DE102019212220A1 - Strain wave gear - Google Patents

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DE102019212220A1
DE102019212220A1 DE102019212220.5A DE102019212220A DE102019212220A1 DE 102019212220 A1 DE102019212220 A1 DE 102019212220A1 DE 102019212220 A DE102019212220 A DE 102019212220A DE 102019212220 A1 DE102019212220 A1 DE 102019212220A1
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toothing
flexspline
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Karl Benkler
Oliver Loechte
Klemens Humm
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ZF Friedrichshafen AG
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ZF Friedrichshafen AG
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    • F16H2049/003Features of the flexsplines therefor

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wellgetriebe (1), umfassend einen Wellengenerator (3), eine elastisch verformbare Flexspline (4) mit einer Außenverzahnung (5) und ein Getriebebauteil (6) mit einer Innenverzahnung (7). Die Außenverzahnung (5) ist an einem offenen Ende der Flexspline (4) angeordnet und ist durch den Wellengenerator (3) so elastisch verformbar, dass sie partiell mit der Innenverzahnung (7) in Eingriff bringbar ist. Die Flexspline (4) und das Getriebebauteil (6) sind relativ zueinander verdrehbar, wobei die Innenverzahnung (7) und die Außenverzahnung (5) eine ungleiche Anzahl an Zähnen aufweisen, sodass die Flexspline (4) und das Getriebebauteil (6) durch eine Rotationsbewegung des Wellengenerators (3) relativ zueinander verdrehbar sind. Die Innenverzahnung (7) weist zumindest an einem Ende eine Zahnformkorrektur auf, während die Außenverzahnung (5) über die gesamte Zahnbreite einen gleichbleibenden Fußkreisdurchmesser aufweist.The invention relates to a harmonic drive (1) comprising a wave generator (3), an elastically deformable flexspline (4) with external toothing (5) and a gear component (6) with internal toothing (7). The external toothing (5) is arranged at an open end of the flexspline (4) and can be elastically deformed by the wave generator (3) so that it can be partially brought into engagement with the internal toothing (7). The flexspline (4) and the gear component (6) can be rotated relative to one another, the internal toothing (7) and the external toothing (5) having an unequal number of teeth, so that the flexspline (4) and the gear component (6) are rotated of the shaft generator (3) are rotatable relative to each other. The internal toothing (7) has a tooth shape correction at least at one end, while the external toothing (5) has a constant root diameter over the entire tooth width.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wellgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a harmonic drive according to the preamble of claim 1.
  • Aus der DE 10 2010 024 565 A1 ist ein Wellgetriebe bekannt, das im Wesentlichen aus drei Bauteilen besteht. Das erste Bauteil ist ein elliptisches Antriebsbauteil, das als Wellengenerator bezeichnet wird. Das zweite Bauteil ist ein elastisch verformbares, außenverzahntes Übertragungsbauteil, auch Flexspline genannt. Das dritte Bauteil ist ein steifes Getriebebauteil, das auch Circularspline genannt wird und eine kreisringförmige Innenverzahnung aufweist. Der Wellengenerator verformt die Flexspline so in eine elliptische Form, dass sich deren Außenverzahnung in gegenüberliegenden Bereichen mit der Innenverzahnung des Getriebebauteils im Eingriff befindet. Die Flexspline und das Getriebebauteil sind zueinander verdrehbar. Durch das Drehen des Wellengenerators 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 der Flexspline. Dadurch ergibt sich beim Antrieb des Wellengenerators eine Relativbewegung mit einem hohen Übersetzungsverhältnis zwischen dem Wellengenerator und der Flexspline. Die Flexspline kann beispielsweise als Abtrieb dienen und mit einer Abtriebswelle verdrehfest verbunden sein.From the DE 10 2010 024 565 A1 a harmonic drive is known which essentially consists of three components. The first component is an elliptical drive component called a wave generator. The second component is an elastically deformable, externally toothed transmission component, also called a flexspline. The third component is a rigid gear component, which is also called a circular spline and has a circular internal toothing. The wave generator deforms the Flexspline into an elliptical shape in such a way that its external toothing is in engagement with the internal toothing of the gear component in opposite areas. The Flexspline and the transmission component can be rotated relative to one another. By turning the shaft generator, the large axis of the ellipse and the area of engagement between the external and internal teeth are shifted. The internal toothing of the transmission component has fewer teeth than the external toothing of the Flexspline. This results in a relative movement with a high transmission ratio between the shaft generator and the flexspline when the shaft generator is driven. The Flexspline can, for example, serve as an output and be connected to an output shaft in a rotationally fixed manner.
  • Solche Wellgetriebe werden auch Spannungswellengetriebe genannt. Ein Vorteil derartiger Wellgetriebe ist, dass bei verhältnismäßig kompakten Abmessungen sehr hohe Übersetzungen realisiert werden können. Darüber hinaus ist eine hohe Positioniergenauigkeit zwischen Antrieb und Abtrieb erreichbar. Derartige Wellgetriebe werden beispielsweise in Industrierobotern verwendet. Dabei werden sie jeweils von einem Elektromotor angetrieben und zur Bewegung von einzelnen Gliedern der Industrieroboter verwendet.Such wave gears are also called stress wave gears. One advantage of such a harmonic drive is that very high gear ratios can be achieved with relatively compact dimensions. In addition, a high level of positioning accuracy between drive and output can be achieved. Such wave gears are used, for example, in industrial robots. They are each driven by an electric motor and used to move individual links of the industrial robot.
  • Die Flexspline wird in der Regel entweder in einer zylinderhutförmigen oder in einer becher- bzw. topfförmigen Bauform ausgeführt. Beide Bauformen weisen einen im wesentlichen zylinderförmigen Zylinderabschnitt auf, der an einem hinteren Ende übergeht in einen Befestigungsabschnitt, welcher sich in radialer Richtung erstreckt. Bei der zylinderhutförmigen Bauform erstreckt sich der Befestigungsabschnitt radial nach außen. Bei der topfförmigen Bauform erstreckt sich der Befestigungsabschnitt radial nach innen. Das Ende der Flexspline, das in axialer Richtung dem Befestigungsabschnitt gegenüberliegt, wird auch offenes Ende genannt. An dem offenen Ende der Flexspline ist die Außenverzahnung angeordnet.The Flexspline is usually designed either in the shape of a cylinder hat or in a cup-shaped or pot-shaped design. Both designs have an essentially cylindrical cylinder section which merges at a rear end into a fastening section which extends in the radial direction. In the case of the top hat-shaped design, the fastening section extends radially outward. In the case of the cup-shaped design, the fastening section extends radially inward. The end of the Flexspline which is opposite the fastening section in the axial direction is also called the open end. The external toothing is arranged at the open end of the Flexspline.
  • Die elliptische Verformung der Flexspline wirkt sich im Bereich des offenen Endes und somit an der Außenverzahnung in Form einer Verbiegung bzw. Verkippung aus. In der eingangs genannten DE 10 2010 024 565 A1 ist dies unter der Bezeichnung „Konen“ beschrieben. Es besteht dadurch die Gefahr, dass die Zähne der Außenverzahnung mit den Zähnen der Innenverzahnung kollidieren und ein zufriedenstellendes Ineinandergreifen der beiden Verzahnungen nicht mehr gewährleistet ist. Es sind also Eingriffsstörungen beispielsweise durch Berührung der Zahnköpfe in den Fußkurven der Gegenverzahnung, so genannte Interferenzen zu befürchten. In der DE 10 2010 024 565 A1 wird zur Lösung dieses Problems vorgeschlagen an der Außenverzahnung und an der Innenverzahnung jeweils in einem Kopfflächenbereich eine abgeschrägte Fläche vorzusehen, sodass die Zahnhöhe in Richtung zu dem offenen Ende des Flexsplines fortschreitend abnimmt.The elliptical deformation of the Flexspline has an effect in the area of the open end and thus on the external toothing in the form of a bending or tilting. In the aforementioned DE 10 2010 024 565 A1 this is described under the designation "cones". As a result, there is the risk that the teeth of the external toothing collide with the teeth of the internal toothing and a satisfactory meshing of the two toothings is no longer guaranteed. There are therefore interference problems to be feared, for example due to contact with the tooth tips in the base curves of the counter-toothing, so-called interference. In the DE 10 2010 024 565 A1 it is proposed to solve this problem to provide a beveled surface on the external toothing and on the internal toothing in a respective head surface area, so that the tooth height decreases progressively in the direction of the open end of the flexspline.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Wellgetriebe zu schaffen, das insbesondere im Hinblick auf ein maximal übertragbares Drehmoment und eine einfache Herstellbarkeit verbessert ist.The object of the present invention is to create a harmonic drive which is improved in particular with regard to a maximum transmittable torque and ease of manufacture.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Wellgetriebe mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a harmonic drive with the features of claim 1. Advantageous designs are given in the dependent claims.
  • Es wird ein Wellgetriebe vorgeschlagen, das einen Wellengenerator, eine elastisch verformbare Flexspline mit einer Außenverzahnung und ein Getriebebauteil mit einer Innenverzahnung aufweist. Die Flexspline weist einen Zylinderabschnitt auf, an dessen einem Ende ein sich in radialer Richtung erstreckender Befestigungsabschnitt angeordnet ist und an dessen anderem Ende ein offenes Ende angeordnet ist. Die Erfindung lässt sich bei unterschiedlichen Bauformen von Wellgetrieben anwenden, z.B. bei zylinderhutförmigen und bei der becher- bzw. topfförmigen Bauform.A harmonic drive is proposed which has a wave generator, an elastically deformable Flexspline with external teeth and a gear component with internal teeth. The Flexspline has a cylinder section, at one end of which a fastening section extending in the radial direction is arranged and at the other end of which an open end is arranged. The invention can be used with different types of wave gears, e.g. with cylinder-hat-shaped and cup-shaped or pot-shaped types.
  • Die genannte Außenverzahnung ist an dem offenen Ende des Zylinderabschnitts der Flexspline angeordnet. Die Außenverzahnung ist durch den Wellengenerator so elastisch verformbar, dass sie partiell mit der Innenverzahnung in Eingriff bringbar ist. Durch das Einfügen des Wellengenerators wird also die Flexspline an ihrem offenen Ende, welches die Außenverzahnung aufweist, in eine elliptische Form gedrückt. Dadurch wird die Außenverzahnung im Bereich der beiden auf der Hauptachse der Ellipse liegenden Hauptscheitel in Eingriff mit der Innenverzahnung gebracht. Das genannte Getriebebauteil mit der Innenverzahnung ist ein steifes Bauteil, sodass auch die in dem Getriebebauteil angeordnete Innenverzahnung in ihrer kreisrunden Grundform steif bzw. starr ist.The named external toothing is arranged at the open end of the cylinder section of the Flexspline. The external toothing is so elastically deformable by the wave generator that it can be partially brought into engagement with the internal toothing. By inserting the wave generator, the Flexspline is pressed into an elliptical shape at its open end, which has the external toothing. As a result, the external toothing is brought into engagement with the internal toothing in the area of the two main vertices lying on the main axis of the ellipse. The aforementioned transmission component with the internal toothing is a rigid component, so that the internal toothing arranged in the transmission component is also rigid or rigid in its circular basic shape.
  • Die Flexspline und das Getriebebauteil sind relativ zueinander verdrehbar. Die Innenverzahnung und die Außenverzahnung weisen eine ungleiche Anzahl an Zähnen auf, wodurch die Flexspline und das Getriebebauteil durch eine Rotationsbewegung des Wellengenerators relativ zueinander verdreht werden. Typischerweise unterscheiden sich die Zähnezahlen der Außen- und der Innenverzahnung um zwei Zähne.The Flexspline and the transmission component can be rotated relative to one another. The internal toothing and the external toothing have an unequal number of teeth, as a result of which the flexspline and the gear component are rotated relative to one another by a rotational movement of the shaft generator. Typically, the number of teeth of the external and internal teeth differ by two teeth.
  • Ferner ist vorgesehen, dass die Innenverzahnung zumindest an einem Ende eine Zahnformkorrektur aufweist, um dadurch eine Kollision der Außenverzahnung mit der Innenverzahnung zu vermeiden, welche ansonsten durch das eingangs beschriebene Konen verursacht würde. Vorzugsweise ist eine Zahnformkorrektur an dem Ende der Innenverzahnung vorgesehen, welches dem offenen Ende der Außenverzahnung zugeordnet ist. Wie im Folgenden noch ausgeführt ist, kann diese Zahnformkorrektur an der Innenverzahnung verschiedene Formen und Ausmaße annehmen.Furthermore, it is provided that the internal toothing has a tooth shape correction at least at one end in order to thereby avoid a collision of the external toothing with the internal toothing, which would otherwise be caused by the cone described above. A tooth shape correction is preferably provided at the end of the internal toothing which is assigned to the open end of the external toothing. As will be explained below, this tooth shape correction on the internal toothing can take on different shapes and dimensions.
  • Im Gegensatz zu bekannten Wellgetrieben mit Zahnformkorrekturen ist nun vorgesehen, dass die Außenverzahnung über die gesamte Zahnbreite einen gleichbleibenden Fußkreisdurchmesser aufweist. Dies hat zur Folge, dass die Flexspline insbesondere an ihrem offenen Ende keine Schwächung der Kranzdicke bzw. Fußranddicke an der Außenverzahnung erfährt. Die Kranzdicke an dem ohnehin dünnen offene Ende des Zylinderabschnitts der Flexspline muss damit nicht verringert werden. Es kann ein Zahngrund bzw. eine Zahnkranzdicke erreicht werden, die über die gesamte Zahnbreite keine Schwächung aufweisen. Es kann also eine hohe Festigkeit im Bereich des Zahngrundes und eine hohe Zahnkranzfestigkeit erhalten werden. Die Drehmomentübertragungsfähigkeit und die Lebensdauer können so erhöht werden. Beispielsweise würde eine Endrücknahme an der Außenverzahnung den Flexspline in diesem Bereich erheblich schwächen, weil Endrücknahmen üblicherweise hergestellt werden, indem das Werkzeug auf der Bahn längs der Zahnachse an den Zahnenden radial zugestellt wird, demzufolge auch der Fußkreisdurchmesser kleiner wird. Dies bedeutet bei dem dünnen Zylinderabschnitt des Flexsplines eine empfindliche Schwächung. Mithilfe der vorliegenden Erfindung wird eine solche Schwächung vermieden.In contrast to known wave drives with tooth shape corrections, it is now provided that the external toothing has a constant root diameter over the entire tooth width. As a result, the Flexspline does not experience any weakening of the rim thickness or the base edge thickness on the external toothing, particularly at its open end. The rim thickness at the already thin open end of the cylinder section of the Flexspline does not have to be reduced. A tooth base or a tooth rim thickness can be achieved which has no weakening over the entire tooth width. A high strength in the area of the tooth base and a high gear rim strength can therefore be obtained. The torque transmission capacity and the service life can thus be increased. For example, an end recess on the external toothing would considerably weaken the Flexspline in this area, because end recesses are usually produced by moving the tool radially on the path along the tooth axis at the tooth ends, as a result of which the root diameter is also smaller. This means a sensitive weakening of the thin cylinder section of the Flexspline. With the aid of the present invention, such a weakening is avoided.
  • Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass die Außenverzahnung über die gesamte Zahnbreite eine gleichbleibende Zahnhöhe aufweist. In einer Ausführung kann die Außenverzahnung über die gesamte Zahnbreite somit eine zylindrische Außenkontur aufweisen. Die exakt zylindrische Außenkontur ist nur im unverspannten Zustand der Flexspline vorhanden, da die Flexspline nach dem Zusammenbau durch den Wellengenerator im Querschnitt elliptisch verformt ist. Wesentlich ist hier, dass die Außenverzahnung bei der Herstellung der Flexspline mit einer zylindrischen Kontur gefertigt werden kann. Dies vereinfacht die Herstellung der Außenverzahnung, weil die Außenverzahnung in einem Bearbeitungschritt ohne Veränderung der Bearbeitungstiefe herstellbar ist.It is also preferably provided that the external toothing has a constant tooth height over the entire tooth width. In one embodiment, the external toothing can thus have a cylindrical outer contour over the entire tooth width. The exactly cylindrical outer contour is only present when the Flexspline is not tensioned, since the Flexspline is elliptically deformed in cross section after assembly by the wave generator. It is essential here that the external toothing can be manufactured with a cylindrical contour during the manufacture of the Flexspline. This simplifies the production of the external toothing because the external toothing can be produced in one machining step without changing the machining depth.
  • Wenn in diesem Dokument ein über der gesamten Zahnbreite gleichbleibender Fußkreisdurchmesser, eine über die gesamte Zahnbreite gleichbleibende Zahnhöhe oder eine zylindrische Außenkontur beschrieben wird, dann bleiben übliche Fasen oder abgerundete Kanten an den axialen Enden der Außenverzahnung oder der Innenverzahnung unberücksichtigt. Sie werden beispielsweise zum leichteren Zusammenbau der Bauteile vorgesehen. Derartige Fasen und Rundungen an den Kanten werden vom Fachmann nicht als Zahnformkorrektur verstanden. Sie erstrecken sich in axialer Richtung nur über einen unwesentlichen Anteil der Zahnbreite und können daher im Rahmen der vorliegenden Erfindung vernachlässigt werden.If this document describes a root diameter that is constant over the entire face width, a tooth height that is constant over the entire face width or a cylindrical outer contour, then the usual chamfers or rounded edges on the axial ends of the external or internal teeth are not taken into account. They are provided, for example, for easier assembly of the components. Such bevels and roundings on the edges are not understood by those skilled in the art as tooth shape correction. They only extend over an insignificant portion of the tooth width in the axial direction and can therefore be neglected in the context of the present invention.
  • Vorteilhaft kann die Außenverzahnung und die Innenverzahnung ein Basiszahnprofil in Form eines Evolventenprofils aufweisen. Verzahnungen mit einem Evolventenprofil haben sich in der Praxis bewährt und sind beispielsweise durch Wälzfräsverfahren in einer reproduzierbaren Qualität mit einfachen Werkzeugen wirtschaftlich herstellbar.The external toothing and the internal toothing can advantageously have a basic tooth profile in the form of an involute profile. Toothings with an involute profile have proven themselves in practice and can be produced economically, for example, by hobbing processes in a reproducible quality with simple tools.
  • Die Grundlage einer Evolventenverzahnung bildet eine auf dem Grundkreis abrollende Gerade, die als Hüllkurve die Zahnflanke bzw. Hüllbahn erzeugt. Insbesondere basiert die Evolventenverzahnung auf einem Bezugsprofil nach der DIN 867. Sowohl die Innenverzahnung als auch die Außenverzahnung weisen dabei ein Modul m auf, welches als Bezugsgröße der beiden Verzahnungen dienen kann.The basis of an involute toothing is a straight line rolling on the base circle, which creates the tooth flank or envelope path as an envelope curve. In particular, the involute toothing is based on a reference profile according to DIN 867. Both the internal toothing and the external toothing have a module m which can serve as a reference variable for the two toothings.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Außenverzahnung über die gesamte Zahnbreite das unveränderte Basiszahnprofil auf. Zahnformkorrekturen sind in dieser Ausführungsform also ausschließlich an der Innenverzahnung des Getriebebauteils vorgesehen. Das bedeutet, dass die Außenverzahnung keine Zahnformkorrekturen aufweist, wodurch die Herstellung weiter vereinfacht und eine Schwächung der Flexspline vermieden wird. Beispielsweise kann die Außenverzahnung an der Flexspline in nur einem Verfahrensschritt durch Walzfräsverfahren hergestellt werden, wogegen bei Verzahnungen mit Zahnformkorrekturen nur in mehreren Verfahrensschritten herstellbar sind, wobei häufig verschiedene Fertigungsverfahren erforderlich sind, beispielsweise Fräsen und Stoßen.According to a further preferred embodiment, the external toothing has the unchanged basic tooth profile over the entire tooth width. In this embodiment, tooth shape corrections are provided exclusively on the internal toothing of the transmission component. This means that the external toothing does not have any tooth shape corrections, which further simplifies production and avoids a weakening of the Flexspline. For example, the external toothing on the Flexspline can be manufactured in just one process step using a hobbing process, whereas toothing with tooth shape corrections can only be manufactured in several process steps, with different manufacturing processes often being required, for example milling and slotting.
  • Ein weiterer Aspekt im Zusammenhang mit der Fertigung des Flexspline kann sich durch die Platzverhältnisse an dem Flexspline ergeben. Beispielsweise kann bei einem hutförmigen Flexspline nicht genügend Raum für einen Walzfräser zur Bearbeitung der Außenverzahnung am Flexspline zur Verfügung stehen, sodass die Außenverzahnung mit Zahnformkorrekturen nur mit anderen Fertigungsverfahren wie Stoßen möglich sind, und dass beim Einarbeiten einer Zahnformkorrektur eine Verringerung der Zahnkranzdicke nicht zu vermeiden wäre. Durch den Verzicht auf eine Zahnformkorrektur an der Außenverzahnung kann die Zahnkranzdicke des unveränderten Basiszahnprofils erhalten bleiben und damit auch eine hohe Zahnkranzfestigkeit.Another aspect in connection with the manufacture of the Flexspline can result from the space available on the Flexspline. For example, in the case of a hat-shaped Flexspline, there may not be enough space for a hob cutter to machine the external toothing on the Flexspline, so that external toothing with tooth shape corrections can only be made with other manufacturing processes such as slotting, and that when a tooth shape correction is incorporated, a reduction in the gear rim thickness cannot be avoided . By dispensing with a tooth shape correction on the external toothing, the gear rim thickness of the unchanged basic tooth profile can be retained and thus a high gear rim strength.
  • Die Zahnformkorrektur an der Innenverzahnung kann verschieden ausgeführt sein. Grundsätzlich können Zahnformkorrekturen sowohl in Zahnhöhenrichtung als auch in Zahnbreitenrichtung vorgenommen werden, sodass die korrigierte Verzahnung in der jeweiligen Richtung von dem jeweiligen Basiszahnprofil abweicht. Im einfachen Fall können Interferenzen durch Kopfkürzung und/oder Profilverschiebung beseitigt werden. Kurze und lange lineare oder kurze und lange bogenförmige Kopf- und Fußrücknahmen sind typische Zahnformkorrekturen und können auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung an der Innenverzahnung angewendet werden.The tooth shape correction on the internal toothing can be carried out in different ways. In principle, tooth shape corrections can be carried out both in the tooth height direction and in the tooth width direction, so that the corrected toothing deviates in the respective direction from the respective basic tooth profile. In the simple case, interference can be eliminated through head shortening and / or profile shifting. Short and long linear or short and long arched head and foot recesses are typical tooth shape corrections and can also be used on the internal toothing within the scope of the present invention.
  • Die erwähnte Zahnformkorrektur an der Innenverzahnung kann auch eine Zahnkopfkorrektur umfassen. Dadurch werden Interferenzen insbesondere an dem Ende vermieden, welches dem offenen Ende der Außenverzahnung zugeordnet ist. Die Zahnköpfe der Innenverzahnung kollidieren dadurch nicht mit den Zahnfußbereichen der Außenverzahnung, trotz der beschriebenen Verformung, der die Außenverzahnung mit der Flexspline in dem Wellgetriebe ausgesetzt ist.The mentioned tooth shape correction on the internal toothing can also include a tooth tip correction. This prevents interference, in particular at the end that is assigned to the open end of the external toothing. As a result, the tooth tips of the internal toothing do not collide with the tooth root areas of the external toothing, despite the deformation described to which the external toothing with the flexspline in the harmonic drive is exposed.
  • Neben möglichen Interferenzen an den Zahnköpfen müssen jedoch auch die Zahnflanken berücksichtigt werden, da Kollisionen zwischen der Innenverzahnung und der Außenverzahnung eines Wellgetriebes auch an den Zahnflanken auftreten können, wenn diese nicht entsprechend angepasst sind. Die Zahnformkorrektur kann als eine Endrücknahme an zumindest einem Ende der Innenverzahnung ausgeführt sein. Eine Endrücknahme ist eine Korrektur der Zahndicke über einen Teil der Zahnbreite an zumindest einem Ende der Verzahnung. Bei der Endrücknahme wird also die Zahndicke an einem Zahnende gemindert. Dabei wird die zugehörige Verzahnung auch im Bereich ihrer Zahnflanken korrigiert. Es handelt sich dabei also um eine Zahnflankenkorrektur. Die Endrücknahme kann linear oder bogenförmig ausgestaltet sein. Diese Art der Flankenkorrektur wird genutzt, um die Zahnenden vor Überlastungen zu schützen. Es kann auch von einer Flankenlinien-Endrücknahme gesprochen werden. Endrücknahmen sind einfacher zu fertigen als die im Folgenden noch beschriebene Breitenballigkeit. Die Endrücknahme kann beispielsweise als eine konische Endrücknahme ausgeführt sein.In addition to possible interferences on the tooth tips, the tooth flanks must also be taken into account, since collisions between the internal toothing and the external toothing of a harmonic drive can also occur on the tooth flanks if they are not adapted accordingly. The tooth shape correction can be implemented as an end recess at at least one end of the internal toothing. End relief is a correction of the tooth thickness over part of the tooth width at at least one end of the toothing. With the end withdrawal, the tooth thickness is reduced at one tooth end. The associated toothing is also corrected in the area of its tooth flanks. So it is a tooth flank correction. The end recess can be linear or curved. This type of flank correction is used to protect the tooth ends from overload. It can also be referred to as a tooth trace end relief. End reliefs are easier to manufacture than the crowning shape described below. The end recess can for example be designed as a conical end recess.
  • Anstatt einer Endrücknahme an einem oder beiden Enden der Innenverzahnung kann die Zahnformkorrektur in Form einer Breitenballigkeit der Innenverzahnung ausgeführt sein. Die Breitenballigkeit ist eine Zahnformkorrektur in Zahnbreitenrichtung. Bei der Breitenballigkeit reduziert die Zahndicke insbesondere von der Mitte des Zahnes zu beiden Enden hin nach einem konvexen Profil. Durch die Breitenballigkeit können seitliche Überbelastungen vermieden werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung dient die Breitenballigkeit insbesondere der Vermeidung von Eingriffsstörungen bzw. Interferenzen zwischen der Außenverzahnung und der Innenverzahnung.Instead of an end recess at one or both ends of the internal toothing, the tooth shape correction can be implemented in the form of a crowning of the internal toothing. The crowning is a tooth shape correction in the direction of the tooth width. In the case of crowning, the tooth thickness is reduced, in particular from the center of the tooth to both ends, according to a convex profile. Due to the crowning, lateral overloads can be avoided. Within the scope of the present invention, the crowning serves in particular to avoid interference between the external toothing and the internal toothing.
  • In weiteren Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Zahnformkorrektur an der Innenverzahnung eine Flankenlinien-Winkelmodifikation umfasst.In further embodiments it can be provided that the tooth shape correction on the internal toothing includes a tooth trace angle modification.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der anliegenden Figuren beispielhaft näher erläutert. Dabei zeigen
    • 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wellgetriebes in einer Schnittdarstellung,
    • 2 ein Getriebebauteil des Wellgetriebes aus 1 in einer Schnittdarstellung und
    • 3 eine schematische Darstellung einer Endrücknahme an der Innenverzahnung des Getriebebauteils aus der 2.
    In the following, the invention is explained in more detail using the attached figures. Show it
    • 1 an embodiment of a harmonic drive according to the invention in a sectional view,
    • 2 a gear component of the harmonic drive 1 in a sectional view and
    • 3 a schematic representation of an end recess on the internal toothing of the transmission component from FIG 2 .
  • Das der 1 dargestellte Wellgetriebe 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 Wellgetriebes 1 sind ein Wellengenerator 3, ein elastisch verformbare Flexspline 4 mit einer Außenverzahnung 5 und ein Getriebebauteil 6 mit einer Innenverzahnung 7. Der Wellengenerator 3 ist als Antriebsbauteil vorgesehen und ist beispielsweise mit einem Elektromotor antriebswirksam verbindbar.That the 1 shown wave gear 1 has an axis of rotation 2 on. The directions used in this document, radial, axial and circumferential, refer to this axis of rotation 2 unless expressly stated otherwise. The essential components of the harmonic drive 1 are a wave generator 3 , an elastically deformable Flexspline 4th with an external toothing 5 and a transmission component 6th with internal teeth 7th . The wave generator 3 is provided as a drive component and can be effectively connected to an electric motor, for example.
  • Die Außenverzahnung 5 der elastisch verformbaren Flexspline 4 wird durch den Wellengenerator 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 der Schnittdarstellung in der 1 ist das Wellgetriebe 1 entlang der Hauptachse der genannten Ellipse geschnitten, wodurch die Innenverzahnung 7 und die Außenverzahnung 5 in der Schnittebene miteinander im Eingriff sind. Die Innenverzahnung 7 weist an dem dem offenen Ende der Außenverzahnung 5 zugeordneten Ende und an dem gegenüberliegenden Ende jeweils eine Zahnformkorrektur in Form einer konischen Endrücknahme auf, wogegen die Außenverzahnung 5 über die gesamte Zahnbreite einen gleichbleibenden Fußkreisdurchmesser aufweist. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung der Außenverzahnung 4 auf der Flexspline 4 und gewährleistet trotz deren Verformung einen zuverlässigen Betrieb, weil Eingriffsstörungen, d.h. Interferenzen, zwischen der Außenverzahnung 4 und der Innenverzahnung 7 durch die Endrücknahme an der Innenverzahnung 7 vermieden werden.The external toothing 5 the elastically deformable Flexspline 4th is made by the wave generator 3 so deformed into an ellipse that the external teeth 5 on two opposing areas of engagement with the internal teeth 7th the rigid transmission component 6th is engaged. With the sectional view in the 1 is the harmonic drive 1 along the main axis of said ellipse cut, making the internal teeth 7th and the external gearing 5 are in engagement with one another in the cutting plane. The internal gearing 7th points at the open end of the external toothing 5 associated end and at the opposite end each have a tooth shape correction in the form of a conical end recess, whereas the external toothing 5 has a constant root diameter over the entire tooth width. This enables simple production of the external toothing 4th on the flexspline 4th and ensures reliable operation in spite of their deformation, because interference, ie interference, between the external teeth 4th and the internal gearing 7th by the end recess on the internal toothing 7th be avoided.
  • Zu dem Wellengenerator 3 gehört ein Antriebslager 14, welches an dem elliptischen Außenumfang des Wellengenerators 3 angeordnet ist. Das Antriebslager 14 ist als Wälzlager, vorliegend als Kugellager, ausgebildet. Ein elliptisch verformter Antriebslageraußenring des Antriebslagers 14 verlagert bei der Rotation des Wellengenerators 3 die zwei gegenüberliegenden Eingriffsbereiche zwischen der Außenverzahnung 5 und der Innenverzahnung 7 in Rotationsrichtung, wodurch die hoch übersetzte Drehbewegung zwischen dem Wellengenerator 3 und der Flexspline 4 entsteht. Das Getriebebauteil 6 kann beispielsweise starr mit einem Gehäuseteil verbunden werden.To the wave generator 3 includes a drive bearing 14th , which is on the elliptical outer circumference of the wave generator 3 is arranged. The drive bearing 14th is designed as a roller bearing, in the present case as a ball bearing. An elliptically deformed drive bearing outer ring of the drive bearing 14th displaced as the shaft generator rotates 3 the two opposing areas of engagement between the external teeth 5 and the internal gearing 7th in the direction of rotation, creating the highly geared rotary motion between the shaft generator 3 and the Flexspline 4th arises. The transmission component 6th can for example be rigidly connected to a housing part.
  • Die Flexspline 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 einen Lageraußenring 10 und einen Lagerinnenring 11 auf. Der Lageraußenring 10 ist an der Flexspline 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. Ein Spalt zwischen dem Lageraußenring 10 und dem Lagerinnenring 11 ist zu einer Antriebsseite hin durch einen Dichtungsring abgedichtet, um zu verhindern, dass Schmiermittel aus dem Hauptlager 8 an dieser Stelle austritt und in die Umgebung gelangt.The Flexspline 4th and the transmission component 6th are by means of a main warehouse 8th mounted rotatably relative to each other. The main camp 8th is as a roller bearing, more precisely than a crossed roller bearing with roller-shaped rolling elements 9 , executed. The main camp 8th has an outer bearing ring 10 and a bearing inner ring 11 on. The bearing outer ring 10 is on the flexspline 4th attached so that the two components are arranged non-rotatably to each other. The bearing inner ring 11 is on the transmission component 6th attached so that these two components are also arranged non-rotatably to one another. A gap between the bearing outer ring 10 and the bearing inner ring 11 is sealed on one drive side by a sealing ring to prevent lubricant from flowing out of the main bearing 8th escapes at this point and enters the environment.
  • Die Flexspline 4 weist einen Zylinderabschnitt 12 auf, an dessen einem Ende ein sich in radialer Richtung erstreckender Befestigungsabschnitt 13 angeordnet ist und an dessen anderem Ende ein offenes Ende angeordnet ist. Der Befestigungsabschnitt 13 verläuft von dem einen Ende des Zylinderabschnitts 12 radial nach außen. Der Befestigungsabschnitt 13 ist in seinem radial äußeren Bereich verstärkt ausgeführt, wodurch sich ein Befestigungsflansch zur Befestigung der Flexspline 4 an dem Lageraußenring 10 ergibt.The Flexspline 4th has a cylinder section 12 on, at one end of which a fastening section extending in the radial direction 13 is arranged and at the other end of which an open end is arranged. The fastening section 13 extends from one end of the cylinder section 12 radially outwards. The fastening section 13 is reinforced in its radially outer area, which creates a mounting flange for attaching the Flexspline 4th on the bearing outer ring 10 results.
  • Das Getriebebauteil 6 des Wellgetriebes 1 ist in der 2 in einer anderen Schnittebene dargestellt. Dieses Getriebebauteil 6 wird im Zusammenhang mit Wellgetrieben häufig Circularspline genannt. Es ist im Wesentlichen ringförmig gestaltet und weist an seiner Innenumfangsfläche die Innenverzahnung 7 auf. Eine sich in radialer Richtung erstreckende Seitenfläche des Getriebebauteils 6 bildet eine Flanschfläche zur Befestigung des Getriebebauteils 6 an dem Lagerinnenring 11 des Hauptlagers 8. Zu demselben Zweck weist das Getriebebauteil 6 über den Umfang verteilte Bohrungen 16, 17 auf, durch die nicht gezeigte Befestigungsschrauben hindurchgeführt werden können. Vorliegend sind die Bohrungen 16, 17 jeweils als Stufenbohrungen ausgeführt, sodass auch die Schraubenköpfe der Befestigungsschrauben vorteilhaft in der jeweiligen Bohrung 16, 17 angeordnet sein können.The transmission component 6th of the harmonic drive 1 is in the 2 shown in a different cutting plane. This gear component 6th is often called circular spline in connection with shaft gears. It is designed essentially ring-shaped and has the internal teeth on its inner circumferential surface 7th on. A side surface of the transmission component that extends in the radial direction 6th forms a flange surface for fastening the gear component 6th on the bearing inner ring 11 of the main camp 8th . For the same purpose, the transmission component 6th bores distributed over the circumference 16 , 17th can be passed through the fastening screws, not shown. The holes are here 16 , 17th each designed as stepped bores, so that the screw heads of the fastening screws are also advantageous in the respective bore 16 , 17th can be arranged.
  • Schließlich zeigt die 3 eine Darstellung zur Fertigung von beidseitigen Endrücknahmen an der Innenverzahnung 7 des Getriebebauteils 6 beispielsweise mittels eines Walzfräsers. Die 3 zeigt eine Schablone 18 des Kurvenverlaufes beim Abfahren eines Zahnes der Innenverzahnung 7 parallel zur Rotationsachse 2 über die Zahnbreite b. Dabei ist in der Mitte der Schablone 18 die Ideallinie, d.h. eine Sollkontur Sk in Form einer Strichpunktlinie eingezeichnet. Die Länge der Endrücknahmen ist auf beiden Seiten jeweils mit LCe bezeichnet. Zu Beginn und am Ende des Zahnes ist das Material um einige Mikrometer zurückgenommen, um örtliche Überlastungen durch Kantentragen zu vermeiden. Die Höhe der Endrücknahme ist mit Ce bezeichnet.Finally shows the 3 a representation of the production of end reliefs on both sides of the internal toothing 7th of the transmission component 6th for example by means of a hob cutter. The 3 shows a template 18th of the course of the curve when a tooth of the internal toothing is traversed 7th parallel to the axis of rotation 2 across the face width b . This is in the middle of the template 18th the ideal line, ie a target contour Sk drawn in the form of a dotted line. The length of the end relief is indicated on both sides by L Ce . At the beginning and at the end of the tooth the material is reduced by a few micrometers in order to avoid local overloads caused by edge wear. The amount of the final withdrawal is denoted by C e .
  • BezugszeichenlisteList of reference symbols
  • 11
    WellgetriebeStrain wave gear
    22
    RotationsachseAxis of rotation
    33
    WellengeneratorWave generator
    44th
    FlexsplineFlexspline
    55
    AußenverzahnungExternal toothing
    66
    GetriebebauteilTransmission component
    77th
    InnenverzahnungInternal gearing
    88th
    HauptlagerMain camp
    99
    WälzkörperRolling elements
    1010
    LageraußenringBearing outer ring
    1111
    LagerinnenringBearing inner ring
    1212th
    ZylinderabschnittCylinder section
    1313
    BefestigungsabschnittFastening section
    1414th
    AntriebslagerDrive bearing
    1515th
    DichtungsringSealing ring
    1616
    Bohrungdrilling
    1717th
    Bohrungdrilling
    1818th
    Schablone template
    LceLce
    Länge der EndrücknahmeLength of the final withdrawal
    CeCe
    EndrücknahmeFinal return
    bb
    ZahnbreiteFace width
    SkSk
    SollkonturTarget contour
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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  • Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
    • DE 102010024565 A1 [0002, 0005]DE 102010024565 A1 [0002, 0005]

Claims (9)

  1. Wellgetriebe (1), umfassend einen Wellengenerator (3), eine elastisch verformbare Flexspline (4) mit einer Außenverzahnung (5) und ein Getriebebauteil (6) mit einer Innenverzahnung (7), wobei die Flexspline (4) einen Zylinderabschnitt (8) aufweist an dessen einem Ende ein in radialer Richtung erstreckender Befestigungsabschnitt (8) angeordnet ist und an dessen anderem Ende ein offenes Ende mit der Außenverzahnung (5) angeordnet ist, wobei die Außenverzahnung (5) durch den Wellengenerator (3) so elastisch verformbar ist, dass sie partiell mit der Innenverzahnung (7) in Eingriff bringbar ist, wobei die Flexspline (4) und das Getriebebauteil (6) relativ zueinander verdrehbar sind, wobei die Innenverzahnung (7) und die Außenverzahnung (5) eine ungleiche Anzahl an Zähnen aufweisen, sodass die Flexspline (4) und das Getriebebauteil (6) durch eine Rotationsbewegung des Wellengenerators (3) relativ zueinander verdrehbar sind, und wobei die Innenverzahnung (7) zumindest an einem Ende eine Zahnformkorrektur aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (5) über die gesamte Zahnbreite einen gleichbleibenden Fußkreisdurchmesser aufweist.Wave drive (1), comprising a wave generator (3), an elastically deformable flexspline (4) with an external toothing (5) and a gear component (6) with an internal toothing (7), the flexspline (4) having a cylinder section (8) at one end of which a fastening section (8) extending in the radial direction is arranged and at the other end of which an open end with the external toothing (5) is arranged, the external toothing (5) being elastically deformable by the wave generator (3) that it can be partially brought into engagement with the internal toothing (7), the flexspline (4) and the gear component (6) being rotatable relative to one another, the internal toothing (7) and the external toothing (5) having an unequal number of teeth, so that the flexspline (4) and the gear component (6) can be rotated relative to one another by a rotational movement of the shaft generator (3), and the internal toothing (7) at least at one end has a tooth having shape correction, characterized in that the external toothing (5) has a constant root diameter over the entire tooth width.
  2. Wellgetriebe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (5) über die gesamte Zahnbreite eine gleichbleibende Zahnhöhe aufweist.Harmonic drive (1) Claim 1 , characterized in that the external toothing (5) has a constant tooth height over the entire tooth width.
  3. Wellgetriebe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Au-ßenverzahnung (5) über die gesamte Zahnbreite eine zylindrische Außenkontur aufweist.Harmonic drive (1) Claim 1 or 2 , characterized in that the external toothing (5) has a cylindrical outer contour over the entire tooth width.
  4. Wellgetriebe (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (5) und die Innenverzahnung (7) ein Basiszahnprofil in Form eines Evolventenprofils aufweisen.Wave drive (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the external toothing (5) and the internal toothing (7) have a basic tooth profile in the form of an involute profile.
  5. Wellgetriebe (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (5) über die gesamte Zahnbreite das unveränderte Basiszahnprofil aufweist.Wave gear (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the external toothing (5) has the unchanged basic tooth profile over the entire tooth width.
  6. Wellgetriebe (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnformkorrektur eine Zahnkopfkorrektur umfasst.Wave gear (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the tooth shape correction comprises a tooth tip correction.
  7. Wellgetriebe (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnformkorrektur als eine konische Endrücknahme an zumindest einem Ende der Innenverzahnung (7) ausgeführt ist.Wave drive (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the tooth shape correction is designed as a conical end recess at at least one end of the internal toothing (7).
  8. Wellgetriebe (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnformkorrektur in Form einer Breitenballigkeit der Innenverzahnung (7) ausgeführt ist.Wave gear (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the tooth shape correction is implemented in the form of a crowning of the internal toothing (7).
  9. Wellgetriebe (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnformkorrektur eine Flankenlinien-Winkelmodifikation umfasst.Wave gear (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the tooth form correction comprises a tooth trace angle modification.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102010024565A1 (en) * 2009-06-23 2010-12-30 Harmonic Drive Systems Inc. The wave gear
DE102015109426A1 (en) * 2015-06-12 2016-12-15 Ovalo Gmbh Radial space-saving stress wave transmission

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Non-Patent Citations (1)

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Title
Norm DIN 867 1986-02-00. Bezugsprofile für Evolventenverzahnungen an Stirnrädern (Zylinderrädern) für den allgemeinen Maschinenbau und den Schwermaschinenbau. S. 1-3. URL: http://perinorm/Perinorm-Volltexte/2016-11_Grunbestand/CD21DE_01/2001943/2001943.pdf? [abgerufen am 2018-07-18]. *

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