DE19821884A1

DE19821884A1 - Robotergetriebe mit integrierter Lagerung des Roboterarms

Info

Publication number: DE19821884A1
Application number: DE1998121884
Authority: DE
Inventors: Horst Schulz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 1999-11-18

Abstract

Das Robotergetriebe mit integrierter Lagerung des Roboterarms enthält ein angetriebenes Sonnenrad, ein erstes und ein zweites Hohlrad, Planetenräder, die auf Planetenachsen in einem Planetenträger gelagert sind und zwei Lagerreihen, deren Laufbahnwinkel eine O-Anordnung bilden, wobei jede Lagerreihe ihren eigenen Ringraum aufweist, die Ringräume axial parallel versetzt sind und innerhalb eines Ringraumes alle Wälzkörper in gleicher Richtung montiert sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Robotergetriebe und insbesondere ein Robotergetriebe mit integrierter Lage rung des Roboterarms.

Derartige Getriebe werden üblicherweise als Planeten getriebe ausgebildet, die ein mit einer Antriebswelle ver bundenes Sonnenrad aufweisen sowie zwei innenverzahnte Hohlräder, von denen eines feststeht und das andere drehbar gelagert ist und den Abtrieb bildet und das mehrere Plane tenräder 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 Bau raum erzielbar.

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.

Robotergetriebe dieser Art sind üblicherweise mit re lativ großen Wälzlagern versehen, durch die alle Kräfte des Roboterarms wie Zug/Druck- und Querkräfte, vor allem jedoch Kippmomente aufgenommen werden können. Damit funktioniert das Robotergetriebe wie ein angetriebenes Gelenk mit den zwei Hauptfunktionen Übersetzen - und - nachfolgend so ge nannt - Hauptlagerung.

Wesentliche Anforderungen an diese Hauptlagerung ins besondere hinsichtlich der vorkommenden Belastungswerte sind gute Lebensdauer- und Steifigkeitswerte bei maßvollem Bauraumanspruch. Insbesondere hohe Kippmomentbelastungen erfordern jedoch oft Lager relativ großen Durchmessers, während andererseits der verfügbare Bauraum hinsichtlich des Durchmessers eingeschränkt ist.

Es sind Getriebe bekannt, bei denen ein Paar handels üblicher Wälzlager mit lagereignen Innen- und Außenringen die Hauptlagerung bildet. Als Lagertypen werden hierbei sowohl Kugellager wie auch Kegelrollenlager verwendet.

Derartige Lager haben trotz einiger Vorteile bei der Beschaffung den Nachteil, dass die Querschnitte ihrer Au ßen- und Innenringe nachteilig die Einbauumgebung beein flussen, d. h. unerwünscht dünnwandig gestaltet werden. Die Passflächen an den Lagern wie auch an den entsprechenden Aufnahmesitzen sind infolge unvermeidbarer Abweichungen, wie beispielsweise Rundlauffehler, Störquellen für die Ge samtpräzision des Robotergetriebes. Eine hohe Gleichförmig keit der Übertragung ist insbesondere für Roboter erforder lich, die zum Lichtbogenschweißen oder zum Kleben einge setzt werden.

Weiterhin ist aus der Offenlegungsschrift DE-OS 43 25 295 Robotergetriebe bekannt, bei dem die Wälz körperlaufbahnen - hier dienen Kugeln als Wälzkörper - di rekt in die Bauteile des Getriebes eingebaut sind. Dadurch erübrigen sich separate Lager bzw. gesonderte Lagerinnen- und Außenringe. Ebenfalls sind Robotergetriebe bekannt, bei denen ein Kreuzrollenlager das Hauptlager bildet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Robotergetriebe und insbesondere ein Robotergetriebe mit integrierter Lagerung des Roboterarms zu schaffen, das er höhte Belastbarkeit und Steifigkeit, günstige Herstellungs kosten, gute Bauraumausnutzung (Momentendichte), und hohe Betriebspräzision aufweist. Darüberhinaus soll das erfin dungsgemäße Robotergetriebe keinen hohen Montageaufwand erfordern.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die Merk male des Hauptanspruchs gelöst. Demnach kann - im Vergleich zum Stand der Technik - die doppelte Anzahl an Wälzkörpern montiert werden, wobei die Anzahl der erforderlichen hoch genauen Wälzkörper-Laufbahnen auf vier begrenzt ist. Weite re Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprü chen hervor.

Dementsprechend hat jede Lagerreihe des erfindungsge mäßen Robotergetriebes mit Hauptlagerung ihren eigenen Rin graum, wobei die Ringräume axial parallel zueinander ver setzt sind und innerhalb eines Ringraumes alle Wälzkörper in gleicher Richtung montiert sind. Im Gegensatz zum oft verwendeten Kreuzrollenlager weist jeder Ringraum statt vier nur zwei Wälzkörperlaufbahnen auf, die direkt in die Getriebebauteile eingearbeitet sind.

Diese kegeligen Laufbahnen einer Lagerreihe weisen gleiche Kegelwinkel auf, vorzugsweise 45 Grad, die aber - anders als beim Kreuzrollenlager - auch steiler sein kön nen.

Als Wälzkörper dienen Zylinderrollen. Dabei kann im Gegensatz zum Stand der Technik die Länge der Zylinderrol len größer als deren Durchmesser sein. Vorzugsweise werden jedoch die Zylinderrollen leicht unterquadratisch ausgebil det, d. h. deren Durchmesser ist größer als deren Länge.

Weiterhin sind zwischen den Zylinderrollen Führungse lemente angeordnet, die vorzugsweise aus Kunststoff- Formteilen bestehen, die entsprechend den in gleicher Rich tung montierten Nachbarrollen gestaltet sind und die Rollen auf Distanz halten. Durch diese Konstruktion wird auch ein Schränken verhindert.

Im Robotergetriebe gemäß der vorliegenden Erfindung sind zwei Lagerreihen pro Getriebe vorgesehen, deren Lauf bahnwinkel eine sog. O-Anordnung bilden.

Die Erfindung ist im folgenden in einem Ausführungs beispiel anhand der einzigen Zeichnung näher erläutert, die eine Darstellung im Längs-Halbschnitt eines Robotergetrie bes gemäß der Erfindung zeigt.

Das in der Zeichnung dargestellte Robotergetriebe 1 wird durch eine Eingangswelle 2 angetrieben, die ein Son nenrad 3 antreibt.

Das Sonnenrad 3 steht in ständig kämmender Verbindung mit mehreren Planetenrädern 4. Üblicherweise sind vier Pla netenräder 4 vorgesehen. Jedes Planetenrad 4 weist eine Planetenachse 5 auf und ist in einem Planetenträger 6 dreh bar gelagert.

Die Planetenräder 4 stehen in ständig kämmender Ver bindung mit einem ersten Hohlrad 7 (erstes grosses Zentral rad). Gleichzeitig stehen sie mit einem zweiten Hohlrad 8 (zweites grosses Zentralrad) im Eingriff. Die Hohlräder 7 und 8 sind von einem ringförmigen Gehäuse 9 umgeben.

Erfindungsgemäß enthält das Robotergetriebe zwei La gerreihen 10 und 11, die jeweils zwei Wälzkörperlaufbah nen 12, 13 bzw. 14, 15 aufweisen.

Durch die erfindungsgemäße Konstruktion erhöht sich die Belastbarkeit um den Faktor 1,6 hinsichtlich des Stan des der Technik, bei gleichem Durchmesser der Laufbahnen. Des weiteren wird auch die Steifigkeit des erfindungsgemä ßen Robotergetriebes verdoppelt (ebenfalls bei gleichem Durchmesser der Laufbahnen).

Diese Leistungssteigerung kommt dadurch zustande, dass nunmehr die doppelte Anzahl an Wälzkörpern montiert werden kann. Gegenüber einem einfachen Kreuzrollenlager nach dem Stand der Technik ist dabei die Anzahl der erforderlichen hochgenauen Wälzkörper-Laufbahnen pro Hauptlagerung nicht verdoppelt, sondern beträgt ebenfalls nur vier.

Die Kosten für die Leistungssteigerung drücken sich im wesentlichen nur in der Wälzkörperanzahl aus, sind also niedrig, da lediglich eine größere Stückzahl des gleichen Bauelementes hergestellt werden muss.

Außer einer verdoppelten Wälzkörperanzahl ergeben sich im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung Möglichkeiten einer Leistungssteigerung der Hauptlagerung durch steilere Dreh winkel - etwa 65 Grad - sowie durch Rollen deren Länge grö ßer als ihr Durchmesser ist.

Bezugszeichenliste

1

Robotergetriebe

2

Eingangswelle

3

Sonnenrad

4

Planetenrad

5

Planetenachse

6

Planetenträger

7

Hohlrad

8

Hohlrad

9

Gehäuse

10

Lagerreihe

11

Lagerreihe

12

,

13

Wälzkörperlaufbahnen

14

,

15

Wälzkörperlaufbahnen

Claims

1. Robotergetriebe (1) mit integrierter Lagerung des Roboterarms, mit einem angetriebenen Sonnenrad (3), einem ersten (7) und einem zweiten (11) Hohlrad, mit Planetenrä dern (4), die auf Planetenachsen (5) in einem Planetenträ ger (6) gelagert sind, dadurch gekennzeich net, dass es zwei Lagerreihen (10, 11) enthält, deren Laufbahnwinkel eine O-Anordnung bilden, wobei jede Lager reihe ihren eigenen Ringraum aufweist, die Ringräume axial parallel versetzt sind und innerhalb eines Ringraumes alle Wälzkörper in gleicher Richtung montiert sind.

2. Robotergetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass jeder Ringraum zwei Wälz körperlaufbahnen (12, 13, 14, 15) aufweist.

3. Robotergetriebe nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die Wälzkörperlaufbah nen (12, 13, 14, 15) direkt in die Getriebebauteile einge arbeitet sind.

4. Robotergetriebe nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, dass die Laufbahnen (12, 13, 14, 15) einer Lagerreihe kegelig sind und gleiche Kegelwin kel aufweisen.

5. Robotergetriebe nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, dass die Kegelwinkel 45 Grad betragen.

6. Robotergetriebe nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, dass die Kegelwinkel kleiner als 45 Grad sind.

7. Robotergetriebe nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper Zylin derrollen sind.

8. Robotergetriebe nach Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, dass die Länge der Zylinderrol len größer als deren Durchmesser ist.

9. Robotergetriebe nach Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, dass die Länge der Zylinderrol len kleiner als deren Durchmesser ist.

10. Robotergetriebe nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Zylinderrollen Führungselemente angeordnet sind.

11. Robotergetriebe nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, dass die Führungselemente aus Kunststoff-Formteilen bestehen.