DE19542253A1 - Sonderuntersetzungsgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sonderuntersetzungsgetriebe gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2.

Derartige Sonderuntersetzungsgetriebe werden unter dem Markennamen Felx­ drive® oder Harmonic Drive® angeboten. Die bekannten Sondergetriebe ha­ ben sich außerordentlich bewährt. Diese Getriebe besitzen einen flexiblen Zwi­ schenring und werden in zwei Ausführungen angeboten, einmal in einer Topf­ bauform und einmal in einer flachen Bauform mit einem zweiten Außenring, der eine Innenverzahnung aufweist.

Dennoch ist es wünschenswert, die bekannten Sondergetriebe kostengünstiger zu fertigen.

Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein Sonderuntersetzungsgetriebe zu schaffen, das weit aus kostengünstiger herstellbar ist.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 ge­ löst.

Nach der Erfindung ist der innere Lagerring aus einem Blechstreifen in Wälzla­ gerqualität gefertigt der durch spannloses Umformen zu einem Lagerring ver­ formt wird. Allein diese Vorgehensweise senkt erheblich die Fertigungskosten. Weiter ist wichtig, der so gefertigte Lagerring weist seitlich angeformten Borden auf, die die nadelförmigen Wälzkörper aufnehmen. Zusätzlich ist der innere Lagerring über seine Breite geschlitzt. Dies führt zu einem inneren Wälzlager­ ring, der aufschnappbar ist, was die Fertigungskosten des Getriebes weiter reduziert.

Diese erfindungsgemäße Bauform des inneren Lagerringes läßt es erst sinnvoll erscheinen, den flexiblen Zwischenring in einer weiteren erfindungsgemäßen Weise zu fertigen.

Erfindungsgemäß wird der Zwischenring aus dünnwandigen Strängen von Bandstahl und/oder Zugseilen gewickelt, die mechanisch durch Verbindungs­ brücken miteinander verbunden sind. Hierbei ist es nicht zwingend erforderlich, die dünnwandigen Bandstahlwindungen zu verschweißen. Der Zusammenhalt erfolgt durch das Zugseil und eine aufgebrachte Kunststoffschicht.

Wesentliche Vorteile sind, es wird Abfall vermieden und die Wärmebehand­ lung, das Verzahnungshohnen und das Schleifen können entfallen. Weiter sind dünnere Wandstärken wählbar. Durch die Materialeinsparung wird der Antrieb dynamischer und sparsamer im Betrieb. Zusätzlich wird der Faserverlauf des Stahl nicht durchtrennt, wodurch sich die Biegewechselfestigkeit erhöht und die Lebensdauer ansteigt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 Eine perspektivische Ansicht der Wickeltechnik, und

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer flachen Bauform des Getriebes mit Blick auf einen inneren Lagerringes, der balliges Innenteil des Getriebes umgibt,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform des flexiblen Zwischenringes des Getriebes, und

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Ausführungsform des flexiblen Zwischen­ ringes für die Topfausführung des Getriebes.

Im einzelnen besteht das Sonderuntersetzungsgetriebe aus:
dem ersten Außenring 1 mit Innenverzahnung (Static Circular Spline 1),
dem zweiten Außenring 11 mit Innenverzahnung (Dynamic Circular Spline 11)
dem flexiblen Zwischenring 2 mit Außenverzahnung (Flexspline 2),
dem Innenteil 10 (Wave Generator 10), und
den inneren Lagerring 21, der das Innenteil 10 (Wave Generator) umgibt.

Fig. 1 zeigt eine Vorratsspule 12 in perspektivischer Ansicht, auf der ein Bandstahlmaterial oder ein Zugstrang 15 aufgewickelt ist. Nach Fig. 1 wird ein einzelner Strang auf einen Kupfer-Dorn 13 spiralförmig aufgewickelt. In dem Fügespalt 4 wird die so gewickelte Längsspule oder Zylinderspule mit den Spi­ ralwindungen 20 vorzugsweise mittels eines Lasers verschweißt oder gleich­ zeitig mit einem Stahlseil 15 umwickelt (Fig. 3).

Anstelle eines Lasers können alle mechanischen Maßnahmen angewandt wer­ den, die einzelnen Windungen oder Stränge mittels Verbindungsbrücken zu einer kompakten Einheit zu verbinden. So können die Windungen verklebt oder mit Kunststoffmaterial umspritzt werden. Ebenso können verschiedene Verbin­ dungsmaßnahmen miteinander kombiniert werden. Weiter ist es möglich, technisches Textilmaterial in den Kunststoff oder das Gummimaterial einzuar­ beiten, um die Festigkeit zu erhöhen.

Fig. 1 geht von einem Wickelstrang aus, jedoch in anderen Ausführungsformen können ebenso mehrere parallele Stränge von Bandstahl oder Zugsträngen 15 von mehreren Vorratsspulen gleichzeitig abgewickelt werden. Ebenso können z. B. in Kreuzwickeltechnik mehrere Lagen über einander angeordnet werden.

Fig. 2 zeigt eine flache Bauform des Sondergetriebes teils im Schnitt mit Blick auf den inneren Lagerring 21, der das elliptische Innenteil 10 (Gestrichelt dar­ gestellt) des Getriebes umgibt. Vorzugsweise werden Nadellager verwendet, die einen Käfig 8 für die Wälzkörper 3 aufweisen, der vorzugsweise aus Kunststoff oder Blech besteht.

Der innere Lagerring 21 wird aus einem dünnwandigen Blechstreifen in Wälz­ lagerqualität gefertigt und somit zu einem Laufring gebogen, was fertigungs­ mäßig einfacher ist, als dies bisher bei einem derartigen Getriebe vorgenom­ men wird.

Der Lagerring 21 kann in der gleichen Wickeltechnik nach Fig. 1 gefertigt wer­ den, wenn dies zweckmäßig ist.

Der Lagerring 21 weist beidseitig je eine Borde 6, die teils geschlitzt als Nase 7 umgeformt, in eine Nut oder Bohrung des elliptischen Innenteils 10 eingreift. Somit ist der Lagerring 21 auf dem Innenteil 10 gesichert.

Weiter ist der Lagerring 21 unter Bildung einer Stroßkante 5 über seine Breite geschlitzt. Die Stoßkante 5 kann einen beliebigen Verlauf aufweisen und z. B. mittels Laserstrahl eingearbeitet werden. Weiter lassen sich Durchbrüche und Schlitze in den in Wickeltechnik gefertigten Lagerring 21 einbringen, um be­ stimmte Materialbereiche zu entspannen.

Mittels der Stoßkante 5, die als stumpfer Stoß ausgeführt ist, läßt sich der La­ gerring 21 auf das Innenteil 10 aufschnappen.

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform des flexiblen Zwi­ schenringes 2 (Flexspline), der in Wickeltechnik ohne Verschweißungen gefer­ tigt ist. Je nach Ausführung können jedoch Verschweißungen in dem Fügespalt 4 zusätzlich vorgesehen sein. Nach Fig. 3 sind ein oder mehrere Zugstränge 15 um die Spiralwindungen 20 aus Bandstahl gelegt. Anschließend wird eine Kunststoffschicht 16 aufgebracht. In die Schicht 16 ist eine Verzahnung 14 ein­ gearbeitet.

Die Herstellung kann so erfolgen, daß der Zwischenring 2 mit elastischem Kunststoffmaterial zuerst mit einer Innenverzahnung in einer Form gefertigt wird. Nach dem Aushärten wird die Innenverzahnung nach außen gestülpt und man gelangt zu der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform.

In allen Ausführungsformen kann zuerst einmal ein längerer rohrförmiger Nut­ zen durch die Wickeltechnik gefertigt werden je nach Kundenwunsch und Be­ darf wird die entsprechende Größe von Ringen für die Teile 1, 2, 10, 11, 21 abgeschnitten.

Aufgrund der Wickeltechnik lassen sich den Laufflächen für die Wälzkörper 3 eine konvexe oder konkave Form geben. Wird eine ballige Form verwendet, lassen sich die Laufflächen zum Wälzkörper 3 hin vorspannen.

Fig. 4 zeigt einen topfförmigen Zwischenring 2 (Flexspline-Becher), bei dem ein Boden 9 entweder angeschweißt (oberhalb der Achse) oder in einen ge­ bördelten Rand 17 eingerollt ist. Der Boden 9 weist eine Zentrierbohrung 18 und Befestigungsbohrungen 19 auf.

Claims (31)

1. Sonderuntersetzungsgetriebe mit
einem Außenring, der eine Innenverzahnung aufweist,
einem flexiblen Zwischenring, der eine Außenverzahnung mit einer kleineren Anzahl von Zähnen aufweist, die auf den Zähnen des ersten Außenringes ab­ rollen,
einem elliptisch geformten Innenteil, und
Wälzkörpern, die von einem Lagerring getragen, zwischen dem Innenteil und dem Zwischenring angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß der Zwischenring (2) aus nebeneinander liegenden Strängen von Band­ stahl gewickelt sind, wobei die einzelnen Stränge mittels Verbindungsbrücken miteinander verbunden sind.

2. Sonderuntersetzungsgetriebe mit
einem ersten Außenring, der eine Innenverzahnung aufweist,
einem flexiblen Zwischenring, der eine Außenverzahnung mit einer kleineren Anzahl von Zähnen aufweist, die auf den Zähnen des ersten Außenringes ab­ rollen,
einem elliptisch geformten Innenteil,
einem zweiten Außenring, der parallel zu dem ersten Außenring angeordnet ist und der eine Innenverzahnung aufweist, auf der die Zähne des flexiblen Zwi­ schenringes abrollen, und
Wälzkörpern, die von einem Lagerring getragen, zwischen dem Innenteil und dem Zwischenring angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß der Zwischenring (2) aus nebeneinander liegenden Strängen von Band­ stahl gewickelt sind, wobei die einzelnen Stränge mittels Verbindungsbrücken miteinander verbunden sind.

3. Sonderuntersetzungsgetriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbindungsbrücken aus Schweißpunkten, Klebepunkte oder Kunststoffumhüllungen bestehen, die die Fügespalte (4) zwischen zwei be­ nachbarten Windungen bzw. Strängen überbrücken.

4. Sonderuntersetzungsgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißpunkte bzw. Schweißnähte Laserschweißungen sind.

5. Sonderuntersetzungsgetriebe nach Anspruch 2 und 3, daß die Kunst­ stoffumhüllung insbesondere an dem flexiblen Zwischenring (2) eine ange­ spritzte Verzahnung (14) oder einen verzahnten Metallring trägt.

6. Sonderuntersetzungsgetriebe nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in das Kunststoffmaterial technisches Textilmaterial, insbesonde­ re aus Kevelar oder Kohlenstoffasern, einbettet ist.

7. Sonderuntersetzungsgetriebe nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere Lagen von Bandstahl, Kunststoff und/oder Textilmateri­ al, vorzugsweise in Form von Kreuzspulenlagen übereinander angeordnet sind.

8. Sonderuntersetzungsgetriebe nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der innere Lagerring (21) aus einem Blechstreifen in Wälzlager­ qualität besteht, der durch spanloses Umformen zu einem Ring geformt wird, daß an dem Lagerring (21) seitliche Borden (6) ausgebildet sind, und daß der Lagerring (21) mittels einer Stoßkante (5) über seine Breite geteilt ist.

9. Sonderuntersetzungsgetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein innerer Lagerring (21), der das Innenteil (10) umgibt, quer zur Laufrich­ tung, V-förmig, schräg, mäanderförmig oder in gekrümmten Kurvenzügen über die Breite geteilt ist.

10. Sonderuntersetzungsgetriebe nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Laufbahnendes Lagerringes (21) durch balliges Wölben zum Wälzkörper (39) hin federnd vorgespannt sind.

11. Sonderuntersetzungsgetriebe nach Anspruch 1 bis 10, daß der flexible Zwischenring (2) und/oder Lagerring (21) partiell mit Durchbrüchen oder Schlit­ zen versehen ist.

12. Sonderuntersetzungsgetriebe nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Lagerring (21) eine in Richtung auf das Inneteil (10) verbieg­ bare Fahne oder Nase (7) aufweist.

13. Sonderuntersetzungsgetriebe, nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Lagerring (21) und/oder der Zwischenring (2) aus dünnwan­ digem Bandstahlmaterial gefertigt sind.

14. Sonderuntersetzungsgetriebe nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest eine Borde (6) an einer Seite des Zwischenringes (2) den Boden (9) eines Topfes bildet.

15. Sonderuntersetzungsgetriebe nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an dem Boden (9) ein Griffteil ausgebildet ist.

16. Sonderuntersetzungsgetriebe nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Sonderuntersetzungsgetriebe ein Nadellager ist.

17. Sonderuntersetzungsgetriebe nach Anspruch 1 bis 16, daß der Lagerring (21) einen Käfig (8) für die Wälzkörper (3) aufweist.

18. Sonderuntersetzungsgetriebe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (8) aus Kunststoff oder Blech besteht.

19. Sonderuntersetzungsgetriebe nach Anspruch 1 bis 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der flexible Zwischenring (2) vorzugsweise aus einem durchge­ henden Strang von Bandstahl oder einem Zugstrang gewickelt ist, dessen Windungen pro Lage eine Schraubenlinie bilden.

20. Sonderuntersetzungsgetriebe nach Anspruch 1 bis 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der flexible Zwischenring (2) aus mehreren parallelen Strängen von Bandstahl oder Zugsträngen gewickelt ist.

21. Sonderuntersetzungsgetriebe nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß Stränge des Bandstahls unterschiedliche Durchmesser und/oder Quer­ schnittsformate aufweisen.

22. Verfahren zum Herstellen des Sonderuntersetzungsgetriebes nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungs­ brücken der einzelnen Windungen bzw. Stränge des flexiblen Zwischenrings (2) während des Rollens oder Wickelns auf einem Dorn verschweißt werden.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die geschweiß­ ten Verbindungsbrücken zwischen den einzelnen Windungen bzw. Strängen glattgewalzt werden.

24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Au­ ßenring (1), der flexible Zwischenring (2), das Innenteil (10) und der zweite Außenring (11) mittels Laserstrahlen wärmebehandelt wird.

25. Verfahren nach Anspruch 22 und 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung in dem ersten Außenring (1), dem flexiblen Zwischenring (2) und dem zweiten Außenring (11) gerollt wird.

26. Verfahren nach Anspruch 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Zwischenring (2) entsprechend der gewünschten Breite von einem rohr­ förmigen Nutzen abgetrennt werden.

27. Verfahren nach Anspruch 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufwickeln ein Dorn verwendet wird, der im Querschnitt eine elliptische Form aufweist.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerring (21) längs der Dornachse zur Entnahme geschlitzt wird.

29. Verfahren nach Anspruch 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kupferdorn (20) verwendet wird.

30. Verfahren nach Anspruch 22 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß der fle­ xible Zwischenring (2) in einem ersten Arbeitsgang mit einer elastomeren In­ nenverzahnung gefertigt wird, und daß nach dem Entformen die Innenseite des Zwischenringes (2) nach außen gewendet wird.

31. Verfahren nach Anspruch 22 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß das In­ nenteil (10) durch Wirbeln auf einer CNC-Maschine gefertigt wird.