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Die Erfindung betrifft ein Wellgetriebe für einen Roboter. Ferner betrifft die Erfindung einen Roboter mit einem solchen Wellgetriebe.
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Aus der
DE 11 2012 000 058 T5 geht ein Wellgetriebe hervor, welches ein festes, innenverzahntes Zahnrad, ein flexibles, außenverzahntes Zahnrad, das innerhalb des festen, innenverzahnten Zahnrades angeordnet ist, und einen Wellgenerator aufweist. Der Wellgenerator bewirkt, dass sich das flexible, außenverzahnte Zahnrad in eine elliptische Form biegt und teilweise in das feste, innenverzahnte Zahnrad eingreift. Ferner bewirkt der Wellgenerator, dass sich die Eingriffspositionen der beiden Zahnräder in Umfangsrichtung bewegen. Das flexible, außenverzahnte Zahnrad weist einen zylindrischen Trommelbereich auf, der an einem Ende einen offenen Rand hat und in der Lage ist, sich in radialer Richtung zu biegen. Der zylindrische Trommelbereich hat einen Außenverzahnungsausbildungsbereich, in dem die Außenverzahnung ausgebildet ist, und einen gedrückten Bereich, der durch den Wellgenerator in radialer Richtung gedrückt wird, um zu bewirken, dass sich der Außenverzahnungsausbildungsbereich in eine elliptische Form biegt. Der Außenverzahnungsausbildungsbereich und der gedrückte Bereich sind in Richtung der Zentralachse des flexiblen, au-ßenverzahnten Zahnrades in verschiedenen Bereichen des zylindrischen Trommelbereichs ausgebildet. Der Wellgenerator ist außerhalb des zylindrischen Trommelbereichs angeordnet und dazu eingerichtet, den gedrückten Bereich in radialer Richtung von außen nach innen zu drücken und zu bewirken, dass sich der gedrückte Bereich in eine elliptische Form biegt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Wellgetriebe weiterzuentwickeln, insbesondere die Lebensdauer von Verschleißteilen des Wellgetriebe zu verbessern. Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Erfindungsaspekt durch den Gegenstand von Patentanspruch 1 sowie gemäß einem zweiten Erfindungsaspekt durch den Gegenstand von Patentanspruch 5 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren zu entnehmen.
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Ein Wellgetriebe umfasst ein von einem Wellgenerator mit einer unrunden Außenumfangsfläche umlaufend lokal radial verformbares, flexibles Ringelement mit einer Au-ßenverzahnung und ein steifes Ringelement mit einer Innenverzahnung, wobei die Außenverzahnung des flexiblen Ringelements zur Übertragung eines Drehmoments an mindestens einem Zahneingriffsbereich zumindest teilweise mit der Innenverzahnung des steifen Ringelements im Zahneingriff steht, wobei der Wellgenerator einen unrund ausgebildeten ersten Innenring umfasst, der zumindest teilweise in das flexible Ringelement hineinragt und drehfest mit einer Welle verbunden ist, das Wellgetriebe ferner umfassend ein erstes Lagerelement, umfassend einen zweiten Innenring sowie zumindest einen ersten Außenring, wobei der zweite Innenring am steifen Ringelement befestigt ist, und wobei der jeweilige Außenring am flexiblen Ringelement befestigt ist, wobei ferner ein Getriebedeckel vorgesehen ist, der an einem sich im Wesentlichen radial erstreckenden Abschnitt des flexiblen Ringelements befestigt ist. Beispielsweise weisen der Wellgenerator und somit auch der erste Innenring eine elliptische oder ovale Querschnittsform auf. Der Getriebedeckel deckt das flexible Ringelement vorzugsweise von der Eingangsseite her ab.
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Nach einem ersten Erfindungsaspekt ist am Getriebedeckel wenigstens ein Durchbruch ausgebildet, an dem eine Membran zum Ausgleich von Gasdruck- und/oder Temperaturunterschieden zwischen einem Innenraum des Wellgetriebes und einer Umgebung des Wellgetriebes angeordnet ist.
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Der jeweilige Durchbruch verbindet den Innenraum des Wellgetriebes mit der äußeren Umgebung des Getriebes. Der Durchbruch ist als Ausnehmung oder Bohrung zu verstehen, wobei die Membran den dazugehörigen Durchbruch vollständig bedeckt. Der jeweilige Durchbruch erstreckt sich im Wesentlichen in axialer Richtung durch das jeweilige Bauteil, an dem er ausgebildet ist. Der hier beschriebene Innenraum des Wellgetriebes ist räumlich von der äußeren Umgebung des Wellgetriebes getrennt, wobei der Innenraum lediglich über die jeweilige an dem dazugehörigen Durchbruch angeordnete Membran pneumatisch und/oder thermisch mit der Umgebung des Wellgetriebes, insbesondere der Außenatmosphäre, verbunden ist. Pneumatisch verbunden heißt in diesem Zusammenhang, dass über die jeweilige Membran ein Druckausgleich zwischen zwei Räumen möglich ist. Thermisch verbunden heißt in diesem Zusammenhang, dass über die jeweilige Membran ein Temperaturausgleich zwischen zwei Räumen möglich ist. Gleichzeitig trennt die jeweilige Membran den Innenraum des Wellgetriebes von der äußeren Umgebung des Wellgetriebes ab, sodass weder flüssige noch feste Stoffe von den einen in den anderen Bereich gelangen können.
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Das Wellgetriebe gibt beim Umschalten von Drehzahl auf Drehmoment Wärme ab, um die Innentemperatur des Wellgetriebe zu erhöhen. Ferner erhöht sich der Innendruck des Wellgetriebes. Ein geringer Teil der Wärme wird durch das Gehäuse oder die Kontaktfläche jedes Teils nach außen abgegeben. Der übrige Teil der Wärme wird über die jeweilige Membran und den dazugehörigen Durchbruch nach außen abgegeben. Damit wird eine ungewollte Erhöhung des Innendrucks des Wellgetriebes verhindert, die wiederum eine zusätzliche Beanspruchung der Dichtungen und der Lager des Wellgetriebes bewirken würde. Anders gesagt wird mittels der jeweiligen Membran die Haltbarkeit der Dichtung und der Lager des Wellgetriebes positiv beeinflusst.
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Mittels der Membran wird ein Temperatur- und/oder Druckanstieg der Schmierung der relativ zueinander beweglichen und/oder verdrehbaren Bauteile im Innenraum des Wellgetriebes unterdrückt. Mittels der Membran erfolgt zudem eine Trennung von flüssigen und/oder festen Medien des Innenraums und der Umgebung. Anders gesagt wird das Eindringen und/oder Einströmen von Fremdstoffen von außen in den Innenraum des Wellgetriebes verhindert. In umgekehrter Richtung ist die Membran derart ausgebildet, dass keine Substanzen aus dem Innenraum des Wellgetriebes, insbesondere Öl oder Fett, durch den jeweiligen Durchbruch nach außen treten können.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der jeweilige Durchbruch und die Membran derart ausgebildet und angeordnet, dass ein Temperatur- und/oder Druckanstieg in einem Schmiermittelraum unterdrückt wird. Anders gesagt erfolgt über die jeweilige Membran ein Temperatur- und/oder Druckausgleich zwischen dem Innenraum und der Umgebung des Wellgetriebes. In diesem Fall ist der Innenraum als derjenige Raum im Inneren des Wellgetriebes zu verstehen, in dem relativ zueinander verdrehbare Teile des Wellgetriebes angeordnet und über jeweilige Lager gegeneinander verdrehbar gelagert und abgestützt sind. Der Innenraum des Wellgetriebes ist also als Schmierraum zu verstehen, in dem die genannten Lager des Wellgetriebes mit Schmiermittel, insbesondere Schmierfett, versorgt werden. Mit anderen Worten ist der Innenraum in diesem Fall ein mit Schmiermittel befüllter Raum.
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Die Membran ist ein Membranfilter, wobei die Membran bevorzugt aus einer Aluminiumkeramik, beispielsweise umfassend Aluminiumoxid und Siliziumoxid, ausgebildet ist. Die Membran weist eine nicht bestimmbare Anzahl Mikroporen auf, wobei die Porengröße der eng verteilten Poren vorzugsweise im Wesentlichen zwischen 0,1 und 50 µm liegt. Die Membran ist derart ausgebildet, dass die Poren infolge von Temperatur und/oder Druck nicht verformen. Zudem ist die Membran hitzebeständig und mechanisch stabil. Außerdem ist die Membran chemisch beständig.
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Der Wellgenerator, auch Wave Generator genannt, steht mit der Welle in Wirkverbindung, wobei die Welle vorzugsweise zumindest mittelbar von einer elektrischen Maschine drehangetrieben ist, um den Wellgenerator in eine Rotationsbewegung zu versetzen. Beispielsweise weisen der Wellgenerator, insbesondere der erste Innenring eine elliptische oder ovale Querschnittsform auf. Der erste Innenring und die Welle sind vorzugsweise zwei separate Bauteile, wobei der erste Innenring zur Realisierung einer drehfesten Verbindung beispielsweise auf der Welle aufgepresst ist. Die Welle kann auch über eine Mitnahmeverzahnung drehfest mit dem ersten Innenring verbunden sein. Alternativ ist denkbar, den ersten Innenring und die Wellte einteilig auszubilden. Der Wellgenerator bildet den Antrieb des Wellgetriebes und wird im Fall einer zweiteiligen Ausgestaltung der Welle und des ersten Innenrings vorzugsweise zusammen mit einem dazugehörigen Lagerelement in das flexible bzw. elastisch verformbare Ringelement eingepresst. Die Welle kann als Hohlwelle oder als Vollwelle ausgebildet sein.
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Das flexible Ringelement, auch Flexspline genannt, ist ein hochfestes, torsionssteifes Hülsenelement. Es ist derart flexibel ausgebildet, dass es den Wellgenerator zumindest teilweise axial aufnehmen kann, und damit in Abhängigkeit der äußeren Form des Wellgenerators lokal verformbar ist. Der Wellgenerator ist relativ zum flexiblen Ringelement rotierbar bzw. gleitend darin gelagert. Somit nimmt das flexible Ringelement die unrunde Form des Wellgenerators an und verformt analog zu der Rotationsrichtung des Wellgenerators in im Wesentlichen radialer Richtung elastisch. Anders gesagt wird der Wellgenerator während des Betriebs des Wellgetriebes in eine Rotationsbewegung versetzt, die bewirkt, dass das flexible Ringelement eine umlaufende Verformung erfährt.
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Bevorzugt steht die Außenverzahnung des flexiblen Ringelements zur Übertragung eines Drehmoments an, bezogen auf die Rotationsachse des Wellgenerators, zwei symmetrisch gegenüberliegenden Zahneingriffsbereichen zumindest teilweise mit der Innenverzahnung des steifen Ringelements im Zahneingriff.
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Vorzugsweise sind zwischen einer Außenumfangsfläche des Innenrings und einer Innenumfangsfläche des flexiblen Ringelements eine Vielzahl von Wälzkörpern beabstandet zueinander angeordnet. Mit anderen Worten ist das elastische Ringelement ein Außenring, wobei die Wälzkörper räumlich zwischen dem Innenring und dem Au-ßenring abrollen. Alternativ kann der Wellgenerator einen zusätzlichen Außenring aufweisen, der radial zwischen den Wälzkörpern und dem flexiblen Ringelement angeordnet ist. Bei einer Montage kommt in diesem Fall der Außenring des Wellgenerators an der Innenumfangsfläche des flexiblen Ringelements zur Anlage. Dadurch wird die Handhabung des Wellgenerators sowie die Montage vereinfacht.
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Das steife Ringelement, auch Circular Spline genannt, ist ein torsionssteifer, steifer Ring, dessen Innenverzahnung mehr Zähne aufweist als die Außenverzahnung des flexiblen Ringelements. Die Drehung des Wellgenerators bewirkt einen permanenten, umlaufenden Zahneingriff von dem flexiblen Ringelement und dem steifen Ringelement. Anders gesagt bewegen sich die gegenüberliegenden Zahneingriffsbereiche während der Rotation des Wellgenerators kontinuierlich um die Rotationsachse des Wellgenerators bzw. in Umfangsrichtung. Da das flexible Ringelement weniger Zähne aufweist als das steife Ringelement, bewirkt eine Drehung des Wellgenerators eine Relativbewegung des flexiblen Ringelements zum steifen Ringelement. Dabei erfolgt ein Abrollen der Wälzkörper zwischen dem Innenring und dem flexiblen Ringelement bzw. dem Außenring des Wellgenerators.
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Während des Betriebs rotiert der Wellgenerator, wodurch der erste Innenring des Wellgenerators relativ zum flexiblen Ringelement bzw. dem separat darin drehfest aufgenommenen Außenring des Wellgenerators verdreht wird. Dabei verformt das flexible Ringelement analog zu der Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit des Wellgenerators elastisch. Anders gesagt wird der Wellgenerator während des Betriebs des Wellgetriebes in eine Rotationsbewegung versetzt, die bewirkt, dass das flexible Ringelement eine umlaufende Verformung erfährt. Der erste Innenring und das flexible Ringelement oder, falls vorhanden, der Außenring des Wellgenerators bilden ein zweites Lagerelement des Wellgetriebes.
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Die Welle ist vorzugsweise dazu eingerichtet, über ein drittes Lagerelement drehbar gegenüber einem Roboterarmsegment, insbesondere einem Abtriebsflansch, gelagert zu sein. Die Welle kann wenigstens abschnittsweise als Hohlwelle oder als Vollwelle ausgebildet sein, wobei das dritte Lagerelement radial innerhalb der Welle angeordnet ist. Das dritte Lagerelement ist im Gegensatz zum ersten und zweiten Lagerelement bevorzugt ein Loslager und ermöglicht eine Rotation der Welle gegenüber einem weiteren Teil, insbesondere einem Roboterarmsegment bzw. einem Abtriebsflansch.
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Vorzugsweise ist die Membran stoffschlüssig mit dem Getriebedeckel verbunden. Dabei ist die Membran bevorzugt an einer dem Innenraum zugewandten Innenfläche des Getriebedeckel angeklebt. Dadurch wird eine Dichtwirkung der Membran verbessert und es erfolgt ein effektiver Schutz des Innenraums des Wellgetriebes vor äußeren Einflüssen, insbesondere ungewollten festen und/oder flüssigen Substanzen. Die stoffschlüssige Verbindung zwischen der Membran und dem dazugehörigen Bauteil kann durch ein doppelseitig beschichtetes Band realisiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Innenraum in unterschiedliche Segmente unterteilt, zum einen in den mit Schmiermittel befüllten Raum, also einen Schmierbereich, und zumindest ein weiteres Segment, welches gegenüber dem Schmierbereich abgedichtet ist. Das weitere Segment kann dazu vorgesehen sein, wenigstens einen Teil der Elektronik des Wellgetriebes aufzunehmen. In diesem Fall wird mittels der Membran ergänzend ein Temperatur- und/oder Druckanstieg der in dem weiteren Innenraumsegment angeordneten Bauteile oder Elemente unterdrückt.
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In diesem Sinn ist der Getriebedeckel dazu ausgebildet, einen Drehmomentsensor und/oder eine Leiterplatte aufzunehmen, wobei der Drehmomentsensor und/oder die Leiterplatte in einer Sensoraufnahme des Getriebedeckels angeordnet ist, die gegenüber dem übrigen Innenraum des Wellgetriebes abgedichtet ist. Damit ist der Innenraum des Wellgetriebes in einen das Schmiermittel aufnehmenden Teil und einen die elektronische Bauteile des Wellgetriebes aufnehmenden Teil unterteilt, wobei die beiden Teile voneinander abgedichtet ausgebildet sind.
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Der am Wellgetriebe montierte Drehmomentsensor weist eine Platine oder Leiterplatte auf. Diese befindet sich im Wellgetriebe, hier am Getriebedeckel. Wie bereits erwähnt steigt insbesondere bei Schaltvorgängen die Temperatur und der Druck im Wellgetriebe. Da sich der Sensor und ggfs. die Leiterplatte ebenfalls im Wellgetriebe befinden, steigt auch die Temperatur dieser Teile und sie werden mit Druck beaufschlagt. Die Leiterplatte des Drehmomentsensors besteht aus elektronischen Komponenten, die von der Temperaturänderung beeinflusst werden, was sich wiederum negativ auf den Betrieb und/oder die Lebensdauer der Teile der Platine auswirken kann.
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Auch in diesem Ausführungsfall wird ein geringer Teil der Wärme wird durch das Gehäuse oder die Kontaktfläche jedes Teils nach außen abgegeben. Der übrige Teil der Wärme wird über die jeweilige Membran und den dazugehörigen Durchbruch nach außen abgegeben. Damit wird eine ungewollte Erhöhung des Innendrucks des Wellgetriebes verhindert, die wiederum eine zusätzliche Beanspruchung der Dichtungen und der Lager des Wellgetriebes bewirken würde. Anders gesagt wird mittels der jeweiligen Membran die Haltbarkeit des Drehmomentsensors und/oder der Leiterplatte positiv beeinflusst.
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Am Getriebedeckel kann eine Ausnehmung oder Vertiefung vorgesehen sein, die als Sensoraufnahme zu verstehen ist und in die zumindest die Leiterplatte des Drehmomentsensors aufgenommen ist. Die Sensoraufnahme ist ebenfalls im Innenraum des Wellgetriebes ausgebildet, insbesondere an der Innenseite des Getriebedeckels. Die Sensoraufnahme ist gegenüber dem als Schmierraum ausgebildeten Innenraum des Wellgetriebes abgedichtet.
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In diesem Sinn ist wenigstens eine Dichtung radial zwischen Getriebedeckel und dem flexiblen Ringelement zur Abdichtung der Sensoraufnahme gegenüber dem übrigen Innenraum des Wellgetriebes angeordnet. Das Dichtelement ist vorzugsweise eine Lippendichtung.
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Eine Verkabelung des Drehmomentsensors und/oder der Leiterplatte kann am Getriebedeckel angeordnet, befestigt und gegebenenfalls durchgeführt sein.
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Nach einem zweiten Erfindungsaspekt ist zumindest am zweiten Innenring des ersten Lagerelements wenigstens ein Durchbruch ausgebildet, an dem eine Membran zum Ausgleich von Gasdruck- und/oder Temperaturunterschieden zwischen einem Innenraum des Wellgetriebes und einer Umgebung des Wellgetriebes angeordnet ist. Insbesondere erstreckt sich der Durchbruch axial durch den zweiten Innenring, das steife Ringelement sowie gegebenenfalls daran angeordnete Abtriebselemente. Ein Abtriebselement kann beispielsweise ein sich langsam drehender Abtriebsflansch sein. In diesem Fall kann es erforderlich sein, dass am sich drehenden Element eine Vielzahl von Öffnungen vorgesehen sind, um den gewünschten Temperatur- und/oder Druckausgleich zu realisieren. Im Übrigen sei insbesondere für die Funktion und Effekte der Membran am dazugehörigen Durchbruch auf die Ausführungen zum ersten Erfindungsaspekt verwiesen.
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Eine derartige Anordnung des jeweiligen Durchbruchs eignet sich insbesondere, wenn der das Schmiermittel aufnehmende Teil des Innenraumes des Wellgetriebes nicht mit dem Getriebedeckel verbunden ist.
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Vorzugsweise ist die Membran in diesem Ausführungsbeispiel entsprechend stoffschlüssig mit dem zweiten Innenring verbunden. Die Membran ist bevorzugt an einer dem Innenraum zugewandten Innenfläche des zweiten Innenrings angeklebt.
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Für alle Ausführungsbeispiele gilt, dass das erste Lagerelement vorzugsweise ein Kreuzrollenlager ist, umfassend den zweiten Innenring, den ersten Außenring sowie einen axial zum ersten Außenring benachbart angeordneten zweiten Außenring. Zwischen dem zweiten Innenring und dem ersten Außenring sind eine Vielzahl von Rollen beanstandet zueinander angeordnet. Zwischen dem zweiten Innenring und dem zweiten Außenring sind ebenfalls eine Vielzahl von Rollen beanstandet zueinander angeordnet. Kreuzrollenlager sind vorteilhaft für Momentbelastungen und Belastungen aus allen Richtungen einschließlich der aus axialer und radialer Richtung. Die Rollen der beiden Wälzkörperreihen sind in der X-Anordnung angeordnet.
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Die Erfindung betrifft auch einen Roboter, umfassend ein erfindungsgemäßes Wellgetriebe gemäß dem ersten Erfindungsaspekt oder dem zweiten Erfindungsaspekt. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Wellgetriebe in einem Gelenk für einen Roboterarm angeordnet und wirkt zumindest mittelbar zwischen zwei Roboterarmsegmenten.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung von drei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt, wobei gleiche oder ähnliche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigt
- 1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines nur teilweise dargestellten Roboters mit einem erfindungsgemäßen Wellgetriebe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2 eine schematische Längsschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Wellgetriebes nach 1,
- 3 eine schematische Teillängsschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Wellgetriebes gemäß 1 und 2,
- 4 eine schematische Längsschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Wellgetriebes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
- 5 eine schematische Teillängsschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Wellgetriebes gemäß 4,
- 6 eine stark schematische Darstellung eines Durchbruchs an einem Getriebedeckel des erfindungsgemäßen Wellgetriebes, und
- 7 eine schematische Teillängsschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Wellgetriebes gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt einen Ausschnitt eines Roboters 20. Zwischen einem ersten Roboterarmsegment 22a und einem zweiten Roboterarmsegment 22b ist ein Gelenk 23 angeordnet, das die beiden Roboterarmsegmente 22a, 22b gelenkig miteinander verbindet. Zur Veränderung der Position der beiden Roboterarmsegmente 22a, 22b zueinander weist der Roboter 20 eine Antriebseinheit 24 auf, umfassend einen Elektromotor 25 und ein erfindungsgemäßes Wellgetriebe 21.
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Gemäß den 2 bis 5 sowie 7 umfasst ein erfindungsgemäßes Wellgetriebe 21 gemäß einer ersten Ausführungsform ein von einem Wellgenerator 1 umlaufend in radialer Richtung verformbares, flexibles Ringelement 2 mit einer Außenverzahnung 3 und ein steifes Ringelement 4 mit einer Innenverzahnung 5, wobei die Außenverzahnung 3 des flexiblen Ringelements 2 zur Übertragung eines Drehmoments an zwei gegenüberliegenden Zahneingriffsbereichen 8 mit der Innenverzahnung 5 des steifen Ringelements 4 kämmt.
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Das Wellgetriebe 21 weist ein erstes Lagerelement 11 auf, das als Kreuzrollenlager ausgebildet ist. Das erste Lagerelement 11 umfasst einen zweiten Innenring 12, einen ersten Außenring 13a sowie einen axial zum ersten Außenring 13a benachbart angeordneten zweiten Außenring 13b. Zwischen dem zweiten Innenring 12 und dem jeweiligen Außenring 13a, 13b ist eine jeweilige Wälzkörperreihe mit einer Vielzahl von Wälzkörpern 28 angeordnet. Der zweite Innenring 12 ist am steifen Ringelement 4 befestigt, wobei die Außenringe 13a, 13b an einem sich radial erstreckenden Abschnitt 2a des flexiblen Ringelements 2 befestigt sind.
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Der Wellgenerator 1 weist ferner ein unrund ausgebildetes zweites Lagerelement 26 auf, das radial zwischen dem flexiblen Ringelement 2 und einer Welle 10 des Wellgetriebes 21 angeordnet ist. Das zweite Lagerelement 26 weist einen ersten Innenring 9 auf, der drehfest an einer Außenumfangsfläche 27 der Welle 10 angeordnet ist, sowie einen dritten Außenring 29, der radial innerhalb eines flexiblen Ringelements 2 des Wellgetriebes 21 angeordnet ist. Der Wellgenerator 1 ist über die Welle 10 von einem hier nicht dargestellten Elektromotor in eine Rotationsbewegung versetzbar.
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Der erste Innenring 9 und der dritte Außenring 29 des unrund ausgebildeten, insbesondere elliptischen zweiten Lagerelements 26 weisen vorliegend eine beispielsweise elliptische Außengeometrie auf, wobei die Außenumfangsfläche des dritten Außenrings 29 an einer Innenumfangsfläche des flexiblen Ringelements 2 drehfest zur Anlage kommt. Vor der Montage des zweiten Lagerelements 26 weist der dritte Außenring 29 eine im Wesentlichen runde Außengeometrie auf, die sich jedoch während der Montage in Abhängigkeit der Außengeometrie des ersten Innenrings 9 elastisch in die elliptische Außengeometrie verformt. Das zweite Lagerelement 26 ist in das flexible Ringelement 2 eingepresst, sodass der Wellgenerator 1 mit dem zweiten Lagerelement 26 in das flexible Ringelement 2 hineinragt. Dabei nimmt das flexible Ringelement 2 die elliptische äußere Form des Wellgenerators 1 an. Während des Betriebs des Wellgetriebes 21 wird der Wellgenerator 1 über die Welle 10 in eine Rotationsbewegung versetzt, wobei der dritte Außenring 29 sowie das flexible Ringelement 2 lokal radial verformen. Anders gesagt bewirkt die Rotation des Wellgenerators 1 um dessen Rotationsachse 7, dass das flexible Ringelement 2 und der dritte Außenring 29 umlaufend verformt werden.
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Da sich das flexible Ringelement 2 an die elliptische Form des Wellgenerators 1 anpasst, steht das flexible Ringelement 2 mit dessen Außenverzahnung 3 lediglich am jeweiligen Zahneingriffsbereich 8 mit der Innenverzahnung 5 des steifen Ringelements 4 in Zahneingriff. Das steife Ringelement 4 ist vorliegend als Hohlrad zu verstehen.
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Das Wellgetriebe 21 weist ferner einen Getriebedeckel 14 auf, der eingangsseitig, also auf einer den Außenringen 13a, 13b des ersten Lagerelements 11 gegenüberliegenden Seite des sich im Wesentlichen radial erstreckenden Abschnitt 2a des flexiblen Ringelements 2, am sich im Wesentlichen radial erstreckenden Abschnitt 2a befestigt ist.
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Gemäß den 3 und 5 ist am Getriebedeckel 14 ein axialer Durchbruch 15 ausgebildet, an dem eine Membran 16 angeordnet ist. Die Membran ist einerseits zum Ausgleich von Gasdruck- und Temperaturunterschieden zwischen einem Innenraum 17 des Wellgetriebes und einer Umgebung 18 des Wellgetriebes ausgebildet. Ferner ist die Membran 16 dazu vorgesehen, ein Austreten von Substanzen, insbesondere von Schmiermittel, aus dem Wellgetriebe 21 sowie ein Eintreten von Substanzen, insbesondere Schmutz und/oder Feuchtigkeit, in das Wellgetriebe 21 zu vermeiden.
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Wie in 6 exemplarisch gezeigt ist, ist die Membran 16 stoffschlüssig mit dem Getriebedeckel 14 verbunden. Und zwar weist die Membran 16 ein beidseitig mit einem Klebstoff beschichtetes Band 16a auf, das zwischen einem Membrankörper 16b und dem Getriebedeckel 14 angeordnet ist. Durch das Band 16a wird sichergestellt, dass der Gasdruckabbau und die Abführung von überschüssiger Wärme, also der Gasdruck- und Temperaturausgleich, ausschließlich über den Membrankörper 16b erfolgt. Während des Betriebs des Wellgetriebes 21 kommt es zu einer Temperaturerhöhung und einer Erhöhung des Innendrucks im Innenraum 17 des Wellgetriebes 21. Dies wird zum Teil über ein hier nicht gezeigtes Gehäuse aufgenommen und abgeleitet. Der übrige, wesentliche Teil der zusätzlichen Wärme wird über die Membran 16 und den Durchbruch 15 in die Umgebung 18 des Wellgetriebes 21 abgeleitet. Über den Durchbruch erfolgt zudem der Druckausgleich zwischen Innenraum 17 und Umgebung 18 bzw. Außenatmosphäre.
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Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nach 2 und 3 ist der Innenraum 17 des Wellgetriebes 21 als Schmierbereich des Wellgetriebes 21 zu verstehen. Der Innenraum 17 ist innerhalb der gestrichelten Linie 30 gemäß 3 ausgebildet, und umfasst vorliegend die beiden Wälzkörperreihen mit den Wälzkörpern 28 des ersten Lagerelements 11, das zweite Lagerelement 26 sowie ein drittes Lagerelement 31, welches die Welle 10 gegenüber einem Abtriebsflansch 32 drehbar lagert, und ein viertes Lagerelement 6, welches die Welle 10 gegenüber dem Getriebedeckel 14 drehbar lagert.
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Gemäß dem zweien Ausführungsbeispiel nach 4 und 5 ist der Innenraum 17 des Wellgetriebes 21 im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel in zwei Bereiche unterteilt, zum einen in den Schmierbereich analog zum ersten Ausführungsbeispiel sowie einen Elektronikaufnahmebereich, hier ausgebildet als Sensoraufnahme 14a am Getriebedeckel 14. 5 zeigt die Sensoraufnahme 14a anhand der gestrichelten Linie 30. Innerhalb der Sensoraufnahme 14a ist eine Leiterplatte 33 für einen Drehmomentsensor angeordnet. Die Sensoraufnahme 14a ist gegenüber dem Schmierbereich durch eine als Lippendichtung ausgebildete Dichtung 19 abgedichtet, wobei die Dichtung 19 radial zwischen einem axialen Abschnitt 14b des Getriebedeckels 14 und dem flexiblen Ringelement 2 angeordnet ist. Mithin ist die Sensoraufnahme 14a des Getriebedeckels 14 gegenüber dem übrigen Innenraum 17 des Wellgetriebes 21, hier dem als Schmierbereich ausgebildeten Teil des Innenraumes 17, abgedichtet. Im Übrigen sei auf die obigen Ausführungen verwiesen.
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Das Wellgetriebe 21 gemäß der dritten Ausführungsform nach 7 ist im Wesentlichen identisch zur zweiten Ausführungsform nach den 4 und 5 ausgebildet. Der Unterschied besteht vorliegend darin, dass die Sensoraufnahme 14a fluidisch und räumlich vom als Schmierbereich ausgebildeten Innenraum 17 des Wellgetriebes 21 analog zum ersten Ausführungsbeispiel getrennt ist. Die gestrichelte Linie 30 umgibt schematisch dargestellt den den Schmierbereich bildenden Innenraum 17 des Wellgetriebes 21. Auf Grund dieser räumlichen Trennung ist ein Durchbruch 15 am zweiten Innenring 12 des ersten Lagerelements 11 ausgebildet, an dem eine Membran 16 angeordnet ist, über die der Gasdruck- und Temperaturausgleich analog zu den vorherigen Ausführungen zwischen dem Innenraum 17 des Wellgetriebes 21 und der Umgebung 18 des Wellgetriebes 21 erfolgt. Die Membran 16 ist stoffschlüssig mit dem zweiten Innenring 12 verbunden. Aufgrund der vorliegenden konstruktiven Ausgestaltung erstreckt sich der Durchbruch 15 axial durch den zweiten Innenring 12, das steife Ringelement 4 sowie den Abtriebsflansch 32. Da das steife Ringelement 4 und der Abtriebsflansch 32 sich langsam drehende Bauteile sind, können diese weitere hier nicht gezeigte und über den Umfang verteilte Durchbruche aufweisen, um eine ausreichende Wärmeabführung und einen Druckausgleich sicherzustellen. Mit diesem Ausführungsbeispiel soll verdeutlicht werden, dass der jeweilige Durchbruch 15 auch an anderen Bauteilen des Wellgetriebes 21 als dem Getriebedeckel 14 angeordnet sein können. Jedenfalls ist an dem jeweiligen Durchbruch 15 unabhängig seiner Position eine Membran 16 vorgesehen, um einen Substanzaustausch zwischen dem Innenraum 17 und der Umgebung zu verhindern sowie eine Wärmeabfuhr hin zur Umgebung 18 sowie einen Druckausgleich zwischen Innenraum 17 und Umgebung 18 zu realisieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wellgenerator
- 2
- Flexibles Ringelement
- 2a
- Radial erstreckender Abschnitt
- 3
- Außenverzahnung
- 4
- Steifes Ringelement
- 5
- Innenverzahnung
- 6
- Viertes Lagerelement
- 7
- Rotationsachse
- 8
- Zahneingriffsbereich
- 9
- Erster Innenring bzw. Innenring des zweiten Lagerelements
- 10
- Welle
- 11
- Erstes Lagerelement
- 12
- Zweiter Innenring des ersten Lagerelements
- 13a, 13b
- Außenring des ersten Lagerelements
- 14
- Getriebedeckel
- 14a
- Sensoraufnahme des Getriebedeckels
- 14b
- Axialer Abschnitt des Getriebedeckels
- 15
- Durchbruch
- 16
- Membran
- 17
- Innenraum
- 18
- Umgebung
- 19
- Dichtung
- 20
- Roboter
- 21
- Wellgetriebe
- 22a, 22b
- Roboterarmsegment
- 23
- Gelenk
- 24
- Antriebseinheit
- 25
- Elektromotor
- 26
- Zweites Lagerelement
- 27
- Außenumfangsfläche der Welle
- 28
- Wälzkörper des ersten Lagerelement
- 29
- Dritte Außenring des zweiten Lagerelements
- 30
- Gestrichelte Linie
- 31
- Drittes Lagerelement
- 32
- Abtriebsflansch
- 33
- Leiterplatte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112012000058 T5 [0002]
