DE102022107553A1

DE102022107553A1 - Collar sleeve for a wave gear and wave gear

Info

Publication number: DE102022107553A1
Application number: DE102022107553.2A
Authority: DE
Inventors: Jens Heim
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-03-30
Filing date: 2022-03-30
Publication date: 2023-10-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kragenhülse (3) für ein Wellgetriebe (1), umfassend ein im Wesentlichen scheibenförmiges Sensorteil (3a), das dazu eingerichtet ist, als Drehmomentsensor für das Wellgetriebe (1) zu fungieren, ferner umfassend ein umlaufend in radialer Richtung verformbares, flexibles und im Wesentlichen rohrhülsenförmiges Deformationsteil (3b) mit einer Außenverzahnung (5), wobei das Sensorteil (3a) und das Deformationsteil (3b) formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Wellgetriebe (1), aufweisend eine solche Kragenhülse (3).The invention relates to a collar sleeve (3) for a wave gear (1), comprising a substantially disk-shaped sensor part (3a), which is designed to function as a torque sensor for the wave gear (1), further comprising a circumferentially deformable in the radial direction, flexible and essentially tubular sleeve-shaped deformation part (3b) with external teeth (5), the sensor part (3a) and the deformation part (3b) being connected to one another in a form-fitting and/or material-locking manner. The invention further relates to a wave gear (1) having such a collar sleeve (3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kragenhülse für ein Wellgetriebe sowie ein Wellgetriebe, umfassend eine solche Kragenhülse.The invention relates to a collar sleeve for a wave gear and a wave gear comprising such a collar sleeve.

Aus der DE 10 2018 123 915 A1 geht ein Wellgetriebe hervor, umfassend ein von einem Wellgenerator umlaufend lokal radial verformbares, flexibles Ringelement mit einer Außenverzahnung und ein starres Ringelement mit einer Innenverzahnung. Die Außenverzahnung des flexiblen Ringelements steht zur Übertragung eines Drehmoments an mindestens einem Zahneingriffsbereich mit der Innenverzahnung des starren Ringelements im Zahneingriff. Der Wellgenerator umfasst ein unrund ausgebildetes Lagerelement, bestehend aus einem Innenring, einem Außenring sowie radial dazwischen angeordneten Wälzkörpern. Das Lagerelement ist als Pendelrollenlager ausgebildet und der Innenring ist drehfest mit einer Welle verbunden. Der Außenring und das flexible Ringelement sind zwei separate Bauteile, die drehfest miteinander verbunden sind.From the DE 10 2018 123 915 A1 shows a wave gear, comprising a flexible ring element with external teeth that can be locally radially deformed by a wave generator and a rigid ring element with internal teeth. The external teeth of the flexible ring element are in tooth engagement with the internal teeth of the rigid ring element in order to transmit a torque at at least one tooth engagement area. The wave generator comprises a non-circular bearing element, consisting of an inner ring, an outer ring and rolling elements arranged radially between them. The bearing element is designed as a spherical roller bearing and the inner ring is connected to a shaft in a rotationally fixed manner. The outer ring and the flexible ring element are two separate components that are connected to one another in a rotationally fixed manner.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine universell einsetzbare Kragenhülse bereitzustellen.The object of the present invention is to provide a universally applicable collar sleeve.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kragenhülse für ein Wellgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Wellgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.This object is achieved by a collar sleeve for a wave gear with the features of claim 1 and by a wave gear with the features of claim 8. Preferred or advantageous embodiments of the invention result from the subclaims of the following description and the attached figures.

Eine erfindungsgemäße Kragenhülse für ein Wellgetriebe umfasst ein im Wesentlichen scheibenförmiges Sensorteil, das dazu eingerichtet ist, als Drehmomentsensor für das Wellgetriebe zu fungieren, ferner umfassend ein umlaufend in radialer Richtung verformbares, flexibles und im Wesentlichen rohrhülsenförmiges Deformationsteil mit einer Außenverzahnung, wobei das Sensorteil und das Deformationsteil formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten umfasst die Kragenhülse zwei zunächst unabhängige Bauteile, die mit unterschiedlichen Verfahren, Materialien und/oder Mitteln hergestellt werden können. So kann das Material des Sensorteils beispielsweise derart gewählt und/oder vor- oder nachbearbeitet werden, dass es bestimmte Sensoreigenschaften aufweist. Das Sensorteil kann mit einem Sensor wechselwirken, der insbesondere ein Drehmoment an der Kragenhülse erfassen kann. Insbesondere ist das Sensorteil steifer als das Deformationsteil ausgebildet. Das Sensorteil kann eine Scheibe aus Metall sein, auf der einer oder mehrere Dehnungssensoren befestigt sind. Das Sensorteil kann außerdem ein Speichenrad oder eine andere Geometrie sein, die geeignet ist, einen drehmoment-proportionalen Messeffekt zu erreichen. Das Sensorteil kann mit Dehnungssensoren, zum Beispiel Dünnschicht-Dehnungssensoren oder aufgeklebten Dehnungsmessstreifen, versehen sein. Ferner ist denkbar, dass das Sensorteil aus einem magnetisierbaren Metall gefertigt ist, welches eine invers magnetostriktives Verhalten zeigt und mit einem entsprechenden magnetfeldempfindlichen Sensor versehen werden. Die Deformation kann des Weiteren mit einem kapazitiven Wegsensor erfasst werden. Demgegenüber kann das Deformationsteil aus einem elastischeren Material ausgebildet sein und/oder eine elastischere Geometrie aufweisen, sodass eine radiale Verformbarkeit des Deformationsteils ermöglicht wird. Beide Teile werden unabhängig voneinander hergestellt und nachbearbeitet, und werden erst nach ihrer jeweiligen Herstellung miteinander form- und/oder stoffschlüssig verbunden. Es können für beide Teile unterschiedliche Materialien und Wärmebehandlungen zum Einsatz kommen.A collar sleeve according to the invention for a wave gear comprises a substantially disk-shaped sensor part, which is designed to function as a torque sensor for the wave gear, further comprising a circumferentially deformable in the radial direction, flexible and essentially tubular sleeve-shaped deformation part with external teeth, the sensor part and the Deformation part are connected to one another in a form-fitting and/or material-locking manner. In other words, the collar sleeve comprises two initially independent components that can be manufactured using different processes, materials and/or means. For example, the material of the sensor part can be selected and/or pre- or post-processed in such a way that it has certain sensor properties. The sensor part can interact with a sensor, which can in particular detect a torque on the collar sleeve. In particular, the sensor part is designed to be stiffer than the deformation part. The sensor part can be a metal disk on which one or more strain sensors are attached. The sensor part can also be a spoke wheel or another geometry that is suitable for achieving a torque-proportional measuring effect. The sensor part can be provided with strain sensors, for example thin-film strain sensors or glued-on strain gauges. Furthermore, it is conceivable that the sensor part is made of a magnetizable metal, which exhibits inverse magnetostrictive behavior, and is provided with a corresponding magnetic field-sensitive sensor. The deformation can also be detected with a capacitive displacement sensor. In contrast, the deformation part can be made of a more elastic material and/or have a more elastic geometry, so that radial deformability of the deformation part is possible. Both parts are manufactured and reworked independently of one another, and are only connected to one another in a form-fitting and/or material fit after their respective manufacture. Different materials and heat treatments can be used for both parts.

Das Sensorteil kann in anspruchsvollen Formen hergestellt werden, da die Form des Sensorteils nicht mehr von den Herstellungsprozessen abhängt, die für das Deformationsteil verwendet werden. Das Sensorteil kann Ausnehmungen oder Durchbrüche für Kabeldurchführungen oder -auslässe oder Schrauben enthalten, wodurch das Sensorteil ein universelles Teil für verschiedene Ansätze der Kabelführung oder dergleichen auf der Seite des Wellgetriebes wird. Das Sensorteil kann so geformt werden, dass es so flexibel ist, wie es für die Kinematik des Wellgetriebes erforderlich ist. Das Sensorteil kann als Speichenrad geformt sein, um die durch einen Wellengenerator verursachte Biegung zu entkoppeln und auch die Empfindlichkeit des Drehmomentmesseffekts zu erhöhen.The sensor part can be manufactured in sophisticated shapes because the shape of the sensor part no longer depends on the manufacturing processes used for the deformation part. The sensor part can contain recesses or openings for cable feedthroughs or outlets or screws, whereby the sensor part becomes a universal part for various approaches to cable routing or the like on the wave gear side. The sensor part can be shaped to be as flexible as required for the kinematics of the wave gear. The sensor part can be shaped as a spoke wheel to decouple the bending caused by a shaft generator and also increase the sensitivity of the torque measurement effect.

Vorzugsweise ist das Sensorteil in Speichenform ausgebildet und weist Festkörpergelenke auf. Die Festkörpergelenke sind zur Entkopplung der axialen Biegung vorgesehen. Die Speichenform macht das Sensorteil derart flexibel, dass ein positiver Effekt auf die Kinematik des Wellgetriebes entsteht. Bevorzugt weist das Sensorteil vier Speichen, ferner bevorzugt acht oder mehr Speichen, auf, da die durch einen Wellengenerator verursachte Verzerrung bzw. die Zahnkontaktflächen zwischen dem Deformationsteil und dem Sensorteil symmetrisch ist bzw. sind. Die Speichen sind zwischen einem inneren Kreiselement, insbesondere einem inneren Ringelement, sowie einem äußeren Ringelement angeordnet, wobei die Speichen über die Festkörpergelenke an die Ringelement angeschlossen sein.The sensor part is preferably designed in the shape of a spoke and has solid-state joints. The solid state joints are intended to decouple the axial bending. The spoke shape makes the sensor part so flexible that it has a positive effect on the kinematics of the wave gear. The sensor part preferably has four spokes, more preferably eight or more spokes, since the distortion caused by a wave generator or the tooth contact surfaces between the deformation part and the sensor part is or are symmetrical. The spokes are arranged between an inner circular element, in particular an inner ring element, and an outer ring element, the spokes being connected to the ring element via the solid-state joints.

Der Wellgenerator, auch „Wave Generator“ genannt, steht mit einer Welle in Wirkverbindung, wobei die Welle vorzugsweise zumindest mittelbar von einer elektrischen Maschine drehantreibbar ist, um den Wellgenerator in eine Rotationsbewegung zu versetzen. Beispielsweise weisen der Wellgenerator, insbesondere ein Innenring eines Lagerelements des Wellgenerators, eine elliptische oder ovale Querschnittsform auf. Der Innenring und die Welle können zwei separate Bauteile sein, wobei der Innenring zur Realisierung einer drehfesten Verbindung beispielsweise auf der Welle aufgepresst ist. Alternativ ist denkbar, den Innenring und die Welle einteilig auszubilden. Der Wellgenerator bildet den Antrieb des Wellgetriebes und wird im Fall einer zweiteiligen Ausgestaltung der Welle und des Innenrings vorzugsweise zusammen mit dem Lagerelement des Wellgenerators in das flexible bzw. elastisch verformbare, hülsenförmige Deformationsteil eingepresst. Die Welle kann als Hohlwelle oder als Vollwelle ausgebildet sein.The wave generator, also called “wave generator”, is in operative connection with a wave, the wave preferably being at least indirectly can be driven in rotation by an electric machine in order to set the wave generator in a rotational movement. For example, the wave generator, in particular an inner ring of a bearing element of the wave generator, has an elliptical or oval cross-sectional shape. The inner ring and the shaft can be two separate components, with the inner ring being pressed onto the shaft, for example, to achieve a rotation-proof connection. Alternatively, it is conceivable to make the inner ring and the shaft in one piece. The wave generator forms the drive of the wave gear and, in the case of a two-part design of the shaft and the inner ring, is preferably pressed together with the bearing element of the wave generator into the flexible or elastically deformable, sleeve-shaped deformation part. The shaft can be designed as a hollow shaft or as a solid shaft.

Das Deformationsteil ist ein flexibles Ringelement, das auch „Flexspline“ oder mechanisches Flexspline-Teil genannt wird. Es ist ein hochfestes sowie torsionssteifes Rohrhülsenelement. Es ist derart flexibel ausgebildet, dass es den Wellgenerator mit dem Lagerelement zumindest teilweise axial aufnehmen kann, und dabei in Abhängigkeit der äußeren Form des Wellgenerators lokal verformbar ist. Insbesondere wird die äußere Form des Wellgenerators durch den zweiten Außenring gebildet. Das flexible Ringelement weist zumindest eine offene axiale Seite zur Aufnahme des Wellgenerators mit dem Lagerelement auf.The deformation part is a flexible ring element, also called a “flexspline” or mechanical flexspline part. It is a high-strength and torsion-resistant pipe sleeve element. It is designed to be flexible in such a way that it can at least partially accommodate the wave generator with the bearing element axially and is locally deformable depending on the external shape of the wave generator. In particular, the outer shape of the wave generator is formed by the second outer ring. The flexible ring element has at least one open axial side for receiving the wave generator with the bearing element.

Nach der Herstellung der separaten Teile der Kragenhülse werden diese form- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden, sodass sie eine Einheit bilden, die die unterschiedlichen Funktionen der Kragenhülse erfüllen. Diese sind einerseits eine Sensierbarkeit eines auf die Kragenhülse einwirkenden Drehmoments zu ermöglichen und andererseits ein Drehmoment und/oder eine Drehzahl von dem Wellgenerator auf ein steifes Ringelement des Wellgetriebes zu übertragen.After the separate parts of the collar sleeve have been manufactured, they are connected to one another in a form-fitting and/or material-locking manner so that they form a unit that fulfills the different functions of the collar sleeve. These are, on the one hand, to enable sensing of a torque acting on the collar sleeve and, on the other hand, to transmit a torque and/or a speed from the wave generator to a rigid ring element of the wave gear.

Das steife Ringelement, auch „Circular Spline“ genannt, ist ein torsionssteifer, steifer Ring, dessen Innenverzahnung mehr Zähne aufweist als die Außenverzahnung des Deformationsteils. Insbesondere ist das steife Ringelement als Hohlrad ausgebildet. Die Drehung des Wellgenerators bewirkt einen permanenten, umlaufenden Zahneingriff von dem Deformationsteil bzw. dem flexiblen Ringsegment der Kragenhülse und dem steifen Ringelement. Anders gesagt bewegen sich die vorzugsweise gegenüberliegenden Zahneingriffsbereiche während der Rotation des Wellgenerators kontinuierlich um die Rotationsachse des Wellgenerators bzw. in Umfangsrichtung. Da das Deformationsteil weniger Zähne aufweist als das steife Ringelement, bewirkt eine Drehung des Wellgenerators eine Relativbewegung des Deformationsteils zum steifen Ringelement. Dabei erfolgt ein Abrollen der Wälzkörper des Lagerelements des Wellgenerators zwischen dem Innenring und dem Außenring.The rigid ring element, also called “circular spline”, is a torsionally rigid, rigid ring whose internal teeth have more teeth than the external teeth of the deformation part. In particular, the rigid ring element is designed as a ring gear. The rotation of the wave generator causes a permanent, circumferential tooth engagement of the deformation part or the flexible ring segment of the collar sleeve and the rigid ring element. In other words, the preferably opposite tooth engagement areas move continuously about the axis of rotation of the wave generator or in the circumferential direction during the rotation of the wave generator. Since the deformation part has fewer teeth than the rigid ring element, rotation of the wave generator causes a relative movement of the deformation part to the rigid ring element. The rolling elements of the bearing element of the wave generator roll between the inner ring and the outer ring.

Vorzugsweise ist im Fügebereich zwischen dem Sensorteil und dem Deformationsteil eine Verzahnungsgeometrie zur Realisierung des Formschlusses ausgebildet. Das Deformationsteil weist bevorzugt einen Außendurchmesser auf, der in etwa einem Innendurchmesser eines Durchbruchs des ringscheibenförmigen Sensorteils entspricht. Das Sensorteil ist beispielsweise innen- und das Deformationsteil ist außenverzahnt. In diesem Fall ist das Sensorteil nach dem Verbinden mit dem Deformationsteil räumlich innerhalb des Deformationsteils angeordnet. Je nach Anordnung und Ausbildung der Teile kann das Sensorteil außen- und das Deformationsteil innenverzahnt sein. In diesem Fall ist das Sensorteil nach dem Verbinden mit dem Deformationsteil räumlich außerhalb des Deformationsteils angeordnet. Da insbesondere das Sensorteil separat nachbearbeitet wird, kann die Kragenhülse derart ausgebildet sein, dass der Sensor innen oder außen am Deformationsteil montiert wird. Der Sensor kann am Sensorteil immer auf einer flachen und ebenen Oberfläche ohne Behinderung durch die umgebende Tasse oder den Hut verarbeitet werden.Preferably, a toothing geometry is formed in the joining area between the sensor part and the deformation part to realize the positive connection. The deformation part preferably has an outer diameter that approximately corresponds to an inner diameter of an opening in the annular disk-shaped sensor part. For example, the sensor part has internal teeth and the deformation part has external teeth. In this case, the sensor part is spatially arranged within the deformation part after being connected to the deformation part. Depending on the arrangement and design of the parts, the sensor part can have external teeth and the deformation part can have internal teeth. In this case, the sensor part is arranged spatially outside the deformation part after being connected to the deformation part. Since the sensor part in particular is reworked separately, the collar sleeve can be designed in such a way that the sensor is mounted on the inside or outside of the deformation part. The sensor can always be processed on the sensor part on a flat and even surface without interference from the surrounding cup or hat.

Die jeweilige Verzahnungsgeometrie der beiden Teile kann beliebig ausgestaltet sein. Jedenfalls können die Verzahnungen des Sensorteils und des Deformationsteils derart axial ineinandergesteckt werden, dass der Formschluss gebildet wird. Bei einem Formschluss kann ein Drehmoment zwischen den beiden verbundenen Teilen in einer Drehrichtung übertragen werden. Ein Formschluss realisiert im Vergleich zu einer kraftschlüssigen Lösung ein kosten- und vor allem wirkungsgradoptimales System. Denkbar ist auch eine Klauenverbindung zwischen Sensorteil und Deformationsteil.The respective toothing geometry of the two parts can be designed in any way. In any case, the toothings of the sensor part and the deformation part can be inserted axially into one another in such a way that the positive connection is formed. With a positive connection, a torque can be transmitted between the two connected parts in one direction of rotation. Compared to a non-positive solution, a form fit creates a system that is optimal in terms of cost and, above all, efficiency. A claw connection between the sensor part and the deformation part is also conceivable.

Nach einem Ausführungsbeispiel liegt zwischen dem Sensorteil und dem Deformationsteil eine Passverzahnung vor. Bei der Passverzahnung wird das Drehmoment von den Zahnflanken übertragen, wobei das Sensorteil in das Deformationsteil, und/oder umgekehrt, gepresst wird.According to one exemplary embodiment, there is a spline between the sensor part and the deformation part. With splines, the torque is transmitted from the tooth flanks, with the sensor part being pressed into the deformation part and/or vice versa.

Alternativ oder ergänzend sind das Sensorteil und das Deformationsteil miteinander vernietet. Mittels der Nietverbindung wird ein Formschluss durch Umformen realisiert. Die Vorteile bestehen darin, dass keine ungünstigen Werkstoffbeeinflussungen, wie beispielsweise Gefügeumwandlungen, erfolgen. Außerdem verziehen die Bauteile nicht und es können ungleichartige Werkstoffe verbunden werden.Alternatively or additionally, the sensor part and the deformation part are riveted together. Using the rivet connection, a positive connection is achieved by forming. The advantages are that there are no unfavorable influences on the material, such as structural transformations. In addition, the components do not warp and dissimilar materials can be connected.

Ferner alternativ oder ergänzend sind das Sensorteil und das Deformationsteil miteinander verschweißt, verlötet oder verklebt. Damit ist eine stoffschlüssige Verbindung realisierbar. Insbesondere das Laserschweißen eignet sich zur Schweißverbindung der Teile der Kragenhülse.Furthermore, alternatively or additionally, the sensor part and the deformation part are welded, soldered or glued together. This means that a cohesive connection can be achieved. Laser welding is particularly suitable for welding the parts of the collar sleeve.

Je nach Ausbildung des Wellgetriebes kann die Kragenhülse unterschiedlich ausgebildet sein. Geläufig ist dabei, die Kragenhülse als sogenannte Cup-Type-Kragenhülse bzw. tassenförmige Kragenhülse oder als Hat-Type-Kragenhülse bzw. hutförmige Kragenhülse auszubilden. In diesem Sinn eignet sich die Kragenhülse gemäß den vorherigen Ausführungen als Cup-Type-Kragenhülse oder als Hat-Type-Kragenhülse für ein Wellgetriebe. Bei einer hutförmigen Kragenhülse kann sich die Außenverzahnung am Deformationsteil über die gesamte axiale Länge des Deformationsteils erstrecken. Damit kann mit einfachen Mitteln sowohl die Zahnradfunktion zur Drehmomentübertragung auf das steife Ringelement sowie der Formschluss sichergestellt werden. Damit kann der Produktionsaufwand minimiert werden. Mit anderen Worten wird ein erster axialer Abschnitt der Außenverzahnung des Deformationsteils für die Drehmomentübertragung zwischen dem Wellgenerator und dem steifen Ringelement verwendet, wobei ein zweiter axialer Abschnitt derselben Außenverzahnung des Deformationsteils zur formschlüssigen Verbindung des Sensorteil mit dem Deformationsteil verwendet wird.Depending on the design of the wave gear, the collar sleeve can be designed differently. It is common practice to design the collar sleeve as a so-called cup-type collar sleeve or cup-shaped collar sleeve or as a hat-type collar sleeve or hat-shaped collar sleeve. In this sense, the collar sleeve according to the previous versions is suitable as a cup-type collar sleeve or as a hat-type collar sleeve for a wave gear. In the case of a hat-shaped collar sleeve, the external teeth on the deformation part can extend over the entire axial length of the deformation part. This means that both the gear function for transmitting torque to the rigid ring element and the positive connection can be ensured using simple means. This means the production effort can be minimized. In other words, a first axial section of the external toothing of the deformation part is used for the torque transmission between the wave generator and the rigid ring element, with a second axial section of the same external toothing of the deformation part being used for the positive connection of the sensor part to the deformation part.

Ein erfindungsgemäßes Wellgetriebe umfasst eine von einem Wellgenerator betätigbare Kragenhülse gemäß den vorherigen Ausführungen und ein steifes Ringelement mit einer Innenverzahnung, wobei die Außenverzahnung des Deformationsteils zur Übertragung eines Drehmoments an mindestens einem Zahneingriffsbereich mit der Innenverzahnung des steifen Ringelements im Zahneingriff steht, wobei der Wellgenerator ein unrund ausgebildetes Lagerelement aufweist, das mit einer antreibbaren Welle wirkverbunden ist und zumindest teilweise in das Deformationsteil der Kragenhülse axial hineinragt. Das Wellgetriebe umfasst also eine von einem Wellgenerator mit einem unrunden Außenumfangsfläche umlaufend lokal radial verformbaren, flexiblen Deformationsteil der Kragenhülse mit einer Außenverzahnung und ein steifes Hohlrad mit einer Innenverzahnung, wobei die Außenverzahnung des Deformationsteils zur Übertragung eines Drehmoments an mindestens einem Zahneingriffsbereich zumindest teilweise mit der Innenverzahnung des Hohlrades im Zahneingriff steht. Das Sensorteil der Kragenhülse wechselwirkt wenigstens temporär mit einer Sensorik oder bildet die Sensorik, um ein an der Kragenhülse einwirkendes Drehmoment möglichst nah an der Rotationsachse zu erfassen.A wave gear according to the invention comprises a collar sleeve which can be actuated by a wave generator according to the previous embodiments and a rigid ring element with internal toothing, the external toothing of the deformation part being in tooth engagement with the internal toothing of the rigid ring element for transmitting a torque at at least one tooth engagement area, the wave generator being out of round trained bearing element, which is operatively connected to a drivable shaft and at least partially projects axially into the deformation part of the collar sleeve. The wave gear therefore comprises a locally radially deformable, flexible deformation part of the collar sleeve with an external toothing and a rigid ring gear with an internal toothing, the external toothing of the deformation part being used to transmit a torque to at least one tooth engagement area at least partially with the internal toothing of the ring gear is in tooth mesh. The sensor part of the collar sleeve interacts at least temporarily with a sensor system or forms the sensor system in order to detect a torque acting on the collar sleeve as close as possible to the axis of rotation.

Während des Betriebs rotiert der beispielsweise von einer Welle antreibbare Wellgenerator, wodurch der Innenring des Lagerelements des Wellgenerators relativ zum flexiblen Deformationsteil der Kragenhülse und dem darin drehfest aufgenommenen Außenring des Lagerelements verdreht wird. Dabei verformt das Deformationsteil 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 Deformationsteil eine umlaufende Verformung erfährt und so ein Drehmoment auf das steife Ringelement überträgt.During operation, the wave generator, which can be driven by a shaft, rotates, whereby the inner ring of the bearing element of the wave generator is rotated relative to the flexible deformation part of the collar sleeve and the outer ring of the bearing element which is accommodated therein in a rotationally fixed manner. The deformation part deforms elastically analogous to the direction of rotation and speed of rotation of the wave generator. In other words, the wave generator is set into a rotational movement during operation of the wave gear, which causes the deformation part to undergo a circumferential deformation and thus transmit a torque to the rigid ring element.

Das Wellgetriebe kann in einem Roboter zum Einsatz kommen. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Wellgetriebe in einem Gelenk für einen Roboterarm angeordnet und wirkt zumindest mittelbar zwischen zwei Roboterarmsegmenten.The wave gear can be used in a robot. In particular, the wave gear according to the invention is arranged in a joint for a robot arm and acts at least indirectly between two robot arm segments.

Die vorhergehenden Ausführungen zur erfindungsgemäßen Kragenhülse gelten gleichermaßen für das erfindungsgemäße Wellgetriebe, und umgekehrt.The previous statements regarding the collar sleeve according to the invention apply equally to the wave gear according to the invention, and vice versa.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. In den Figuren sind gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Hierbei zeigt

1 eine schematische Teillängsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Wellgetriebes gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel,
2 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Kragenhülse des Wellgetriebes nach 1,
3 eine schematische Perspektivdarstellung eines Sensorteils der erfindungsgemäßen Kragenhülse nach 2,
4 eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Kragenhülse des Wellgetriebes nach einem alternativen Ausführungsbeispiel,
5 eine schematische Perspektivdarstellung des Sensorteils der erfindungsgemäßen Kragenhülse nach 4, und
6 eine schematische Ansicht des Sensorteils der erfindungsgemäßen Kragenhülse gemäß einer weiteren Ausführungsform.

Further measures improving the invention are shown in more detail below together with the description of preferred exemplary embodiments of the invention with reference to the figures. In the figures, the same or similar elements are given the same reference numerals. This shows

1 a schematic partial longitudinal sectional representation of a wave gear according to the invention according to a preferred exemplary embodiment,
2 a schematic sectional view of a collar sleeve of the wave gear according to the invention 1 ,
3 a schematic perspective view of a sensor part of the collar sleeve according to the invention 2 ,
4 a schematic sectional view of the collar sleeve of the wave gear according to the invention according to an alternative embodiment,
5 a schematic perspective view of the sensor part of the collar sleeve according to the invention 4 , and
6 a schematic view of the sensor part of the collar sleeve according to the invention according to a further embodiment.

Gemäß 1 umfasst ein erfindungsgemäßes Wellgetriebe 1 eine Kragenhülse 3, hier in Form einer tassenförmigen Kragenhülse, wobei die Kragenhülse 3 zunächst mehrteilig ausgebildet ist, und zwar aus einem sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckenden, ringscheibenförmigen Sensorteil 3a und einem sich im Wesentlichen in axialer Richtung erstreckenden, hülsenförmigen Deformationsteil 3b. Die Kragenhülse 3 ist folglich eine Cup-Type-Kragenhülse, die sich, wie hier dargestellt ist, für die Verwendung in einem Wellgetriebe 1 eignet. Vor der Montage der Kragenhülse 3 in das Wellgetriebe 1 werden das Sensorteil 3a und das Deformationsteil 3b miteinander form- und/oder stoffschlüssig verbunden. Das Sensorteil 3a und das Deformationsteil 3b sind in 1 - in hier nicht näher gezeigter Weise - formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden.According to 1 a wave gear 1 according to the invention comprises a collar sleeve 3, here in the form of a cup-shaped collar sleeve, the Kra Genhülse 3 is initially designed in several parts, namely from a substantially radially extending, annular disk-shaped sensor part 3a and a substantially axially extending, sleeve-shaped deformation part 3b. The collar sleeve 3 is therefore a cup-type collar sleeve, which, as shown here, is suitable for use in a wave gear 1. Before mounting the collar sleeve 3 in the wave gear 1, the sensor part 3a and the deformation part 3b are connected to one another in a form-fitting and/or material-locking manner. The sensor part 3a and the deformation part 3b are in 1 - in a manner not shown here - positively and / or cohesively connected to one another.

Das umlaufend in radialer Richtung verformbare, flexible und im Wesentlichen rohrhülsenförmige Deformationsteil 3b weist eine Außenverzahnung 5 auf, die zur Übertragung eines Drehmoments in Zahneingriff mit einer Innenverzahnung 4 eines steifen Ringelements 6 steht, und zwar an mindestens einem Zahneingriffsbereich 7. Das Sensorteil 3a ist dazu eingerichtet, als Drehmomentsensor für das Wellgetriebe 1 zu fungieren.The circumferentially deformable in the radial direction, flexible and essentially tubular sleeve-shaped deformation part 3b has an external toothing 5, which is in toothed engagement with an internal toothing 4 of a rigid ring element 6 for transmitting a torque, namely on at least one toothed engagement area 7. The sensor part 3a is for this purpose set up to function as a torque sensor for the wave gear 1.

Der Wellgenerator 2 weist ein unrund ausgebildetes Lagerelement 8 auf, das radial zwischen dem Deformationsteil 3b, das als flexibles Ringelement zu verstehen ist, und einer Welle 10 angeordnet ist, wobei das Lagerelement 8 in das Deformationsteil 3b hineinragt. Das Lagerelement 8 weist einen Innenring 9, der drehfest auf der Welle 10 angeordnet ist, sowie einen Außenring 11, der radial innerhalb des Deformationsteils 3b angeordnet ist. Der Wellgenerator 2 ist über die Welle 10 von einem - hier nicht dargestellten - Elektromotor in eine Rotationsbewegung versetzbar.The wave generator 2 has a non-circular bearing element 8 which is arranged radially between the deformation part 3b, which is to be understood as a flexible ring element, and a shaft 10, the bearing element 8 protruding into the deformation part 3b. The bearing element 8 has an inner ring 9, which is arranged in a rotationally fixed manner on the shaft 10, and an outer ring 11, which is arranged radially within the deformation part 3b. The wave generator 2 can be set into a rotational movement via the shaft 10 by an electric motor (not shown here).

Der Innenring 9 und der Außenring 11 des unrund, insbesondere elliptisch ausgebildeten Lagerelements 8 weisen vorliegend eine unrunde, insbesondere elliptische Au-ßengeometrie auf, wobei die Außenumfangsfläche des Außenrings 11 an einer Innenumfangsfläche des Deformationsteils 3b drehfest zur Anlage kommt. Vor der Montage des Lagerelements 8 weist der Außenring 11 eine im Wesentlichen runde Außengeometrie auf, die sich jedoch während der Montage in Abhängigkeit der Außengeometrie des Innenrings 9 elastisch in die elliptische Außengeometrie verformt. Das Lagerelement 8 ist in das Deformationsteil 3b eingepresst, sodass der Wellgenerator 2 mit dem Lagerelement 8 in das flexible Deformationsteil 3b der Kragenhülse 3 hineinragt. Dabei nimmt das Deformationsteil 3b die elliptische äußere Form des Wellgenerators 2 an. Während des Betriebs des Wellgetriebes 1 wird der Wellgenerator 2 über die Welle 10 in eine Rotationsbewegung versetzt, wobei der Außenring 11 sowie das Deformationsteil 3b lokal radial verformen. Anders gesagt bewirkt die Rotation des Wellgenerators 2 um dessen Rotationsachse A, dass das Deformationsteil 3b und der Au-ßenring 11 umlaufend elastisch verformt werden. Da sich das Deformationsteil 3b an die elliptische Form des Wellgenerators 2 anpasst, steht das Deformationsteil 3b mit dessen Außenverzahnung 5 lediglich am jeweiligen Zahneingriffsbereich 7 mit der Innenverzahnung 4 des steifen Ringelements 6 in Zahneingriff. Das steife Ringelement 6 ist vorliegend als Hohlrad zu verstehen.The inner ring 9 and the outer ring 11 of the non-round, in particular elliptical bearing element 8 in the present case have a non-round, in particular elliptical outer geometry, with the outer circumferential surface of the outer ring 11 coming into rotationally fixed contact with an inner circumferential surface of the deformation part 3b. Before assembly of the bearing element 8, the outer ring 11 has a substantially round outer geometry, which, however, deforms elastically into the elliptical outer geometry during assembly depending on the outer geometry of the inner ring 9. The bearing element 8 is pressed into the deformation part 3b, so that the wave generator 2 with the bearing element 8 protrudes into the flexible deformation part 3b of the collar sleeve 3. The deformation part 3b takes on the elliptical external shape of the wave generator 2. During operation of the wave gear 1, the wave generator 2 is set into a rotational movement via the shaft 10, with the outer ring 11 and the deformation part 3b locally deforming radially. In other words, the rotation of the wave generator 2 about its axis of rotation A causes the deformation part 3b and the outer ring 11 to be elastically deformed all around. Since the deformation part 3b adapts to the elliptical shape of the wave generator 2, the deformation part 3b with its external teeth 5 only meshes with the internal teeth 4 of the rigid ring element 6 at the respective tooth engagement area 7. The rigid ring element 6 is to be understood here as a ring gear.

2 zeigt die tassenförmige Kragenhülse 3, wobei das Sensorteil 3a radial innerhalb des damit fest verbundenen Deformationsteils 3b angeordnet ist. Im Fügebereich zwischen dem Sensorteil 3a und dem Deformationsteil 3b ist eine - hier nicht gezeigte - Verzahnungsgeometrie ausgebildet, mit der der Formschluss realisiert wird. Vorliegend liegt zudem zwischen dem Sensorteil 3a und dem Deformationsteil 3b eine Passverzahnung vor, wobei das Sensorteil 3a in das Deformationsteil 3b eingepresst ist. Alternativ oder ergänzend kann das Sensorteil 3a und das Deformationsteil 3b miteinander vernietet, verschweißt, verlötet oder verklebt sein. 2 shows the cup-shaped collar sleeve 3, the sensor part 3a being arranged radially within the deformation part 3b which is firmly connected to it. In the joining area between the sensor part 3a and the deformation part 3b, a toothing geometry - not shown here - is formed, with which the positive connection is achieved. In the present case there is also a spline between the sensor part 3a and the deformation part 3b, with the sensor part 3a being pressed into the deformation part 3b. Alternatively or additionally, the sensor part 3a and the deformation part 3b can be riveted, welded, soldered or glued together.

3 zeigt das Sensorteil 3a der in 2 gezeigten Kragenhülse 3 perspektivisch, wobei radial innen am Sensorteil 3a mehrere Durchgangsöffnungen 14 gleichmäßig verteilt angeordnet sind, mit dem die Kragenhülse 3 gemäß 1 über das Sensorteil 3a an einem Innenring 12 eines Vierpunktlagers 13 befestigt, insbesondere verschraubt, werden kann. Der Vorteil einer derartigen Ausgestaltung der Kragenhülse 3 besteht darin, dass das Drehmoment vergleichsweise nah an der Rotationsachse A messbar ist. Im Bereich der Durchgangsöffnungen 14 ist das Material des Sensorteils 3a im Vergleich zum übrigen Teil des Sensorteils 3a sowie des Deformationsteils 3b aufgedickt. 3 shows the sensor part 3a in 2 shown collar sleeve 3 in perspective, with several through openings 14 being arranged evenly distributed radially on the inside of the sensor part 3a, with which the collar sleeve 3 according to 1 can be attached, in particular screwed, to an inner ring 12 of a four-point bearing 13 via the sensor part 3a. The advantage of such a design of the collar sleeve 3 is that the torque can be measured comparatively close to the axis of rotation A. In the area of the through openings 14, the material of the sensor part 3a is thickened compared to the remaining part of the sensor part 3a and the deformation part 3b.

Die Kragenhülse 3 muss nicht zwingend in Tassenform ausgebildet sein. Denkbar und ausführbar ist auch eine hutförmige Ausgestaltung der Kragenhülse 3 gemäß 4 und 5. Mit anderen Worten kann die Kragenhülse 3 auch als Hat-Type-Kragenhülse ausgebildet sein. 4 zeigt die tassenförmige Kragenhülse 3, wobei das Sensorteil 3a radial außerhalb des damit fest verbundenen Deformationsteils 3b angeordnet ist. Das Sensorteil 3a ist in diesem Fall mit dem Deformationsteil 3b verschweißt, also stoffschlüssig verbunden.The collar sleeve 3 does not necessarily have to be designed in a cup shape. A hat-shaped design of the collar sleeve 3 is also conceivable and feasible 4 and 5 . In other words, the collar sleeve 3 can also be designed as a hat-type collar sleeve. 4 shows the cup-shaped collar sleeve 3, with the sensor part 3a being arranged radially outside of the deformation part 3b which is firmly connected to it. In this case, the sensor part 3a is welded to the deformation part 3b, i.e. connected in a materially bonded manner.

5 zeigt das Sensorteil 3a der Kragenhülse 3 perspektivisch, wobei radial außen am Sensorteil 3a mehrere Durchgangsöffnungen 14 gleichmäßig verteilt angeordnet sind, mit dem die Kragenhülse 3 über das Sensorteil 3a am Innenring 12 des Vierpunktlagers 13 verschraubbar ist. Im Bereich der Durchgangsöffnungen 14 ist das Material des Sensorteils 3a im Vergleich zum übrigen Teil des Sensorteils 3a sowie des Deformationsteils 3b aufgedickt. 5 shows the sensor part 3a of the collar sleeve 3 in perspective, with several through openings 14 being arranged evenly distributed radially on the outside of the sensor part 3a, with which the collar sleeve 3 can be screwed via the sensor part 3a to the inner ring 12 of the four-point bearing 13. The mate is in the area of the through openings 14 rial of the sensor part 3a is thickened compared to the remaining part of the sensor part 3a and the deformation part 3b.

6 zeigt eine Ansicht des Sensorteils 3a der Kragenhülse 3 stark schematisch, wobei das Sensorteil 3a vorliegend in Speichenradform ausgebildet ist. Das Sensorteil 3a weist ein inneres Ringelement 17a, ein äußeres Ringelement 17b sowie räumlich dazwischen angeordnete Speichen 16 auf, wobei die Anzahl der Speichen 16 abhängig ist von der gewünschten Steifigkeit des Sensorteils 3a. Die Speichen 16 sind über Festkörpergelenke 15 mit dem jeweiligen Ringelement 17a, 17b verbunden. Das Deformationsteil 3b ist entweder am ersten Ringelement 17a oder am zweiten Ringelement 17b form- und/oder stoffschlüssig mit dem Sensorteil 3a verbunden. Dies hängt von den Ausgestaltungsanforderungen an die Kragenhülse 3 ab. Auf eine Darstellung von Durchgangsöffnungen analog zu den vorherigen Ausführungen wird hier aus Vereinfachungsgründen verzichtet, da hier die Ausgestaltung des Sensorteils 3a im Vordergrund steht. Die Festkörpergelenke 15 sind zur Entkopplung der axialen Biegung vorgesehen. Die Anzahl der Speichen 16 ist derart gewählt, dass die durch den Wellengenerator 2 verursachte Verzerrung bzw. die Zahnkontaktflächen zwischen dem Deformationsteil 3b und dem Sensorteil 3a symmetrisch ist bzw. sind. 6 shows a very schematic view of the sensor part 3a of the collar sleeve 3, the sensor part 3a in the present case being designed in the form of a spoked wheel. The sensor part 3a has an inner ring element 17a, an outer ring element 17b and spokes 16 arranged spatially between them, the number of spokes 16 depending on the desired rigidity of the sensor part 3a. The spokes 16 are connected to the respective ring element 17a, 17b via solid joints 15. The deformation part 3b is positively and/or cohesively connected to the sensor part 3a either on the first ring element 17a or on the second ring element 17b. This depends on the design requirements for the collar sleeve 3. A representation of through openings analogous to the previous versions is omitted here for reasons of simplification, since the focus here is on the design of the sensor part 3a. The solid state joints 15 are intended to decouple the axial bending. The number of spokes 16 is chosen such that the distortion caused by the wave generator 2 or the tooth contact surfaces between the deformation part 3b and the sensor part 3a is or are symmetrical.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11: Wellgetriebewave gear
22: WellgeneratorWave generator
33: Kragenhülsecollar sleeve
3a3a: SensorteilSensor part
3b3b: Deformationsteildeformation part
44: InnenverzahnungInternal gearing
55: AußenverzahnungExternal gearing
66: Steifes RingelementStiff ring element
77: ZahneingriffsbereichTooth engagement area
88th: LagerelementBearing element
99: Innenring des LagerelementsInner ring of the bearing element
1010: WelleWave
1111: Außenring des LagerelementsOuter ring of the bearing element
1212: Innenring des VierpunktlagersInner ring of the four-point bearing
1313: VierpunktlagerFour-point bearing
1414: DurchgangsöffnungPassage opening
1515: FestkörpergelenkSolid joint
1616: Speichespoke
17a17a: Inneres Ringelement des SensorteilsInner ring element of the sensor part
17b17b: Äußeres Ringelement des SensorteilsOuter ring element of the sensor part
AA: RotationsachseAxis of rotation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102018123915 A1 [0002]

Claims

Collar sleeve (3) for a wave gear (1), comprising a substantially disk-shaped sensor part (3a), which is designed to function as a torque sensor for the wave gear (1), further comprising a circumferentially deformable, flexible and essentially tubular sleeve-shaped deformation part (3b) with external teeth (5), the sensor part (3a) and the deformation part (3b) being connected to one another in a form-fitting and/or material-locking manner.

collar sleeve (3). Claim 1 , characterized in that in the joining area between the sensor part (3a) and the deformation part (3b) a toothing geometry is formed to realize the positive connection.

collar sleeve (3). Claim 2 , characterized in that there is a spline between the sensor part (3a) and the deformation part (3b).

Collar sleeve (3) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor part (3a) and the deformation part (3b) are riveted together.

Collar sleeve (3) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor part (3a) and the deformation part (3b) are welded, soldered or glued together.

Collar sleeve (3) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor part (3a) is designed in the shape of a spoke and has solid joints (15).

Use of the collar sleeve (3) according to one of the preceding claims as a cup-type collar sleeve for a wave gear (1).

Use the collar sleeve (3) according to one of the Claims 1 until 6 as a hat-type collar sleeve for a wave gear (1).

Wave gear (1), comprising a collar sleeve (3) which can be actuated by a wave generator (2) according to one of Claims 1 until 6 and a rigid ring element (6) with internal toothing (4), the external toothing (5) of the deformation part (3b) being in tooth engagement with the internal toothing (4) of the rigid ring element (6) for transmitting a torque at at least one tooth engagement region (7). stands, the wave generator (2) having a non-circular bearing element (8) which is operatively connected to a drivable shaft (10) and at least partially projects axially into the deformation part (3b) of the collar sleeve (3).