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Die Erfindung betrifft ein Schwenkgetriebe umfassend ein Gehäuse mit einer ersten Getriebeeinheit und einer zweiten Getriebeeinheit, wobei die erste Getriebeeinheit mit einem Schneckengetriebe versehen ist, welches ein Schneckenrad aufweist, mit der Maßgabe, dass dem Schneckenrad eine erste Schnecke sowie eine von der ersten Schnecke separate zweite Schnecke zugeordnet ist, wobei die zweite Getriebeeinheit als ein formschlüssiges Koppelgetriebe ausgebildet ist, mit welchem eine Zwangskopplung hergestellt ist zwischen der ersten Schnecke und der zweiten Schnecke des Schneckengetriebes, und mit der weiteren Maßgabe, dass das Koppelgetriebe eine Einrichtung zur Einstellung des Flankenspiels aufweist, so dass eine Verzahnung der ersten Schnecke als auch eine Verzahnung der zweiten Schnecke relativ zu einer Verzahnung des Schneckenrades spielfrei einstellbar sind.
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Ein gattungsgemäßes Schwenkgetriebe ist von Werkzeugmaschinen bekannt. Das Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebstechnik der Universität Karlsruhe hat im Jahr 1979 ein Skript veröffentlicht, Titel „Verfahren, Maschinen und Werkzeuge zum Herstellen von Zahnrädern mit Evolventenprofil“. Darin beschreibt Dr. Willy Höfler einen als Werkstücktisch bezeichnetes Schwenkgetriebe, das zwei Getriebeeinheiten umfasst. Die erste Getriebeeinheit ist ein Schneckengetriebe, das als Doppelschneckenteilgetriebe bezeichnet ist. Die zweite Getriebeeinheit ist ein Koppelgetriebe aus Stirnrädern. Die erste Getriebeeinheit umfasst zwei Schnecken, die über das Stirnradgetriebe der zweiten Getriebeeinheit gekoppelt sind. Eine der Schnecken wird in axialer Richtung hydraulisch belastet, um auf diese Weise eine spielfreie Flankenanlage im Schneckengetriebe zu erzielen. Die bekannte Konstruktion wird als erheblich zu aufwendig erachtet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Schwenkgetriebe vorzuschlagen, das spielfrei betreibbar ist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Einrichtung zur Einstellung des Flankenspiels des Schneckengetriebes ein Mittel aufweist, das zur Unterbrechung des Formschlusses des Koppelgetriebes dient.
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Das vorgeschlagene Schwenkgetriebe ist insbesondere für Vorrichtungen zur Automatisierung vorgesehen. Schwenkgetriebe dieses Typs können beispielsweise in einem Robotiksystem verwendet werden, insbesondere für einen Gelenkarmroboter, der mehrere Armelemente und wenigstens ein Robotergelenk aufweist. Das Schwenkgetriebe dieses Typs können in dem Beispiel als Robotergelenke eingesetzt werden. Des Weiteren ist das Schwenkgetriebe als Teil eines modularen Robotik-Baukastensystems vorgesehen, um vielfältige manuelle Arbeitsschritte schnell, einfach und kostengünstig automatisieren zu können. Zu dem Zweck kann ein Gelenkarmroboter, mit einem oder mehreren der vorgeschlagenen Schwenkgetriebe versehen sein und bis zu sechs solcher Robotergelenke aufweisen; unter Umständen kann eine noch größere Anzahl an Robotergelenken und eine passende Anzahl Armelemente in verschiedenen Längen und Größen vorgesehen sein. Ein Gelenkarmroboter mit einem oder mehreren der vorgeschlagenen Schwenkgetrieben lässt sich mit verschiedenen Werkzeugen ausstatten, wie beispielsweise Greifer, Saugnapf, Kamera, etc. Mittels des modularen Robotik-Baukastensystems lässt sich ein Gelenkarmroboter nach Wunsch konfigurieren. Er kann auf diese Weise individuell und preiswert hergestellt werden. Darüber hinaus können Gelenkarmroboter als Komplettsysteme hergestellt werden, die sofort einsatzbereit sind.
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Für die „Spielfreieinstellung“ kann der Formschluss des Koppelgetriebes an einer dafür vorgesehenen Stelle unterbrochen werden, an der im regulären Betrieb eine formschlüssige Bewegungsübertragung zu erfolgen hat. Die Unterbrechung des Formschlusses an einer geeigneten Stelle erlaubt es dann, die Schnecke so zu drehen, dass ein etwaig vorhandenes Spiel im Verhältnis zum Schneckenrad auf ein gewünschtes Maß eingestellt werden kann. Das Spiel lässt sich auf diese Weise minimieren und kann auch auf null oder zumindest annähernd auf null reduziert werden. Darüber hinaus ist es möglich, das Gegenteil von Spiel zu erzeugen, nämlich die Zahnflanke der Schnecke mit einer gewissen elastisch vorspannenden Kraft gegen die Verzahnung des Schneckenrades einzustellen. Der Begriff „Spielfreieinstellung“ meint im Sine der Erfindung auch eine elastische Vorspannung, um Spielfreiheit zu gewährleisten. Dadurch ist einstellbar, wie leichtgängig beziehungsweise schwergängig das Schwenkgetriebe betreibbar ist. Sobald das gewünschte Spiel eingestellt ist oder die gewünschte Spielfreiheit beziehungsweise die gewünschte elastische Vorspannung eingestellt ist, wird anschließend der Formschluss innerhalb des Koppelgetriebes wiederhergestellt. Im Prinzip soll dabei die eingestellte Position für jede der Schnecken und das Schneckenrad exakt beibehalten werden. Es kann jedoch vorkommen, dass in dieser gewählten Einstellung Zahn auf Zahn und Lücke auf Lücke trifft und sich der Formschluss zwischen den beteiligten Komponenten des Koppelgetriebes nicht herstellen lässt. Mit der vorgeschlagenen Lösung ist es jedoch ein Leichtes, dann Zahn und Lücke um eine Teilung vor oder zurück zu justieren, um den Formschluss herzustellen. Die Stufen der Verstellbarkeit sind sehr fein. Das Maß einer Stufe stimmt mit der Teilung der beteiligten Zahnräder überein, deren Formschluss unterbrochen wird. Überraschend wurde gefunden, dass eine solche inkrementale Verstellbarkeit in kleinen Stufen entsprechend der Teilung der Zahnräder völlig ausreichend ist. Auf eine stufenlose Einstellbarkeit kann verzichtet werden. Der vorrichtungsmäßige Aufwand für eine stufenlose Einstellbarkeit wird eingespart.
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Vorzugsweise ist das Schneckengetriebe eingängig ausgeführt und weist eine hohe Selbsthemmung auf. Der Kraftfluss geht von der Schnecke zum Schneckenrad. Aufgrund der Selbsthemmung ist ein Kraftfluss in umgekehrter Richtung bei einem Schneckengetriebe selten bis ausgeschlossen. Die hohe Selbsthemmung kann gezielt genutzt werden als Maßnahme zum Unfallschutz bei Hebezeugen oder Robotern, die Lasten sicher heben müssen. Deswegen empfehlen sich Schwenkgetriebe des vorgeschlagenen Typs besonders für einen Gelenkarmroboter.
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Das Schneckengetriebe des vorgeschlagenen Schwenkgetriebes ist beispielsweise ausgelegt für eine Übersetzung von 30:1, d. h. antriebsseitig 30 Umdrehungen der Schneckenwelle werden umgewandelt in 1 Umdrehung des Schneckenrades. Das Schneckengetriebe des vorgeschlagenen Schwenkgetriebes kann gebaut werden für eine Übersetzung im Bereich von 2:1 bis 70:1, bevorzugt 30:1 bis 65:1, besonders bevorzugt sind die Übersetzung 32:1 und 64:1. Wenn eine Übersetzung gewünscht wird, die kleiner ist als 30:1 kann es zweckmäßig sein, die Schnecke (n) mehrgängig auszuführen.
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Die Übersetzungen des Schneckengetriebes, z. B. 30:1 gehen mit 30 Umdrehungen antriebseitig „ins Langsame“ und erzeugen bloß 1 Umdrehung abtriebseitig. Die Spieleinstellung der Schnecken, die „nur“ in Stufen entsprechend der Zahnteilung erfolgen kann, stellt eine genügend feine Justierbarkeit dar, angesichts von 30 vollen Umdrehungen, derer es bedarf, um 1 Umdrehung des Schneckenrades zu erzeugen.
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Erfreulicherweise konnte herausgefunden werden, dass es keiner stufenlosen Einstellbarkeit bedarf, um eine spielfreie Flankenanlage im Schneckengetriebe zu erzielen oder um ein gewünschtes Spiel einstellen zu können. Das Gleiche gilt, wenn eine elastische Vorspannung zwischen Schnecken und Schneckenrad erzeugt werden soll.
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Das vorgeschlagene Mittel zur Unterbrechung des Formschlusses des Koppelgetriebes erlaubt erfreulicherweise eine Einstellung des Flankenspiels, ohne dafür spezielle konstruktive Maßnahmen vorsehen zu müssen, die etwa zwischen der Schnecke und einem Antriebs- oder Abtriebsrad eine lösbare Verbindung erfordern, die eine zuverlässige Drehmomentübertragung leisten müsste und dennoch eine relative Drehverstellbarkeit zwischen Schnecke und Antriebs- oder Abtriebsrad erlauben müsste.
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Das Koppelgetriebe kann ein Zugmittelgetriebe umfassen oder als Stirnradgetriebe ausgebildet sein. Bei einem Zugmittelgetriebe wird die Bewegung und die Energie mittels eines Zugmittels übertragen. Mit einem Zugmittel ausgerüstet kann das Koppelgetriebe besonders kompakt ausgeführt werden. Die Alternative, gemäß der das Koppelgetriebe komplett als Stirnradgetriebe ausgebildet ist, wird als besonders zuverlässige und ausfallsichere Lösung angesehen, um eine formschlüssige Zwangskopplung zwischen der ersten Schnecke und der zweiten Schnecke bereitzustellen.
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Zweckmäßig ist die erste Schnecke drehfest auf einer ersten Schneckenwelle und die zweite Schnecke drehfest auf einer zweiten Schneckenwelle des Schneckengetriebes angeordnet, wobei die beiden Schneckenwellen parallel zueinander und das Schneckenrad zwischen den beiden Schneckenwellen angeordnet ist.
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Die Funktion des Schneckengetriebes der ersten Getriebeeinheit beruht auf dem Zusammenspiel der beiden parallel angeordneten Schnecken und dem Schneckenrad, das zwischen diesen beiden Schnecken angeordnet ist. Das Schneckenrad kämmt mit beiden Schnecken. Aufgrund dieser Anordnung ist es essentiell, dass die beiden Schnecken, respektive deren Schneckenwellen in gegenläufiger Drehrichtung bewegt werden. Bei dieser Konstruktion bewirkt immer nur eine der beiden Schnecken die Übertragung der Bewegung auf das Schneckenrad. Die andere der beiden Schnecken dreht sich so herum, dass sie von der Verzahnung des Schneckenrades flüchtet und jedenfalls keine Bewegung in das Schneckenrad überträgt.
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Ein weiterer Nutzen wird darin gesehen, dass das Koppelgetriebe eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle aufweist, und dass gleichzeitig die erste Schneckenwelle als Antriebswelle des Koppelgetriebes und die zweite Schneckenwelle als Abtriebswelle des Koppelgetriebes wirkt. Darüber hinaus ist es nutzbringend, wenn die erste und die zweite Schneckenwelle vereinheitlicht sind, d. h. beide Schneckenwellen sind als identisches Bauteil ausgeführt. Dies erleichtert Service und Wartung. Die Schneckenwellen sind austauschbar beziehungsweise kann jede wahlweise als Antriebswelle oder als Abtriebswelle verwendet werden.
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Günstig ist des Weiteren, wenn die Schneckenwelle mit Radialgleitlagern drehgelagert ist. Radiale Gleitlager zeichnen sich durch ihre kompakte und gewichtsparende Bauweise aus sowie durch ihren geringen Wartungsaufwand.
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Die erste Schneckenwelle weist einfacherweise ein Antriebsrad mit Verzahnung und die zweite Schneckenwelle ein Abtriebsrad mit Verzahnung auf, wobei zwecks Änderung der Drehrichtung dem Antriebsrad wenigstens ein Zwischenrad zugeordnet ist, welches im Betrieb mit dem Antriebsrad kämmt.
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Die geänderte Drehrichtung des Zwischenrades kann entweder mittels eines dafür vorgesehenen Zahnriemens oder mittels eines zweiten Zwischenrades zum Abtriebsrad übertragbar sein. Entweder handelt es sich bei dem Koppelgetriebe um ein reines Stirnradgetriebe oder das Koppelgetriebe besteht aus einer Kombination aus Stirnrad- und Zugmittelgetriebe, weil das Antriebsrad stets unmittelbar mit dem Zwischenrad kämmt und ein Stirnradgetriebe bildet. Lediglich die Übertragung der Drehbewegung zum Abtriebsrad erfolgt mittels des Zahnriemens.
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Für das Koppelgetriebe ist ein Typ eines Universalrades konzipiert, wobei dieser Typ Universalrad verwendbar ist als Antriebsrad, als Abtriebsrad und für das wenigstens eine Zwischenrad.
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Wenn das Koppelgetriebe ein Zugmittelgetriebe umfasst, dann muss das Zwischenrad mit dem Antriebsrad als Stirnradgetriebe zusammenwirken und gleichzeitig muss das Zwischenrad sowie das Abtriebsrad von einem Zugmittel umschlungen als Zugmittelgetriebe zusammenwirken können.
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Zu dem Zweck kann das Universalrad als Doppelrad ausgebildet sein, das eine erste Verzahnung und eine zweite Verzahnung aufweist, mit der Maßgabe, dass die erste Verzahnung hergerichtet ist, um unmittelbar im Formschluss mit der ersten Verzahnung eines zweiten Universalrades dieses Typs zusammenzuwirken, und dass die zweite Verzahnung bevorzugt für eine Umschlingung mittels eines Zahnriemens auf einem Teil ihres Verzahnungsumfangs vorgesehen ist.
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Dasjenige Doppelrad, das in einem Koppelgetriebe mit Zugmittelgetriebe als Zwischenrad fungiert, muss seine beiden Verzahnungen nutzen. Seine erste Verzahnung kämmt mit dem Antriebsrad und die zweite Verzahnung des Zwischenrads ist von einem Zahnriemen umschlungen, der auch das Abtriebsrad umschlingt. Wo das Doppelrad als Antriebsrad verwendet wird, muss die vorhandene zweite Verzahnung nicht genutzt werden. Am Abtriebsrad hingegen kann die erste Verzahnung ungenutzt bleiben, weil nur die für den Zahnriemen vorgesehene zweite Verzahnung benötigt wird. Das Doppelrad weist unterschiedliche Zahnformen für die erste Verzahnung (Stirnradverzahnung) und die zweite Verzahnung für den Zahnriemen auf. Die jeweils verwendete Zahnform und der Zahnrad-Modul orientieren sich an den zu übertragenden Kräften und Drehmomenten sowie an der Verfügbarkeit kompatibler Zahnriemen. Zweckmäßig ist zumindest für die Stirnradverzahnung die Zahnform der Evolventenverzahnung vorgesehen.
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Die Handhabung lässt sich verbessern, wenn das Mittel zur Unterbrechung des Formschlusses eine Zwischenradachse umfasst, die positionsverstellbar ist, so dass per Positionsverstellung des Zwischenrads der Formschluss zwischen dem Antriebsrad und dem Abtriebsrad unterbrechbar ist.
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Die positionsverstellbare Zwischenradachse kann einfacherweise translatorisch oder rotatorisch bewegbar sein, wobei die Position der Zwischenradachse zumindest in der Formschlussposition fixierbar ist. Mit „Formschlussposition“ ist die Position gemeint, in der die beteiligten Verzahnungen kämmend miteinander in Eingriff sind.
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Für die Zwischenradachse ist vorteilhaft eine Führung vorgesehen sowie ein Klemmelement, wobei die Position der zwischenradachse zumindest in der Formschlussposition mittels des Klemmelements fixierbar ist.
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Die Führung für die Zwischenradachse hält in mehreren Stufen formschlüssig definierte Positionen für die Zwischenradachse bereit, wobei mittels des Formschlusses zwischen der Führung und der Zwischenradachse Kräfte aufnehmbar sind. Die formschlüssig definierten Positionen der Zwischenradachse können mittels des Klemmelements gesichert werden.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass jede Schneckenwelle mit wenigstens einem Lager versehen ist, mit welchem die axiale Position der Schnecke definiert ist, wobei das Lager im Betrieb axiale Kräfte aufnimmt. Die Lagerung der Schnecke ist so ausgelegt, dass ihre axiale Position dauerhaft bestehen bleibt. Es findet keine Verschiebung der Schnecke in axialer Richtung statt, weder für den Betrieb des Schneckengetriebes noch für die Einstellung des Spiels beziehungsweise der Spielfreiheit bedarf es einer axialen Beweglichkeit der Schnecke, respektive der Schneckenwelle.
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Wenigstens eine der Schnecken kann als Zylinderschnecke ausgeführt und/oder das Schneckenrad kann als globoidisches Gegenrad für die Schnecken ausgebildet sein.
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Als besonders nützlich wird es erachtet, wenn das Schneckenrad und/oder die Schnecken aus einem Kunststoff hergestellt sind, der einen wartungs- und schmiermittelfreien Betrieb erlaubt.
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Es stehen geeignete Kunststoffmaterialien mit hervorragenden Gleiteigenschaften für solche Ausführungen eines Schneckengetriebes zur Verfügung. Ebenso stehen geeignete Verarbeitungsverfahren zur Verfügung, um Zahnräder, wie Stirnräder, Schneckenräder und auch Schnecken aus Kunststoff herzustellen. Aus Kunststoff-Vollmaterial können solche Zahnräder gefräst werden. Ebenso können die genannten Zahnräder mit dafür geeigneten Kunststoffen per 3D-Druck hergestellt werden, beispielswiese im Lasersinterverfahren.
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Auf diese Weise lassen sich schmierfrei betreibbare Schwenkgetriebe beziehungsweise Robotergelenke herstellen. Besonders gute Ergebnisse konnten mit einem Schneckenrad aus einem Kunststoff in Kombination mit Schnecken aus Aluminium erzielt werden. Einfacherweise ist die erforderliche Schneckenwelle einstückig mit der Schnecke versehen und kann insgesamt vorzugsweise aus Aluminium gefertigt sein. Besonders zweckmäßig ist zumindest die Schnecke mit einer eloxierten Oberfläche versehen.
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Nachstehend ist die Erfindung in einer Zeichnung beispielhaft veranschaulicht und anhand mehrerer Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:
- 1 Eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Schwenkgetriebes,
- 2 eine schematische Darstellung eines Gelenkarmroboters,
- 3 ein Ausschnitt des Schwenkgetriebes gemäß 1 mit Darstellung der Lagerung der Schneckenwelle,
- 4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemä-ßen Schwenkgetriebes,
- 5 eine perspektivische Ansicht eines Universalrades mit zwei Verzahnungen (Doppelrad),
- 6 eine Draufsicht auf ein Schwenkgetriebe gemäß 1 mit einem Koppelgetriebe, umfassend ein Zugmittelgetriebe,
- 7 eine ausschnittsweise Seitenansicht auf das Koppelgetriebe gemäß 6,
- 8 eine Draufsicht auf das Schwenkgetriebe gemäß 6 mit unterbrochenem Formschluss des Koppelgetriebes,
- 9 eine Draufsicht auf eine alternative Ausführung des Schwenkgetriebes mit einem Koppelgetriebe, das als reines Stirnradgetriebe ausgebildet ist,
- 10 eine Draufsicht auf das Schwenkgetriebe gemäß 9 mit unterbrochenem Formschluss des Koppelgetriebes.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Schwenkgetriebes 1. Es weist ein mehrteiliges Gehäuse 2 auf, wobei ein Gehäuseteil in 1 weggelassen ist, so dass das Innenleben sichtbar wird. Die Darstellung lässt vereinfachend einige funktionale Elemente weg, so zum Beispiel eine Lagerung der beiden gezeigten Schneckenwellen 3 und 4, welche Lagerung gesondert in 3 gezeigt ist.
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Das Schwenkgetriebe 1 nach 1 umfasst eine erste Getriebeeinheit 5, die ein Schneckengetriebe 6 aufweist sowie eine zweite Getriebeeinheit 7, die mit einem formschlüssigen Koppelgetriebe 8 versehen ist. Das Koppelgetriebe 8 kombiniert ein Stirnradgetriebe 9 mit einem Zugmittelgetriebe 10. Im Zentrum von 1 ist ein Schneckenrad 11 des Schneckengetriebes 6 dargestellt, das mit einer ersten Schnecke 4a sowie einer zweiten Schnecke 3a kämmt. Die Schnecken 3a und 4a sind im vorliegenden Beispiel einstückig mit der jeweiligen Schneckenwelle 3 beziehungsweise 4 ausgebildet und als eingängige Schnecken ausgeführt. Die Schneckenwellen 3 und 4 sind parallel zueinander ausgerichtet. Zwischen den Schnecken 3a und 4a befindet sich das Schneckenrad 11. Mit dem erwähnten Koppelgetriebe 8 ist eine Zwangskopplung zwischen der ersten Schnecke 4a und der zweiten Schnecke 3a geschaffen. Dieser Zwangskopplung ist inhärent, dass die beiden Schnecken 3a und 4a, respektive deren Schneckenwellen 3 und 4, stets in gegenläufiger Drehrichtung bewegt werden. Bei dieser Konstruktion wird je nach Drehrichtung des Schneckenrades 11 bewirkt, dass immer nur eine der beiden Schnecken 3a oder 4a die Übertragung der Bewegung in das Schneckenrad 11 leistet und es antreibt. Die Verzahnung der anderen der beiden Schnecken 3a oder 4a dreht sich von der Verzahnung des Schneckenrades 11 weg und kann ihrerseits keine Bewegung in das Schneckenrad 11 übertragen und kann die Drehbewegung des Schneckenrades 11 auch nicht stoppen. Die Verzahnung der anderen Schnecke flüchtet quasi permanent vor der Verzahnung des Schneckenrades 11, was anhand von 4 am besten zu erfassen ist. Wenn eine Umkehrung der Drehrichtung des Schneckenrades 11 erwünscht ist, muss die Verzahnung derjenigen Schnecke 3a oder 4a, welche zuvor flüchtete, in entgegengesetzter Richtung gedreht werden. Dann übt diese andere Schnecke eine Kraft aus, die gegen die andere Zahnflanke des Schneckenrades 11 drückt und es in entgegengesetzter Drehrichtung bewegt. Gleichzeitig dreht sich dann die Verzahnung der vorgenannten Schnecke von der Verzahnung des Schneckenrades 11 weg.
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Außerdem ist das Koppelgetriebe 8 gemäß 1 mit einer Einrichtung 12 versehen, die zur Einstellung des Flankenspiels des Schneckengetriebes 6 dient, um einen spielfreien Lauf zwischen den beiden Schnecken 3a und 4a und dem Schneckenrad 11 herstellen zu können. Die Einrichtung 12 weist ein besonderes Mittel T zur Einstellung des Flankenspiels auf, das anhand der 6 - 9 erläutert ist.
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2 stellt einen Gelenkarmroboter 13 als beispielhaften Anwendungsfall für das vorgeschlagene Schwenkgetriebe 1 dar. Der Gelenkarmroboter 13 weist drei Robotergelenke 14, 15 und 16 mit horizontalen Schwenkachsen sowie einen drehbaren Sockel 17 mit einer vertikalen Drehachse 18 auf. Sowohl drei Robotergelenke 14, 15 und 16, als auch der drehbare Sockel 17 sind mit einem Schwenkgetriebe des Typs gemäß 1 versehen.
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Die in 1 erwähnte Lagerung der Schneckenwellen 3 und 4 ist in 3 am Beispiel der ausschnittsweise gezeigten Schneckenwelle 3 dargestellt. Danach sind für die Drehlagerung der Schneckenwelle 3 mehrere Gleitlager vorgesehen und zwar befinden sich zu jeder Seite der Schnecke je zwei Gleitlager 19 mit Bund.
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Darüber hinaus sind pro Schneckenwelle 3 je zwei Axialwälzlager 20 vorgesehen. Die Axialwälzlager 20 erfüllen einerseits die Funktion, eine axiale Kraft aufzunehmen, welche auf die Schneckenwelle 3 in der jeweiligen axialen Richtung einwirkt. Außerdem sichern die beiden Axialwälzlager 20 die axiale Position der Schnecke 3a, respektive der Schneckenwelle 3. Die Lagerung der Schneckenwelle 4 ist identisch mit Gleitlagern und Axialwälzlagern aufgebaut. Eine Bewegung der Schneckenwelle/Schnecke 3/3a in axialer Richtung ist auf diese Weise ausgeschlossen. Anstelle der Axialwälzlager 20 können alternativ Axialgleitlager verwendet sein.
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4 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Schwenkgetriebes 1 gemäß 1. Im Zentrum von 4 ist wiederum das Schneckenrad 11 gezeigt, das mit den beiden Schecken 3a und 4a kämmt. Außerdem ist die zweite Getriebeeinheit 7 dargestellt, die ein Stirnradgetriebe 9 mit einem Zugmittelgetriebe 10 kombiniert. Die Schneckenwelle 4 fungiert gleichsam als Antriebswelle 21 des Koppelgetriebes 8 und trägt ein Antriebsrad 22 das zum Stirnradteil des Koppelgetriebes 8 zählt. Das Antriebsrad 22 ist mittels einer Passfeder 21a mit der Antriebswelle 21 verbunden. Die andere Schneckenwelle 3 fungiert gleichsam als Abtriebswelle 23 des Koppelgetriebes 8. Zu dem Zweck trägt die Abtriebswelle 23 ein Abtriebsrad 24, das von einem Zahnriemen 25 umschlungen ist, welcher zum Zugmittelteil des Koppelgetriebes 8 zählt. Das Antriebsrad 24 ist durch eine Passfeder 23a mit der Antriebswelle 23 verbunden, um ein Drehmoment übertragen zu können. Das Koppelgetriebe 8 schafft die erwähnte Zwangskopplung der beiden Schnecken 3a und 4a. In 4 kämmen beide Schnecken 3a und 4a spielfrei mit dem Schneckenrad 11. Die Schnecke 4a der Antriebswelle 22 kämmt dabei mit einer Zahnflanke 11a des Schneckenrades 11, wobei sich diese Zahnflanke in Uhrzeigerrichtung U vorne befindet. Die Schnecke 3a der Abtriebswelle 23 kämmt hingegen mit der in Uhrzeigerrichtung hinten befindlichen Zahnflanke 11b des Schneckenrades 11. Anhand von 4 ist leicht ersichtlich, dass der Formschluss des Koppelgetriebes 8 im Prinzip dadurch unterbrochen werden kann, indem der Zahnriemen 25 entfernt wird. Ohne Zahnriemen fehlt die Zwangskopplung und die Schnecken 3a und 4a können frei drehen. Die Schnecken 3a und 4a können dann relativ zueinander so gedreht werden, dass zwischen der Verzahnung des Schneckenrades 11 und den beiden Schnecken 3a und 4a ein gewünschtes Maß an Spiel oder eine Spielfreiheit eigestellt werden kann. Dabei geht Spielfreiheit bevorzugt mit einem geringen Maß an elastischer Vorspannung einher. Die Schnecke 3a übt dann aufgrund der Vorspannung einen permanenten Druck gegen die Zahnflanke 11b und die Schnecke 4a übt gleichermaßen einen permanenten Druck gegen die Zahnflanke 11a des Schneckenrades 11 aus. Mittels dieser elastischen Vorspannung kann eine dauerhafte Spielfreiheit im Schneckengetriebe 6 gewährleistet werden.
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Sobald die gewünschte Einstellung von Spiel oder Spielfreiheit erzielt ist, muss dann nur noch die formschlüssige Kopplung der zweiten Getriebeeinheit 7 wiederhergestellt werden, um die Spiel-/Spielfreieinstellung zu sichern. Dabei kann es vorkommen, dass dort, wo der Formschluss des Koppelgetriebes 8 unterbrochen wurde, Zahn auf Zahn und Lücke auf Lücke trifft, so dass sich der Formschluss nicht unmittelbar herstellen lässt. Durch einfaches vor oder zurück Justieren kann jedoch problemlos Zahn auf Lücke eingestellt werden, um den Formschluss herzustellen. Die Einstellbarkeit des Spiels beziehungsweise der Spielfreiheit ist zwar nicht stufenlos, jedoch ergibt sich durch die vorhandene Zähnezahl eine recht feine Teilung. Deren inkrementale „Feinheit“ reicht nah an eine stufenlose Einstellbarkeit heran. Dadurch kann günstiger Weise auf eine gänzlich stufenlose Einstellbarkeit verzichtet und der vorrichtungsmäßige Aufwand für eine stufenlose Einstellbarkeit eingespart werden.
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Oben in 4 ist schematisch eine Draufsicht auf die Zahnräder des Koppelgetriebes eingezeichnet, welche die erforderliche gegenläufige Drehrichtung der beiden Schneckenwellen 3 und 4 verdeutlicht, respektive die gegenläufige Drehrichtung der Antriebswelle 21 und Abtriebswelle 23.
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In 4 ist des Weiteren beispielhaft ein Motor M dargestellt, der am freien Ende der Schneckenwelle 4 angeflanscht ist, die als Antriebswelle 21 für das Koppelgetriebe 8 fungiert.
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Das Antriebsrad 22 kämmt gemäß 4 mit einem Zwischenrad 26, wobei es sich bei dem Antriebsrad 22 und dem Zwischenrad 26 um identische Bauteile handelt. Das Bauteil ist als Universalrad 27 ausgestaltet, wie in 5 gezeigt. Es weist eine Stirnradverzahnung 28 auf sowie eine zusätzliche zweite Verzahnung 29 für einen Zahnriemen. Um eine Drehmomentübertragung in das Universalrad 27 zu ermöglichen, ist es mit einer Passfedernut 27a versehen.
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Davon unterscheidet sich im vorliegenden Beispiel das Abtriebsrad 24, welches nur eine einzige Verzahnung aufweist, die von dem Zahnriemen 25 umschlungen ist. 5 zeigt das erwähnte Universalrad 27 als perspektivische Ansicht. Es ist als Doppelrad mit zwei Verzahnungen ausgeführt. Die erste Verzahnung ist die erwähnte Stirnradverzahnung 28, die im vorliegenden Beispiel 22 Zähne aufweist. Die zweite Verzahnung 29 ist jene für den Zahnriemen 25 vorgesehene Verzahnung, die 27 Zähne aufweist. Die Zähne der Stirnradverzahnung 28 sind im vorliegenden Beispiel größer ausgebildet als die Zähne der zweite Verzahnung 29. Wegen der größeren Zähne der Stirnradverzahnung 28 ist deren Durchmesser größer als der Durchmesser der zweiten Verzahnung 29, obwohl die zweite Verzahnung mehr Zähne aufweist (27 Zähne). Zweckmäßig ist zumindest für die Stirnradverzahnung 28 die Zahnform der Evolventenverzahnung vorgesehen.
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Im Beispiel der 4 wird die Antriebsenergie mittels eines Motors M eingespeist, der an einem freien Ende der Schneckenwelle 4 angeflanscht ist, die gleichsam die Antriebswelle 21 des Koppelgetriebes 8 ist. An der Antriebswelle 21 ist auch das Antriebsrad 24 des Koppelgetriebes 8 angeordnet, dessen zweite Verzahnung 29 im vorliegenden Beispiel nicht benutzt wird. Es besteht aber die Möglichkeit, die Antriebsenergie eines Motors per Zahnriemen auf die zweite Verzahnung 29 des Universalrades zu übertragen, das als Antriebsrad 21 vorgesehen ist. Dies kann z. B. zweckmäßig sein, falls die Platzverhältnisse es verunmöglichen, den Motor an das freie Ende der Schneckenwelle 4 anzuflanschen. Es bieten sich also mehrere Stellen an dem vorgeschlagenen Schwenkgetriebe 1 an, um die Antriebsenergie eines Motors auf die Antriebswelle 21 zu übertragen.
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6 zeigt eine Draufsicht auf das Koppelgetriebe 8 des Schwenkgetriebes 1 gemäß 1. Wie schon in 1 erkennbar kombiniert das Koppelgetriebe 8 ein Stirnradgetriebe 9 mit einem Zugmittelgetriebe 10. Als Antriebsrad 22 ist ein Universalrad 27 auf der Antriebswelle angeordnet und mit einer Passfeder 21a zwecks Übertragung eines Drehmoments verbunden. Wie oben beschrieben ist das Koppelgetriebe 8 mit einer Einrichtung 12 versehen, welche dazu dient, den Formschluss zwischen den Schnecken 3a und 4a, respektive den Schneckenwellen 3 und 4 zu unterbrechen. Zu dem Zweck ist die Einrichtung 12 mit einem Mittel T versehen, das gemäß dem vorliegenden Beispiel eine positionsverstellbare Zwischenradachse 30 umfasst. Das Mittel T umfasst darüber hinaus weitere Komponenten, welche der Positionsverstellbarkeit und Arretierbarkeit der Zwischenradachse 30 dienen. So ist die Zwischenradachse 30 als weiteren Komponenten an einem verschiebbaren Achsträger 31 angeordnet, der entlang einer Führung 32 bestehend aus einem Langloch 33 translatorisch bewegbar ist und mit einem Klemmelement 34 gesichert ist, im vorliegenden Beispiel eine Klemmschraube 35, welche die gewünschte Arretierbarkeit bereitstellt. Als Zwischenrad 26 ist ein Universalrad 27 vorgesehen, dessen Passfedernut leer ist, weil als Zwischenrad 26 keine Drehmomentübertragung erforderlich ist. Stattdessen ist das als Zwischenrad 26 vorgesehene Universalrad 27 mittels eines Gleitlagers 30a drehbar auf der Zwischenradachse 30 gelagert. Zweckmäßig sitzt das Gleitlager fest in im Zwischenrad und rotiert mit diesem.
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7 zeigt einen Querschnitt durch das Koppelgetriebe 8 gemäß der Linie VII-VII in 6. Insbesondere zeigt 7 den Achsträger 31 mit der translatorisch verschiebbaren Zwischenradachse 30. Die Zwischenradachse 30 befindet sich in 7 und 6 jeweils in einer Position, in der das Zwischenrad 26 formschlüssig mit dem Antriebsrad 22 kämmt. Außerdem ist in dieser Position des Zwischenrades 26 der Zahnriemen 25 gespannt, so dass er die Drehbewegung des Zwischenrades 26 auf das Abtriebsrad 24 übertragen kann.
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8 zeigt wiederum eine Draufsicht des Koppelgetriebes 8 gemäß 6, wobei aber der Formschluss des Koppelgetriebes 8 unterbrochen ist. Zu dem Zweck ist die Klemmschraube 35 gelöst und die Zwischenradachse 30 so verschoben, dass das Zwischenrad 26 außer Eingriff mit dem Antriebsrad 22 gelangt ist. Die Zwangskopplung der Schnecken 3a und 4a ist aufgehoben. Die Schnecken können dann unabhängig voneinander gedreht werden, so dass das gewünschte Spiel oder eine Spielfreiheit eingestellt werden kann. Sobald die Einstellung fertig ist, kann anschließend wieder der Formschluss des Koppelgetriebes, insbesondere zwischen dem Antriebsrad 22 und dem Zwischenrad 26 hergestellt werden, indem die Zwischenradachse 30 verschoben wird in die Position gemäß 6 und diese Position durch anziehen der Klemmschraube 35 gesichert wird.
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9 zeigt eine Draufsicht auf eine alternative Ausführung des erfindungsgemäßen Schwenkgetriebes 1. Diese Alternative unterscheidet sich durch einen anderen Aufbau des Koppelgetriebes 8, welches in diesem Beispiel als reines Stirnradgetriebe ausgebildet ist. Dieses Koppelgetriebe 8 weist ein Antriebsrad 36, ein Abtriebsrad 37 und ein erstes Zwischenrad 38 auf, das unmittelbar mit dem Antriebsrad 36 kämmt. Außerdem ist für die Übertragung der Bewegung von dem ersten Zwischenrad 38 zum Abtriebsrad 37 ein zusätzliches zweites Zwischenrad 39 vorgesehen. Alle vier genannten Zahnräder 36, 37, 38 und 39 sind identisch und bilden ein Universalrad 40 mit einer Passfedernut 41. Für die Verbindung des Antriebsrades 36 mit der Antriebswelle 21 ist eine Passfeder 21a und für die Verbindung des Abtriebsrades 37 mit der Abtriebswelle 23 ist eine Passfeder 23a vorgesehen.
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Das zweite Zwischenrad 39 dreht in entgegengesetzter Richtung zum ersten Zwischenrad 38. Wenn das zweite Zwischenrad 39 die Bewegung auf das Abtriebsrad 37 überträgt ändert sich die Drehrichtung erneut, so dass das Abtriebsrad 37 dann in derselben Richtung dreht, wie das erste Zwischenrad 38 auf einer dafür vorgesehenen ersten Zwischenradachse 42. Somit stimmt die Drehrichtung des Abtriebsrad 37 mit derjenigen überein, die mittels des Zahnriemens 25 im Beispiel der 7 für das dortige Abtriebsrad 24 erzielt wird. Das zweite Zwischenrad 39 ist überdies mit einer Einrichtung 12 versehen, die zur Einstellung des Flankenspiels des Schneckengetriebes ein Mittel T aufweist, mit dem der Formschluss des Koppelgetriebes 8 unterbrochen werden kann. Zu dem Mittel T der Einrichtung 12 gehört eine verschiebbare zweite Zwischenradachse 43 des zweiten Zwischenrads 39 sowie ein zu diesem Zweck verschiebbarer Achsträger 44, an welchem die zweite Zwischenradachse 43 angeordnet ist. Des Weiteren gehört zu dem Mittel T eine Führung 45, die ein Langloch 46 umfasst sowie ein Klemmelement 47 in Form einer Klemmschraube 48 zur Arretierung der formschlüssigen Position sowie zum Lösen zwecks Unterbrechung des Formschlusses des Koppelgetriebes 8. Die beiden Zwischenräder 38 und 39 sind drehbar gelagert mittels eines Gleitlagers 42a beziehungsweise eines Gleitlagers 43a, das vorzugsweise im jeweiligen Zwischenrad festen Sitz hat und zusammen mit dem Zwischenrad um die betreffende Zwischenradachse (42, 43) rotiert.
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In 10 ist eine Draufsicht auf das Koppelgetriebe 8 gemäß 9 dargestellt, wobei gemäß 10 der Formschluss des Koppelgetriebes 8 unterbrochen ist. zu diesem Zweck ist die Klemmschraube 48 gelöst und die zweite Zwischenradachse 43 des zweiten Zwischenrades 39 ist soweit verschoben, dass seine Verzahnung außer Eingriff mit der Verzahnung des Abtriebsrades 37 gelangt ist. Außerdem ist in diesem Beispiel auch der Formschluss zwischen dem zweiten Zwischenrad 39 und dem ersten Zwischenrad 38 unterbrochen. Alternativ könnte die Führung 45 für die verschiebbare Zwischenradachse 43 so ausgestaltet sein, dass der Formschluss des zweiten Zwischenrades 39 entweder zum ersten Zwischenrad 38 oder zum Abtriebsrad 37 beibehalten bleibt und nur der Formschluss zum jeweils anderen Zahnrad unterbrochen wird. Zu dem Zweck kann die Führung für die verschiebbare zweite Zwischenradachse 43 des zweiten Zwischenrades 39 auf einem Kreisbogen (nicht dargestellt) angeordnet sein und einen Abschnitt des Kreisbogens bilden. Der Mittelpunkt des Kreisbogens kann entweder mit der Mittelachse des ersten Zwischenrades 38 übereinstimmend oder mit der Mittelachse des Abtriebsrades 37 übereinstimmend angeordnet sein. Zu einem der Zahnräder 37 oder 38 bleibt dann der Formschluss erhalten und zwar zu jenem, dessen Mittelachse übereinstimmt mit dem Mittelpunkt des Kreisbogenabschnitts der Führung.
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In der in 10 gezeigten Position des zweiten Zwischenrades 39 ist die Zwangskopplung der beiden Schnecken 3a und 4a aufgehoben, weil der Formschluss im Koppelgetriebe 8 unterbrochen ist. Deswegen können die Schnecken 3a und 4a unabhängig voneinander gedreht werden und es lässt sich das gewünschte Spiel für das Schneckengetriebe 6 oder eine gewünschte Spielfreiheit wahlweise einstellen. Sobald die Einstellung vorgenommen worden ist, kann anschließend wieder der Formschluss des Koppelgetriebes 8 hergestellt werden, wie in 9 dargestellt, indem die zweite Zwischenradachse 43 verschoben wird in die Position gemäß 9 und diese Position durch anziehen der Klemmschraube 48 gesichert/arretiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schwenkgetriebe
- 2
- Gehäuse
- 3
- Schneckenwelle
- 3a
- Schnecke
- 4
- Schneckenwelle
- 4a
- Schnecke
- 5
- erste Getriebeeinheit
- 6
- Schneckengetriebe
- 7
- zweite Getriebeeinheit
- 8
- Koppelgetriebe
- 9
- Stirnradgetriebe
- 10
- Zugmittelgetriebe
- 11
- Schneckenrad
- 12
- Einrichtung
- 13
- Gelenkarmroboter
- 14
- Robotergelenk
- 15
- Robotergelenk
- 16
- Robotergelenk
- 17
- Sockel
- 18
- vertikale Drehachse
- 19
- Gleitlager mit Bund
- 20
- Axialwälzlager
- 21
- Antriebswelle
- 21a
- Passfeder
- 22
- Antriebsrad
- 23
- Antriebswelle
- 23a
- Passfeder
- 24
- Antriebsrad
- 25
- Zahnriemen
- 26
- Zwischenrad
- 27
- Universalrad
- 27a
- Passfedernut
- 28
- Stirnradverzahnung
- 29
- zweite Verzahnung
- 30
- Zwischenradachse
- 30a
- Gleitlager
- 31
- Achsträger
- 32
- Führung
- 33
- Langloch
- 34
- Klemmelement
- 35
- Klemmschraube
- 36
- Antriebsrad
- 37
- Antriebsrad
- 38
- erstes Zwischenrad
- 39
- zweites Zwischenrad
- 40
- Universalrad
- 41
- Rastelement
- 42
- erste Zwischenradachse
- 42a
- Gleitlager
- 43
- zweite Zwischenradachse
- 43a
- Gleitlager
- 44
- Achsträger
- 45
- Führung
- 46
- Langloch
- 47
- Klemmelement
- 48
- Klemmschraube
- M
- Motor
- T
- Mittel
