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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine modulare Hochgenauigkeitsgetriebeanordnung gemäß Patentanspruch 1.
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Hochgenauigkeitsgetriebe haben hauptsächlich einen koaxial positionierten Motor, sodass das Getriebe durch ein zentrisch positioniertes Ritzel oder Sonnenrad angetrieben wird. Wenn ein exzentrisch positionierter Motor angefordert wird, z.B. da das Getriebe eine Hohlwelle haben soll, sodass Kabel direkt durch das Getriebe geführt werden können, muss üblicherweise die Struktur des zentrisch angetriebenen Getriebes verändert werden oder die Antriebsstufe erfordert eine höhere Komplexität in ihrer technischen Lösung. Für Getriebe, die üblicherweise eine exzentrische Position des Motors haben, erfordert eine angeforderte zentrische Position üblicherweise eine höhere Komplexität der Antriebsstufe. Eine höhere Komplexität in diesem Fall kann in mehr Teilen, einer komplexeren Zahnradstruktur als nur einer Stirnradstufe, einem höheren Energieverlust aufgrund von zusätzlichen Verzahnungskontakten, Lagern und zusätzlichen, längeren und weniger vorteilhaften Energieflüssen resultieren.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochgenauigkeitsgetriebeanordnung bereitzustellen, die es erlaubt, eine Hochgenauigkeitsgetriebeanordnung mit sowohl einem zentrischen als auch einem exzentrischen Antrieb zu realisieren.
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Diese Aufgabe wird durch eine modulare Hochgenauigkeitsgetriebeanordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Die modulare Hochgenauigkeitsgetriebeanordnung weist zumindest ein erstes Getriebe und ein zweites Getriebe auf. Das erste Getriebe weist ein erstes rotierbares Hohlrad, ein zweites feststehendes Hohlrad und zumindest einen Doppelplaneten auf, der eine erste Planetenstufe mit zumindest einem ersten Planeten und eine zweite Planetenstufe mit zumindest einem zweiten Planeten hat, wobei ein erster Planet der ersten Planetenstufe und ein zweiter Planet der zweiten Planetenstufe an einer Planetenwelle angeordnet sind. Der zumindest eine erste Planet kämmt mit dem ersten Hohlrad und der zumindest eine zweite Planet kämmt mit dem zweiten Hohlrad. Des Weiteren ist das erste Hohlrad mit einem Abtriebsträger gekoppelt.
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Das zweite Getriebe weist ein feststehendes Hohlrad, das das zweite Hohlrad des ersten Getriebes ist, und zumindest einen Planeten auf, der an der zweiten Planetenstufe des zumindest einen Doppelplaneten des ersten Getriebes angeordnet ist. Der zumindest eine Planet, der an der zweiten Planetenstufe angeordnet ist, kann der zweite Planet des zumindest einen Doppelplaneten des ersten Getriebes sein. Alternativ kann die zweite Planetenstufe zwei zweite Planeten an einer Planetenwelle aufweisen, wobei einer als der zweite Planet des Doppelplaneten des ersten Getriebes dient und einer als der zumindest eine Planet des zweiten Getriebes dient.
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Das zweite Getriebe weist des Weiteren einen Antrieb zum Antreiben der Planetenwelle auf, wobei der Antrieb zentrisch oder exzentrisch zu einer zentralen Rotationsachse der Getriebeanordnung angeordnet ist.
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Aufgrund dieser Anordnung ist es möglich, ein zweites Getriebe, das zentrisch oder exzentrisch angetrieben werden kann, in Kombination mit einem ersten Getriebe, das für beide Antriebe bleibt, zu verwenden. Da ein Teil des zweiten Getriebes zur selben Zeit ein Teil des ersten Getriebes ist, sind die Veränderungen, die für ein Umschalten zwischen einem zentrisch oder exzentrisch angeordneten Antrieb erforderlich sind, klein verglichen mit existierenden Lösungen. Dies stellt eine variabel verwendbare Getriebeanordnung bereit.
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In einer Ausführungsform, in der der Eingang oder Antrieb exzentrisch angeordnet ist, kann der Antrieb mit einem Antriebsritzel gekoppelt sein, wobei das Antriebsritzel mit einem Antriebszahnrad kämmt. Das Antriebszahnrad ist so angeordnet, dass es einen Träger antreibt, der mit der Planetenwelle gekoppelt ist, wodurch die Planetenwelle und somit der Abtriebsträger angetrieben wird.
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Im Gegensatz dazu kann in einer Ausführungsform, in der der Antrieb exzentrisch angeordnet ist, das zweite Getriebe eine Sonne und eine dritte Planetenstufe mit zumindest einem dritten Planeten aufweisen, der an der Planetenwelle angeordnet ist, wobei die Sonne mit dem zumindest einen dritten Planeten kämmt, und wobei der Antrieb zentrisch angeordnet ist und mit der Sonne gekoppelt ist.
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In dieser Ausführungsform ist für jede Planetenwelle eine dritte Planetenstufe an der Planetenwelle, die bereits zwei Planetenstufen hat, realisiert. Die dritten Planeten der dritten Planetenstufe kämen mit einer zentrisch positionierten Sonne, die durch einen zentrisch positionierten Motor angetrieben wird. Das zweite Getriebe weist somit einen Doppelplaneten auf, wobei die erste Planetenstufe dieses Doppelplaneten die zweite Planetenstufe des ersten Getriebes ist. Die Gesamtanordnung der Hochgenauigkeitsgetriebeanordnung besteht daher aus zwei Doppelplanetengetrieben.
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In diesem zentrischen Fall ist es auch möglich, den Träger zu fixieren und das zweite Hohlrad zu rotieren.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Verhältnis des ersten Hohlrads zu dem ersten Planeten größer als das Verhältnis des zweiten Hohlrads zu dem zweiten Planeten. Das Verhältnis kann beispielsweise 68/24 für das erste Hohlrad zu dem ersten Planeten und 68/26 für das zweite Hohlrad zu dem zweiten Planeten sein. Ein solches Verhältnis kann die Effizienz der Getriebeanordnung verbessern.
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Die Getriebeanordnung kann eine oder mehrere Planetenwellen, insbesondere zwei, drei oder vier Planetenwellen aufweisen, wobei jede eine erste Planetenstufe, eine zweite Planetenstufe und eine dritte Planetenstufe hat. Die Verwendung von mehr als einer Planetenwelle stellt eine Verteilung der Last auf mehr als eine Welle bereit und stellt somit eine längere Lebensdauer der Wellen bereit.
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In dem Fall einer solchen Lastaufteilung, d. h., wenn mehr als eine Planetenwelle und daher mehr als ein Planet pro Planetenstufe verwendet werden, ist es möglich, nur einen oder zumindest weniger als die volle Anzahl von Planetenwellen anzutreiben. Dies kann einige Vorteile in Hinblick auf reduzierte Teile und somit reduzierte Komplexität, reduziertes Gewicht und reduzierte Reibung bieten. Dies kann im Gegenzug die Effizienz erhöhen. Des Weiteren kann das Verwenden von mehr als einer Planetenwelle die Möglichkeiten bieten, eine Spieleliminierung zu verwenden, wie unten beschrieben wird.
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In einer weiteren Ausführungsform, in der die Getriebeanordnung zumindest zwei dritte Planeten in der dritten Planetenstufe aufweist (d. h. zumindest zwei Planetenwellen, wobei jede einen dritten Planeten in der dritten Planetenstufe hat), können die dritten Planeten dieser dritten Planetenstufe einander gegenüberliegend in derselben Ebene angeordnet sein. Wenn sich die dritten Planeten nicht stören, können sie in derselben Ebene positioniert werden. Insbesondere wenn mehr als zwei dritte Planeten verwendet werden, d. h. mehr als zwei Planetenwellen, können sich die dritten Planeten stören, wenn sie in einer Ebene sind (z.B. in dem Fall von vier Planetenwellen), können die zwei Planeten, die an gegenüberliegenden Seiten positioniert sind, in einer Ebene angeordnet werden, die unterschiedlich zu den anderen zwei Planeten ist. Somit sind die dritten Planeten, die benachbart zueinander angeordnet sind, in unterschiedlichen Ebenen angeordnet.
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Eine andere Möglichkeit, um ein Stören zwischen den dritten Planeten zu vermeiden, besteht darin, die Sonne von der Antriebsseite zu der Abtriebsseite zu verlängern. Dann kann ein Teil der dritten Planeten der dritten Planetenstufe an der Antriebsseite angeordnet sein und ein Teil der dritten Planeten der dritten Planetenstufe kann an der Abtriebsseite angeordnet sein. Insbesondere in dem Fall von vier Planetenwellen können zwei Planeten der dritten Planetenstufe, die einander gegenüberliegen, an der aktuellen Antriebsstufenseite der Getriebeanordnung angeordnet sein und die anderen zwei Planeten, die einander gegenüberliegen, können an der aktuellen Abtriebsstufenseite der Getriebeanordnung angeordnet sein. Andere Konstellationen sind auch möglich, beispielsweise können alle Planeten an der Abtriebsseite positioniert sein.
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Um ein Spiel zu reduzieren, können die Planeten vorgespannt sein. Beispielsweise kann die Verzahnung des ersten Planeten einer Planetenwelle im Uhrzeigersinn vorgespannt sein, um in Kontakt mit der Verzahnung des ersten Hohlrads zu sein. Des Weiteren kann die Verzahnung des zweiten Planeten einer Planetenwelle gegen den Uhrzeigersinn vorgespannt sein, um in Kontakt mit der Verzahnung des zweiten Hohlrads zu sein.
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Zusätzlich oder alternativ können die Verzahnungen von zwei gegenüberliegend angeordneten dritten Planeten im Uhrzeigersinn vorgespannt sein, um in Kontakt mit der Verzahnung der Sonne zu sein. Des Weiteren können die Verzahnungen der anderen zwei gegenüberliegend angeordneten dritten Planeten gegen den Uhrzeigersinn vorgespannt sein, um in Kontakt mit der Verzahnung der Sonne zu sein.
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Die modulare Getriebeanordnung stellt eine Kombination einer Doppelplanetengetriebestruktur (dem ersten Getriebe), in der jeder erste und zweite Planet mit einem Hohlrad kämmt (für das hierin beschriebene Getriebe wird dies als das Hauptgetriebemodul (MGM) betrachtet, das nicht verändert wird, unabhängig davon, ob es zentrisch oder exzentrisch angetrieben wird), verschmolzen mit einer anderen Getriebestruktur (dem zweiten Getriebe) bereit, in der ein (virtueller) Planet mit einem inneren/Hohlzahnrad kämmt und ein dritter Planet mit einem Ritzel/Sonnenzahnrad kämmt (für das hierin beschriebene Getriebe wird dies als das Antriebsgetriebemodul (IGM) betrachtet). Das zweite Getriebe ist entweder eine Doppelplanetenstruktur (in dem Fall einer zentrisch angetriebenen Getriebeanordnung) oder ein offenes Einzelplanetengetriebe (in dem Fall einer exzentrisch angetriebenen Getriebeanordnung).
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Zur selben Zeit ist der virtuelle Planet Teil des ersten Getriebes und des zweiten Getriebes, wie oben beschrieben ist. Somit sind der zweite Planet des MGM und der virtuelle Planet des IGM dasselbe Teil. Dasselbe gilt für den Träger, d. h. der Träger des MGM ist zur selben Zeit der Träger des IGM. Dasselbe gilt für die Planetenwelle, d. h. die Planetenwelle des MGM ist zur selben Zeit die Planetenwelle des IGM. In einem anderen Ausführungsbeispiel können der zweite Planet des MGM und der virtuelle Planet des IGM als zwei getrennte Planeten realisiert sein, wobei beide Teil derselben Planetenstufe, d. h. der zweiten Planetenstufe, sind.
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Dies bietet den Vorteil, dass ein exzentrisch und ein zentrisch angetriebenes Getriebe mit demselben Hauptgetriebemodul realisiert werden kann, d. h. demselben Untersetzungsverhältnis des MGM, denselben Abmessungen, denselben Schnittstellen.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen sowie in der Beschreibung und den Figuren definiert. Dabei können Elemente, die in Kombination mit anderen Elementen beschrieben oder gezeigt sind, allein oder in Kombination mit anderen Elementen vorhanden sein, ohne von dem Schutzumfang abzuweichen.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, wobei die Zeichnungen lediglich beispielhaft sind und nicht dazu gedacht sind, den Schutzumfang zu begrenzen. Der Schutzumfang wird nur durch die begleitenden Ansprüche definiert.
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Die Figuren zeigen:
- 1: eine schematische Ansicht einer modularen Hochgenauigkeitsgetriebeanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 2: eine schematische Ansicht einer modularen Hochgenauigkeitsgetriebeanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 3: eine Draufsicht und eine Teilschnittansicht der modularen Hochgenauigkeitsgetriebeanordnung gemäß 2 in einer ersten Alternative;
- 4: eine Draufsicht und eine Teilschnittansicht der modularen Hochgenauigkeitsgetriebeanordnung gemäß 2 in einer zweiten Alternative; und
- 5: eine Draufsicht und eine Teilschnittansicht der modularen Hochgenauigkeitsgetriebeanordnung gemäß 2 in einer dritten Alternative.
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Im Folgenden werden dieselben oder ähnlich wirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen angegeben.
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1 zeigt eine modulare Hochgenauigkeitsgetriebeanordnung 1 mit einem ersten Getriebe 2 und einem zweiten Getriebe 4. In dem Fall von 1 ist das zweite Getriebe 4 ein offenes Getriebe. Das erste Getriebe 2 weist ein erstes rotierbares Hohlrad 6 und ein zweites feststehendes Hohlrad 8 auf. Das erste Getriebe 2 weist des Weiteren eine Planetenwelle 10 auf, an der ein erster Planet 12 (der eine erste Planetenstufe darstellt) und ein zweiter Planet 14 (der eine zweite Planetenstufe darstellt) angeordnet sind, die einen Doppelplaneten bilden. Die Planetenwelle 10 wird durch ein Planetenwellenlager 16, 22 gelagert. Die Verzahnung des ersten Planeten 12 kämmt mit der Verzahnung des ersten Hohlrads 6 und die Verzahnung des zweiten Planeten 14 kämmt mit der Verzahnung des zweiten Hohlrads 8.
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Des Weiteren ist das erste Hohlrad 6 mit einem Abtrieb 18 gekoppelt. Der Abtrieb 18 wird durch ein Trägerlager 20 gelagert. Der Abtrieb 18 ist in einer zentralen Rotationsachse X angeordnet.
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Das zweite Getriebe 4 weist ein feststehendes Hohlrad 8 auf, welches zur selben Zeit Teil des ersten Getriebes 2 ist. Des Weiteren weist das zweite Getriebe 4 den Planeten 14 auf, der an der Planetenwelle 10 angeordnet ist, wobei der Planet 14 und die Planetenwelle 10 zur selben Zeit Teil des ersten Getriebes 2 sind.
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Die Planetenwelle 10 wird durch das Planetenwellenlager 22 an der Seite des zweiten Getriebes 4 gelagert, welches zur selben Zeit Teil des ersten Getriebes 2 ist. In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist die Getriebeanordnung 1 exzentrisch durch einen Motor M angetrieben. In diesem Fall ist der Motor oder Antrieb M mit einem Antriebsritzel 24 gekoppelt. Das Antriebsritzel 24 kämmt mit einem Antriebszahnrad 26, das mit einem Antriebsträger 28 gekoppelt ist. Der Antriebsträger 28, der durch ein Trägerlager 30 gelagert ist, ist im Gegenzug mit dem Planetenwellenlager 22 gekoppelt.
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Da ein Teil des ersten und des zweiten Getriebes 2, 4 dieselben Elemente sind, stellt dies eine einfache Art bereit, eine Getriebeanordnung 1 bereitzustellen, die entweder mit dem exzentrisch angeordneten Antrieb, wie er in 1 gezeigt ist, sowie einem exzentrisch angeordneten Antrieb, wie er in 2 gezeigt ist, der unten beschrieben wird, verwendet werden kann.
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Im Gegensatz zu der Ausführungsform von 1 mit einem Antriebsritzel 24 und einem Antriebszahnrad 26 weist das zweite Getriebe 4 in der Ausführungsform von 2 einen dritten Planeten 32 (der eine dritte Planetenstufe darstellt) auf, der auch an der Planetenwelle 10 angeordnet ist. Der dritte Planet 32 kämmt mit einer Sonne 34, die über den Antrieb M gekoppelt oder angetrieben wird.
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Die Sonne 34 ist zentrisch an der zentralen Rotationsachse X zusammen mit dem Antrieb M angeordnet. In dieser Ausführungsform weisen sowohl das erste Getriebe 2 als auch das zweite Getriebe 4 jeweils einen Doppelplaneten auf, wobei der zweite Planet 14 (d. h. die zweite Planetenstufe) des ersten Getriebes 2 zur selben Zeit der erste Planet 14 des zweiten Getriebes 4 ist. Wie gesehen werden kann, kann dieselbe prinzipielle Anordnung, insbesondere dasselbe erste Getriebe 2, mit einem zentrisch oder exzentrisch angeordneten Antrieb M verwendet werden.
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Obwohl nur eine Planetenwelle 10 mit einem dritten Planeten 32 in 2 gezeigt ist, kann das zweite Getriebe 4 mehr als eine Planetenwelle 10 und somit mehr als einen dritten Planeten 32 in der dritten Planetenstufe aufweisen. Somit kann die Anzahl von Planetenwellen 10 mehr als eins, beispielsweise zwei, drei oder vier (oder sogar mehr), sein, wobei einige Beispiele von diesen in den folgenden 3 bis 5 gezeigt sind. Mehr als eine Planetenwelle 10 kann beispielsweise zum Aufteilen der Last zwischen den Planetenwellen 10 verwendet werden, wodurch die Lebensdauer der Gesamtgetriebeanordnung 1 erhöht wird.
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3a und 3b zeigen ein Beispiel mit zwei Planetenwellen 10-1, 10-2. Wie gesehen werden kann, sind die zwei Planetenwellen 10-1 und 10-2 einander gegenüberliegend bezüglich der Sonne 34 angeordnet. An jeder Planetenwelle 10-1 und 10-2 sind ein dritter Planet 32-1 und 32-2 in der dritten Planetenstufe angeordnet. Obwohl nicht gezeigt weisen die Planetenwellen 10-1, 10-2 auch eine erste Planetenstufe und eine zweite Planetenstufe auf, wobei jede Planetenwelle 10-1, 10-2 einen Planeten pro Planetenstufe aufweist. In 3b, die eine Schnittansicht von 3a zeigt, kann gesehen werden, dass die dritten Planeten 32-1 und 32-2 in derselben Ebene angeordnet sein können, da sie sich nicht stören.
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Wenn vier Planetenwellen 10-1, 10-2, 10-3, 10-4 verwendet werden, können sich die korrespondierenden dritten Planeten 32-1, 32-2, 32-3, 32-4 der dritten Planetenstufe stören. Wie in 4a gesehen werden kann, überlappen die dritten Planeten 32-1, 32-2, 32-3, 32-4. Um ein Stören zwischen den dritten Planeten 32-1, 32-2, 32-3, 32-4 zu vermeiden, können somit die dritten Planeten 32-1, 32-2, 32-3, 32-4 in unterschiedlichen Ebenen angeordnet werden. Wie in 4b gezeigt ist, sind die zwei gegenüberliegenden dritten Planeten 32-1 und 32-3 in derselben Ebene angeordnet, wohingegen die anderen zwei gegenüberliegend angeordneten Planeten 32-2 und 32-4 in anderen Ebenen bezüglich der dritten Planeten 32-1 und 32-3 angeordnet sind. Dies bietet den Vorteil, dass sich die dritten Planeten nicht stören, da gegenüberliegend angeordnete dritte Planeten 32-1, 32-3 in anderen Ebenen als die anderen dritten Planeten 32-2, 32-4 angeordnet sind.
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Eine andere Möglichkeit besteht darin, zwei dritte Planeten 32-1 und 32-3 an derselben Antriebsstufe der Getriebeanordnung 1 anzuordnen und die anderen dritten Planeten 32-2 und 32-4 an der Abtriebsstufe der Getriebeanordnung 1 anzuordnen, wie in 5a und 5b gezeigt ist. In diesem Fall kann sich die Sonne 34 von der Antriebsseite, d. h. von dem Antrieb M, zu der Abtriebsseite erstrecken, und die dritte Planetenstufe ist in zwei Teile geteilt. Andere Anordnungen, die nicht gezeigt sind, können auch möglich sein.
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Aufgrund dieser Getriebeanordnung ist es zusammenfassend möglich, ein zweites Getriebe, das zentrisch oder exzentrisch angetrieben werden kann, in Kombination mit einem ersten Getriebe zu verwenden, das dasselbe für beide Antriebe bleibt. Da das erste Getriebe keine Änderungen benötigt, wenn zwischen einem zentrisch oder exzentrisch angeordneten Antrieb gewechselt wird, sind die Gesamtänderungen, die an der Getriebeanordnung benötigt werden, klein verglichen mit existierenden Lösungen. Dies stellt eine variabel verwendbare Getriebeanordnung bereit.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- modulare Hochgenauigkeitsgetriebeanordnung
- 2
- erstes Getriebe
- 4
- zweites Getriebe
- 6
- erstes Hohlrad
- 8
- zweites Hohlrad
- 10
- Planetenwelle
- 12
- erster Planet
- 14
- zweiter Planet
- 16
- Planetenwellenlager
- 18
- Abtrieb
- 20
- Trägerlager
- 22
- Planetenwellenlager
- 24
- Antriebsritzel
- 26
- Antriebszahnrad
- 28
- Träger
- 30
- Trägerlager
- 32
- dritter Planet
- 34
- Sonne
- M
- Motor/Antrieb
- X
- zentrale Rotationsachse
