DE19630486A1 - Verfahren zur Herstellung eines spielarmen, hochuntersetzenden Planetengetriebes für Roboter - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines spielarmen, hochuntersetzenden Planetengetriebes für RoboterInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Herstellung eines Planetengetriebes und ein Planetengetrie
be, das ein mit einer Antriebswelle verbundenes Sonnenrad
aufweist sowie zwei innenverzahnte Hohlräder, von denen
eines feststeht und das andere drehbar gelagert ist und den
Abtrieb bildet und das mehrere Planetenräder aufweist, die
jeweils zwei Verzahnungsbereiche aufweisen, welche in die
beiden Hohlräder eingreifen und die auf Planetenachsen im
Planetenträger gelagert sind.
Mit derartigen Getrieben sind hohe Übersetzungen bei
engem Bauraum erzielbar. Bei Einsatz in Robotern ist es
jedoch wünschenswert, neben einer hohen Steifigkeit auch
Laufruhe und Gleichförmigkeit der Drehübertragung ein
schließlich geringer Geräuschentwicklung des Antriebes zu
gewährleisten und gleichzeitig die Herstell- und Montageko
sten zu senken und die Reibungseinflüsse zu vermindern.
Eine hohe Gleichförmigkeit der Übertragung ist insbesondere
für Roboter erforderlich, die zum Lichtbogenschweißen oder
zum Kleben eingesetzt werden. Ein wesentliches Problem, das
die oben genannten Eigenschaften entscheidend beeinflußt,
liegt dabei in der radialen und axialen Ausrichtung der
Hohlradzahnlücken sowie in den vorhandenen Rundlauffehlern
von Verzahnungen und Lagersitzen der beiden Hohlräder zu
einander. So muß die gemeinsame Zahnlücke der Hohlräder für
die Aufnahme eines Planetenzahnes aufgrund des sehr gerin
gen zur Verfügung stehenden Flankenspiels möglichst stufen
frei ausgebildet werden. Dieses wird mit Einstellscheiben
oder noch aufwendigeren Lösungen wie z. B. Gewinde er
reicht. Weiterhin ist das minimal einstellbare Flanken
spiel, sofern ein Klemmen der Räder während des Betriebes
vermieden werden soll, von den erzielbaren Rundlauffehlern
der Einzelteile abhängig. Dies bedeutet, daß kleine Getrie
be mit guten Gleichlaufeigenschaften nur durch einen hohen
Fertigungs- und Montageaufwand herstellbar sind.
Aus der US-PS 1 499 763 ist ein Getriebe mit hoher
Untersetzung bekannt. Zu seiner Herstellung wird vorge
schlagen, die Planeten mit zwei Ritzeln mit gleichen Teil
kreisdurchmessern, unterschiedlichen Zähnezahlen und ver
schiedenen Modulen zu bestücken. Bei diesem bekannten Ge
triebe sind die Verzahnungsbereiche der Stufenplaneten zy
lindrisch ausgebildet und die Achsen der Stufenplaneten
sind gegenüber der Mittelachse des Getriebes geneigt, um
die zylindrischen Verzahnungsbereiche an die konisch ver
zahnten Hohlräder anzupassen. Die radial geneigten Achsen
der Stufenplaneten bewirken am Planetenträger einen Axial
schub, der in entsprechenden Lagern aufgefangen wird. Diese
Lager verursachen nicht nur Kosten, sondern vergrößern den
Bauraum und damit das Gewicht. Bei größeren Lagerabmessun
gen wird zudem auch die Leerlaufreibung erhöht. Da sich die
geneigten Achsen der Stufenplaneten mit der Mittelachse des
Getriebes unter einem Winkel schneiden, ergibt sich selbst
unter günstigen Bedingungen ein Flankenkontakt unter Punkt
berührung. Dies ist jedoch keine optimale Voraussetzung für
eine geringe Geräuschentwicklung, die Tragfähigkeit und die
korrekten Eingriffsverhältnisse eines Getriebes.
Insbesondere in der Handhabungstechnik werden zur Lei
stungsübertragung von hochtourigen Antriebsmotoren hochun
tersetzende Getriebe benötigt. Einen Anwendungsfall stellen
dabei Industrieroboter dar, bei denen Planetengetriebe ein
gesetzt werden. Für die Präzision eines Industrieroboters
kommt dem Planetengetriebe eine zentrale Bedeutung zu. Es
müssen präzise Bewegungsabläufe mit höchster Wiederholge
nauigkeit gewährleistet sein. Für ein derartiges Planeten
getriebe sind insbesondere folgende Kriterien von Bedeu
tung: Geringes einstellbares Verdrehspiel, hohe Steifig
keit, hoher Wirkungsgrad, niedrige Wärmeentwicklung, gerin
ge Vibration und hohe Laufruhe. Der Gesamtwirkungsgrad ist
ein mitentscheidendes Kriterium für die Brauchbarkeit des
Planetengetriebes. Innere Verspannungen haben durch die
resultierende erhöhte innere Wälzleistung einen gravieren
den Einfluß auf den Gesamtwirkungsgrad.
Ein Planetengetriebe mit gleichen Zähnezahlen und
gleichen Teilkreisen in beiden Zahnbereichen des Planeten
ist aus der US-PS 5 242 336 bekannt. Dieses Getriebe hat
den Nachteil, daß die Verzahnungen der Hohlräder mittels
Gewinde auf einen gemeinsamen Kegel ausgerichtet werden
müssen. Die Rundlauffehler von Rotor und Stator addieren
sich und können bei zu geringem Zahnflankenspiel zu parti
ellem Klemmen der Verzahnung führen. Bei diesem geradver
zahnten Getriebe ist ferner ein relativ großer eingriffs
freier axialer Zwischenraum zwischen den beiden Hohlrädern
erforderlich, der die axiale Baulänge des Getriebes erhöht
und dessen Steifigkeit mindert. Von erheblichem Nachteil
ist ferner die Zunahme an Massenträgheitsmoment, da die
Planeten und der Planetenträger durch diesen Zwischenraum
deutlich schwerer werden. Die dynamischen Eigenschaften
dieses Antriebs werden durch diese Ausgestaltung ver
schlechtert, insbesondere wenn die Planetenräder und der
Planetenträger mit hohen Drehzahlen rotieren. Wollte man
den erwähnten axialen Zwischenraum vermeiden, so wären er
hebliche Verzerrungen der Eingriffsverhältnisse unvermeid
bar. Extreme Werte im Profilverschiebungsfaktor der Hohlrä
der führen zu spitzen Zahnlücken in den Hohlrädern, was
sich auch ungünstig auf die Verzahnungswerkzeuge auswirkt.
Weiterhin würden extreme Werte beim Betriebseingriffswinkel
zu Geräusch-, Reibmoment- und Verschleißproblemen führen.
Die europäische Patentanmeldung 627575 beschreibt ein
Wolfrom-Planetengetriebe, bei dem die Planetenräder axial
In zwei unterschiedlich verzahnte Bereiche aufgeteilt sind.
Die Teilkreisdurchmesser der beiden Verzahnungsbereiche
können gleich oder ungleich sein. Die in beiden Bereichen
auftretenden Axialkräfte sollen durch gegensinnige Schräg
verzahnungen etwa gegeneinander aufgehoben werden. Betrach
tet man die auftretenden Zahnkräfte, so stellt man fest,
daß sich die auftretenden Axialkräfte nicht gegenseitig
aufheben, sondern sich zu einer Resultierenden addieren.
Bei dem Planetengetriebe nach der internationalen Pa
tentanmeldung WO 95/04232 weisen die Planetenräder eben
falls eine durchgehende Verzahnung auf. Der Vorteil dieser
Anordnung besteht insbesondere darin, daß die Hohlräder in
Axialrichtung unmittelbar aufeinanderfolgend angeordnet
werden können. Dies gewährleistet eine hohe Steifigkeit des
Getriebes, wenngleich der Unterschied in den Zähnezahlen
der beiden Hohlräder klein sein sollte. Durch die Verzah
nung mit durchgehend konstantem Profil der Zahnflanken an
den Planeten müssen bei der gegenseitigen Abstimmung mit
den Verzahnungen der beiden Hohlräder Kompromisse geschlos
sen werden.
Schließlich beschreibt die deutsche Patentanmeldung
195 25 831.2 vom 14.07.1995 der Anmelderin ein Planetenge
triebe mit einem angetriebenen Sonnenrad, einem ersten und
einem zweiten, jeweils innen - und konisch verzahnten Hohl
rad, von denen das erste feststeht und das zweite drehan
treibbar gelagert ist und den Abtrieb bildet und mit Stu
fenplaneten mit konisch verzahnten Stufenrädern, die an
einem Planetenträger in der Weise gelagert sind, daß sie in
ständigem Zahneingriff mit dem Sonnenrad und den Hohlrädern
stehen, wobei die Neigungswinkel, d. h. die Konusrichtungen
der Verzahnungen der Stufenräder sowie der Hohlräder zuein
ander entgegengesetzt verlaufen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfah
ren zur Herstellung eines Getriebes zu schaffen, mit dem
insbesondere bei kleinen und mittleren Baugrößen gute
Gleichlaufeigenschaften bei geringstem Spiel ohne Klemmer
scheinungen mit geringem Aufwand erzielt werden.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einem gattungs
gemäßen Verfahren mit den im kennzeichnenden Teil des An
spruchs 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltun
gen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß wird also vorschlagen, daß ein beson
ders geräuscharmes für Industrieroboter geeignetes Getriebe
mit geringstem Spiel dadurch hergestellt werden kann, daß
die beiden Verzahnungsbereiche der Hohlräder gemeinsam mit
einem einzigen außen verzahnten Werkzeug bearbeitet werden,
wobei die Hohlräder zur Feinbearbeitung entsprechend vor
montiert werden. Das Werkzeug ist dabei ähnlich dem Plane
ten im Getriebe ausgebildet, wobei es sich von diesem durch
die Wahl eines anderen Schrägungswinkels, einer geringfügig
abweichenden Zähnezahl, der notwendigen Verzahnungskorrek
turen sowie der Modifikation anderer Verzahnungskenndaten
(z. B. Außendurchmesser) unterscheidet. Das Werkzeug kann
im Kopfkreisdurchmesser konisch oder zylindrisch sein. Mög
liche Ausgestaltungen der Hohlräder bzw. der Planetenräder
sind in den Ansprüchen 6 und 7 aufgeführt.
Die sich durch Wahl eines abweichenden Schrägungswin
kels ergebende Achslage von Werkzeug und Werkstück ermög
licht eine auf überwiegend dem bekannten Tauchverfahren
beim Zahnflankenhonen basierende Bearbeitungsmethode beider
Verzahnungsbereiche in einer einzigen Aufspannung.
Eine geringfügige Oszillation in Zahnbreitenrichtung
ist aufgrund der überwiegend zylindrischen Ausführung der
Verzahnungsbereiche des Werkzeuges ebenfalls möglich und
trägt so zu einer weiteren Verbesserung der Qualität der
Räder bei.
Durch die Wahl ähnlicher Eingriffsverhältnisse wird
der Vorteil erzielt, daß das Werkzeug die gesamte zur
gleichförmigen Drehübertragung benötigte Eingriffsstrecke
in beiden Hohlrädern erzeugt. Vorteilhaft ist, wenn die
Aufspannung der beiden Hohlräder zur Bearbeitung das Lager
beinhaltet. So können Rundlauffehler des Lagers und der
Verzahnungsbereiche der Hohlräder eliminiert werden.
Vorzugsweise ist das Werkzeug mit Diamant, CBN oder
einem ähnlichen in der Verzahnungstechnik oder anderen Fer
tigungsverfahren üblichen, schneidfreudigen Belag versehen.
Während des Bearbeitungsprozesses wird das Lager vorzugs
weise durch eine Dichtung vor dem Abrieb, der durch die
Feinbearbeitung erzeugt wird, geschützt. Das Lager ist vor
zugsweise ein Kreuzrollenlager.
Vorteile hinsichtlich der Gleichförmigkeit der Dreh
übertragung des Planetengetriebes ergeben sich, wenn ein
Hohlrad oder beide Hohlräder während der Bearbeitung ange
trieben werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ferner der
Vorteil erzielt, daß aufgrund der gemeinsamen Bearbeitung
der Hohlradbaugruppe einschließlich Lager ein nachträgli
ches Ausrichten, beispielsweise durch Distanzscheiben oder
durch Einstellgewinde, der Hohlräder zueinander nicht er
forderlich ist.
Weiterhin bietet das erfindungsgemäße Verfahren den
Vorteil, daß während der Vormontage der Hohlräder die Bau
teile gegen axiales bzw. radiales Verschieben gesichert
sind. Die bisher übliche Einstellscheibe zwischen den Hohl
rädern sowie die dafür benötigten Abdichtungen können ent
fallen.
Durch die aus diesem Verfahren resultierende gleichmä
ßige und genaue Spielaufteilung auf beide Hohlradeingriffe
können neben noch geringeren Verdrehspielen des Gesamtge
triebes erhebliche Vorteile hinsichtlich der Gleichförmig
keit der Bewegungsübertragung, des Geräuschverhaltens und
der Beanspruchbarkeit erzielt werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen
näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisch die Aufspannung der Hohlräder
beim Leistungshonen;
Fig. 2 einen Teilschnitt durch ein erfindungsgemäß
hergestelltes Planetengetriebe und
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung eines Getriebe
teiles.
Fig. 1 zeigt den Zusammenhang zwischen Arbeitsraum und
Achskreuzwinkel in einer gemeinsamen Aufspannvorrichtung
zur gleichzeitigen Bearbeitung der Innenverzahnungen der
beiden mit 1 und 2 bezeichneten Hohlräder eines Planetenge
triebes, wobei mit 5 eine mitlaufende oder gekoppelte An
triebswelle für das Werkzeug 6 bezeichnet ist und mit 7 der
Achskreuzungspunkt.
Das Werkzeug 6 bearbeitet dabei die beiden Verzah
nungsbereiche der Hohlräder 1, 2 gleichzeitig und weist
gegenüber dem späteren Planeten einen anderen Schrägungs
winkel, eine geringfügig abweichende Zähnezahl und weitere
notwendige Verzahnungskorrekturen auf sowie einen gegebe
nenfalls veränderten Außendurchmesser. Während der Bearbei
tung kann ein Hohlrad 1 durch einen nicht dargestellten
Antrieb angetrieben werden, womit eine höhere Gleichförmig
keit der Drehübertragung des Planetengetriebes erzielt
wird. Ebenso ist es möglich, beide Hohlräder entsprechend
der Übersetzung des Planetengetriebes anzutreiben.
Durch die Wahl ähnlicher Eingriffsverhältnisse wird
sichergestellt, daß das Werkzeug 6 die gesamte, zur gleich
förmigen Drehübertragung benötigte Eingriffsstrecke in bei
den Innenverzahnungsbereichen der Hohlräder 1, 2 erzeugt.
Das Werkzeug kann dabei mit Diamant, CBN oder einem ähnli
chen schneidfreudigen Belag versehen sein.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäß
hergestelltes Planetengetriebe, wobei mit 1 das bewegliche
Hohlrad, mit 2 das feststehende Hohlrad, mit 8 das Plane
tenrad, mit 9 der Planetenträger, mit 10 ein Kreuzrollenla
ger, mit 11 das Planetenträgerlager und mit 12 eine Radial
wellendichtung bezeichnet sind.
Fig. 3 zeigt eine etwas vergrößerte Darstellung durch
den in Fig. 2 oberhalb der Längsachse dargestellten Teil
des Planetengetriebes, wobei auch hier gleiche Teile mit
gleichen Bezugszeichen versehen sind.
In den Figuren erkennt man, daß aufgrund der gemeinsa
men Bearbeitung der Hohlradbaugruppe einschließlich Lager
ein nachträgliches Ausrichten der Hohlräder 1, 2 zueinan
der, beispielsweise durch Distanzscheiben oder Einstellge
winde, während der Montage nicht notwendig ist.
Während der Vormontage der Hohlräder ist es möglich,
die Bauteile gegen axiales bzw. radiales Verschieben zu
sichern, so daß die bisher üblichen Einstellscheiben zwi
schen den Hohlrädern 1, 2 sowie die dafür benötigten Ab
dichtungen entfallen können.
Mit dem erfindungsgemäß hergestellten Planetengetriebe
wird durch die gleichmäßige Spielaufteilung auf die Ein
griffe Rotor - Planet und Stator - Planet neben erheblichen
Einsparungen im Montagebereich auch eine nochmalige Absen
kung der Verschleißneigung des Getriebes gewährleistet, da
alle Kombinationen von möglichen Zahnpaarungen der Hohlrä
der und Planeten während des Abwälzens genügend Zahnflan
kenspiel erhalten, da der Abwälzprozeß des Planeten mit
beiden Hohlrädern bei der Herstellung der Verzahnung simu
liert wird.
Dieses Herstellungsverfahren ist neben den bereits
geschilderten Vorgehensweisen auch für ähnliche Getriebe
bauformen geeignet, bei denen die einzelnen Verzahnungen
durch unterschiedliche Module bzw. Eingriffsteilungen, d. h.
Teilkreise ausgeführt sind, wie beispielsweise die doppel
konische Bauform. Vergleichbare Vorteile können dabei er
zielt werden.
Bezugszeichenliste
1 Hohlrad (Rotor)
2 Hohlrad (Stator)
5 Antriebswelle des Werkzeugs
6 Werkzeug
7 Achskreuzungspunkt
8 Planetenrad
9 Planetenträger
10 Lager
11 Planetenträgerlager
12 Radialwellendichtung
2 Hohlrad (Stator)
5 Antriebswelle des Werkzeugs
6 Werkzeug
7 Achskreuzungspunkt
8 Planetenrad
9 Planetenträger
10 Lager
11 Planetenträgerlager
12 Radialwellendichtung
Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung eines Planetengetriebes,
das ein mit einer Antriebswelle verbundenes Sonnenrad auf
weist, sowie zwei innenverzahnte Hohlräder (1, 2) von denen
eines feststeht und das andere über ein Lager drehbar gela
gert ist und den Abtrieb bildet und das mehrere Planetenrä
der (8) aufweist, die jeweils zwei Verzahnungsbereiche auf
weisen, welche in die beiden Hohlräder (1, 2) eingreifen
und die auf Planetenachsen im Planetenträger (9) gelagert
sind, dadurch gekennzeichnet, daß die
Verzahnungsbereiche der beiden Hohlräder in einer gemeinsa
men Aufspannung bearbeitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Aufspannung das Lager (10) be
inhaltet, wodurch Rundlauffehler des Lagers (10) und der
Verzahnungsbereiche der Hohlräder (1, 2) eliminiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß als Lager (10) ein Kreuzrollenlager
verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß eines der beiden Hohl
räder (1, 2) während der Bearbeitung angetrieben wird und
das andere bei der Bearbeitung frei mitläuft, womit eine
höhere Gleichförmigkeit der Drehübertragung des Planetenge
triebes erzielt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden Hohlrä
der (1, 2) während der Bearbeitung entsprechend dem für das
Getriebe gewünschten Übersetzungsverhältnis angetrieben
werden, womit eine höhere Gleichförmigkeit der Drehübertra
gung des Planetengetriebes erzielt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden Hohlrä
der (1, 2) mit einer leicht konischen Innenverzahnung ver
sehen werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Planetenräder (8)
mit einem im wesentlichen zylindrischen Verzahnungsbereich
versehen werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Verzahnungsbereiche
der beiden Hohlräder (1, 2) durch Zahnflankenhonen mittels
eines Werkzeuges (6) mit einer Außenverzahnung bearbeitet
werden, das wie ein Planetenrad ausgestaltet ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekenn
zeichnet, daß als Werkzeug (6) mit Außenverzah
nung ein in der Zähnezahl geringfügig abweichendes im Kopf
kreisdurchmesser konisches Werkzeug verwendet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekenn
zeichnet, daß als Werkzeug (6) mit Außenverzah
nung ein in der Zähnezahl geringfügig abweichendes im Kopf
kreisdurchmesser zylindrisches Werkzeug verwendet wird.
11. Planetengetriebe, welches mit einem Verfahren nach
einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt ist, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen den beiden
Hohlrädern (1, 2) keine Distanzscheiben oder Einstellgewin
de zur Ausrichtung sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996130486 DE19630486A1 (de) | 1996-07-27 | 1996-07-27 | Verfahren zur Herstellung eines spielarmen, hochuntersetzenden Planetengetriebes für Roboter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996130486 DE19630486A1 (de) | 1996-07-27 | 1996-07-27 | Verfahren zur Herstellung eines spielarmen, hochuntersetzenden Planetengetriebes für Roboter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19630486A1 true DE19630486A1 (de) | 1998-01-29 |
Family
ID=7801123
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1996130486 Withdrawn DE19630486A1 (de) | 1996-07-27 | 1996-07-27 | Verfahren zur Herstellung eines spielarmen, hochuntersetzenden Planetengetriebes für Roboter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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