DE212020000561U1

DE212020000561U1 - Mechanical overload switching mechanism

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Publication number: DE212020000561U1
Application number: DE212020000561.3U
Authority: DE
Original assignee: KUKA Deutschland GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2020-02-06
Publication date: 2021-11-16
Anticipated expiration: 2030-02-07
Also published as: CN113874180B; WO2020192993A1; CN113874180A; DE102019204024B4; DE102019204024A1

Abstract

Mechanisches Überlast-Schaltwerk zum Trennen der Übertragung einer Kraft und/oder eines Moments zwischen einem ersten Übertragungsglied (2) und einem im Zustand der Übertragung mit dem ersten Übertragungsglied (2) zusammenwirkenden zweiten Übertragungsglied (4) in einem Antriebsstrang (16), aufweisend ein das erste Übertragungsglied (2) lagerndes Schaltglied (8), das in einem Gestell (5) verstellbar gelagert ist, und zwar verstellbar aus einer ersten stabilen Stellung (S1), die durch ein Zusammenwirken eines ersten Federmittels (9) und eines zumindest teilweise entgegen dem ersten Federmittel (9) arbeitendes zweites Federmittels (10) eingehalten ist und in der das erste Übertragungsglied (2) zur Übertragung der Kraft und/oder des Moments mit dem zweiten Übertragungsglied (4) zusammenwirkt, bei Überlast je nachdem entweder in eine zweite stabile Stellung (S2), in welcher das Schaltglied (8) bei Überschreiten einer Maximalkraft oder eines Maximalmoments während der Übertragung der Kraft und/oder des Moments durch das erste Federmittel (9) hineinbewegt ist, oder in eine dritte stabile Stellung (S3), in welcher das Schaltglied (8) bei Überschreiten einer entgegengesetzten Maximalkraft oder eines entgegengesetzten Maximalmoments während der Übertragung der entgegengesetzten Kraft und/oder des entgegengesetzten Moments durch das zweite Federmittel (10) hineinbewegt ist.Mechanical overload switching mechanism for separating the transmission of a force and / or a moment between a first transmission element (2) and a second transmission element (4) in a drive train (16), which interacts with the first transmission element (2) in the transmission state the first transmission element (2) supporting switching element (8), which is adjustably supported in a frame (5), adjustable from a first stable position (S1), which is counteracted by the interaction of a first spring means (9) and one at least partially the first spring means (9) working second spring means (10) is maintained and in which the first transmission member (2) to transmit the force and / or the moment interacts with the second transmission member (4), in the event of an overload, either into a second stable one Position (S2) in which the switching element (8) when a maximum force or a maximum torque is exceeded during the transmission of the force and / or the moment is moved in by the first spring means (9), or into a third stable position (S3) in which the switching element (8) when an opposing maximum force or an opposing maximum torque is exceeded during the transfer of the opposing force and / or of the opposite moment is moved in by the second spring means (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein mechanisches Überlast-Schaltwerk zum Trennen der Übertragung einer Kraft und/oder eines Moments zwischen einem ersten Übertragungsglied und einem im Zustand der Übertragung mit dem ersten Übertragungsglied zusammenwirkenden zweiten Übertragungsglied in einem Antriebsstrang.The invention relates to a mechanical overload switching mechanism for separating the transmission of a force and / or a moment between a first transmission element and a second transmission element in a drive train that interacts with the first transmission element in the transmission state.

Die DE 20 2013 003 594 U1 beschreibt eine Armanordnung für einen Industrieroboter, wobei die Armanordnung ein Schneckenelement, ein Zahnradelement in Eingriff mit dem Schneckenelement, und ein Armelement enthält, wobei das Schneckenelement drehbar ist, um das Zahnradelement anzutreiben und das Armelement zu bewegen, und wobei das Schneckenelement zwischen einer ersten Position, in der das Schneckenelement drehbar ist, um das Zahnradelement anzutreiben, und einer zweiten Position bewegbar ist, in der eine Relativbewegung zwischen dem Schneckenelement und dem Zahnradelement verhindert wird, ferner enthaltend einen Pneumatikzylinder zum Bewegen des Schneckenelements zwischen der ersten Position und der zweiten Position, wobei das Schneckenelement auf einer Plattform gehalten wird, die durch besagten Pneumatikzylinder bewegbar ist, und wobei besagte Plattform über einer Basis gehalten wird und relativ dazu schwenk- bzw. drehbar ist.the DE 20 2013 003 594 U1 describes an arm assembly for an industrial robot, the arm assembly including a worm element, a gear element in engagement with the worm element, and an arm element, wherein the worm element is rotatable to drive the gear element and move the arm element, and wherein the worm element is between a first position wherein the worm element is rotatable to drive the gear element and is movable to a second position in which relative movement between the worm element and the gear element is prevented, further comprising a pneumatic cylinder for moving the worm element between the first position and the second position, wherein the screw element is supported on a platform movable by said pneumatic cylinder, and wherein said platform is supported over a base and is pivotable or rotatable relative thereto.

Die Druckschrift EP 2325429 A2 offenbart einen Verdeckantrieb zur Betätigung eines Verdecks eines Kraftfahrzeugs.The pamphlet EP 2325429 A2 discloses a convertible top drive for operating a convertible top of a motor vehicle.

Die Druckschrift US 2007/125193 A1 offenbart einen Zahnradsatz, wobei ein Vorspannelement ein Schneckengetriebe gegen ein Zahnrad drückt.The pamphlet US 2007/125193 A1 discloses a gear set wherein a biasing element presses a worm gear against a gear.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein mechanisches Überlast-Schaltwerk zu schaffen, das auch unter hoher Übertragungslast in zuverlässiger Weise in seinen gelösten Zustand schaltet und nach einem Auslösen zuverlässige in dem ausgelösten Zustand verbleibt.The object of the invention is to create a mechanical overload switching mechanism which switches reliably into its released state even under high transmission loads and reliably remains in the released state after it has been released.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein mechanisches Überlast-Schaltwerk zum Trennen der Übertragung einer Kraft und/oder eines Moments zwischen einem ersten Übertragungsglied und einem im Zustand der Übertragung mit dem ersten Übertragungsglied zusammenwirkenden zweiten Übertragungsglied in einem Antriebsstrang, aufweisend ein das erste Übertragungsglied lagerndes Schaltglied, das in einem Gestell verstellbar gelagert ist, und zwar verstellbar aus einer ersten stabilen Stellung, die durch ein Zusammenwirken eines ersten Federmittels und eines zumindest teilweise entgegen dem ersten Federmittel arbeitendes zweites Federmittels eingehalten ist und in der das erste Übertragungsglied zur Übertragung der Kraft und/oder des Moments mit dem zweiten Übertragungsglied zusammenwirkt, bei Überlast je nachdem entweder in eine zweite stabile Stellung, in welcher das Schaltglied bei Überschreiten einer Maximalkraft oder eines Maximalmoments während der Übertragung der Kraft und/oder des Moments durch das erste Federmittel hineinbewegt ist, oder in eine dritte stabile Stellung, in welcher das Schaltglied bei Überschreiten einer entgegengesetzten Maximalkraft oder eines entgegengesetzten Maximalmoments während der Übertragung der entgegengesetzten Kraft und/oder des entgegengesetzten Moments durch das zweite Federmittel hineinbewegt ist.The object is achieved according to the invention by a mechanical overload switching mechanism for separating the transmission of a force and / or a torque between a first transmission element and a second transmission element in a drive train that interacts with the first transmission element in the state of transmission, having a switching element supporting the first transmission element , which is adjustably mounted in a frame, namely adjustable from a first stable position, which is maintained by a cooperation of a first spring means and a second spring means working at least partially against the first spring means and in which the first transmission member for transmitting the force and / or the moment interacts with the second transmission element, in the event of an overload, either in a second stable position, in which the switching element when a maximum force or a maximum torque is exceeded during the transmission of the force and / or the M oments is moved into it by the first spring means, or into a third stable position in which the switching element is moved in when an opposing maximum force or an opposing maximum torque is exceeded during the transfer of the opposing force and / or the opposing torque by the second spring means.

Das mechanische Überlast-Schaltwerk ist insbesondere ausgebildet innerhalb eines Antriebstranges die übertragene Kraft oder die Kräfte und/oder das übertragene Drehmoment oder die Drehmomente zu überwachen, ob sie eine vordefinierte Maximalkraft oder ein Maximalmoment überschreiten. Falls die jeweilige Kraft die vordefinierte Maximalkraft überschreitet oder das jeweilige Moment das vordefinierte Maximalmoment überschreiten, trennt das mechanische Überlast-Schaltwerk den Antriebstrang, so dass eine Übertragung unterbrochen ist, d.h. keine Kraft und/oder kein Moment mehr über den Antriebstrang über das mechanische Überlast-Schaltwerk hinweg übertragen werden kann. Das mechanische Überlast-Schaltwerk ist eingerichtet, rein mechanisch zu arbeiten, d.h. das mechanische Überlast-Schaltwerk ist ausgebildet, ohne eine vom mechanischen Überlast-Schaltwerk externe Energieversorgung, wie eine elektrische, hydraulische oder pneumatische Energieversorgung zu arbeiten. Das mechanische Überlast-Schaltwerk wird allein durch die durch den Antriebstrang geleitete Kraft oder das Moment betätigt d.h. das Schaltglied bewegt. Mechanische Federmittel steuern und/oder unterstützen die Schaltvorgänge des Schaltglieds bzw. definieren durch Ihre Positionen, Lagen und/oder Federsteifigkeiten und Federkennlinien die vorgegebene Maximalkraft oder das vorgegebene Maximalmoment. Die vorgegebene Maximalkraft und das vorgegebene Maximalmoment bestimmen insoweit die Grenzkräfte bzw. Grenzmomente an denen das mechanische Überlast-Schaltwerk umschaltet.The mechanical overload switching mechanism is designed in particular to monitor the transmitted force or the forces and / or the transmitted torque or the torques within a drive train, whether they exceed a predefined maximum force or a maximum torque. If the respective force exceeds the predefined maximum force or the respective torque exceeds the predefined maximum torque, the mechanical overload switching mechanism disconnects the drive train so that a transmission is interrupted, i.e. no more force and / or torque via the drive train via the mechanical overload Can be transferred across the rear derailleur. The mechanical overload switching mechanism is set up to work purely mechanically, i.e. the mechanical overload switching mechanism is designed to work without an energy supply external to the mechanical overload switching mechanism, such as an electrical, hydraulic or pneumatic energy supply. The mechanical overload switching mechanism is actuated solely by the force or torque transmitted through the drive train, i.e. the switching element is moved. Mechanical spring means control and / or support the switching processes of the switching element or define the specified maximum force or the specified maximum torque through their positions, positions and / or spring stiffnesses and spring characteristics. The specified maximum force and the specified maximum torque determine the limit forces or limit torques at which the mechanical overload switching mechanism switches.

Der Antriebsstrang kann im einfachsten Fall eine Schubstange aufweisen, über die im einfachsten Fall lediglich eine einzige Zugkraft und/oder Druckkraft übertragen wird. Der Antriebsstrang kann in einer anderen einfachen Ausführung einen Hebel aufweisen, über den im einfachsten Fall lediglich ein einziges Moment übertragen wird. In einer höher komplexen Ausführung kann der Antriebsstrang eine Welle aufweisen, beispielsweise eine Welle in einem Getriebe, über die ein Drehmoment übertragen wird.In the simplest case, the drive train can have a push rod via which, in the simplest case, only a single tensile force and / or pressure force is transmitted. In another simple embodiment, the drive train can have a lever via which, in the simplest case, only a single torque is transmitted. In a more complex embodiment, the drive train can have a shaft, for example a shaft in a transmission, via which a torque is transmitted.

Das erste Übertragungsglied und das zweite Übertragungsglied können insoweit beispielsweise lediglich zwei ineinandergreifende Klauen sein, die eine Kupplung schalten, kraftschlüssig zusammenwirkende Reibelemente sein, oder im Falle eines Getriebes beispielsweise zwei in einem eingerückten Zustand miteinander kämmende Zahnräder sein.The first transmission element and the second transmission element can be, for example, only two interlocking claws that switch a clutch, frictionally interacting friction elements, or in the case of a transmission, for example, two gearwheels that mesh with one another in an engaged state.

Das Schaltglied kann somit entweder ein Schaltschieber oder eine Schaltwippe sein. Im Falle eines Schaltschiebers würde sich das Schaltglied insoweit zumindest im Wesentlichen translatorisch d.h. linear bewegen und im Falle einer Schaltwippe würde sich das Schaltglied insoweit zumindest im Wesentlichen rotatorisch d.h. drehend bewegen. Das Schaltglied kann ggf. auch eine überlagerte Bewegung ausführen, die sowohl einen linearen als auch einen drehenden Bewegungsanteil aufweist.The switching element can thus either be a slide switch or a rocker switch. In the case of a slide switch, the switching element would move at least essentially in a translatory manner, i.e. linearly, and in the case of a rocker switch, the switching element would move at least essentially in a rotary manner, i.e. rotating. The switching element can optionally also execute a superimposed movement which has both a linear and a rotating movement component.

In der ersten stabilen Stellung des Schaltglieds ist das erste Übertragungsglied mit dem zweiten Übertragungsglied in Wirkverbindung, insbesondere kraftschlüssig und/oder formschlüssig im Eingriff, so dass zumindest eine Kraft und/oder zumindest ein Drehmoment über den Antriebsstrang übertragen wird. Im Hinblick auf die Funktion des mechanischen Überlast-Schaltwerks weist die übertragene Kraft und/oder das übertragene Moment einen Betrag auf, der kleiner ist, als die vorgegebene Maximalkraft oder das vorgegebene Maximalmoment.In the first stable position of the switching element, the first transmission element is in operative connection with the second transmission element, in particular in a non-positive and / or positive engagement, so that at least one force and / or at least one torque is transmitted via the drive train. With regard to the function of the mechanical overload switching mechanism, the transmitted force and / or the transmitted torque has an amount that is smaller than the specified maximum force or the specified maximum torque.

Sowohl in der zweiten stabilen Stellung als auch in der dritten stabilen Stellung sind das erste Übertragungsglied und das zweite Übertragungsglied ausgerückt, d.h. es besteht in der zweiten stabilen Stellung und in der dritten stabilen Stellung jeweils keine Wirkverbindung mehr zwischen dem ersten Übertragungsglied und dem zweiten Übertragungsglied und eine Übertragung einer Kraft und/oder eines Moments über den Antriebsstrang ist unterbunden. Das mechanische Überlast-Schaltwerk nimmt die zweite stabile Stellung ein, wenn die das Stellglied bewegende, auslösende Maximalkraft oder das auslösende Maximalmoment in die eine Richtung wirkt und das mechanische Überlast-Schaltwerk nimmt die dritte stabile Stellung ein, wenn die das Stellglied bewegende, auslösende Maximalkraft oder das auslösende Maximalmoment in die andere d.h. entgegengesetzte Richtung wirkt.Both in the second stable position and in the third stable position, the first transmission element and the second transmission element are disengaged, ie there is no longer any operative connection between the first transmission element and the second transmission element and in the second stable position and in the third stable position a transmission of a force and / or a torque via the drive train is prevented. The mechanical overload switching mechanism assumes the second stable position when the maximum triggering force moving the actuator or the maximum triggering torque acts in one direction and the mechanical overload switching mechanism assumes the third stable position when the maximum triggering force moving the actuator or the triggering maximum torque acts in the other, ie opposite, direction.

Das erste Federmittel und das zweite Federmittel sind ausgebildet, je nach einwirkender Kraft oder Moment das Stellglied in der ersten stabilen Stellung zu halten, in der zweiten stabilen Stellung zu halten oder in der dritten stabilen Stellung zu halten.The first spring means and the second spring means are designed to hold the actuator in the first stable position, to hold it in the second stable position or to hold it in the third stable position, depending on the force or moment acting.

In der ersten stabilen Stellung des Stellglieds wirken sowohl das erste Federmittel als auch das zweite Federmittel auf das Stellglied ein, um das Stellglied durch antagonistisch wirkende Federmittel in der ersten stabilen Stellung zu halten, wenn die übertragene Kraft kleiner als die Maximalkraft ist und/oder das übertragene Moment kleiner als das Maximalmoment ist.In the first stable position of the actuator, both the first spring means and the second spring means act on the actuator in order to keep the actuator in the first stable position by antagonistic spring means when the transmitted force is less than the maximum force and / or that transmitted torque is smaller than the maximum torque.

In der zweiten stabilen Stellung des Stellglieds wirkt lediglich das erste Federmittel, um das Stellglied in der zweiten stabilen Stellung zu halten, wenn die Maximalkraft und/oder das Maximalmoment das Stellglied ausgelöst hat. Das zweite Federmittel entfaltet in der zweiten stabilen Stellung vorzugsweise keine Wirkung auf das Stellglied.In the second stable position of the actuator, only the first spring means acts to hold the actuator in the second stable position when the maximum force and / or the maximum torque has triggered the actuator. In the second stable position, the second spring means preferably has no effect on the actuator.

In der dritten stabilen Stellung des Stellglieds wirkt lediglich das zweite Federmittel, um das Stellglied in der dritten stabilen Stellung zu halten, wenn die entgegengesetzte Maximalkraft und/oder das entgegengesetzte Maximalmoment das Stellglied ausgelöst hat. Das erste Federmittel entfaltet in der dritten stabilen Stellung vorzugsweise keine Wirkung auf das Stellglied.In the third stable position of the actuator, only the second spring means acts to hold the actuator in the third stable position when the opposite maximum force and / or the opposite maximum torque has triggered the actuator. In the third stable position, the first spring means preferably has no effect on the actuator.

Das Gestell bildet einen Lagersitz für das bewegliche Stellglied. Das Gestell ist vorzugsweise starr mit Federsitzen gekoppelt, an denen das erste Federmittel und das zweite Federmittel sich abstützen, und zwar einer gegenüberliegenden Seite des ersten Federmittels bzw. des zweiten Federmittel von derjenigen Seite, mit der das erste Federmittels bzw. das zweite Federmittel an das Stellglied angekoppelt ist. Das Gestell kann ein Gehäuse einer Maschine bzw. des Antriebsstranges sein. Im bevorzugten Anwendungsfall der Erfindung ist das Gestell ein Gehäuseteil eines Roboterarms.The frame forms a bearing seat for the movable actuator. The frame is preferably rigidly coupled with spring seats on which the first spring means and the second spring means are supported, namely an opposite side of the first spring means and the second spring means from the side with which the first spring means and the second spring means to the Actuator is coupled. The frame can be a housing of a machine or of the drive train. In the preferred application of the invention, the frame is a housing part of a robot arm.

Das Schaltglied kann als eine Schaltwippe ausgebildet sein, indem das Schaltglied mittels einer Viergelenk-Anordnung in dem Gestell gelagert ist, wobei das Schaltglied ein erstes Drehgelenk aufweist, an dem ein erster Endabschnitt einer ersten Schwinge schwenkbar gelagert ist, das Gestell ein zweites Drehgelenk aufweist, an dem ein zweiter Endabschnitt der ersten Schwinge schwenkbar gelagert ist, das Schaltglied ein drittes Drehgelenk aufweist, an dem ein erster Endabschnitt einer zweiten Schwinge schwenkbar gelagert ist, und das Gestell ein viertes Drehgelenk aufweist, an dem ein zweiter Endabschnitt der zweiten Schwinge schwenkbar gelagert ist, und das Schaltglied außerdem einen ersten Federangriffspunkt aufweist, an dem das erste Federmittel an das Schaltglied angekoppelt ist und einen zweiten Federangriffspunkt aufweist, an dem das zweite Federmittel an das Schaltglied angekoppelt ist.The switching element can be designed as a rocker switch in that the switching element is mounted in the frame by means of a four-bar arrangement, the switching element having a first swivel joint on which a first end section of a first rocker is pivotably mounted, and the frame has a second swivel joint, on which a second end section of the first rocker is pivotably mounted, the switching element has a third swivel joint on which a first end portion of a second rocker is pivotably mounted, and the frame has a fourth swivel joint on which a second end portion of the second rocker is pivotably mounted , and the switching member also has a first spring engagement point at which the first spring means is coupled to the switching member and has a second spring engagement point at which the second spring means is coupled to the switching member.

Die Viergelenk-Anordnung bildet somit ein Koppelgetriebe mit vier Festkörpergliedern, die mittels vier Drehgelenken verbunden sind. Insoweit wird bei diesem Koppelgetriebe ein erstes Festkörperglied durch das Gestell gebildet, ein (gegenüberliegendes) zweites Festkörperglied durch das Schaltglied, insbesondere die Schaltwippe gebildet, das dritte Festkörperglied durch die erste Schwinge gebildet und das vierte Festkörperglied durch die zweite Schwinge gebildet. Die Viergelenk-Anordnung ist insoweit ein ebenes Koppelgetriebe, da die Drehachsen der vier Drehgelenke parallel zueinander ausgerichtet sind. Durch die Viergelenk-Anordnung bzw. das Koppelgetriebe entstehen insoweit die für Koppelgetriebe typischen Koppelkurven, welche die Bewegungsbahn des Schaltglieds d.h. der Schaltwippe darstellen. Vorzugsweise sind die erste Schwinge und die zweite Schwinge gleich lang. Vorzugsweise sind das erste Federmittel und das zweite Federmittel symmetrisch angeordnet und/oder identisch ausgebildet, insbesondere weisen das erste Federmittel und das zweite Federmittel die gleiche Federcharakteristik, insbesondere Federsteifigkeit auf.The four-bar arrangement thus forms a coupling gear with four solid-state members which are connected by means of four swivel joints. In this respect, a first solid-state link is formed by the frame in this coupling gear, an (opposite) second solid member formed by the switching member, in particular the rocker switch, the third solid member formed by the first rocker and the fourth solid member formed by the second rocker. The four-bar arrangement is a planar coupling mechanism to the extent that the axes of rotation of the four rotary joints are aligned parallel to one another. As a result of the four-bar arrangement or the coupling mechanism, the coupling curves typical for coupling mechanisms, which represent the movement path of the switching element, ie the rocker switch, are created. The first rocker and the second rocker are preferably of the same length. The first spring means and the second spring means are preferably arranged symmetrically and / or embodied identically, in particular the first spring means and the second spring means have the same spring characteristics, in particular spring stiffness.

Die Stablängen der ersten Schwinge und der zweiten Schwinge, sowie die Positionen und Abstände des ersten Drehgelenks, des zweiten Drehgelenks, des dritten Drehgelenks und des vierten Drehgelenks können somit eine trapezförmige Gelenkkoppelanordnung ausbilden, welche von einer dem zweiten Übertragungsglied gegenüberliegenden Seite des Schaltglieds ausgehend das Schaltglied in der ersten stabilen Stellung des Überlast-Schaltwerks hält, wenn die Gelenkkoppelanordnung ein symmetrisches Trapez bildet.The rod lengths of the first rocker and the second rocker, as well as the positions and distances of the first swivel joint, the second swivel joint, the third swivel joint and the fourth swivel joint can thus form a trapezoidal joint coupling arrangement which, starting from a side of the switching element opposite the second transmission element, the switching element holds in the first stable position of the overload switching mechanism when the articulated coupling arrangement forms a symmetrical trapezoid.

Der Abstand der beiden Drehgelenke an der Schaltwippe, d.h. der Abstand des ersten Drehgelenks von dem dritten Drehgelenk, ist insbesondere kleiner, als der Abstand der beiden Drehgelenke an dem Gestell, d.h. der Abstand des zweiten Drehgelenks von dem vierten Drehgelenk. Die Viergelenk-Anordnung ist insbesondere dem Eingriffsbereich des ersten Übertragungsglieds mit dem zweiten Übertragungsglied gegenüberliegend an der Schaltwippe angeordnet.The distance between the two pivot joints on the rocker switch, i.e. the distance between the first pivot joint and the third pivot joint, is in particular smaller than the distance between the two pivot joints on the frame, i.e. the distance between the second pivot joint and the fourth pivot joint. The four-bar arrangement is arranged in particular on the rocker switch opposite the area of engagement of the first transmission element with the second transmission element.

Die Stablängen der ersten Schwinge und der zweiten Schwinge, sowie die Positionen und Abstände des ersten Drehgelenks, des zweiten Drehgelenks, des dritten Drehgelenks und des vierten Drehgelenks der trapezförmigen Gelenkkoppelanordnung können ausgebildet sein, im Auskopplungspunkt der Schaltwippe, in dem das erste Übertragungsglied vollständig von dem zweiten Übertragungsglied außer Eingriff gerät, wenn das Überlast-Schaltwerk von der ersten stabilen Stellung in die zweite stabile Stellung umschwenkt, das erste Drehgelenk über eine Verbindungslinie zwischen dem zweiten Drehgelenk und dem vierten Drehgelenk übertritt, so dass das erste Drehgelenk bezüglich der Verbindungslinie dem dritten Drehgelenk gegenüber liegt, und im Auskopplungspunkt der Schaltwippe, in dem das erste Übertragungsglied vollständig von dem zweiten Übertragungsglied außer Eingriff gerät, wenn das Überlast-Schaltwerk von der ersten stabilen Stellung in die dritte stabile Stellung umschwenkt, das dritte Drehgelenk über eine Verbindungslinie zwischen dem zweiten Drehgelenk und dem vierten Drehgelenk übertritt, so dass das dritte Drehgelenk bezüglich der Verbindungslinie dem ersten Drehgelenk gegenüber liegt.The rod lengths of the first rocker arm and the second rocker arm, as well as the positions and distances of the first swivel joint, the second swivel joint, the third swivel joint and the fourth swivel joint of the trapezoidal joint coupling arrangement can be formed in the uncoupling point of the rocker switch, in which the first transmission member is completely removed from the The second transmission element disengages when the overload switching mechanism swivels from the first stable position to the second stable position, the first swivel joint crosses a connecting line between the second swivel joint and the fourth swivel joint, so that the first swivel joint is the third swivel joint with respect to the connecting line is opposite, and in the uncoupling point of the rocker switch, in which the first transmission element is completely disengaged from the second transmission element when the overload switching mechanism swivels from the first stable position to the third stable position, the third swivel joint ex it crosses a connecting line between the second rotary joint and the fourth rotary joint, so that the third rotary joint lies opposite the first rotary joint with respect to the connecting line.

Der erste Federangriffspunkt und der zweite Federangriffspunkt der Viergelenk-Anordnung können gegenüberliegend an der Schaltwippe angeordnet sein und zwar hinsichtlich Position und Abstand derart, sowie hinsichtlich der Kraftrichtungen des ersten Federmittels und des zweiten Federmittels derart, dass am Kipp-Punkt der Schaltwippe, an dem das Überlast-Schaltwerk von der ersten stabilen Stellung in die zweite stabile Stellung umschwenkt, das erste Federmittel entspannt ist oder von der Schaltwippe abgekoppelt ist und das zweite Federmittel maximal komprimiert ist, wobei die Kraftrichtung des zweiten Federmittels durch den Momentanpol der Schaltwippe läuft, oder am Kipp-Punkt der Schaltwippe, an dem das Überlast-Schaltwerk von der ersten stabilen Stellung in die dritte stabile Stellung umschwenkt, das zweite Federmittel entspannt ist oder von der Schaltwippe abgekoppelt ist und das erste Federmittel maximal komprimiert ist, wobei die Kraftrichtung des ersten Federmittels durch den Momentanpol der Schaltwippe läuft.The first spring point of application and the second spring point of application of the four-bar arrangement can be arranged opposite one another on the rocker switch in terms of position and distance, as well as in terms of the directions of force of the first spring means and the second spring means in such a way that at the tipping point of the rocker switch at which the Overload switching mechanism pivoted from the first stable position to the second stable position, the first spring means is relaxed or decoupled from the rocker switch and the second spring means is maximally compressed, the direction of force of the second spring means running through the momentary pole of the rocker switch, or at the tilt -Point of the rocker switch at which the overload switching mechanism swings from the first stable position to the third stable position, the second spring means is relaxed or is decoupled from the rocker switch and the first spring means is maximally compressed, the direction of force of the first spring means by the moment at the pole of the rocker switch is running.

In allen Ausführungsvarianten kann generell die Viergelenk-Anordnung statt durch ein mehrteiliges mechanisches Stabwerk in analoger Anwendung auch durch eine Festkörpergelenkanordnung realisiert werden. Die Festkörpergelenkanordnung kann einteilig sein. Die Festkörpergelenkanordnung kann insbesondere durch einen entsprechend formgestalteten nachgiebigen Körper, wie beispielsweise einen Gummikörper oder einen Elastomerkörper gebildet werden.In all design variants, the four-joint arrangement can generally also be implemented using a solid-state joint arrangement instead of a multi-part mechanical framework in an analogous application. The solid-state hinge arrangement can be in one piece. The solid-state joint arrangement can in particular be formed by a correspondingly shaped, flexible body, such as a rubber body or an elastomer body.

Das auf dem Schaltglied gelagerte erste Übertragungsglied kann mittels eines Motors angetrieben sein, der auf dem Schaltglied angeordnet ist, so dass der Motor zusammen mit dem ersten Übertragungsglied bei einer Schaltbewegung des Schaltglieds mitbewegt wird. Der Motor dient zur Erzeugung eines Drehmoments, das über das erste Übertragungsglied in das zweite Übertragungsglied eingeleitet wird, um das über den Antriebstrang zu übertragende Drehmoment bereitzustellen. Der Motor kann insbesondere ein elektrischer Motor sein. Der Motor kann einen Antrieb innerhalb eines Roboterarmes darstellen, der ausgebildet ist, wenigstens ein Gelenk des Roboterarmes zu bewegen, um die aktuelle Stellung der Gelenke des Roboterarmes zu verändern, d.h. den Roboterarm zu bewegen.The first transmission element mounted on the switching element can be driven by means of a motor which is arranged on the switching element, so that the motor is moved along with the first transmission element during a switching movement of the switching element. The motor is used to generate a torque which is introduced into the second transmission element via the first transmission element in order to provide the torque to be transmitted via the drive train. The motor can in particular be an electric motor. The motor can represent a drive within a robot arm which is designed to move at least one joint of the robot arm in order to change the current position of the joints of the robot arm, i.e. to move the robot arm.

Das erste Übertragungsglied kann ein erstes Zahnrad, insbesondere ein Antriebszahnrad, eines Getriebes und das zweite Übertragungsglied kann ein zweites Zahnrad, insbesondere ein Abtriebszahnrad, des Getriebes sein, in welches Getriebe das Überlast-Schaltwerk integriert ist.The first transmission member can be a first gear, in particular a drive gear The transmission and the second transmission element can be a second gear, in particular an output gear, of the transmission, in which transmission the overload switching mechanism is integrated.

Das Getriebe kann Teil eines Roboterarms sein. Insbesondere kann das Getriebe einen Teil eines Antriebsstranges zum Bewegen eines Gelenks des Roboterarms bilden.The gearbox can be part of a robot arm. In particular, the transmission can form part of a drive train for moving a joint of the robot arm.

Das Getriebe kann als ein Schneckengetriebe ausgebildet sein oder das Getriebe kann eine Schneckengetriebestufe aufweisen, wobei das erste Übertragungsglied durch eine Schnecke des Schneckengetriebes oder der Schneckengetriebestufe und das zweite Übertragungsglied durch ein mit der Schnecke zusammenwirkendes Schneckenrad des Schneckengetriebes oder der Schneckengetriebestufe gebildet wird.The gear can be designed as a worm gear or the gear can have a worm gear stage, the first transmission member being formed by a worm of the worm gear or worm gear stage and the second transmission member being formed by a worm wheel of the worm gear or worm gear stage that interacts with the worm.

Alternativ oder ergänzend zu einem Getriebe kann das erste Übertragungsglied auch ein erstes Kupplungsglied einer ausrückbaren Kupplung sein und das zweite Übertragungsglied kann dabei ein mit dem ersten Kupplungsglied zusammenwirkendes zweites Kupplungsglied der ausrückbaren Kupplung sein, in welche Kupplung das Überlast-Schaltwerk integriert ist.As an alternative or in addition to a transmission, the first transmission element can also be a first coupling element of a disengageable clutch and the second transmission element can be a second coupling element of the disengageable clutch that interacts with the first coupling element and into which the overload switching mechanism is integrated.

Das Überlast-Schaltwerk kann eine Komponente im Antriebsstrang, insbesondere in einem Getriebe oder einer Kupplung eines Antriebs eines Gelenkes in einem Roboterarm sein.The overload switching mechanism can be a component in the drive train, in particular in a transmission or a coupling of a drive of a joint in a robot arm.

In einer konkreten vorteilhaften Ausführung kann das erste Übertragungsglied von einer Schnecke eines Schneckengetriebes gebildet werden. Dabei kann das zweite Übertragungsglied als ein Schneckenrad ausgebildet sein. Das Gestell kann beispielsweise ein Gehäuse des Roboterarms sein. Das Schaltglied kann in der konkreten Ausführung von einer Schaltwippe gebildet werden, an der die Schnecke um ihre Schneckenachse drehbar gelagert ist. Das erste Federmittel kann dabei von einer ersten Druckfeder gebildet werden und das zweite Federmittel kann von einer zweiten Druckfeder gebildet werden. Die erste Druckfeder und/oder die zweite Druckfeder können insbesondere jeweils als wenigstens eine Federwendel oder als wenigstens ein Elastomer-Federkörper ausgebildet sein.In a specific advantageous embodiment, the first transmission element can be formed by a worm of a worm gear. The second transmission member can be designed as a worm wheel. The frame can for example be a housing of the robot arm. In the specific embodiment, the switching element can be formed by a rocker switch on which the worm is rotatably mounted about its worm axis. The first spring means can be formed by a first compression spring and the second spring means can be formed by a second compression spring. The first compression spring and / or the second compression spring can in particular each be designed as at least one spring coil or as at least one elastomer spring body.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann das mechanische Überlast-Schaltwerk einen Kraftsensor, insbesondere eine Wägezelle aufweisen, der(die) ausgebildet und/oder eingerichtet ist, eine Axialkraft an der Lageranordnung der Welle, welche die Schnecke trägt, erfasst. Insoweit kann eine Erfassung bzw. Messung der Axialkraft im Koppelträger d.h. in der Schaltwippe erfolgen.In a further advantageous embodiment, the mechanical overload switching mechanism can have a force sensor, in particular a load cell, which is designed and / or set up to detect an axial force on the bearing arrangement of the shaft that carries the worm. In this respect, the axial force can be recorded or measured in the coupling carrier, i.e. in the rocker switch.

Der Kraftfluss stellt sich dabei folgendermaßen dar, er läuft ausgehend vom Schneckenrad über die Schnecke in das Lager der Schnecke und von dort aus in einen Deckel des Kraftsensors bzw. der Wägezelle und nach dem Kraftsensor bzw. der Wägezelle beispielsweise über ein Abschlussblech und einer Verschraubung in den Koppelträger d.h. die Schaltwippe.The force flow is represented as follows: it runs from the worm wheel over the worm into the worm bearing and from there into a cover of the force sensor or the load cell and after the force sensor or the load cell, for example, over a cover plate and a screw connection the coupling carrier ie the rocker switch.

Da der Kraftsensor bzw. die Wägezelle im Allgemeinen keine Zugkräfte messen kann, kann in einer vorteilhaften Ausführungsform die Schnecke mit der Hälfte des Messbereichs vorgespannt sein. Dazu können auf der einen axialen Seite der Schnecke zwei Federn, beispielsweise zwei Tellerfedern zwischen einem Absatz der Schnecke und dem Lager angeordnet sein. Diese werden beispielsweise über das Anziehen der Verschraubung des Abschlussbleches vorgespannt. Es entsteht eine sogenannte elastische Anstellung. In einem speziellen Fall wird die Lagerung beispielsweise über Schrägkugellager realisiert. Je nach Belastung lassen sich allerdings auch Gleitlager mit Bund oder Rillenkugellager verwenden. Wirkt die Axialkraft nun in Richtung der Federn, sinkt die auf den Kraftsensor bzw. die Wägezelle wirkende Kraft. Wirkt die Axialkraft hingegen in die andere Richtung wird der Kraftsensor bzw. die Wägezelle stärker belastet. Um auf das Moment zu schließen wird die Axialkraft mit dem Radius des Wirkkreises des Schneckenrads multipliziert.Since the force sensor or the load cell can generally not measure any tensile forces, in an advantageous embodiment the worm can be pretensioned with half of the measuring range. For this purpose, two springs, for example two disc springs, can be arranged on one axial side of the worm between a shoulder of the worm and the bearing. These are pretensioned, for example, by tightening the screw connection of the cover plate. A so-called elastic adjustment is created. In a special case, the bearing is implemented using angular contact ball bearings, for example. Depending on the load, plain bearings with a collar or deep groove ball bearings can also be used. If the axial force now acts in the direction of the springs, the force acting on the force sensor or the load cell decreases. If, on the other hand, the axial force acts in the other direction, the force sensor or the load cell is more heavily loaded. In order to deduce the torque, the axial force is multiplied by the radius of the effective circle of the worm wheel.

Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Lastunterbrechung in einem Antriebsstrang eines Gelenkantriebs, insbesondere eines Gelenks eines Roboterarms, aufweisend den Schritt des Trennens der Übertragung einer Kraft und/oder eines Moments zwischen einem ersten Übertragungsglied und einem im Zustand der Übertragung mit dem ersten Übertragungsglied zusammenwirkenden zweiten Übertragungsglied in einem Antriebsstrang, wobei in einer ersten stabilen Stellung eines das erste Übertragungsglied und das zweite Übertragungsglied trennenden und/oder koppelnden Schaltglieds, eine Übertragung der Kraft und/oder des Moments stattfindet, das Schaltglied bei Überlast je nachdem entweder in eine zweite stabile Stellung hineinbewegt wird, wenn eine Maximalkraft oder ein Maximalmoment während der Übertragung der Kraft und/oder des Moments Überschritten wird, oder in eine dritte stabile Stellung hineinbewegt wird, wenn eine entgegengesetzten Maximalkraft oder ein entgegengesetztes Maximalmoment während der Übertragung der entgegengesetzten Kraft und/oder des entgegengesetzten Moments überschritten wird.The object is also achieved by a method for load interruption in a drive train of a joint drive, in particular a joint of a robot arm, having the step of separating the transmission of a force and / or a moment between a first transmission element and a transmission element in the state of transmission with the first transmission element cooperating second transmission element in a drive train, wherein in a first stable position of a switching element separating and / or coupling the first transmission element and the second transmission element, a transmission of the force and / or torque takes place, the switching element in the event of an overload either into a second stable one Position is moved into when a maximum force or a maximum torque during the transmission of the force and / or the torque is exceeded, or is moved into a third stable position, if an opposite maximum force or an opposite maximum torque is exceeded during the transmission of the opposite force and / or the opposite torque.

In einer Weiterbildung des Verfahrens kann das Schaltglied bei Überlast je nachdem entweder in die zweite stabile Stellung durch eine vorgespannte erste Federkraft hineinbewegt werden, wenn eine Maximalkraft oder ein Maximalmoment während der Übertragung der Kraft und/oder des Moments Überschritten wird, oder in eine dritte stabile Stellung durch eine vorgespannte zweite Federkraft hineinbewegt werden, wenn eine entgegengesetzten Maximalkraft oder ein entgegengesetztes Maximalmoment während der Übertragung der entgegengesetzten Kraft und/oder des entgegengesetzten Moments überschritten wird.In a further development of the method, in the event of an overload, the switching element can either be moved into the second stable position by a pretensioned first spring force, if a maximum force or a maximum torque is exceeded during the transmission of the force and / or the torque, or into a third stable position Position can be moved into it by a pretensioned second spring force when an opposite maximum force or an opposite maximum torque is exceeded during the transmission of the opposite force and / or the opposite torque.

Ein konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Konkrete Merkmale dieses exemplarischen Ausführungsbeispiels können unabhängig davon, in welchem konkreten Zusammenhang sie erwähnt sind, gegebenenfalls auch einzeln oder in weiteren Kombinationen betrachtet, allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen.A specific embodiment of the invention is explained in more detail in the following description with reference to the accompanying figures. Specific features of this exemplary embodiment can represent general features of the invention regardless of the specific context in which they are mentioned, possibly also considered individually or in further combinations.

Es zeigen:

1 einen beispielhaften Roboterarm,
2 eine schematische Darstellung eines Antriebstranges mit einem erfindungsgemäßen mechanischen Überlast-Schaltwerk,
3 eine perspektivische Darstellung eines beispielhaften Schneckengetriebes mit einer konkreten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen mechanischen Überlast-Schaltwerks,
4 bis 10 Seitenansichten des beispielhaften Schneckengetriebes mit der konkreten Ausführungsform des erfindungsgemäßen mechanischen Überlast-Schaltwerks gemäß 3 in den verschiedenen Phasen und Zuständen im zeitlichen Ablauf eines Ausrückens des Überlast-Schaltwerks,
11 eine Seitenansicht des Überlast-Schaltwerks in einer zur 10 in entgegengesetzte Richtung ausgerückten Endstellung des Überlast-Schaltwerks,
12 drei Darstellungen von Koppelkurven mit dem Federangriffspunkt am Koppelträger in den unterschiedlichen Bereichen in den Phasen, und
13 eine Schnittdarstellung des Überlast-Schaltwerks mit einer Wägezelle.

Show it:

1 an exemplary robotic arm,
2 a schematic representation of a drive train with a mechanical overload switching mechanism according to the invention,
3 a perspective view of an exemplary worm gear with a specific embodiment of a mechanical overload switching mechanism according to the invention,
4th until 10 Side views of the exemplary worm gear with the specific embodiment of the mechanical overload switching mechanism according to the invention according to FIG 3 in the various phases and states in the course of a disengagement of the overload switching mechanism,
11 a side view of the overload switching mechanism in a for 10 end position of the overload switching mechanism disengaged in the opposite direction,
12th three representations of coupling curves with the point of application of the spring on the coupling support in the different areas in phases, and
13th a sectional view of the overload switching mechanism with a load cell.

Die 1 zeigt einen Roboter, der einen Roboterarm 7 und eine Robotersteuerung 20 aufweist. Der Roboterarm 7 umfasst im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels mehrere, nacheinander angeordnete und mittels Gelenke 21 verbundene Glieder 22. Bei den Gliedern 22 handelt es sich insbesondere um ein Grundgestell 23 und ein relativ zum Grundgestell 23 um eine vertikal verlaufende Drehachse A1 drehbar gelagertes Karussell 24. Eine Schwinge 25 ist am unteren Ende z.B. an einem nicht näher dargestellten Schwingenlagerkopf auf dem Karussell 24 um eine vorzugsweise horizontale Drehachse A2 schwenkbar gelagert. Am oberen Ende der Schwinge 25 ist wiederum um eine ebenfalls vorzugsweise horizontale Drehachse A3 ein Armausleger 26 schwenkbar gelagert. Dieser trägt endseitig die Roboterhand 27 mit ihren vorzugsweise drei Drehachsen A4, A5, A6. Der Armausleger 26 weist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels einen schwenkbar an der Schwinge 25 gelagerten Grundarm 29 auf. An dem Grundarm 29 ist ein Vorderarm 30 des Armauslegers 26 um die Drehachse A4 drehbar gelagert. Weitere Glieder des Roboterarms 7 sind im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels neben dem Grundgestell 23, dem Karussell 24, der Schwinge 25 und dem Grundarm 29, außerdem die Glieder 22 der vorzugsweise mehrachsigen Roboterhand 17 mit einer als Anschlussflansch 28 ausgeführten Befestigungsvorrichtung zum Befestigen eines nicht dargestellten Endeffektors, wie beispielsweise eines Werkzeugs oder eines Greifers.the 1 shows a robot holding a robotic arm 7th and a robot controller 20th having. The robotic arm 7th In the case of the present exemplary embodiment, it comprises a plurality of joints arranged one after the other and by means of joints 21 connected links 22nd . In the limbs 22nd it is in particular a base frame 23 and one relative to the base frame 23 around a vertical axis of rotation A1 rotatable carousel 24 . A swing arm 25th is at the lower end, for example, on a swing arm bearing head (not shown) on the carousel 24 around a preferably horizontal axis of rotation A2 pivoted. At the top of the swingarm 25th is in turn about a likewise preferably horizontal axis of rotation A3 an arm extension 26th pivoted. This end carries the robot hand 27 with their preferably three axes of rotation A4 , A5 , A6 . The arm extension 26th has in the case of the present embodiment one pivotable on the rocker arm 25th mounted base arm 29 on. On the base arm 29 is a forearm 30th of the arm extension 26th around the axis of rotation A4 rotatably mounted. Further links of the robot arm 7th are in the case of the present exemplary embodiment next to the base frame 23 , the carousel 24 , the swing arm 25th and the base arm 29 , also the limbs 22nd the preferably multi-axis robot hand 17th with one as a connection flange 28 Executed fastening device for fastening an end effector, not shown, such as a tool or a gripper.

Die 2 zeigt schematisch ein allgemeines, erfindungsgemäßes mechanische Überlast-Schaltwerk 1 zum Trennen der Übertragung einer Kraft und/oder eines Moments, erzeugt durch einen Motor 11, zwischen einem ersten Übertragungsglied 2 und einem im Zustand der Übertragung mit dem ersten Übertragungsglied 2 zusammenwirkenden zweiten Übertragungsglied 4 in einem Antriebsstrang 16, aufweisend ein das erste Übertragungsglied 2 lagerndes Schaltglied 8, das in einem Gestell 5 (3) verstellbar gelagert ist, und zwar verstellbar aus einer ersten stabilen Stellung S1, die durch ein Zusammenwirken eines ersten Federmittels 9 und eines zumindest teilweise entgegen dem ersten Federmittel 9 arbeitendes zweites Federmittels 10 eingehalten ist und in der das erste Übertragungsglied 2 zur Übertragung der Kraft und/oder des Moments mit dem zweiten Übertragungsglied 4 zusammenwirkt, bei Überlast je nachdem entweder in eine zweite stabile Stellung S2, in welcher das Schaltglied 8 bei Überschreiten einer Maximalkraft oder eines Maximalmoments während der Übertragung der Kraft und/oder des Moments durch das erste Federmittel 9 hineinbewegt ist, oder in eine dritte stabile Stellung S3, in welcher das Schaltglied 8 bei Überschreiten einer entgegengesetzten Maximalkraft oder eines entgegengesetzten Maximalmoments während der Übertragung der entgegengesetzten Kraft und/oder des entgegengesetzten Moments durch das zweite Federmittel 10 hineinbewegt ist.the 2 shows schematically a general mechanical overload switching mechanism according to the invention 1 for disconnecting the transmission of a force and / or a moment generated by a motor 11 , between a first transmission link 2 and one in the state of transmission with the first transmission element 2 cooperating second transmission member 4th in a drive train 16 , having a the first transmission member 2 bearing switching element 8th that in a rack 5 ( 3 ) is adjustable, namely adjustable from a first stable position S1 that by a cooperation of a first spring means 9 and one at least partially against the first spring means 9 working second spring means 10 is complied with and in which the first transmission link 2 for the transmission of the force and / or the moment with the second transmission element 4th cooperates, in the event of an overload, either in a second stable position, as the case may be S2 , in which the switching element 8th when a maximum force or a maximum torque is exceeded during the transmission of the force and / or the moment by the first spring means 9 is moved into it, or into a third stable position S3 , in which the switching element 8th when an opposing maximum force or an opposing maximum torque is exceeded during the transmission of the opposing force and / or the opposing torque by the second spring means 10 is moved into.

Die 3 bis 13 beschreiben den konstruktiven Aufbau eines konkreten Beispiels eines erfindungsgemäßen mechanischen Überlast-Schaltwerks 1.the 3 until 13th describe the structural design of a specific example of a mechanical overload switching mechanism according to the invention 1 .

In dieser konkreten Ausführung wird das erste Übertragungsglied 2 von einer Schnecke 2a eines Schneckengetriebes 3 gebildet. Demgemäß ist das zweite Übertragungsglied 4 als ein Schneckenrad 4a ausgebildet. Das Gestell 5 kann beispielsweise ein Gehäuse 6 eines Roboterarms 7 sein. Das Schaltglied 8 wird in der dargestellten konkreten Ausführung von einer Schaltwippe 8a gebildet, an der die Schnecke 2a um ihre Schneckenachse drehbar gelagert ist. Das erste Federmittel 9 wird von einer ersten Druckfeder 9a gebildet und das zweite Federmittel 10 wird von einer zweiten Druckfeder 10a gebildet.In this specific embodiment, the first transmission link 2 from a snail 2a a worm gear 3 educated. The second transmission link is accordingly 4th than a worm wheel 4a educated. The frame 5 can for example be a housing 6th a robotic arm 7th being. The switching element 8th is in the specific embodiment shown by a rocker switch 8a formed on which the snail 2a is rotatably mounted about its screw axis. The first spring device 9 is supported by a first compression spring 9a formed and the second spring means 10 is supported by a second compression spring 10a educated.

In der ersten stabilen Stellung gemäß 4, die durch ein Zusammenwirken der ersten Druckfeder 9a und der zumindest teilweise entgegen der ersten Druckfeder 9a arbeitenden zweiten Druckfeder 10a eingehalten ist, greift die Schnecke 2a zur Übertragung eines Moments in das Schneckenrad 4a ein, so dass das Drehmoment im Schneckengetriebe 3 übertragen wird.In the first stable position according to 4th caused by the interaction of the first compression spring 9a and at least partially against the first compression spring 9a working second compression spring 10a is observed, the snail engages 2a to transfer a moment into the worm wheel 4a one so that the torque in the worm gear 3 is transmitted.

Bei Überlast schaltet das Überlast-Schaltwerk 1 je nachdem entweder in eine zweite stabile Stellung gemäß 10, in welcher die Schaltwippe 8a bei Überschreiten einer Maximalkraft oder eines Maximalmoments während der Übertragung der Kraft und/oder des Moments durch die erste Druckfeder 9a hineinbewegt ist, oder in eine dritte stabile Stellung gemäß 11, in welcher die Schaltwippe 8a bei Überschreiten einer entgegengesetzten Maximalkraft oder eines entgegengesetzten Maximalmoments während der Übertragung der entgegengesetzten Kraft und/oder des entgegengesetzten Moments durch die zweite Druckfeder 10a hineinbewegt ist.In the event of an overload, the overload switching mechanism switches 1 depending on either in a second stable position according to 10 , in which the rocker switch 8a when a maximum force or a maximum torque is exceeded during the transmission of the force and / or the moment by the first compression spring 9a is moved into, or into a third stable position according to 11 , in which the rocker switch 8a when an opposing maximum force or an opposing maximum torque is exceeded during the transmission of the opposing force and / or the opposing torque by the second compression spring 10a is moved into.

Im folgenden Abschnitt werden die unterschiedlichen Phasen beispielhaft anhand der Bewegung der Schaltwippe 8a von der ersten stabilen Stellung gemäß 4 in die zweite stabile Stellung gemäß 10 beschrieben. Diese Beschreibung trifft analog auch für die umgekehrte Bewegung der Schaltwippe 8a von der ersten stabilen Stellung gemäß 4 in die dritte stabile Stellung gemäß 11 zu, wenn ein entgegengesetztes Drehmoment durch das Schneckengetriebe 3 geleitet wird, beispielsweise im Falle einer Drehrichtungsumkehr.In the following section, the different phases are exemplified using the movement of the rocker switch 8a from the first stable position according to 4th in the second stable position according to 10 described. This description also applies to the reverse movement of the rocker switch 8a from the first stable position according to 4th in the third stable position according to 11 to when an opposite torque through the worm gear 3 is conducted, for example in the case of a reversal of the direction of rotation.

Die Schnecke 2a wird beispielsweise wie in 3 aufgezeigt ist, antriebsseitig über einen Elektromotor 11 mit vorgeschaltetem Vorgetriebe 12 in Bewegung versetzt. In dieser Konstruktion wird beispielsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor mit einer maximalen Drehzahl von 32000 Umdrehungen pro Minute verwendet. Zur Reduzierung der Drehzahl ist ein zweistufiges Planetengetriebe mit einer Untersetzung von 1:18 nachgeschaltet. Mit Hilfe einer Klemmkupplung wird dieses abtriebsseitig mit der Schnecke 2a verbunden. Durch das Übersetzungsverhältnis der Schnecke 2a zum Schneckenrad 4a von 1:50 ergibt sich eine Mindestgeschwindigkeit von 180°/s am Schneckenrad 4a sowie ein Drehmoment von mindestens 25 Nm. Damit wird beispielsweise bei dem Roboterarm 7 (1) in einer seriellen Sechsachskonfiguration und einer Verwendung der hier beschriebenen Variante des Getriebes in der zweiten Achse eine Traglast von 1 kg bei einer Reichweite von 700 mm ermöglicht. Wobei die hier vorgestellte Konstruktion nur eine von vielen möglichen Varianten ist. Beim Schneckengetriebe 3 sind Übersetzungen bis zu 1:100 möglich. Antriebsseitig können diverse Antriebe verwendet werden, wie z.B. Schrittmotoren oder bürstenbehaftete Gleichstrommotoren. Dies gilt auch für die Wahl eines möglichen Zwischengetriebes bzw. Vorgetriebes 12. Neben dem hier verwendeten Planetengetriebe, sind z.B. auch eine Riemenstufe oder auch das Weglassen des Getriebes denkbar.The snail 2a for example, as in 3 is shown on the drive side via an electric motor 11 with upstream gear unit 12th set in motion. In this construction, for example, a brushless DC motor with a maximum speed of 32,000 revolutions per minute is used. A two-stage planetary gear with a reduction of 1:18 is connected to reduce the speed. With the help of a clamping coupling, this is connected to the worm on the output side 2a connected. Through the gear ratio of the worm 2a to the worm wheel 4a 1:50 results in a minimum speed of 180 ° / s on the worm wheel 4a and a torque of at least 25 Nm. With the robot arm, for example 7th ( 1 ) in a serial six-axis configuration and a use of the variant of the gearbox described here in the second axis enables a payload of 1 kg with a range of 700 mm. The construction presented here is only one of many possible variants. With the worm gear 3 gear ratios up to 1: 100 are possible. Various drives can be used on the drive side, such as stepper motors or brushed DC motors. This also applies to the choice of a possible intermediate gear or pre-gear 12th . In addition to the planetary gear used here, a belt stage or the omission of the gear are also conceivable.

Im Falle des beispielhaften Schneckengetriebes 3 wird die Sicherheitsfunktion vorzugsweise über einen Vier-Gelenk-Aufbau realisiert. Die beiden Schwingen 13.1 und 13.2 bilden dabei die Verbindung zwischen dem Gestell 5 respektive der Roboterstruktur und einem Koppelträger, welcher auch einen Schneckenhalter bildet und die Schaltwippe 8a ist. Der Koppelträger d.h. die Schaltwippe 8a ist so konstruiert, dass diese in einer späteren Serienanwendung im kostengünstigen Spritzgussverfahren aus Kunststoff herstellbar ist. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit diesen aus Aluminium oder anderen Metallen zu fertigen. Der Koppelträger d.h. die Schaltwippe 8a dient als Träger für die Schnecke 2a und deren Lagerung sowie noch später beschriebene Bauteile für eine Kraftmessung.In the case of the example worm gear 3 the safety function is preferably implemented using a four-joint structure. The two wings 13.1 and 13.2 form the connection between the frame 5 respectively the robot structure and a coupling carrier, which also forms a worm holder, and the rocker switch 8a is. The coupling carrier ie the rocker switch 8a is designed in such a way that it can be manufactured from plastic in a later series application using the cost-effective injection molding process. However, it is also possible to manufacture these from aluminum or other metals. The coupling carrier ie the rocker switch 8a serves as a carrier for the snail 2a and their storage as well as components described later for a force measurement.

Weiterhin ist der Motor 11 über einen Motorhalter mit dem Koppelträger d.h. der Schaltwippe 8a verbunden. Auf den Koppelträger wirken somit die durch den Schneckeneingriff verursachten Axialkräfte wie auch die durch den Motor 11 aufgebrachten Torsionskräfte. Außerdem muss der Koppelträger die Gelenkkräfte der beiden Schwingen 13.1 und 13.2 aufnehmen, die je nach Lage des Koppelträgers Zug oder Druck beansprucht sind. Da die Druckkräfte tendenziell höher sind, wurde der Koppelträger so ausgeführt, dass die Gelenke in einer Gelenkpfanne angeordnet sind und somit die Kräfte möglichst großflächig und direkt in den Koppelträger gelenkt werden.Furthermore, the engine is 11 Via a motor holder with the coupling carrier, ie the rocker switch 8a connected. The axial forces caused by the worm mesh as well as those caused by the motor thus act on the coupling carrier 11 applied torsional forces. In addition, the coupling beam must support the joint forces of the two arms 13.1 and 13.2 record which, depending on the position of the coupling beam, are subject to tension or pressure. Since the pressure forces tend to be higher, the coupling support was designed so that the joints are arranged in a joint socket and thus the forces are directed into the coupling support over the largest possible area and directly.

Auf der Oberseite des Koppelträgers wirken die beiden Federkräfte F1 und F2. In dieser Konstruktion sind die beiden Druckfedern 9a und 10a mit der Roboterstruktur d.h. dem Gehäuse 6 verbunden und werden durch das Ausrücken des Koppelträgers gestaucht. Am Koppelträger sind zwei rund ausgeformte Nasen, die dafür sorgen, dass die beiden Federkräfte möglichst senkrecht zur Oberfläche wirken und eine schonende Aufnahme der Druckkräfte ermöglichen. The two spring forces act on the top of the coupling beam F1 and F2 . In this construction there are two compression springs 9a and 10a with the robot structure ie the housing 6th connected and are compressed by the disengagement of the coupling beam. There are two round shaped noses on the coupling beam, which ensure that the two spring forces act as perpendicularly to the surface as possible and enable the pressure forces to be absorbed gently.

Die geometrischen Kenngrößen des Vier-Gelenk-Aufbaus folgen aus den Bedingungen an den Mechanismus wie auch aus dem gegebenen Bauraum und den einzelnen Bauteilen. So sind zum einen die Größe der Schnecke 2a und des Schneckenrads 4a sowie der Bauraum des Motors 11 vorgegeben. Das heißt es muss eine ausreichende Drehfreiheit für die Bauteile gegeben sein. Für die Konstruktion beispielsweise als ein Roboterarm 7 ist es unabdingbar, dass diese zum einen die Kräfte an den Gelenkpunkten aufnimmt, sowie an den Federpunkten ausreichend steif ist. Der Koppelträger wiederum muss an seinen glatten Außenflächen in der Ebene geführt werden, da es sich bei dem Aufbau um einen zweidimensionalen Mechanismus handelt. Durch die Auslenkung des Koppelträgers d.h. der Schaltwippe 8a bewegt sich der Motor 11 mit, da dieser starr mit dem Koppelträger d.h. der Schaltwippe 8a verbunden ist. Es ist dafür notwendig innerhalb der Struktur diesen Bewegungsfreiraum für den Motor 11 zu beachten.The geometric parameters of the four-joint structure follow from the conditions on the Mechanism as well as from the given installation space and the individual components. On the one hand, there is the size of the snail 2a and the worm wheel 4a as well as the installation space of the engine 11 given. This means that there must be sufficient freedom of rotation for the components. For construction, for example, as a robot arm 7th it is essential that it absorbs the forces at the hinge points and that it is sufficiently rigid at the spring points. The coupling girder, in turn, has to be guided on its smooth outer surfaces in the plane, since the structure is a two-dimensional mechanism. By the deflection of the coupling carrier ie the rocker switch 8a the engine moves 11 with, since this is rigid with the coupling carrier ie the rocker switch 8a connected is. This requires this freedom of movement for the motor within the structure 11 to be observed.

In einer weiteren Variante kann der Bauraum des Gelenks optimiert werden. So lässt sich durch die Verwendung einer anderen Schneckenpaarung z.B. durch die Wahl einer anderen Übersetzung die Baugröße minimieren.In a further variant, the installation space of the joint can be optimized. By using a different pair of screws, for example, by choosing a different gear ratio, the size can be minimized.

Die beiden Federkräfte F1 und F2 können in diesem Beispiel auch als Elastomer-Federelemente realisiert sein, wie dies beispielsweise in 3 angedeutet ist. Die Nutzung von anderen Federarten ist jedoch möglich. So können beispielsweise Teller-, Druckfedern oder die elastischen Eigenschaften der Roboterstruktur des Roboterarms 7 verwendet werden.The two spring forces F1 and F2 can also be implemented as elastomer spring elements in this example, as shown, for example, in FIG 3 is indicated. However, it is possible to use other types of springs. For example, disc springs, compression springs or the elastic properties of the robot structure of the robot arm 7th be used.

Kommt es im Hinblick auf die Sicherheitsfunktion nun zu einer Belastung im Grenzbereich des Mechanismus erfolgt das Auskoppeln der Schnecke 2a. In diesem Zustand, wie er beispielsweise in 10 und 11 dargestellt ist, sind die Schnecke 2a und das Schneckenrad 4a völlig voneinander getrennt und das Gelenk kann kein Moment mehr übertragen.If, with regard to the safety function, there is a load in the limit area of the mechanism, the screw is decoupled 2a . In this state, for example in 10 and 11 shown are the snail 2a and the worm wheel 4a completely separated from each other and the joint can no longer transmit any moment.

Um das Gelenk wieder in den Ursprungszustand zu versetzen muss eine Person den Koppelträger wieder in die Ausgangsposition bringen. Dies kann manuell durch Drücken, aber auch elektrisch betätigt geschehen. Die Schnecke 2a koppelt dabei in einem Toleranzbereich von ± 0,5 Zähnen wieder ein. Danach ist das Überlastschaltwerk wieder betriebsbereit.In order to restore the joint to its original state, a person has to bring the coupling carrier back into its starting position. This can be done manually by pressing, but also electrically operated. The snail 2a couples in again within a tolerance range of ± 0.5 teeth. The overload switch is then ready for operation again.

Wie insbesondere in 4 ersichtlich ist, umfasst der Mechanismus des Überlast-Schaltwerks 1 im Wesentlichen vier Elementen, nämlich die beiden Schwingen 13.1 und 13.2, den Koppelträger d.h. die Schaltwippe 8a und das Gestell 5, welche über vier Drehgelenke A0, A, B, B0 so verbunden sind, dass der Aufbau eine nicht umlauffähige Doppelschwinge ergibt. Dabei bilden die Schwingen 13.1 und 13.2 im Betrieb Zug-Druck-Stäbe. Der Koppelträger d.h. die Schaltwippe 8a lagert die Schnecke 2a und den Motor 11, sowie alle dazugehörigen Komponenten. Das Gestell 5 kann hier einem Strukturteil des Roboterarms 7 entsprechen. Der Mechanismus ist symmetrisch aufgebaut und befindet sich im Arbeitspunkt d.h. im gekoppelten Zustand in der Mittellage, wie in 4 dargestellt ist.As in particular in 4th can be seen, includes the mechanism of the overload switching mechanism 1 essentially four elements, namely the two wings 13.1 and 13.2 , the coupling carrier ie the rocker switch 8a and the frame 5 which have four swivel joints A0 , A. , B. , B0 are connected in such a way that the structure results in a non-revolving double swing arm. The wings form 13.1 and 13.2 push-pull rods during operation. The coupling carrier ie the rocker switch 8a stores the snail 2a and the engine 11 , as well as all associated components. The frame 5 can be a structural part of the robot arm here 7th correspond. The mechanism is constructed symmetrically and is in the operating point, ie in the coupled state in the central position, as in 4th is shown.

Dabei sind mehre kinematische Punkte für die Funktion und Bewegung des Koppelträgers d.h. der Schaltwippe 8a entscheidend.There are several kinematic points for the function and movement of the coupling beam, ie the rocker switch 8a decisive.

Die kinematischen Punkte A und B stützen den Koppelträger d.h. die Schaltwippe 8a und definieren über die Schwingen 13.1 und 13.2 die Bewegung des Koppelträgers d.h. der Schaltwippe 8a und leiten alle Antriebskräfte und -momente in das Gestell 5 bzw. Strukturteil ein.The kinematic points A. and B. support the coupling carrier ie the rocker switch 8a and define via the wings 13.1 and 13.2 the movement of the coupling carrier ie the rocker switch 8a and direct all driving forces and torques into the frame 5 or structural part.

Die kinematische Kontaktpunkt K ist der Eingriffspunkt der Schnecke 2a in das Schneckenrad 4a.The kinematic contact point K is the point of engagement of the worm 2a into the worm wheel 4a .

Die kinematischen Punkte U1 und U2 bilden Krafteinleitungspunkte der Druckfedern F1 und F2 auf den Koppelträger.The kinematic points U1 and U2 form force introduction points of the compression springs F1 and F2 on the coupling beam.

Die kinematischen Punkte Ux1 und Ux2 bilden Krafteinleitungspunkte der Druckfedern F1 und F2 auf das Gestell 5 bzw. das Strukturteil des Roboterarms 7. The kinematic points Ux1 and Ux2 form force introduction points of the compression springs F1 and F2 on the frame 5 or the structural part of the robot arm 7th .

Eine markante virtuelle Größe ist der Momentanpol P des Koppelträgers. Dieser Momentanpol P beschreibt den momentanen Drehpunkt der Schaltwippe 8a gegenüber dem Gestell 5. In diesem Momentanpol P ruht die Schaltwippe 8a zu dem betrachteten Zeitpunkt und vollzieht nur eine reine Drehung um diesen Punkt. Der Momentanpol P ergibt sich durch die Gelenkstellung und bewegt sich ständig weiter sowohl relativ zum Gestell 5 als auch relativ zur Schaltwippe 8a (siehe in Fachliteratur Rastpol- und Gangpolbahn).The current pole is a striking virtual factor P. of the coupling beam. This momentary pole P. describes the current pivot point of the rocker switch 8a opposite the frame 5 . At this moment in time P. the rocker switch rests 8a at the observed point in time and only performs a pure rotation around this point. The momentary pole P. results from the position of the joint and is constantly moving both relative to the frame 5 as well as relative to the rocker switch 8a (see in specialist literature Rastpol- und Gangpolbahn).

Eine andere markante virtuelle Größe ist die Rastpolbahn p. Die zum Gestell 5 feste d.h. ortunveränderliche Rastpolbahn p ist die Gesamtheit aller Raumpunkte im raumfesten Bezugssystem, die bei einer Starrkörperbewegung jemals Momentanpol sind.Another striking virtual variable is the Rastpolbahn p . The one for the frame 5 fixed, ie non-changeable, detent pole track p is the totality of all spatial points in the fixed spatial reference system, which are ever the instantaneous pole in a rigid body movement.

Weitere markante virtuelle Größen sind die Bahnkurven u1 und u2 der Punkte U1 und U2 relativ zum Gestell 5.The trajectories are other prominent virtual variables u1 and u2 the points U1 and U2 relative to the frame 5 .

Die virtuellen Größen a und b sind Bahnkurven der Punkte A und B relativ zum Gestell 5. Die virtuelle Größe k ist die Koppelkurve des Kontaktpunktes K.The virtual quantities a and b are trajectories of the points A. and B. relative to the frame 5 . The virtual variable k is the coupling curve of the contact point K .

Der Vier-Gelenk-Mechanismus besitzt einen Freiheitsgrad, welcher nur durch die von außen auf den Koppelträger wirkenden Kräfte vorgegeben wird.The four-joint mechanism has a degree of freedom that is only given by the external forces acting on the coupling beam.

Das System ist dabei stabil und im Gleichgewicht, wenn sich die Kräfte so ausgleichen können, dass die resultierende Kraft bzw. das resultierende Moment auf den Koppelträger d.h. die Schaltwippe 8a zu Null wird. Können die wirkenden Kräfte nicht zum Nullvektor zusammengefasst werden, verbleibt eine freie Kraft, die zu einer Bewegung des Koppelträgers d.h. der Schaltwippe 8a führt. Dabei kann der Koppelträger d.h. die Schaltwippe 8a nur eine Bewegung in einem Freiheitsgrad in Form einer Drehung um den Momentanpol K durchführen. Die Kraft wirkt somit mit ihrem Abstand zu P (Lot von P auf Kraftvektor) als bewegungsresultierendes Moment. Die Bewegungsrichtung ergibt sich aus Kraftrichtung und Lage relativ zu P.The system is stable and in equilibrium when the forces can balance each other in such a way that the resulting force or torque acts on the coupling carrier, ie the rocker switch 8a becomes zero. If the acting forces cannot be combined to form a zero vector, there remains a free force that leads to a movement of the coupling carrier, ie the rocker switch 8a leads. The coupling carrier, ie the rocker switch, can be used 8a only a movement in one degree of freedom in the form of a rotation around the momentary pole K execute. The force thus acts with its distance P. (Lot of P. on force vector) as the moment resulting from movement. The direction of movement results from the direction of force and position relative to P. .

Dabei wirken (hier ohne Berücksichtigung der Gravitationskraft, wie z.B. bei SCARA Strukturen) die folgenden Kräfte auf den Koppelträger d.h. die Schaltwippe 8a.The following forces act on the coupling carrier, ie the rocker switch, without taking into account the force of gravity, as is the case with SCARA structures 8a .

Die Kraft F_Sa ist die Axialkraft auf die Schneckenwelle der Schnecke 2a aufgrund des Abtriebsmoments am Schneckenrad 4a. Die Kraft F_Sr ist die Querkraftkomponente auf Grund des Zahnschrägungswinkels. Die Kraft F_S ist die Resultierende aus F_Schnecke_axial und F_Schnecke_radial. Die Kräfte F1 und F2 sind die Kräfte des ersten Federmittels 9 und des zweiten Federmittels 10. Die Kräfte FA und FB sind Zug-/ Druckkräfte der Schwingen 13.1 und 13.2.The power F_Sa is the axial force on the worm shaft of the worm 2a due to the output torque on the worm wheel 4a . The power F_Sr is the shear force component due to the tooth helix angle. The power F_S is the resultant of F_Schnecke_axial and F_Schnecke_radial. The forces F1 and F2 are the forces of the first spring means 9 and the second spring means 10 . The forces FA and FB are tensile / compressive forces of the rockers 13.1 and 13.2 .

Bei der Bewegung des Koppelträgers d.h. der Schaltwippe 8a werden sechs Phasen und drei Zustände unterschieden.When moving the coupling carrier ie the rocker switch 8a a distinction is made between six phases and three states.

Die 5 zeigt die Phase 1 im Zustand 1 mit dem Koppelträger d.h. der Schaltwippe 8a im Bereich der Mittellage. Dieser Arbeitspunkt liegt bei geringen bzw. normalen Belastungen vor, wenn das Abtriebsmoment deutlich kleiner ist als das vorbestimmte Grenzmoment des Überlast-Schaltwerks 1.the 5 shows phase 1 in the state 1 with the coupling carrier ie the rocker switch 8a in the area of the central position. This operating point occurs with low or normal loads when the output torque is significantly smaller than the predetermined limit torque of the overload switching mechanism 1 .

Die Schnecke 2a ist im Eingriff mit dem Schneckenrad 4a. Dabei wirkt die Kraft F_S auf den Koppelträger d.h. die Schaltwippe 8a und zwar in auskoppelnder Richtung. Der Momentanpol K liegt dabei nahe des Eingriffspunkts. Die erste Druckfeder 9a erzeugt durch Vorspannung eine Druckkraft im Punkt U1, die in auskoppelnder Richtung wirkt. Deren Federkraft nimmt bei der folgend dargestellten Auslenkung des Koppelträgers d.h. der Schaltwippe 8a schnell ab.The snail 2a is in mesh with the worm wheel 4a . This is where the force works F_S on the coupling carrier ie the rocker switch 8a in the decoupling direction. The momentary pole K is close to the point of engagement. The first compression spring 9a creates a compressive force at the point through pre-tensioning U1 , which acts in the decoupling direction. Their spring force increases when the coupling carrier is deflected, ie the rocker switch, as shown below 8a off quickly.

Die zweite Druckfeder 10a erzeugt durch Vorspannung eine Druckkraft im Punkt U2, die entgegen der auskoppelnden Richtung wirkt. Deren Federkraft nimmt bei der folgend dargestellten Auslenkung des Koppelträgers d.h. der Schaltwippe 8a schnell zu.The second compression spring 10a creates a compressive force at the point through pre-tensioning U2 , which acts against the decoupling direction. Their spring force increases when the coupling carrier is deflected, ie the rocker switch, as shown below 8a fast too.

Die erste Druckfeder 9a wird im Zustand 1 bei zunehmender Auslenkung des Koppelträgers weiter entlastet. Die zweite Druckfeder 10a wird im Zustand 1 bei zunehmender Auslenkung in Zustand 2 des Koppelträgers weiter belastet. Beide Druckfeder 9a und 10a wirken in Summe jedoch rückstellend.The first compression spring 9a is further relieved in state 1 with increasing deflection of the coupling beam. The second compression spring 10a is further loaded in state 1 with increasing deflection in state 2 of the coupling beam. Both compression spring 9a and 10a Overall, however, have a restraining effect.

Die 6 zeigt die Phase 2 im Zustand 2 mit dem Koppelträger d.h. der Schaltwippe 8a leicht aus dem Mittelbereich (5) ausgelenkt bzw. gedreht. Dieser Arbeitspunkt liegt bei hohen Belastungen vor, wenn das Abtriebsmoment noch unter dem Grenzmoment liegt.the 6th shows phase 2 in state 2 with the coupling carrier, ie the rocker switch 8a slightly from the middle area ( 5 ) deflected or rotated. This operating point occurs at high loads when the output torque is still below the limit torque.

Die Schnecke 2a ist weiterhin im Eingriff mit dem Schneckenrad 4a. Dabei wirkt die Kraft F_S auf den Koppelträger d.h. die Schaltwippe 8a und zwar in auskoppelnder Richtung. Der Momentanpol K entfernt sich leicht vom Eingriffspunkt.The snail 2a is still in mesh with the worm wheel 4a . This is where the force works F_S on the coupling carrier ie the rocker switch 8a in the decoupling direction. The momentary pole K moves away from the point of engagement.

Die erste Druckfeder 9a ist vollständig entlastet bzw. hat keinen Kontakt mehr zu dem Koppelträger d.h. zu der Schaltwippe 8a. Es findet durch die erste Druckfeder 9a somit keine Kraftübertragung mehr auf den Koppelträger d.h. auf die Schaltwippe 8a statt.The first compression spring 9a is completely relieved or no longer has contact with the coupling carrier, ie with the rocker switch 8a . It takes place through the first compression spring 9a thus no more power transmission to the coupling carrier, ie to the rocker switch 8a instead of.

Die zweite Druckfeder 10a ist weiterhin im Kontakt mit dem Koppelträger d.h. der Schaltwippe 8a. Dabei wirkt die Vorspannkraft und zusätzlich die Auslenkungskraft als Druckkraft im Punkt U2. Die zweite Druckfeder 10a wird in Phase 2 bei zunehmender Auslenkung des Koppelträgers weiter komprimiert. Die zweite Druckfeder 10a wirkt weiterhin rückstellend.The second compression spring 10a is still in contact with the coupling carrier, ie the rocker switch 8a . The pre-tensioning force and, in addition, the deflection force act as a compressive force at the point U2 . The second compression spring 10a is further compressed in phase 2 with increasing deflection of the coupling beam. The second compression spring 10a continues to have a restoring effect.

Die 7 zeigt die Phase 3 im Zustand 2. Dies ist der Kipppunkt. Der Koppelträger d.h. der Schaltwippe 8a ist aus dem Mittelbereich (5) ausgelenkt bzw. gedreht. Dieser Arbeitspunkt liegt bei hohen Belastungen, wenn das Abtriebsmoment gerade noch unter dem Grenzmoment liegt.the 7th shows phase 3 in state 2. This is the tipping point. The coupling carrier ie the rocker switch 8a is from the middle range ( 5 ) deflected or rotated. This operating point is at high loads when the output torque is just below the limit torque.

Die Schnecke 2a ist immer noch im Eingriff mit dem Schneckenrad 4a. Dabei wirkt die Kraft F_S auf den Koppelträger d.h. die Schaltwippe 8a und zwar immer noch in auskoppelnder Richtung. Der Momentanpol K entfernt sich zunehmend vom Eingriffspunkt.The snail 2a is still in mesh with the worm wheel 4a . This is where the force works F_S on the coupling carrier ie the rocker switch 8a and still in the decoupling direction. The momentary pole K moves away from the point of intervention.

Die zweite Druckfeder 10a ist immer noch im Kontakt mit dem Koppelträger d.h. der Schaltwippe 8a. Dabei wirkt allerdings nun die maximale Federkraft F2 in Punkt U2. Die zweite Druckfeder 10a ist in der Phase 3 somit maximal komprimiert. Die Kraft der zweiten Druckfeder F2 wirkt jedoch in diesem Zustand weder in auskoppelnder noch in rückstellender Richtung Die Kraft hat keinen Einfluss auf den Koppelträger d.h. die Schaltwippe 8a, da ihre sehr hohe, maximale Kraft durch den Momentanpol P verläuft und sie damit kein bewegungsresultierendes Moment erzeugt. Die zweite Druckfeder F2 wirkt also neutral.The second compression spring 10a is still in contact with the coupling carrier, ie the rocker switch 8a . However, the maximum spring force now acts F2 in point U2 . The second compression spring 10a is thus maximally compressed in phase 3. The force of the second compression spring F2 However, in this state it does not act either in the decoupling or in the restoring direction. The force has no influence on the coupling carrier, ie the rocker switch 8a , because their very high, maximum force is due to the momentary pole P. runs and thus it does not generate any moment resulting from movement. The second compression spring F2 so acts neutral.

Die 8 zeigt die Phase 4 im Zustand 2. Dies ist die Auskopplungsphase. Der Koppelträger d.h. die Schaltwippe 8a ist nun sehr weit aus dem Mittelbereich ausgelenkt bzw. gedreht. Dieser Arbeitspunkt liegt bei sehr hohen Belastungen, wo das Abtriebsmoment das Grenzmoment erreicht.the 8th shows phase 4 in state 2. This is the decoupling phase. The coupling carrier ie the rocker switch 8a is now deflected or rotated very far from the central area. This operating point is at very high loads, where the output torque reaches the limit torque.

Die Schnecke 2a ist immer noch im Eingriff mit dem Schneckenrad 4a. Dabei wirkt die Kraft F_S immer noch in auskoppelnder Richtung. Der Momentanpol P entfernt sich weiter vom Eingriffspunkt.The snail 2a is still in mesh with the worm wheel 4a . This is where the force works F_S still in the decoupling direction. The momentary pole P. moves further away from the point of intervention.

Die erste Druckfeder 9a ist weiterhin vollständig entlastet bzw. hat keinen Kontakt mehr zu dem Koppelträger d.h. zu der Schaltwippe 8a. Es findet durch die erste Druckfeder 9a somit weiterhin keine Kraftübertragung mehr auf den Koppelträger d.h. auf die Schaltwippe 8a statt.The first compression spring 9a is still completely relieved or no longer has any contact with the coupling carrier, ie with the rocker switch 8a . It takes place through the first compression spring 9a thus there is still no power transmission to the coupling carrier, ie to the rocker switch 8a instead of.

Die zweite Druckfeder 10a ist im Kontakt mit dem Koppelträger d.h. der Schaltwippe 8a. Dabei nimmt die Federkraft in Punkt U2 jedoch nun ab.The second compression spring 10a is in contact with the coupling carrier, ie the rocker switch 8a . The spring force increases in points U2 however now from.

Die Federkraft der zweiten Druckfeder 10a nimmt in Phase 4 ab, wobei allerdings Federkraft wieder in Bewegungsrichtung wirkt und hat einen Einfluss auf die Bewegung des Koppelträgers d.h. der Schaltwippe 8a. Diese wirkt jetzt in auskoppelnder Richtung, also mit der Schneckenkraft gleichgerichtet in dieselbe Richtung.The spring force of the second compression spring 10a decreases in phase 4, although the spring force acts again in the direction of movement and has an influence on the movement of the coupling carrier, ie the rocker switch 8a . This now acts in the decoupling direction, i.e. aligned with the screw force in the same direction.

Die 9 zeigt die Phase 5 im Zustand 2. Dies ist der Auskopplungspunkt.the 9 shows phase 5 in state 2. This is the decoupling point.

Der Koppelträger d.h. die Schaltwippe 8a ist weiter aus dem Mittelbereich ausgelenkt bzw. gedreht. Der „Arbeitspunkt“ liegt nun über dem Grenzmoment bzw. überschreitet kurzzeitig das Grenzmoment geringfügig. Die Schnecke 2a verlässt instantan das Schneckenrad 4a. Der Momentanpol P entfernt sich weiter vom Eingriffspunkt.The coupling carrier ie the rocker switch 8a is further deflected or rotated from the central area. The "working point" is now above the limit torque or briefly exceeds the limit torque slightly. The snail 2a leaves the worm wheel instantaneously 4a . The momentary pole P. moves further away from the point of intervention.

Ab Phase 5 ist die Schnecke 2a nicht mehr im Eingriff mit dem Schneckenrad 4a und kann daher keine Kraft mehr auf den Koppelträger d.h. die Schaltwippe 8a übertragen. Es wirkt nur noch die Druckkraft der zweiten Druckfeder 10a in auskoppelnder Richtung.From phase 5 the snail is 2a no longer in engagement with the worm wheel 4a and can therefore no longer apply any force to the coupling carrier, ie the rocker switch 8a transfer. Only the pressure of the second compression spring is effective 10a in the decoupling direction.

Die 10 zeigt die Phase 6 im Zustand 3. Dies ist der vollständig ausgekoppelte Zustand, d.h. der Koppelträger bzw. die Schaltwippe 8a ist mit der Schnecke 2a ganz von dem Schneckenrad 4a weggeklappt, die Schnecke 2a ist vom Schneckenrad 4a entkoppelt. Der Momentanpol P entfernt sich weiter vom Eingriffspunkt.the 10 shows phase 6 in state 3. This is the completely decoupled state, ie the coupling carrier or the rocker switch 8a is with the snail 2a entirely from the worm wheel 4a folded away, the snail 2a is from the worm wheel 4a decoupled. The momentary pole P. moves further away from the point of intervention.

Die zweite Druckfeder 10a ist im Kontakt mit dem Koppelträger d.h. der Schaltwippe 8a. Dabei nimmt die Federkraft in Punkt U2 weiterhin ab.The second compression spring 10a is in contact with the coupling carrier, ie the rocker switch 8a . The spring force increases in points U2 continue from.

Ab Phase 5 ist die Schnecke 2a nicht mehr im Eingriff mit dem Schneckenrad 4a und kann keine Kraft mehr auf den Koppelträger übertragen. Es wirkt nur noch die zweite Druckfeder 10a in auskoppelnder Richtung. Der Koppelträger bzw. die Schaltwippe 8a wird in Endstellung d.h. die zweite stabile Stellung gekippt in der die Schnecke 2a das Schneckenrad 4a nicht mehr berührt. Die Endlage ist entweder durch einen Anschlag oder eine entspannte Endlage der zweiten Druckfeder 10a definiert. Ein Wiedereinkoppeln der Schnecke 2a kann nur gegen eine dann ansteigende Federkraft F2 der zweiten Druckfeder 10a erfolgen, was jedoch nur mit entsprechend hohem Kraftaufwand möglich ist. Insoweit wird dadurch ein unbeabsichtigtes Einkoppeln mit Übertragung einer Kraft und/oder eines Moments in dem Antriebsstrang zuverlässig verhindert.From phase 5 the snail is 2a no longer in engagement with the worm wheel 4a and can no longer transfer any force to the coupling beam. Only the second compression spring is effective 10a in the decoupling direction. The coupling carrier or the rocker switch 8a is tilted in the end position, ie the second stable position in which the screw 2a the worm wheel 4a no longer touched. The end position is either a stop or a relaxed end position of the second compression spring 10a Are defined. A re-coupling of the snail 2a can only counteract an increasing spring force F2 the second compression spring 10a take place, which, however, is only possible with a correspondingly high expenditure of force. In this respect, unintentional coupling with the transmission of a force and / or a moment in the drive train is reliably prevented.

Ist die Kraft von Schneckenrad 4a auf Schnecke 2a entgegengerichtet, also die Momentendrehrichtung umgekehrt, gilt der Ablauf von 5 bis 10 analog für die andere Federseite d.h. für die andere Kipprichtung des Koppelträgers bzw. der Schaltwippe 8a. In der 11 deshalb nur die ausgerückte Endstellung analog zur 10 dargestellt.Is the power of worm gear 4a on snail 2a in the opposite direction, i.e. the direction of rotation of the torque reversed, the sequence of 5 until 10 analogously for the other spring side, ie for the other tilting direction of the coupling carrier or the rocker switch 8a . In the 11 therefore only the disengaged end position analogous to 10 shown.

Durch den speziellen Aufbau mit seinen speziell ausgewählten Abmessungen bzw. Anordnungen bzw. Verhältnissen wird die Funktion des kraftabhängigen Entkoppelns ermöglicht, ohne dass ein Sperrelement verwendet wird, welches durch seine zusätzliche Reibung Unsicherheiten und Toleranzverschlechterungen mit sich bringt. Die Reibung in diesem System steckt hauptsächlich in den Gelenken A0, A, B und B0. Sie hat auf Grund der Gelenkgröße und Lage jedoch einen verhältnismäßig geringen Einfluss auf die resultierende Koppelträgerkraft. Due to the special structure with its specially selected dimensions or arrangements or relationships, the function of force-dependent decoupling is made possible without the use of a locking element which, due to its additional friction, brings with it uncertainties and deterioration in tolerances. Most of the friction in this system resides in the joints A0 , A. , B. and B0 . Due to the joint size and position, however, it has a relatively minor influence on the resulting coupling beam force.

Durchläuft der Koppelträger Phase 4 wirken alle äußeren Kräfte in auskoppelnder Richtung, wodurch die Schnecke 2a vollständig und schnell, insbesondere schlagartig von den Zähnen des Schneckenrades 4a getrennt wird. Dieser Effekt wird verstärkt, indem sich der Momentanpol P durch das Verkippen des Koppelträgers immer weiter vom Kontaktpunkt K entfernt, sodass ein momentverstärkender Effekt für die Auskoppelbewegung auftritt.If the coupling carrier passes through phase 4, all external forces act in the decoupling direction, causing the worm 2a completely and quickly, especially suddenly from the teeth of the worm wheel 4a is separated. This effect is reinforced by the momentary pole P. by tilting the coupling beam further and further from the contact point K removed so that a torque-boosting effect occurs for the decoupling movement.

Da dieses Prinzip ohne Sperrelement auskommt, ist auch kein spezieller (insbesondere axialer) Auslösehub der Schnecke 2a relativ zu einer Sperrfläche erforderlich. Die Schnecke 2a führt von Phase 1 bis 5 d.h. unter maximaler Last nur einen kleinen Anteil der Auslösebewegung in tangentialer Schneckenradrichtung aus, wodurch dieses sich nur minimal (beispielsweise 3°) bis zur Auslösung (beispielsweise bei ca. 20 bis 25 Nm) dreht. Dementsprechend ergibt sich eine vergleichsweise hohe Getriebesteifigkeit trotz notwendiger Nachgiebigkeit des Koppelträgers. Die Federanordnung in Kombination mit dem Vier-Gelenk-Aufbau besitzt dabei eine charakteristisch abfallende Steifigkeit. Dies ist vorteilhaft, da hier die Steifigkeit im „normalen“ Arbeitsbereichs beispielsweise eines Robotergelenks des Roboterarms 7 (1) deutlich höher und der Roboter damit deutlich genauer ist als im Überlastbereich, die beispielsweise auch eine Kollision bzw. eine Klemmung von Personen kennzeichnen kann.Since this principle works without a locking element, there is also no special (especially axial) triggering stroke for the worm 2a required relative to a restricted area. The snail 2a performs from phase 1 to 5, ie under maximum load, only a small part of the release movement in the tangential worm wheel direction, which means that it only rotates minimally (for example 3 °) until it is released (for example at approx. 20 to 25 Nm). Accordingly, there is a comparatively high gear rigidity in spite of the necessary flexibility of the coupling carrier. The spring arrangement in combination with the four-joint structure has a characteristic drop in stiffness. This is advantageous because here the rigidity in the “normal” working area, for example of a robot joint of the robot arm 7th ( 1 ) is significantly higher and the robot is therefore significantly more accurate than in the overload range, which can also indicate a collision or a person being trapped, for example.

Bedeutend für eine einwandfreie Funktion können unter anderem folgende Detailmerkmale sein. Der Vier-Gelenk-Aufbau gemäß vorliegender Beschreibung. Der Momentanpol liegt in Nullstellung auf der Symmetrieachse, beabstandet zum Eingriffspunkt K und auf der dem Schneckenrad 4a abgewandten Seite. Der Abstand des Momentanpols zum Eingriffspunkt wird unter Last d.h. Auslenkung des Koppelträgers vergrößert, wodurch das resultierende bewegungsbewirkende Moment verstärkt wird. Die spezielle Form der Koppelkurven u1 und u2, bei welchen der jeweilige Kurvenabschnitt, der von Phase 1 bis Phase 6 durchfahren wird, weist die folgenden Eigenschaften auf.The following detailed features, among others, can be important for proper function. The four-joint structure according to the present description. The instantaneous center of gravity lies in the zero position on the axis of symmetry, at a distance from the point of engagement K and on the worm wheel 4a remote side. The distance between the instantaneous center of gravity and the point of engagement is increased under load, ie deflection of the coupling beam, whereby the resulting movement-causing moment is increased. The special shape of the coupling curves u1 and u2 , in which the respective curve section, which is driven through from phase 1 to phase 6, has the following properties.

In der Verbindung mit 12 werden im Folgenden nun die Eigenschaften der Bereiche U1, Ux1, u1 beschrieben. Aus Symmetriegründen gilt analoges für die andere Seite.In connection with 12th the properties of the areas are described below U1 , Ux1 , u1 described. For reasons of symmetry, the same applies to the other side.

Im Bereich Phase 1 und Phase 2 wird bei externer Momentenlast auf das Schneckenrad 4a der Koppelträger so ausgelenkt, dass der Abstand zwischen U1 und Ux1 verringert wird. Gleichzeitig reduziert sich auch der Kraftübertragungswinkel beta1 (zwischen der Bahnnormalen N1 im Punkt U1 und der Federkraftwirkungslinie d.h. der Verbindungslinie U1-Ux1). Dies bedeutet, dass die Kraftkomponente in Tangentialrichtung T1 der Kurve u1 abnimmt. Mit anderen Worten, je mehr der Koppelträger ausgelenkt wird, desto höher wird die Federkraft F1. Sie wirkt entgegen der Auslenkung. Ihre Wirkung nimmt trotz Kraftanstieg ab.In the area of phase 1 and phase 2, the worm wheel is subjected to an external torque load 4a the coupling beam deflected so that the distance between U1 and Ux1 is decreased. At the same time, the force transmission angle beta1 (between the path normal N1 in point U1 and the line of action of the spring force, ie the connecting line U1-Ux1). This means that the force component is in the tangential direction T1 the curve u1 decreases. In other words, the more the coupling carrier is deflected, the higher the spring force F1 . It counteracts the deflection. Their effect decreases despite the increase in force.

Im Bereich der Phase 3 muss die Kurve u1 einen Umkehrpunktaufweisen. In diesem Punkt ist der Kraftübertragungswinkel beta = 0°. Dies bedeutet, dass obwohl hier die Kraft am größten ist, diese keinen Einfluss auf die Auslenkbewegung hat und dieser auch nicht entgegenwirkt. Die Kraft geht durch den Momentanpol P und steht im Punkt U1 senkrecht zur Tangente T1 der Bahnlinie u1.In the area of phase 3, the curve must u1 have a turning point. At this point the power transmission angle beta = 0 °. This means that although the force is greatest here, it has no influence on the deflection movement and it does not counteract it. The force goes through the momentary pole P. and is in the point U1 perpendicular to the tangent T1 the railway line u1 .

Im Bereich Phase 4 bis 6 fällt die Kurve u1 wieder in Richtung der Druckkraft F1 ab. Der Abstand U1 zu Ux1 vergrößert sich, die Kraft nimmt ab, aber der in Bewegungsrichtung wirkende Anteil nimmt zu.The curve falls in the area of phase 4 to 6 u1 again in the direction of the compressive force F1 away. The distance U1 to Ux1 increases, the force decreases, but the proportion acting in the direction of movement increases.

Zusammenfassend heißt dies, dass die Kinematik des Vier-Gelenk-Aufbaus und die Lagen, also die Wirkungslinien der Federn (U1, Ux1 sowie U2, Ux2) so zu wählen ist, dass die oben beschriebene Charakteristik, wie in 12 beispielhaft gezeigt, durchlaufen wird.In summary, this means that the kinematics of the four-joint structure and the positions, i.e. the lines of action of the springs ( U1 , Ux1 such as U2 , Ux2 ) is to be selected so that the characteristics described above, as in 12th is shown as an example.

Die Kinematik des Vier-Gelenk-Aufbaus ist so ausgelegt, dass die Schnecke 2a mindestens bis zum Kipppunkt (Phase 3) im Eingriff ist. Die Phase 4 beschreibt den Eingriff der Schnecke 2a über diesen Punkt hinaus bis zum Verlassen (Phase 5). Sie kann kurzgehalten werden, dient jedoch als Sicherheit für einen sicher abgeschlossenen und insbesondere ratterfreien Entkoppelvorgang.The kinematics of the four-joint structure is designed so that the worm 2a is engaged at least up to the tipping point (phase 3). Phase 4 describes the engagement of the worm 2a beyond this point until you leave (phase 5). It can be kept short, but serves as security for a securely closed and, in particular, chatter-free decoupling process.

Die Federn F1 und F2 sind in der hier aufgezeigten Variante reine Druckfedern. In einer Ausprägungsform sind sie in ihrer Wirklänge begrenzt, dies bedeutet, dass bei Auslenkung die nicht belastete Feder nach Entspannung nicht mehr anliegt und wirkt.The feathers F1 and F2 are pure compression springs in the variant shown here. In one form they are limited in their effective length, which means that when deflected, the unloaded spring is no longer present and effective after relaxation.

In einer Ausprägungsform kann eine der beiden Schwingen 13.1 oder 13.2, je nach Auskoppelrichtung, im Auskoppelvorgang eine Totlage d.h. eine Umkehrlage durchlaufen, in der der Momentanpol P im jeweiligen Gelenk A oder B liegt. Dies kann zu der gewünschten Form der Koppelkurve s1 bzw. s2 führen.In one form, one of the two wings can 13.1 or 13.2 , depending on the decoupling direction, in the decoupling process a dead position ie pass through a reversal position in which the momentary pole P. in the respective joint A. or B. located. This can lead to the desired shape of the coupling curve s1 or s2.

Die Koppelkurve k des Kontaktpunktes K steht in Mittellage im Wesentlichen bzw. mit großem Anteil senkrecht zur Schneckenradtangente, d.h. eine Auslöse- und Ausrückbewegung der Zähne erfolgt im Wesentlichen d.h. mit großem Anteil direkt in Radialrichtung.The coupling curve k of the contact point K stands in the central position essentially or with a large proportion perpendicular to the worm gear tangent, ie a release and disengagement movement of the teeth takes place essentially, ie with a large proportion, directly in the radial direction.

Der zulässige Federweg muss größer oder zumindest gleich der Ausrückbewegung des Koppelträgers am Eingriffspunkt der Feder in Wirkrichtung der Feder sein.The permissible spring travel must be greater than or at least equal to the disengaging movement of the coupling carrier at the point of engagement of the spring in the direction of action of the spring.

Um den Auslösevorgang zu ermöglichen, darf die Summe der auf den Koppelträger wirkenden Kräfte nicht null sein. Demnach muss die auskoppelend wirkendende Kraft stets größer als die entgegenhaltenden Kräfte sein.In order to enable the release process, the sum of the forces acting on the coupling beam must not be zero. Accordingly, the force acting on the decoupling must always be greater than the opposing forces.

Zur Messung der Kräfte im Gelenk können verschiedene Varianten herangezogen werden. So können die Stabkräfte der beiden Schwingen 13.1 und 13.2 gemessen werden oder die Auflagekräfte an den Federaufnahmepunkten. Weiterhin ist es möglich einen Messflansch abtriebsseitig im Schneckenrad 4a zu integrieren oder die Axialkraft der Schnecke 2a zu messen, wie es in dargestellten Beispiel der 13 dargestellt ist.Various variants can be used to measure the forces in the joint. So the bar forces of the two wings 13.1 and 13.2 can be measured or the contact forces at the spring mounting points. It is also possible to have a measuring flange on the output side in the worm wheel 4a to integrate or the axial force of the screw 2a to measure as it is shown in the example of the 13th is shown.

Zur Messung von Kräften wird grundsätzlich die Verformung der mit den Kräften beaufschlagten Körper gemessen. Dies kann mittels unterschiedlicher Verfahren geschehen. Messprinzipien können dabei die Nutzung von Dehnmesstreifen, die Nutzung optischer Messprinzipien, sowie induktive Wegmessungen, die z.B. die Verformung eine Feder messen, sein.In order to measure forces, the deformation of the bodies to which the forces are applied is measured. This can be done using different methods. Measurement principles can be the use of strain gauges, the use of optical measurement principles, as well as inductive displacement measurements, which e.g. measure the deformation of a spring.

In diesem Beispiel der 13 erfolgt die Messung durch eine Wägezelle 14, die die Axialkraft an den Lagerungen der Schnecke 2a im Koppelträger d.h. in der Schaltwippe 8a misst.In this example the 13th the measurement is carried out by a load cell 14th that the axial force on the bearings of the screw 2a in the coupling carrier ie in the rocker switch 8a measures.

Der Kraftfluss stellt sich dabei folgendermaßen dar, er läuft ausgehend vom Schneckenrad 4a über die Schnecke 2a in das Lager der Schnecke 2a und von dort aus in einen Deckel der Wägezelle 14 und nach der Wägezelle 12 über ein Abschlussblech und einer Verschraubung in den Koppelträger d.h. die Schaltwippe 8a.The power flow is shown as follows, it runs from the worm wheel 4a about the snail 2a into the snail's camp 2a and from there into a cover of the load cell 14th and after the load cell 12th Via a cover plate and a screw connection in the coupling support, ie the rocker switch 8a .

Da die Wägezelle 14 keine Zugkräfte messen kann, wird die Schnecke 2a mit der Hälfte des Messbereichs vorgespannt. Dazu sind auf der rechten Seite der Schnecke 2a zwei Tellerfedern 15 zwischen dem Absatz der Schnecke 2a und dem Lager angeordnet. Diese werden über das Anziehen der Verschraubung des Abschlussbleches vorgespannt. Es entsteht eine sogenannte elastische Anstellung. In diesem Fall wird die Lagerung beispielsweise über Schrägkugellager realisiert. Je nach Belastung lassen sich allerdings auch Gleitlager mit Bund oder Rillenkugellager verwenden. Wirkt die Axialkraft nun in Richtung der Tellerfedern 15, sinkt die auf die Wägezelle 14 wirkende Kraft. Wirkt die Axialkraft hingegen in die andere Richtung wird die Wägezelle 14 stärker belastet. Um auf das Moment zu schließen wird die Axialkraft mit dem Radius des Wirkkreises des Schneckenrads 4a multipliziert.As the load cell 14th the snail cannot measure any tensile forces 2a preloaded with half of the measuring range. These are on the right side of the snail 2a two disc springs 15th between the heel of the snail 2a and arranged in the warehouse. These are pre-tensioned by tightening the screw connection of the cover plate. A so-called elastic adjustment is created. In this case, the storage is implemented using angular contact ball bearings, for example. Depending on the load, plain bearings with a collar or deep groove ball bearings can also be used. The axial force now acts in the direction of the disc springs 15th , it sinks onto the load cell 14th Acting force. If, on the other hand, the axial force acts in the other direction, the load cell becomes 14th heavier burdened. In order to infer the moment, the axial force has the radius of the effective circle of the worm wheel 4a multiplied.

Für den Überlastfall und der daraus resultierenden Auskupplung der Schnecke 2a, ist ein schlagartiger Kraftabfall an der Wägezelle 14 detektierbar. Somit kann dieses Signal zur Erfassung der Überlast genutzt werden und beispielsweise eine Steuerung des Roboters das Antriebsglied ausschalten.In the event of an overload and the resulting disengagement of the worm 2a , is a sudden drop in force on the load cell 14th detectable. This signal can thus be used to detect the overload and, for example, a controller of the robot can switch off the drive element.

Da Schnecke 2a und Schneckenrad 4a vollständig voneinander getrennt werden können, ist vorzugsweise eine abtriebsseitige Positionsbestimmung vorgesehen, denn nach dem Einkoppeln ist nicht gewährleistet, dass der Eingriff an gleicher Position wie bei der Trennung erfolgt.There snail 2a and worm wheel 4a can be completely separated from each other, a position determination on the output side is preferably provided, because after the coupling it is not guaranteed that the engagement takes place in the same position as during the separation.

Auch hier ergeben sich verschiedene anwendbare Lösungen. Zum einen die Möglichkeit einer optischen Encoderscheibe, die den Vorteil einer großen Hohlwelle bietet, wie auch eine auf dem Hall-Prinzip basierende linear exzentrische Sensorik. Dazu kann ein Ringmagnet mit einer Vielzahl an Polpaaren ausgestattet werden und somit eine sehr hohe Auflösung generieren. Eine bevorzuge Variante ist ein axialer Hall-Encoder der in der abtriebsseitigen Roboterstruktur sitzt. Dieser hat den Vorteil, dass seine Absolutposition programmierbar ist. Der Nachteil der Konzentrizität wird dadurch umgangen, dass die Kabel durch einen Schlitz oberhalb des Sensors aus der Hohlwelle geführt werden. Neben der abtriebsseitigen Positionsbestimmung ist auch eine antriebsseitige Positionsbestimmung zweckmäßig. Um dies zu realisieren kann das zuvor gewählte Messprinzip verwendet werden. Es ist jedoch auch denkbar die Position der Motorwelle über die im Motor 11 verbauten Hall-Elemente zur Bestimmung der Ankerposition zu verwenden.Here, too, there are various applicable solutions. On the one hand the possibility of an optical encoder disk, which offers the advantage of a large hollow shaft, as well as a linear eccentric sensor system based on the Hall principle. For this purpose, a ring magnet can be equipped with a large number of pole pairs and thus generate a very high resolution. A preferred variant is an axial Hall encoder that sits in the robot structure on the output side. This has the advantage that its absolute position can be programmed. The disadvantage of concentricity is avoided by leading the cables out of the hollow shaft through a slot above the sensor. In addition to determining the position on the output side, determining the position on the drive side is also expedient. The previously selected measuring principle can be used to achieve this. However, the position of the motor shaft via that in the motor is also conceivable 11 to use built-in Hall elements to determine the armature position.

Die Lagerung des Schneckenrades 4a wird über eine angestellte Lagerung realisiert. Der Aufbau besteht aus zwei ineinanderlaufenden Wellen, deren Drehbewegung bei gleichzeitiger Kraftabstützung durch zwei Rillenkugellager erfolgt. Um das Spiel in der Lagerung gering zu halten wird eine angestellte Lagerung verwendet und die Lager werden mit einer Klemmhülse miteinander verspannt.The storage of the worm wheel 4a is realized through an employed storage. The structure consists of two shafts that run one inside the other, the rotation of which takes place with simultaneous force support by two deep groove ball bearings. In order to keep the play in the storage low, an inclined storage is used and the bearings are clamped together with a clamping sleeve.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 202013003594 U1 [0002]
EP 2325429 A2 [0003]
US 2007125193 A1 [0004]

Claims

Mechanical overload switching mechanism for separating the transmission of a force and / or a moment between a first transmission element (2) and a second transmission element (4) in a drive train (16), which interacts with the first transmission element (2) in the transmission state the first transmission element (2) supporting switching element (8), which is adjustably supported in a frame (5), adjustable from a first stable position (S1), which is counteracted by the interaction of a first spring means (9) and one at least partially the first spring means (9) working second spring means (10) is maintained and in which the first transmission member (2) to transmit the force and / or the moment interacts with the second transmission member (4), in the event of an overload, either into a second stable one Position (S2) in which the switching element (8) when a maximum force or a maximum torque is exceeded during the transmission of the force and / or the moment is moved in by the first spring means (9), or into a third stable position (S3) in which the switching element (8) when an opposing maximum force or an opposing maximum torque is exceeded during the transfer of the opposing force and / or of the opposite moment is moved in by the second spring means (10).

Mechanical overload switching mechanism according to Claim 1 , characterized in that the switching element (8) is designed as a rocker switch (8a) in that the switching element (8) is mounted in the frame (5) by means of a four-bar arrangement, the switching element (8) having a first swivel joint, on which a first end section of a first rocker (13.1) is pivotably mounted, the frame (5) has a second swivel joint on which a second end portion of the first rocker (13.1) is pivotably mounted, the switching element (8) has a third swivel joint, on which a first end portion of a second rocker (13.2) is pivotably mounted, and the frame (5) has a fourth swivel joint on which a second end portion of the second rocker (13.2) is pivotably mounted, and the switching element (8) also has a first Has spring engagement point at which the first spring means (9) is coupled to the switching element (8) and has a second spring engagement point at which the second spring means (10) is attached to the switching element (8) is pelt.

Mechanical overload switching mechanism according to Claim 2 , characterized in that the rod lengths of the first rocker (13.1) and the second rocker (13.2), as well as the positions and distances of the first pivot joint, the second pivot joint, the third pivot joint and the fourth pivot joint form a trapezoidal joint coupling arrangement, which of one of the second transmission element (4) on the opposite side of the switching element (8), starting the switching element (8) in the first stable position (S1) of the overload switching mechanism (1) when the articulated coupling arrangement forms a symmetrical trapezoid.

Mechanical overload switching mechanism according to Claim 2 or 3 , characterized in that the rod lengths of the first rocker (13.1) and the second rocker (13.2), as well as the positions and distances of the first pivot joint, the second pivot joint, the third pivot joint and the fourth pivot joint of the trapezoidal joint coupling arrangement are formed in the decoupling point of Switching rocker (8a) in which the first transmission element (2) is completely disengaged from the second transmission element (4) when the overload switching mechanism (1) swivels from the first stable position (S1) to the second stable position (S2) , the first swivel joint crosses a connecting line between the second swivel joint and the fourth swivel joint, so that the first swivel joint is opposite the third swivel joint with respect to the connecting line, and at the uncoupling point of the rocker switch (8a), in which the first transmission element (2) is completely off the second transmission element (4) disengages when the overload switching mechanism (1) from the first st abile position (S1) is pivoted into the third stable position (S3), the third swivel joint crosses over a connecting line between the second swivel joint and the fourth swivel joint, so that the third swivel joint is opposite the first swivel joint with respect to the connecting line.

Mechanical overload switching mechanism according to one of the Claims 2 until 4th , characterized in that the first spring contact point and the second spring contact point of the four-bar arrangement are arranged opposite one another on the rocker switch (8a) with regard to position and distance, as well as with regard to the directions of force of the first spring means (9) and the second spring means (10) such that at the tipping point of the rocker switch (8a), at which the overload switching mechanism (1) swings from the first stable position (S1) to the second stable position (s2), the first spring means (9) is relaxed or from the rocker switch (8a) is decoupled and the second spring means (10) is maximally compressed, the direction of force of the second spring means (10) running through the momentary pole of the rocker switch (8a), or at the tilting point of the rocker switch (8a) at which the overload switching mechanism (1) is pivoted from the first stable position (S1) to the third stable position (S3), the second spring means (10) is relaxed or is decoupled from the rocker switch (8a) and the first spring means (9) is maximally compressed, the direction of force of the first spring means (9) running through the momentary pole of the rocker switch (8a).

Mechanical overload switching mechanism according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the first transmission element (2) mounted on the switching element (8) is driven by means of a motor (11) which is arranged on the switching element (8), so that the motor (11) together with the first transmission element ( 2) is moved along with a switching movement of the switching element (8).

Mechanical overload switching mechanism according to one of the Claims 1 until 6th , characterized in that the first transmission element (2) is a first gear, in particular a drive gear, of a transmission and the second transmission element (4) is a second gear, in particular an output gear, of the transmission, in which transmission the overload switching mechanism (1 ) is integrated.

Mechanical overload switching mechanism according to Claim 7 , characterized in that the gear is designed as a worm gear or the gear has a worm gear stage, wherein the first transmission member (2) by a worm (2a) of the worm gear or the worm gear stage and the second transmission member (4) by a worm gear ( 2a) cooperating worm wheel (4a) of the worm gear or the worm gear stage is formed.

Mechanical overload switching mechanism according to one of the Claims 1 until 6th , characterized in that the first transmission element (2) is a first coupling element of a releasable clutch and the second transmission element (4) is a second coupling element of the disengageable clutch which cooperates with the first coupling element and in which clutch the overload switching mechanism (1) is integrated .

Mechanical overload switching mechanism according to one of the Claims 1 until 9 , characterized in that the overload switching mechanism (1) is a component in the drive train (16), in particular in a transmission or a coupling of a drive of a joint (21) in a robot arm (7).