auf als die Außenverzahnung des flexiblen Übertragungsbauteils. Dadurch ergibt sich beim Antrieb des Antriebsbauteils eine Relativbewegung mit einem hohen Übersetzungsverhältnis zwischen dem Antriebsbauteil und dem flexiblen Übertragungsbauteil. Das Übertragungsbauteil kann beispielsweise als Abtrieb dienen und mit einer Abtriebswelle verdrehfest verbunden sein. Mittels eines Drehlagers sind das Übertragungsbauteil und das Getriebebauteil rotierbar zueinander gelagert.
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Ein Vorteil derartiger Spannungswellengetriebe ist, dass bei verhältnismäßig kompakten Abmessungen sehr hohe Übersetzungen realisiert werden können. Darüber hinaus ist eine hohe Positioniergenauigkeit zwischen Antrieb und Abtrieb erreichbar. Derartige Spannungswellengetriebe werden beispielsweise in Industrierobotern verwendet. Dabei werden sie jeweils von einem Elektromotor angetrieben und zur Bewegung von einzelnen Gliedern der Industrieroboter verwendet.
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Das in der der
WO 2018/157910 A1 beschriebene Spannungswellengetriebe ist mit einer als Lebensdauerschmierung vorgesehenen Schmiermittelmenge versehen.
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Diese Schmiermittelmenge ist insbesondere zur Schmierung der genannten Verzahnungen und eines Antriebslagers vorgesehen. Eine Innendichtung ist dazu vorgesehen, einen an dem genannten Drehlager des Spannungswellengetriebes angrenzenden Raum gegenüber einem Lagerzwischenraum des Drehlagers abzudichten. Auf diese Weise soll das Drehlager vor dem Eintritt schädlicher Stoffe geschützt und eine durch das Drehlager hindurchtretende Leckage verhindert werden. Eine Leckage könnte neben einer Verschmutzung der Umgebung auch zu einem Trockenlauf des Getriebes und daraus folgenden Bauteilschäden führen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Spannungswellengetriebe der genannten Art weiter zu verbessern, insbesondere im Hinblick auf eine zuverlässige Schmiermittelversorgung und Funktion des Spannungswellengetriebes über eine möglichst lange Lebensdauer.
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Diese Aufgabe wird durch ein Spannungswellengetriebe mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Es wird ein Spannungswellengetriebe vorgeschlagen, das ein Antriebsbauteil, ein elastisch verformbares Übertragungsbauteil mit einer Außenverzahnung und ein Getriebebauteil mit einer Innenverzahnung umfasst. Das Getriebebauteil kann als starres Bauteil ausgeführt sein und an einem Innenumfang die Innenverzahnung aufweisen, welche vorzugsweise kreisringförmig ausgestaltet ist. Das Antriebsbauteil ist insbesondere so ausgestaltet, dass es mit einer elektrischen Maschine als Antrieb verbunden werden kann, und dass es das Übertragungsbauteil elliptisch verformt. Dazu kann das Antriebsbauteil selbst einen elliptischen Abschnitt aufweisen und/oder ein elliptisch geformtes Antriebslager umfassen, welches das Übertragungsbauteil entsprechend elliptisch verformt.
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Das elastische verformbare Übertragungsbauteil wird häufig auch Flexspline genannt und wird in der Regel entweder in einer sogenannten Hutform oder in einer sogenannten Topfform ausgeführt. Beide Formen umfassen einen sich in radialer Richtung erstreckenden Flanschabschnitt und einen zumindest im Wesentlichen zylindrischen Hülsenabschnitt. Bei der Hutform erstreckt sich der Flanschabschnitt ausgehend von einem Ende des Hülsenabschnitts radial nach außen. Bei der Topfform erstreckt sich der Flanschabschnitt von ausgehend von einem Ende des Hülsenabschnitts radial nach innen. Bei beiden Formen ist die genannte Außenverzahnung an dem Hülsenabschnitt des Übertragungsbauteils angeordnet. Der Hülsenabschnitt nimmt zumindest den größten Teil der elastischen Verformung auf, wodurch er im eingebauten, verformten Zustand nicht mehr seine exakt zylindrische Grundform aufweist. Die Außenverzahnung wird durch das Antriebsbauteil so verformt, dass sie in einem Verzahnungsbereich partiell mit der Innenverzahnung des Getriebebauteils in Eingriff bringbar ist bzw. im Eingriff steht. Das Übertragungsbauteil wird dazu im Bereich der Außenverzahnung elliptisch verformt, wobei sich zwei gegenüberliegende Eingriffsbereiche zwischen der Innenverzahnung und der Außenverzahnung ergeben, welche auf der Hauptachse der Ellipse liegen. Die Außenverzahnung des Übertragungsbauteils steht also mit der Innenverzahnung des starren Getriebebauteils an zwei gegenüberliegenden Stellen an dem Umfang der Innenverzahnung in Eingriff. Der Verzahnungsbereich erstreckt sich in axialer Richtung zumindest so weit wie sich die Innenverzahnung mit der Außenverzahnung überdeckt und im Eingriff steht.
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Das Übertragungsbauteil und das Getriebebauteil sind mittels eines Hauptlagers relativ zueinander verdrehbar gelagert. Das Hauptlager weist einen Lagerinnenring und einen Lageraußenring auf. Der Lagerinnenring oder der Lageraußenring kann auch mehrteilig ausgeführt sein. Insbesondere bei Wälzlagern kann ein zweiteiliger Lagerinnenring oder ein zweiteiliger Lageraußenring vorteilhaft sein, um geeignete Wälzkörper zwischen dem Lagerinnenring und dem Lageraußenring zu montieren.
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Es kann grundsätzlich ein Wälzlager oder ein Gleitlager als Hauptlager eingesetzt werden. Vorzugsweise wird ein Wälzlager verwendet, wobei zwischen dem Lagerinnenring und dem Lageraußenring ein Lagerzwischenraum ausgebildet wird. Sowohl der Lagerinnenring als auch der Lageraußenring können in einem anderen Bauteil des Spannungswellengetriebes integriert sein. Das bedeutet, dass kein separater Lagerinnenring und/oder Lageraußenring wie bei einem Standardlager verwendet wird. Stattdessen bildet jeweils ein Bauteil, das auch andere Funktionen erfüllt, den Lagerinnenring bzw. den Lageraußenring. Beispielsweise können der Lagerinnenring und/oder der Lageraußenring als Gehäusebauteile ausgeführt sein, die Kräfte und Drehmomente aufnehmen und Räume gegeneinander abgrenzen und abdichten.
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Der Lagerinnenring und der Lageraußenring weisen jeweils zumindest eine Lauffläche für die Wälzkörper des Hauptlagers auf, sofern das Hauptlager als Wälzlager ausgeführt ist. Die Lauffläche kann auch separat und aus einem speziellen Material gefertigt und danach verdrehfest oder starr mit dem Rest des Lagerinnenrings bzw. Lageraußenrings zusammengefügt worden sein. Ferner können der Lagerinnenring und/oder der Lageraußenring Flanschflächen, insbesondere auf einer Stirnseite, aufweisen, die dazu geeignet und bestimmt sind, den Lagerinnenring und/oder der Lageraußenring mit anderen Bauteilen zu verbinden. So kann der Lagerinnenring eine stirnseitige bearbeitete Flanschfläche aufweisen, die dazu vorgesehen ist mit einer dazu passenden Gegenflanschfläche an dem Getriebebauteil verbunden zu werden.
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Die Innenverzahnung und die Außenverzahnung weisen eine ungleiche Anzahl an Zähnen auf. Dies hat zur Folge, dass das Übertragungsbauteil und das Getriebebauteil durch eine Rotationsbewegung des Antriebsbauteils relativ zueinander verdreht werden. Das Antriebsbauteil ist mit einem Antriebsmotor, insbesondere mit einem Elektromotor, verbindbar. Der Antriebsmotor versetzt das Antriebsbauteil während des Betriebs in eine Rotationsbewegung.
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Die Anzahl an Zähnen der Innenverzahnung und der Außenverzahnung unterscheidet sich nur um eine geringe Differenz, typischerweise um zwei Zähne. Dadurch ergibt sich ein hohes Übersetzungsverhältnis zwischen Antrieb und Abtrieb, welches in vielen Anwendungsfällen vorteilhaft genutzt werden kann.
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Das Übertragungsbauteil und das Hauptlager umschließen zumindest teilweise einen Innenraum. Mit anderen Worten sind das Übertragungsbauteil und das Hauptlager derart zueinander angeordnet, dass sie zwischen sich einen Innenraum bilden. Der Innenraum ist jedoch nicht auf den Raum unmittelbar zwischen dem Übertragungsbauteil und dem Hauptlager begrenzt sondern kann sich weiter erstrecken. Insbesondere kann der Innenraum auch den oben genannten Lagerzwischenraum des Hauptlagers umfassen. Der Innenraum kann sich also von einem Bereich an einer Innenumfangsfläche eines Lagerinnenrings um eine Stirnseite des Lagerinnenrings herum bis zu einer Außenumfangsfläche des Lagerinnenrings erstrecken.
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Zur Erfüllung der eingangs genannten Aufgabe ist zumindest ein Durchgangskanal vorgesehen, der den Innenraum verbindet mit einem durch den Verzahnungsbereich von dem Innenraum getrennten Vorraum. Der Vorraum ist demnach auf der dem Innenraum gegenüberliegenden Stirnseite des Verzahnungsbereichs angeordnet oder grenzt zumindest an der genannten gegenüberliegenden Stirnseite an den Verzahnungsbereich an. Der Durchgangskanal ist so angeordnet und dimensioniert, dass Schmiermittel durch den Durchgangskanal aus dem Innenraum in den Vorraum fließen kann. Dies hat folgenden Hintergrund. Beim Betrieb des Spannungswellengetriebes über eine gewisse Zeit sammelt sich in dem Innenraum Schmiermittel an. Die Ursache dafür liegt in Walkbewegungen, die sich im Betrieb zwischen der Innenverzahnung und der Außenverzahnung einstellen. Die Walkbewegungen üben eine gewisse Pumpwirkung auf das Schmiermittel in Richtung des Innenraums aus. Dadurch wird Schmiermittel aus dem Vorraum in den Innenraum befördert. Durch den zumindest einen Durchgangskanal kann das Schmiermittel nun wieder aus dem Innenraum zurück in den Vorraum gelangen. Dadurch kann verhindert werden, dass sich Schmiermittel in dem Innenraum anstaut und an einer anderen Stelle als unerwünschte Leckage aus dem Innenraum und aus dem Spannungswellengetriebe austritt.
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Zumindest ein Teil des Vorraums kann als Schmiermittelreservoir dienen. Bei geeigneter Anordnung des Schmiermittelreservoirs, des Verzahnungsbereichs und des zumindest einen Durchgangskanals kann sich ein Schmiermittelkreislauf in dem Spannungswellengetriebe einstellen. Dabei kann Schmiermittel aus dem Vorraum durch die genannten Walkbewegungen im Verzahnungsbereich in den Innenraum gefördert werden. Durch den erfindungsgemäßen Durchgangskanal kann das Schmiermittel danach wieder in den Vorraum zu dem Schmiermittelreservoir abfließen. Es kann also ein Schmiermittelkreislauf entstehen, der eine langfristige und zuverlässige Schmiermittelversorgung des Verzahnungsbereichs sicherstellt. Ein Schmiermittelmangel und ein Trockenlauf in dem Verzahnungsbereich des Spannungswellengetriebes kann nicht mehr eintreten. Ein Zweck der Erfindung ist jedoch bereits erfüllt, wenn im Innenraum angestautes Schmiermittel durch den Durchgangskanal in den Vorraum fließt, um so eine Leckage verhindert wird. Die Erfindung erfordert also nicht zwangsläufig einen geschlossenen Schmiermittelkreislauf.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es möglich jeweils einen oder mehrere Durchgangskanäle entweder durch den Lagerinnenring oder durch den Lageraußenring zu führen. Ebenfalls ist es im Rahmen der Erfindung, wenn zumindest ein Durchgangskanal sowohl durch den Lagerinnenring als auch durch den Lageraußenring geführt ist. Durch die Festlegung einer geeigneten Anzahl, Größe, Form und Anordnung des bzw. der Durchgangskanäle können die Verteilung und der Fluss des Schmiermittels in dem Spannungswellengetriebe gezielt beeinflussen werden. Damit kann eine leckagefreie und ausreichende Schmierung der Lager und des Verzahnungsbereichs des Spannungswellengetriebes über eine lange Lebensdauer erzielt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Durchgangskanal zumindest teilweise durch den Lagerinnenring oder durch ein verdrehfest mit dem Lagerinnenring verbundenes Bauteil geführt sein. Die Anordnung des Durchgangskanals in dem Lagerinnenring ermöglicht einen sehr kurzen Weg des Schmiermittels aus dem Innenraum in den Vorraum. Das bedeutet, dass der Durchgangskanal verhältnismäßig kurz sein kann, wodurch der Strömungswiderstand gering ist. Dies verbessert wiederum den Ablauf des Schmiermittels aus dem Innenraum und gegebenenfalls den Schmiermittelfluss in dem beschriebenen Schmiermittelkreislauf. Wenn in dieser Schrift der Schmiermittelfluss und der Schmierkreislauf beschrieben sind, dann weisen diese in der Regel keine starke Strömung auf wie etwa bei einer Druckumlaufschmierung. Stattdessen bewegt sich das Schmiermittel im Rahmen dieser Erfindung verhältnismäßig langsam durch die beschriebenen Räume und Kanäle, wobei der Schmiermittelfluss im Wesentlichen durch die oben beschriebenen Walkbewegungen im Verzahnungsbereich und einer daraus folgenden Schmiermittelverdrängung insbesondere in dem Innenraum verursacht ist.
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Der Lagerinnenring kann verdrehfest mit dem Getriebebauteil verbunden oder einstückig mit dem Getriebebauteil ausgebildet sein. Bei einer Ausführungsform ist der Lagerinnenring verdrehfest mit dem Getriebebauteil verbunden und der Durchgangskanal ist durch den Lagerinnenring und durch das Getriebebauteil geführt. Das heißt, dass in jedem der beiden Bauteile ein Durchgangskanalabschnitt vorhanden ist, wobei die Durchgangskanalabschnitte miteinander verbunden sind, um den Durchfluss des Schmiermittels zu ermöglichen.
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Wenn der zumindest eine Durchgangskanal zumindest auch durch den Lagerinnenring verläuft, kann verhindert werden, dass das durch den Verzahnungsbereich in den Innenraum geförderte Schmiermittel weiter gefördert wird bis in den Lagerzwischenraum des Hauptlagers. Das Hauptlager kann so mit einem speziell für das Hauptlager geeigneten Schmiermittel geschmiert werden, während im Verzahnungsbereich ein anderes Schmiermittel verwendet wird. Eine Vermischung verschiedener Schmiermittel könnte zu einem Verlust der Schmierwirkung in dem Hauptlager und folglich zu dessen Ausfall führen. Vor diesem Hintergrund kann der Lagerzwischenraum des Hauptlagers erforderlichenfalls durch eine zusätzliche Innendichtung von dem Rest des Innenraums abgedichtet sein. Eine solche Innendichtung kann beispielsweise in Form einer sogenannten Z-Scheibe ausgeführt sein, wie sie auch zur Abdichtung von Standardwälzlagern verwendet wird. Eine solche Innendichtung kann den Lagerzwischenraum zwischen dem Lageraußenring und dem Lagerinnenring komplett gegenüber dem verbleibenden Innenraum abdichten. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass von dem verbleibenden Innenraum kein Schmiermittel in den Lagerzwischenraum gelangt. Stattdessen wird der Schmiermittelfluss, der durch die Walkbewegungen zwischen der Innenverzahnung und der Außenverzahnung in Richtung des Innenraums entsteht, durch den zumindest einen Durchgangskanal wieder in den Vorraum geleitet.
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Zusätzlich kann zwischen dem Lagerinnenring und dem Getriebebauteil ein Dichtungselement zur Abdichtung des Innenraums angeordnet sein. Ein solches Dichtungselement kann beispielsweise als Papierdichtung ausgeführt sein und zwischen je einer Kontakt- oder Flanschfläche des Lagerinnenrings und des Getriebebauteils angeordnet sein. Das Dichtungselement dient in erster Linie dazu Leckagen in die Umgebung zu verhindern, die durch einen Abfluss von Schmiermittel aus dem Innenraum nach außen entstehen könnten.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Durchgangskanal zumindest teilweise durch den Lageraußenring oder durch ein verdrehfest mit dem Lageraußenring verbundenes Bauteil geführt ist. Der Lageraußenring kann beispielsweise verdrehfest mit dem Übertragungsbauteil verbunden sein. Der Durchgangskanal kann dabei durch den Lageraußenring und durch das Übertragungsbauteil geführt sein. Dabei weisen also sowohl der Lageraußenring als auch das Übertragungsbauteil Bohrungen oder andere Ausnehmungen auf, die als Durchgangskanalabschnitte bestimmt sind. Das Übertragungsbauteil kann einen sich in radialer Richtung erstreckenden Flanschabschnitt aufweisen, der sich zur Befestigung des Lageraußenrings eignet, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung.
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Zur Verbesserung der Schmiermittelverteilung und des Schmiermittelflusses können bei jeder der beschriebenen Ausführungsformen mehrere Durchgangskanäle verteilt über den Umfang des Hauptlagers angeordnet sein. Vorteilhaft sind die Durchgangskanäle dabei gleichmäßig verteilt über den Umfang angeordnet. Beispielsweise können sechs Durchgangsöffnungen mit einem Winkelabstand von jeweils 60 Grad über den Umfang des Übertragungsteils angeordnet sein. Die Durchgangsöffnungen können durch einfache kreisrunde Bohrungen, Ausfräsungen oder durch andere Ausnehmungen mit verschiedenen Querschnitten gebildet werden.
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Zwischen dem Lagerinnenring und dem Lageraußenring kann zumindest ein Dichtungsring angeordnet sein, der den Innenraum und den Lagerzwischenraum gegenüber der Umgebung abdichtet. Dadurch kann eine Leckage und Verschmutzungen der Umgebung durch austretendes Schmiermittel verhindert werden. Die langfristige zuverlässige Abdichtung des Innenraums gegenüber der Umgebung kann insbesondere durch die Kombination eines solchen Dichtungsrings mit dem erfindungsgemä-ßen Durchgangskanal gewährleistet werden, weil der an sich bekannte Dichtungsring dadurch nicht mit angestautem Schmiermittel in dem Innenraum beaufschlagt wird. Ein solcher Dichtungsring kann insbesondere als Radialwellendichtring ausgeführt sein, da sich diese Art von Dichtungsringen als zuverlässig bewährt hat und in vielen verschiedenen Ausführungen und Abmessungen günstig auf dem Markt verfügbar ist.
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Das Übertragungsbauteil kann einen Hülsenabschnitt und einen sich in radialer Richtung erstreckenden Flanschabschnitt aufweisen. Der Hülsenabschnitt ist in seiner Grundform zylinderförmig. Im zusammengebauten Zustand wird jedoch zumindest ein Teil des Hülsenabschnitts von dem Antriebsbauteil elliptisch verformt. Der genannte Vorraum kann sich von einer Innenseite des Hülsenabschnitts bis zu dem Verzahnungsbereich erstrecken. Ein Teil des Vorraums kann also innerhalb des Hülsenabschnitts des Übertragungsbauteils angeordnet sein, wo sich vorteilhaft das Schmiermittelreservoir befindet. Der Vorraum und das Schmiermittelreservoir können sich in axialer Richtung bis zu einem Antriebslager und durch das Antriebslager hindurch erstrecken. Das Antriebslager ist typischerweise an einem elliptisch geformten äußeren Umfang des Antriebsbauteils angeordnet und vorzugsweise ebenfalls als Wälzlager ausgeführt. Ein Außenring des Antriebslagers liegt an dem Innenumfang des Hülsenabschnitts an und verformt diesen so, dass die Außenverzahnung des Übertragungsbauteils in die Innenverzahnung des Getriebebauteils gedrückt wird. Das Antriebslager überträgt demnach die elliptische Verformung von dem Antriebsbauteil auf das elastisch verformbare Übertragungsbauteil. Dazu kann das Antriebslager oder einzelne Elemente davon ebenfalls elastisch verformbar ausgeführt sein.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der anliegenden Figuren beispielhaft näher erläutert. Dabei zeigen
- 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spannungswellengetriebes in einer Schnittdarstellung,
- 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spannungswellengetriebes in einer Schnittdarstellung,
- 3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spannungswellengetriebes in einer Schnittdarstellung,
- 4 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spannungswellengetriebes in einer Schnittdarstellung,
- 5 das Übertragungsbauteil aus dem Spannungswellengetriebe nach 4 und
- 6 den Lageraußenring aus dem Spannungswellengetriebe nach 4.
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In den 1 bis 4 ist von den gezeigten Ausführungsformen jeweils nur eine Hälfte des im Wesentlichen rotationssymmetrischen Spannungswellengetriebes 1 im Schnitt dargestellt. Die überwiegende Anzahl der Bauteile des jeweiligen Spannungswellengetriebes 1 sind bei den Ausführungen gemäß der 1 bis 4 identisch ausgeführt. Deshalb sind entsprechende Bauteile in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die verschiedenen Ausführungsformen unterscheiden sich im Wesentlichen durch die Anordnung und Ausgestaltung des Durchgangskanals 16 und den dadurch veränderten Schmiermittelfluss 26.
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Das Spannungswellengetriebe 1 weist eine Rotationsachse 2 auf. Die in diesem Dokument verwendeten Richtungsangaben radial, axial und in Umfangsrichtung beziehen sich auf diese Rotationsachse 2, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben. Die wesentlichen Bauteile des Spannungswellengetriebes 1 sind ein Antriebsbauteil 3, ein elastisch verformbares Übertragungsbauteil 4 mit einer Außenverzahnung 5 und ein Getriebebauteil 6 mit einer Innenverzahnung 7.
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Die Außenverzahnung 5 des elastisch verformbaren Übertragungsbauteils 4 wird durch das Antriebsbauteil 3 so zu einer Ellipse verformt, dass die Außenverzahnung 5 an zwei sich gegenüberliegenden Eingriffsbereichen mit der Innenverzahnung 7 des starren Getriebebauteils 6 im Eingriff steht. Bei den Schnittdarstellungen in den 1 bis 4 ist das Spannungswellengetriebe 1 jeweils entlang der Hauptachse der genannten Ellipse geschnitten, wodurch in der Schnittebene ein Eingriffsbereich in dem durch die Innenverzahnung 7 und die Außenverzahnung 5 gebildeten Verzahnungsbereich 13 sichtbar ist. Zu dem Antriebsbauteil 3 gehört ein Antriebslager 23, welches an dem elliptischen Außenumfang des Antriebsbauteils 3 angeordnet ist. Das Antriebslager 23 ist als Wälzlager, vorliegend als Kugellager, ausgebildet. Ein elliptisch verformter Antriebslageraußenring 24 des Antriebslagers 23 verlagert bei der Rotation des Antriebsbauteils 3 die zwei gegenüberliegenden Eingriffsbereiche zwischen der Außenverzahnung 5 und der Innenverzahnung 7 in Rotationsrichtung, wodurch die hoch übersetzte Drehbewegung zwischen dem Antriebsbauteil 3 und dem Übertragungsbauteil 4 entsteht. Das Getriebebauteil 6 ist starr mit einem Gehäuseteil 29 verbunden. In dem Gehäuseteil 29 kann beispielsweise auch ein Elektromotor zum Antrieb des Antriebsbauteils 3 angeordnet und befestigt werden.
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Das Übertragungsbauteil 4 und das Getriebebauteil 6 sind mittels eines Hauptlagers 8 relativ zueinander verdrehbar gelagert. Das Hauptlager 8 ist als Wälzlager, genauer als ein Kreuzrollenlager mit rollenförmigen Wälzkörpern 9, ausgeführt. Das Hauptlager 8 weist ferner einen Lageraußenring 10 und einen Lagerinnenring 11 auf. Der Lageraußenring 10 ist an dem Übertragungsbauteil 4 befestigt, sodass die beiden Bauteile verdrehfest zueinander angeordnet sind. Der Lagerinnenring 11 ist an dem Getriebebauteil 6 befestigt, sodass auch diese beiden Bauteile verdrehfest zueinander angeordnet sind.
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Das Übertragungsbauteil 4 weist einen Hülsenabschnitt 14 und einen sich in radialer Richtung erstreckenden Flanschabschnitt 15 auf. Der Hülsenabschnitt 14 weist eine zylindrische Grundform auf. Der Flanschabschnitt 15 verläuft von einem Ende des Hülsenabschnitts 14 radial nach außen. Diese Form des elastisch verformbaren Übertragungsbauteils 4 wird auch Hutform genannt. Der Flanschabschnitt 15 ist in seinem radial äußeren Bereich verstärkt ausgeführt, wodurch sich ein Befestigungsflansch zur Befestigung an dem Lageraußenring 10 ergibt. Zur Abdichtung des Kontaktbereichs zwischen dem Befestigungsflansch und dem Lageraußenring 10 ist ein Dichtring 28 vorgesehen. Der Dichtring 28 in Form eines O-Ringes ist in einer Nut in dem Lageraußenring 10 angeordnet.
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Das Übertragungsbauteil 4 und das Hauptlager 8 umschließen einen Innenraum 12. Der Innenraum 12 ist also zwischen dem Übertragungsbauteil 4 und den Bauteilen des Hauptlagers 8 angeordnet. Der Innenraum 12 erstreckt sich ausgehend von dem Verzahnungsbereich 13 zunächst in axialer Richtung bis zum Ende des zylindrischen Hülsenabschnitts 14 des Übertragungsbauteils 4 und verläuft von dort aus in radialer Richtung nach außen bis in einen Lagerzwischenraum 25 des Hauptlagers 8. Der Lagerzwischenraum 25 ist zwischen dem Lageraußenring 10 und dem Lagerinnenring 11 angeordnet und ist Teil des Innenraums 12. Der Lagerzwischenraum 25 erstreckt sich in axialer Richtung von dem Flanschbereich 15 des Übertragungsbauteils 4 auf der einen Seite des Hauptlagers 8 bis zu einem Dichtungsring 22 auf der gegenüberliegenden Seite des Hauptlagers 8. Die Wälzkörper 9 sind somit in dem Lagerzwischenraum 25 angeordnet.
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Der Dichtungsring 22 ist zwischen dem Lageraußenring 10 und dem Lagerinnenring 11 angeordnet und als Radialwellendichtring ausgeführt. Der Dichtungsring 22 ist in dem Lageraußenring 10 befestigt und eine Dichtlippe des Dichtungsrings 22 ist im Kontakt mit einer Außenumfangsfläche des demgegenüber verdrehbar gelagerten Lagerinnenrings 11.
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Auf der dem Innenraum 12 gegenüberliegenden Seite des Verzahnungsbereichs 13 ist ein Vorraum 21 angeordnet. Der Vorraum 21 umfasst zumindest einen Teil eines Schmiermittelreservoirs 20, sodass auf der dem Innenraum 12 gegenüberliegenden Seite des Verzahnungsbereichs 13 ein Schmiermittel anliegt, welches durch die oben beschriebenen Walkbewegungen im Betrieb durch den Verzahnungsbereich 13 hindurch in den Innenraum 12 befördert wird. Als Schmiermittel wird in der Regel Fett mit einer geeigneten Viskosität verwendet. Das Schmiermittelreservoir 20 ist in den Figuren jeweils durch eine Kreuzlinienschraffur gekennzeichnet. Zur Rückführung des Schmiermittels in den Vorraum 21 ist nun der Durchgangskanal 16 vorgesehen, der den Innenraum 12 mit dem durch den Verzahnungsbereich 13 von dem Innenraum 12 getrennten Vorraum 21 verbindet. Der dabei entstehende Schmiermittelfluss 26 ist in der 1 als Pfeil eingezeichnet.
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Die gezeigte Anordnung bewirkt also, dass sich im Betrieb des Spannungswellengetriebes 1 ein Schmiermittelkreislauf ergibt, bei dem das Schmiermittel durch Walkbewegungen zwischen der Innenverzahnung 7 und der Außenverzahnung 5 von dem Schmiermittelreservoir 20 im Vorraum 21 durch den Verzahnungsbereich 13 in den Innenraum 12 und durch den zumindest einen Durchgangskanal 16 hindurch zurück in den Vorraum 21 gefördert wird.
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Der Durchgangskanal 16 ist durch den Lagerinnenring 11 und durch das Getriebebauteil 6 geführt. Der Durchgangskanal 16 umfasst daher mehrere Durchgangskanalabschnitte 17, 18 und 19, die sich in Fließrichtung des Schmiermittelflusses 26 aneinander anschließen. Die beiden Durchgangskanalabschnitte 17 und 18 sind in dem Lagerinnenring 11 angeordnet. Dabei ist der Durchgangskanalabschnitt 17 als eine Umfangsnut ausgeführt, die entlang des Innenumfangs des Lagerinnenrings 11 verläuft. Ausgehend von dieser Umfangsnut erstrecken sich mehrere Durchgangskanalabschnitte 18 in axialer Richtung in Richtung des Getriebebauteils 6. Die Durchgangskanalabschnitte 17 und 18 sind jeweils als Durchgangsbohrung in dem Lagerinnenring 11 bzw. in dem Getriebebauteil 6 ausgeführt. An die Durchgangskanalabschnitte 18 anschließend sind dazu passende Durchgangskanalabschnitte 19 in dem Getriebebauteil 19 angeordnet, durch die das Schmiermittel bis in den Vorraum 21 fließen kann.
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Zwischen dem Lagerinnenring 11 und dem Getriebebauteil 6 ist zwischen zwei Flanschflächen ein Dichtungselement 27 in Form einer Papierdichtung zur Abdichtung des Innenraums 12 angeordnet. Das Dichtungselement 27 umfasst Durchgangsöffnungen, die so angeordnet sind, dass der Schmiermittelfluss 26 durch die Durchgangskanäle 16 frei ist.
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Der wesentliche Unterschied der zweiten Ausführungsform gemäß 2 gegenüber der ersten Ausführungsform nach 1 ist, dass sich der Durchgangskanal 16 ausgehend von dem Lagerzwischenraum 25 am äußeren Umfang des Lagerinnenrings 11 durch den Lagerinnenring 11 und das Getriebebauteil 6 hindurch zu dem Vorraum 21 erstreckt. Die Eintrittsöffnung des Schmiermittelkanals 16 befindet sich demnach auf einer radial außenliegenden Seite, also einer Außenumfangsfläche des Lagerinnenrings 11. Dadurch wird Schmiermittel, welches durch den Verzahnungsbereich 13 in den Innenraum 12 gelangt, quasi um den Lagerinnenring 11 herum und durch die Zwischenräume zwischen den Wälzkörpern 9 des Hauptlagers 8 hindurch geleitet, bevor es durch den Durchgangskanal 16 wieder in den Vorraum 21 gelangt. Eine solche Ausführung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn für den Verzahnungsbereich 13 und für das Hauptlager 8 dasselbe Schmiermittel vorgesehen ist. Dabei stellt das Schmiermittelreservoir 21 also Schmiermittel bereit sowohl für die Schmierung des Verzahnungsbereichs 13 als auch des Hauptlagers 8.
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Bei der in 3 dargestellten dritten Ausführungsform weist der Durchgangskanal 16 sowohl auf der radial innenliegenden Seite als auch auf der radial außenliegenden Seite jeweils eine Eintrittsöffnung auf. Hier kann das Schmiermittel also sowohl von einer Innenumfangsfläche des Lagerinnenrings 11, als auch von einer Außenumfangsfläche des Lagerinnenrings 11 in den Durchgangskanal 16 fließen. Der erste Durchgangskanalabschnitt 17 ist bei der in der 3 gezeigten Ausführungsform so angeordnet, dass das Schmiermittel von dem Innenraum 12 auf beiden Seiten der Wälzkörper 9 des Hauptlagers 8 in den Durchgangskanal 16 fließen kann. Diese Ausführungsform stellt sicher, dass sich das Schmiermittel im Innenraum 12 weder am Innenumfang noch am Außenumfang des Lagerinnenrings 11 aufstaut. Stattdessen kann es von der Außenseite und von der Innenseite des Lagerinnenrings 11 durch den Durchgangskanal 16 in den Vorraum 20 abfließen.
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Bei der in 4 dargestellten vierten Ausführungsform ist der Durchgangskanal 16 durch den Lageraußenring 10 und durch das Übertragungsbauteil 4 geführt. Hier ist eine Eintrittsöffnung in den Durchgangskanal 16 im Innenraum 12 zwischen den Wälzkörpern 9 des Hauptlagers 8 und dem Dichtungsring 22 angeordnet. Der Durchgangskanal 16 führt durch einen ersten Durchgangskanalabschnitt 17 in Form einer Innenumfangsnut in dem Lageraußenring 10 und weiter durch einen zweiten Durchgangskanalabschnitt 18 in Form einer oder mehrerer axial verlaufender Bohrungen in dem Lageraußenring 10 bis zu einem dritten Durchgangskanalabschnitt 19, der in dem Flanschabschnitt 15 des Übertragungsteils 4 angeordnet ist. Von dort wird das Schmiermittel wieder radial nach Innen geführt in das Schmiermittelreservoir 20. Das Schmiermittelreservoir 20 erstreckt sich am Innenumfang des Übertragungsteils 4 in axialer Richtung entlang des gesamten Hülsenabschnitts 14 durch das Antriebslager 23 hindurch bis zu dem einen Ende des Verzahnungsbereichs 13. Auf diese Weise kann ein geschlossener Schmiermittelkreislauf entstehen, der durch die Walkbewegungen in dem Verzahnungsbereich 13 in Bewegung gesetzt wird.
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In der 5 ist das Übertragungsbauteil 4 der vierten Ausführungsform aus der 4 in perspektivischer Ansicht dargestellt. Dabei ist erkennbar, dass mehrere dritte Durchgangskanalabschnitte 19a, 19b, 19c und 19d in Form von Durchgangsöffnungen gleichmäßig verteilt um den Umfang des Flanschabschnitts 15 in dem Übertragungsbauteil 4 angeordnet sind. Die gleiche Anzahl und Verteilung von zweiten Durchgangskanalabschnitten 18 ist an dem entsprechenden Außenlagerring 10 vorgesehen, der mit diesen Übertragungsbauteil 4 fest verbindbar und in der 6 dargestellt ist. Der Außenlagerring 10 und das Übertragungsbauteil 4 werden beim Zusammenbau so miteinander verbunden, dass sich die zweiten und dritten Durchgangskanalabschnitte 18 und 19 jeweils zumindest teilweise überlappen, sodass ein durchgängiger Durchgangskanal 16 vorliegt. Die Mehrzahl der verteilt angeordneten Durchgangsöffnungen erleichtert den gewünschten Schmiermittelfluss durch den Durchgangskanal 16 von dem Innenraum in Richtung des Vorraums 21. An einer Stirnfläche des Flanschabschnitts 15 sind ein Absatz 30 und eine dadurch entstehende Vertiefung vorgesehen. Durch den Absatz 30 bzw. die Vertiefung ergibt sich beim Anbau des Übertragungsbauteils 4 an eine gegenüberliegende Fläche eines anliegenden Bauteils ein Raum, durch den das aus den Durchgangskanalabschnitten 19 austretende Schmiermittel radial nach innen zu dem Schmiermittelreservoir 20 an der Innenseite des Hülsenabschnitts 14 und zum Vorraum 21 zurückfließen kann.
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Die 6 zeigt den Lageraußenring 10 des vierten Ausführungsbeispiels aus der 4 in einer Schnittdarstellung. Der Lageraußenring 10 ist dazu vorgesehen zusammen mit dem Übertragungsbauteil 4 in einem Spannungswellengetriebe 1 verwendet zu werden. Als ein erster Durchgangskanalabschnitt 17 dient eine Umfangsnut, die an einem Innenumfang des Lageraußenrings 10 angeordnet ist. Die Umfangsnut erstreckt sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel über den gesamten Innenumfang des Lageraußenrings 10. Ausgehend von dieser Umfangsnut verlaufen vier gleichmäßig über den Umfang verteilte Durchgangskanalabschnitte 18a, 18b, 18c, 18d in Form von Bohrungen durch den Lageraußenring 10 bis an dessen Stirnfläche. Aufgrund der Schnittdarstellung sind nur drei der vier vorgesehenen Durchgangskanalabschnitte 18a, 18b, 18c sichtbar. An dem Innenumfang des Lagerau-ßenrings 10 ist ferner eine Wälzlagernut 31 mit Wälzlagerlaufflächen für das Hauptlager 8 angeordnet. Die beiden Wälzlagerlaufflächen sind für ein Wälzlager in einer Kreuzrollenanordnung vorgesehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spannungswellengetriebe
- 2
- Rotationsachse
- 3
- Antriebsbauteil
- 4
- Übertragungsbauteil
- 5
- Außenverzahnung
- 6
- Getriebebauteil
- 7
- Innenverzahnung
- 8
- Hauptlager
- 9
- Wälzkörper
- 10
- Lageraußenring
- 11
- Lagerinnenring
- 12
- Innenraum
- 13
- Verzahnungsbereich
- 14
- Hülsenabschnitt
- 15
- Flanschabschnitt
- 16
- Durchgangskanal
- 17
- Durchgangskanalabschnitt
- 18
- Durchgangskanalabschnitt
- 19
- Durchgangskanalabschnitt
- 20
- Schmiermittelreservoir
- 21
- Vorraum
- 22
- Dichtungsring
- 23
- Antriebslager
- 24
- Antriebslageraußenring
- 25
- Lagerzwischenraum
- 26
- Schmiermittelfluss
- 27
- Dichtungselement
- 28
- Dichtring
- 29
- Gehäuseteil
- 30
- Absatz
- 31
- Wälzlagerlauffläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2018/157910 A1 [0002, 0004]
